專利名稱：使用空間光調(diào)制器的圖形產(chǎn)生系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在光敏表面諸如半導(dǎo)體器件和顯示器的光掩膜上極高精度地印刷圖形。本發(fā)明尤其涉及在工件上制作圖形的一種系統(tǒng)，它包括從EUV到IR的波長范圍內(nèi)發(fā)射光脈沖的一種源，具有至少一個(gè)調(diào)制元件(象素)并適合于被至少一種發(fā)射的光脈沖照射的一種空間光調(diào)制器(SLM)，以及在工件上制作調(diào)制器圖像的投影系統(tǒng)。
然而，在圖形產(chǎn)生器中使用SLM引起的一個(gè)問題是，由于實(shí)際原因在工件上的每個(gè)特征不得不由一個(gè)或至少非常少的光脈沖來產(chǎn)生。因此，該系統(tǒng)對于閃爍之間能量變化和時(shí)間抖動非常靈敏。這些問題在氣體放電激光器諸如通常使用的受激準(zhǔn)分子激光器中特別重要。常規(guī)的受激準(zhǔn)分子激光器具有5％的閃爍到閃爍能量變化和100ns的閃爍到閃爍時(shí)間抖動。這些變化是由于各種因素引起的，諸如增益介質(zhì)的變化和電子放電過程中的變化。光刻使用的典型受激準(zhǔn)分子激光器的激光脈沖持續(xù)時(shí)間大約為10-20ns，脈沖頻率在大約1000Hz的范圍內(nèi)。對于工件上的每個(gè)特征使用兩次曝光，在一定程度上可以緩解這個(gè)問題但不能完全根除。
在常規(guī)的微型光刻中，諸如在集成電路光刻中，晶片分步器或者晶片掃描器使用閃爍，需要精度小的光脈沖，這是由于工件上的每個(gè)特征通?？梢员?0個(gè)或者更多的光脈沖來形成。因此，在工件區(qū)域的每一部分上的總曝光對于光脈沖變化就變得不太靈敏。然而，即使在這種情況下閃爍之間的變化也是麻煩的。為此在US 5852621中提議使用響應(yīng)時(shí)間在納秒或亞納秒范圍內(nèi)的快速脈沖能量探測器將代表脈沖能量的電信號提供到觸發(fā)電路中來控制激光脈沖能量。該觸發(fā)電路結(jié)合這個(gè)信號并在結(jié)合的信號到達(dá)預(yù)定程度時(shí)觸發(fā)電光開關(guān)，諸如普克爾(Pockels)元件。電光開關(guān)的操作削減去一部分脈沖能量使得由此產(chǎn)生的脈沖能量維持在恒定的程度上。
發(fā)明總結(jié)因此本發(fā)明的一種目的在于提供一種改進(jìn)的SLM圖形產(chǎn)生器來印刷精確的圖形。
這個(gè)目的是通過根據(jù)附加的權(quán)利要求書來實(shí)現(xiàn)的。
應(yīng)當(dāng)注意到本發(fā)明特別涉及半導(dǎo)體器件和顯示器的光掩膜印刷，但也涉及半導(dǎo)體器件圖形、顯示板、集成光學(xué)器件和電互連結(jié)構(gòu)的直接寫入。另外，它也可以應(yīng)用于其他類型的精確印刷，諸如證券印刷。應(yīng)當(dāng)在廣義上來理解印刷這個(gè)術(shù)語，其含義不只為光刻膠和感光乳劑的曝光，而且意味著憑借光或熱激發(fā)的燒蝕或化學(xué)處理，光對諸如干式工藝紙張的其他光靈敏介質(zhì)的作用。光不局限于普通可見光，可以為波長從紅外(IR)到遠(yuǎn)UV的廣泛范圍的光。
附圖簡述為了舉例說明這些目的，將參照附圖示出的本發(fā)明的實(shí)施例在下文中詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中

圖1為根據(jù)本發(fā)明的使用SLM的圖形產(chǎn)生器的示意圖；圖2a和b為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微型機(jī)械調(diào)制器的示意圖，說明了兩種不同的工作條件；以及圖3a-d為形成微型機(jī)械調(diào)制器的條紋的不同優(yōu)選排列的圖解。
優(yōu)選實(shí)施例描述參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的圖形產(chǎn)生器包括優(yōu)選具有單獨(dú)和多值象素尋址的SLM1，照射源2，成像光學(xué)系統(tǒng)3，和SLM的硬件和軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)4。另外，該系統(tǒng)優(yōu)選包括具有干涉儀位置控制系統(tǒng)6等的精確定位的基片平臺5等。
SLM1可以用微型機(jī)械加工的鏡片即所謂的微型鏡片來構(gòu)造或者用支撐基片上的連續(xù)鏡面構(gòu)造，因此使用電信號可以使它變形。然而其他的裝置也是可能的，諸如依賴于LCD晶體或電光材料作為調(diào)制機(jī)制的透射或反射SLM，或者使用壓電或電致伸縮激勵的微型機(jī)械SLM。
對于在EUV范圍內(nèi)的光，具有可變形的鏡面單元的Bragg鏡片或者微型機(jī)械快門可被用作SLM。
圖形產(chǎn)生器中的照射優(yōu)選由KrF受激準(zhǔn)分子激光器(excimer laser)來完成，它在248納米波長的UV區(qū)域中給出10-20納秒長的閃爍，并且?guī)拰?yīng)于受激準(zhǔn)分子激光器的自然線寬。為了避免基片上的圖形失真，來自受激準(zhǔn)分子激光器的光被均勻分布在SLM表面上，并且光具有足夠短相干長度以便不在基片上產(chǎn)生激光斑點(diǎn)。優(yōu)選使用光束擾頻器來實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)目標(biāo)。
圖形產(chǎn)生器優(yōu)選具有精確定位的基片平臺，它具有干涉儀位置控制系統(tǒng)。在一個(gè)方向，y方向上，伺服系統(tǒng)將平臺保持在固定的位置上，而在另一方向上，x方向上，平臺以連續(xù)的速度移動。干涉儀位置測量系統(tǒng)被用在x-方向上，觸發(fā)曝光的激光閃爍以在基片上的SLM每個(gè)圖像之間給出均勻的位置。當(dāng)SLM圖像的一個(gè)全部行被曝光在襯底上時(shí)，平臺在x方向上返回到起始位置并在y方向上移動一個(gè)SLM圖像增量，以曝光基片上的另一行SLM圖像。重復(fù)這個(gè)過程直到整個(gè)襯底都被曝光。優(yōu)選地，表面被寫入幾遍，以使誤差最終得到平衡。
另外，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括一種快脈沖探測器7，它探測每個(gè)單獨(dú)脈沖的輸出脈沖能量和對每個(gè)所述的單獨(dú)脈沖產(chǎn)生一個(gè)與所述單獨(dú)脈沖的輸出脈沖能量對應(yīng)的信號。探測器被連接到開關(guān)8上，它具有在納秒或亞納秒范圍內(nèi)的響應(yīng)時(shí)間來阻塞每個(gè)脈沖的各部分，配置所述開關(guān)使它被來自所述快脈沖探測器的所述信號控制。因此，在所述單獨(dú)脈沖的輸出脈沖能量測量結(jié)果的基礎(chǔ)上，每個(gè)單獨(dú)脈沖的能量輸出可以被控制為近似所需的能量輸出。分束器12優(yōu)選放置在光探測器7的前面，由此只有光束被分開的部分被探測到?？蓛?yōu)選地在光束已經(jīng)被重新聚集后配置開關(guān)，但也可以這樣配置開關(guān)使得它只影響光束的一個(gè)分開部分。
在系統(tǒng)中的開關(guān)例如可以為包括幾個(gè)小的反射鏡的微型機(jī)械調(diào)制器。這些鏡子可以被電操縱以根據(jù)施加到單獨(dú)的鏡片上的電壓在不同方向上反射或衍射進(jìn)入的光。這樣的鏡面單元例如可以包括具有下電極21的反射膜20，諸如在圖2a中描述的。當(dāng)電壓施加在膜和電極之間時(shí)，膜被拉向電極，如圖2b所述。通過合適地選擇膜的形狀和膜的電尋址-相互之間或單獨(dú)地-衍射表面可以由調(diào)制器形成。
膜例如可以具有條形的形狀。當(dāng)所有的膜是平的時(shí)，即當(dāng)在它們上沒有電壓施加時(shí)，它們形成平的反射平面。布置調(diào)制器使得進(jìn)入的光被反射離開該平的表面進(jìn)入到與后續(xù)的光學(xué)系統(tǒng)的光軸一致的方向中。如果電壓施加到每隔一個(gè)膜條上，則形成二進(jìn)制反射光柵。該光柵將進(jìn)入的光衍射到第一和更高的衍射級中。第一衍射級的角度取決于光柵的節(jié)距并選擇該角度使得第一和更高衍射級沒有透射過下面的光學(xué)系統(tǒng)的孔徑。因此，調(diào)制器如同光開關(guān)一樣工作。這種類型的器件例如由硅光機(jī)器公司(Silicon Light Machines)制造，具有大約10納秒的開關(guān)時(shí)間。如果衍射結(jié)構(gòu)的起伏(relief)高度為引入光的半個(gè)波長的模數(shù)n，n為整數(shù)，那么在非衍射的零級中不包含光，開關(guān)因此阻塞所有的進(jìn)入光進(jìn)入到后續(xù)的光學(xué)系統(tǒng)中。
微型機(jī)械調(diào)制器可再分為更小的亞區(qū)域，每個(gè)亞區(qū)域由平行鏡面膜條組成并且每個(gè)亞區(qū)域構(gòu)成一個(gè)開關(guān)。亞區(qū)域可以配置得相互不同，使所有的膜處于平行或者相對于其他的亞區(qū)域旋轉(zhuǎn)。各亞區(qū)域被單獨(dú)控制，因此可以衍射部分光束同時(shí)使剩余的光束不被反射地通過。因此，即使對每個(gè)單元采用二進(jìn)制(開/關(guān))驅(qū)動，也可以以模擬的方式設(shè)置調(diào)制器的總透射。為了完全切斷光束，則訪問所有的亞區(qū)域并由此形成衍射。
使每個(gè)膜制成一個(gè)衍射結(jié)構(gòu)也是可能的。由于只是膜的中間部分被吸引到電極上，因此每個(gè)膜本身形成一個(gè)周期結(jié)構(gòu)。通過合適地設(shè)計(jì)膜，可以形成表面填充陣列(看圖3a-d)，它在所有的單元被訪問時(shí)形成一個(gè)暗表面。因此，調(diào)制器的透射可以通過被訪問的?；蚰そM的相對數(shù)量設(shè)置。
沒有衍射的光與衍射的光的相對數(shù)量的另一種控制方式可為控制光柵的起伏深度。如果每個(gè)膜被電極吸引的深度根據(jù)施加的電壓可以被做得連續(xù)那么可以完成上述的控制。因此，光柵的起伏深度將被施加的電壓值控制，因此該電壓值控制了零級中的光相對于第一和更高級中的數(shù)量。
在圖3a中，示出了細(xì)長的微型機(jī)械調(diào)制器的第一優(yōu)選布置。在該實(shí)施例中，細(xì)長的調(diào)制器被縱向肩并肩地排列。在圖3b中，示出了細(xì)長的微型機(jī)械調(diào)制器的第二優(yōu)選布置。在該實(shí)施例中，細(xì)長的調(diào)制器被排列成多個(gè)平行調(diào)制器的組，但是這些組被排列得相互垂直。在圖3c中，示出了細(xì)長的微型機(jī)械調(diào)制器的第三優(yōu)選布置。在該實(shí)施例中，細(xì)長的調(diào)制器被排列成以一個(gè)角度布置的垂直的兩個(gè)調(diào)制器的幾個(gè)組，并且這樣的幾組被錯開地排列得彼此相鄰。在圖3d中，示出了細(xì)長的微型機(jī)械調(diào)制器的第四優(yōu)選布置。在該實(shí)施例中，細(xì)長的調(diào)制器被排列成調(diào)制器的多條平行線，在長度方向上依次排列，但是這些線之間彼此錯開。
然而，開關(guān)也可以為電光開關(guān)8，諸如Pockels元件。在這種情況下，光探測器7的輸出被輸送到電光元件觸發(fā)器上，它結(jié)合該信號并且比較結(jié)合的信號和對應(yīng)所需脈沖能量的預(yù)定截止值。當(dāng)達(dá)到截止值時(shí)，觸發(fā)器產(chǎn)生觸發(fā)信號，它在Pockels元件3中激發(fā)高電壓。這樣合適的Pockels元件可從美國的Energy Compression Corporation或者德國的Gsnger買到。高電壓施加到Pockels元件上使激光束的偏振偏移了90度，使得穿越Pockels元件的部分光束可以被極化濾光器濾除。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)通過在整體脈沖能量的預(yù)設(shè)值上切斷脈沖而增加了脈沖之間脈沖能量的穩(wěn)定性。用于切斷脈沖的裝置是一種非?？焖俚拈_關(guān)，例如電光開關(guān)，諸如Pockels元件，或者上述的微型機(jī)械調(diào)制器。如果該系統(tǒng)設(shè)置的用于切斷脈沖的脈沖能量水平發(fā)生了變化，開關(guān)將明顯稍早或稍晚地切斷脈沖，這取決于脈沖能量設(shè)置的變化?？紤]到大約10-20納秒的非常短的脈沖持續(xù)時(shí)間，由于開關(guān)的有限速度，難以顯著地變化削波時(shí)間。因此，不管選擇的透射能量劑量，該系統(tǒng)將以相同的時(shí)間常數(shù)工作。對于Pockels元件開關(guān)和使用上述微型機(jī)械調(diào)制器的開關(guān)，可連續(xù)地變化開關(guān)的透射。
Pockels元件開關(guān)的透射可被入射光的偏振控制。它也可以被施加到Pockels元件上的電壓來控制，由此控制了該元件的偏振旋轉(zhuǎn)數(shù)量并調(diào)整被Pockels元件開關(guān)的第二偏光器透射的光的數(shù)量。考慮到在Pockels元件中使用的高功率，聯(lián)合使用兩個(gè)Pockels元件開關(guān)可能是方便的，第一個(gè)用于開/關(guān)削波另一個(gè)用于較小的透射調(diào)制器。
為了便于斬削非常短的脈沖，在探測器之前可以使用脈沖展寬器9。因此，脈沖持續(xù)時(shí)間將增加，使得后續(xù)的脈沖修整器的有限開關(guān)時(shí)間較少地處于臨界，并且允許更加精確的斬削脈沖。
脈沖展寬器9例如可以包括反射系數(shù)小于1的兩個(gè)平行的鏡片。這兩個(gè)鏡片則構(gòu)成了一個(gè)光學(xué)共振器。光在穿過第一個(gè)鏡片時(shí)被耦合。鏡片的有限透射引起光在共振器中往返幾次，光的一部分在每一趟中穿過第二個(gè)鏡片。由此增加了脈沖持續(xù)時(shí)間。脈沖持續(xù)時(shí)間取決于共振器的光子壽命。光子壽命取決于鏡子的反射率和共振器長度。
為了具有足夠的時(shí)間來探測脈沖能量并因此控制開關(guān)，可能需要使用延遲單元10，它放置在探測器和開關(guān)之間以延遲脈沖。這可以通過在光束通路中放置反射鏡以增加通路長度來完成。增加1米的通路長度導(dǎo)致大約3-4ns的脈沖延遲。延遲時(shí)間優(yōu)選也是可調(diào)的。然而，也可以使用其他類型的延遲方式。
對于使用SLM的高精度圖形產(chǎn)生器系統(tǒng)，所需的平均光束脈沖功率與微型光刻中使用的正常脈沖能量功率相比是非常低的，通常大約10-100mW，而后者通常在10-20W范圍內(nèi)。使用如此高的光束功率引起的問題是放置在激光器后的元件被暴露于高脈沖能量中，因此有可能被損害。在本發(fā)明的系統(tǒng)中，因而優(yōu)選使用具有受限的輸出功率的光源。另一種選擇，也可以使用常規(guī)的激光器等，由此衰減器11可被放置在脈沖探測器前面，用于衰減每個(gè)單獨(dú)脈沖的脈沖能量。
通過以受控方式切去脈沖的兩端而留下精確控制的中間部分，可以由本發(fā)明的系統(tǒng)控制時(shí)間抖動。為此，可以使用上述類型的串連的兩個(gè)開關(guān)，一個(gè)在脈沖發(fā)射后打開一段受控制的時(shí)間區(qū)間，另一個(gè)在打開開關(guān)后關(guān)閉一段受控制的時(shí)間區(qū)間。
盡管關(guān)于幾個(gè)特殊的實(shí)施例描述了上述的圖形發(fā)生系統(tǒng)，但是應(yīng)當(dāng)理解可以進(jìn)行各種修改和變化。例如，可以使用功能相當(dāng)?shù)脑〈鲜鱿到y(tǒng)的幾個(gè)元件，諸如其他類型的激光器或光源，諸如閃爍放電管，或者對于EUV的等離子體光源，其他類型的延遲電路，其他類型的開關(guān)裝置，其他類型的探測器，諸如光倍乘器等。因此，本發(fā)明只被附加的權(quán)利要求書和它們的法律等價(jià)物限制。
權(quán)利要求
1.一種在對光輻射敏感的工件諸如光掩膜、顯示板或者微光器件上產(chǎn)生圖形的系統(tǒng)，包括從EUV到IR的波長范圍內(nèi)發(fā)射光脈沖的一種源，具有至少一個(gè)調(diào)制元件(象素)并適合于被至少一種發(fā)射的光脈沖照射的一種空間光調(diào)制器(SLM)，以及在工件上產(chǎn)生調(diào)制器圖像的投射系統(tǒng)，其特征在于它還包括一個(gè)快脈沖探測器，以探測每個(gè)單獨(dú)脈沖的輸出脈沖能量，以及對每個(gè)所述單獨(dú)脈沖產(chǎn)生與所述單獨(dú)脈沖的輸出脈沖能量對應(yīng)的一種信號，一個(gè)開關(guān)，響應(yīng)時(shí)間在納秒或亞納秒范圍內(nèi)來阻斷每個(gè)脈沖的各個(gè)部分，配置所述開關(guān)以被來自所述快脈沖探測器的所述信號控制，以便在所述單獨(dú)脈沖的輸出脈沖能量測量結(jié)果的基礎(chǔ)上將每個(gè)單獨(dú)脈沖的能量輸出控制為近似所需的能量輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中控制所述開關(guān)以減小脈沖之間的抖動并增加發(fā)射的光脈沖的脈沖之間的穩(wěn)定性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其中還根據(jù)工件上所需的照射控制所述開關(guān)。
4.根據(jù)先前任一權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中它還包括將光脈沖分割成至少兩個(gè)部分的分束器，和適合于控制這些部分中的僅僅一個(gè)部分的能量輸出的開關(guān)，和隨后再結(jié)合脈沖各個(gè)部分的再結(jié)合單元。
5.根據(jù)先前任一權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中所述光脈沖源為激光器，并優(yōu)選為受激準(zhǔn)分子激光器。
6.根據(jù)先前任一權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中所述快脈沖能量探測器為光電二極管。
7.根據(jù)先前任一權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)為電光開關(guān)，并優(yōu)選包括Pockels元件和至少一個(gè)偏振分束器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一個(gè)的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)包括微型機(jī)械調(diào)制器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中微型機(jī)械調(diào)制器包括可控反射單元陣列。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中反射單元包括細(xì)長的反射表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中在基本平行的伸展方向上布置各反射單元。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中在至少兩個(gè)不同的伸展方向上布置各反射單元，所述兩個(gè)伸展方向之間具有一個(gè)夾角，并且優(yōu)選為基本垂直。
13.根據(jù)權(quán)利要求9-12任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中各反射單元為電可控的。
14.根據(jù)權(quán)利要求8-13任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中微型機(jī)械調(diào)制器包括至少一個(gè)可位移的反射膜。
15.根據(jù)先前權(quán)利要求任一項(xiàng)的系統(tǒng)，還包括一種光延遲元件。
16.根據(jù)先前權(quán)利要求任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中配置開關(guān)以在整體脈沖能量的所需值上切斷脈沖。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-15任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中配置開關(guān)以改變要在每個(gè)單獨(dú)脈沖中使用的透射性能。
18.根據(jù)先前權(quán)利要求任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中它還包括脈沖展寬器，它被放置在脈沖開關(guān)之前，用于伸展每個(gè)單獨(dú)脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間。
19.根據(jù)先前權(quán)利要求任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中工件上的每個(gè)寫入特征被作為小數(shù)量投影圖像的疊合來寫入的，并且每個(gè)圖像通過小于四個(gè)并優(yōu)選一個(gè)的光脈沖形成。
20.根據(jù)先前權(quán)利要求任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中空間調(diào)制器為調(diào)制單元的二維陣列，各個(gè)值時(shí)間分割多路加載到調(diào)制單元上，并且在每個(gè)單元上存儲加載的值。
21.根據(jù)先前權(quán)利要求任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中空間光調(diào)制器包括微型機(jī)械元件的陣列，優(yōu)選為微型鏡片的陣列。
22.根據(jù)先前權(quán)利要求任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中它還包括一種脈沖能量衰減器，它被放置在脈沖探測器之前，用于衰減每個(gè)單獨(dú)脈沖的脈沖能量。
23.根據(jù)先前權(quán)利要求任一項(xiàng)的系統(tǒng)，包括一個(gè)受控制的第二開關(guān)，它起初被關(guān)閉并在脈沖發(fā)射后被打開一段受控制的時(shí)間區(qū)間，以提供脈沖開始端的精確控制。
全文摘要
在對光輻射靈敏的工件諸如光掩膜、顯示板或者微型光學(xué)器件上制作圖形的一種系統(tǒng)，包括從EUV到IR的波長范圍內(nèi)發(fā)射光脈沖的一種源，具有至少一個(gè)調(diào)制元件(象素)并適合于被至少一種發(fā)射的光脈沖照射的一種空間光調(diào)制器(SLM)，以及在工件上制作調(diào)制器圖像的投影系統(tǒng)。另外，該系統(tǒng)包括一種快速脈沖探測器，它探測每個(gè)單獨(dú)脈沖的輸出脈沖能量以及對每個(gè)所述單獨(dú)脈沖產(chǎn)生與所述單獨(dú)脈沖的輸出脈沖能量對應(yīng)的一種信號，響應(yīng)時(shí)間在納秒或亞納秒范圍內(nèi)來阻塞每個(gè)脈沖區(qū)段的開關(guān)，配置所述開關(guān)以被來自所述快速脈沖探測器的所述信號控制，以便在所述單獨(dú)脈沖的輸出脈沖能量測量結(jié)果的基礎(chǔ)上將每個(gè)單獨(dú)脈沖的能量輸出控制為近似所需的能量輸出。
文檔編號G03F7/20GK1394297SQ0180321
公開日2003年1月29日 申請日期2001年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月17日
發(fā)明者托布約恩·桑德斯特羅姆, 安娜－卡林·霍爾梅爾, 烏爾里克·永格布拉德, 達(dá)格·漢斯托爾普 申請人:微激光系統(tǒng)公司