專利名稱：用于對襯底側(cè)面進(jìn)行布線的光刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光刻方法，其用于為襯底的至少一個(gè)側(cè)面提供包括至少一個(gè)導(dǎo)電條的電線，該方法包括以下步驟提供包括至少一個(gè)側(cè)面的襯底；在至少一個(gè)襯底的側(cè)面上涂敷抗蝕層；提供包括掩模圖案的掩模，其具有數(shù)量與待布線的側(cè)面相對應(yīng)的多個(gè)曝光射線穿越區(qū)；提供一種包括曝光射線源、掩模架和襯底架的接近式印刷設(shè)備；將襯底設(shè)置于襯底架中并將掩模設(shè)置于掩模架中，從而使得掩模圖案的射線穿越區(qū)面向待布線的襯底側(cè)面；通過射線穿越區(qū)使得所述表面曝光；將抗蝕材料從抗蝕層上有選擇地去除從而形成抗蝕圖案；以及使用抗蝕圖案作為用來配置傳導(dǎo)材料的掩模以便獲得所需的布線。
應(yīng)當(dāng)理解，襯底的側(cè)面是指襯底的端面而非主要、上或下表面以及襯底中的帶開口的壁。這種開口可以是圓孔或者矩形或其它形狀的槽或狹槽。開口可以在襯底的整個(gè)厚度上延伸，或者開口的深度可等于該厚度的一小部分。
應(yīng)當(dāng)理解，對表面進(jìn)行布線是指為表面提供一根直至大量的條或線，這些條區(qū)別于表面其它部分之處在于導(dǎo)電率不同。
應(yīng)當(dāng)理解，配置傳導(dǎo)材料是指在抗蝕層下面對傳導(dǎo)層進(jìn)行蝕刻，這稱作脫除過程，并在抗蝕層的開放區(qū)域生成傳導(dǎo)材料，這稱作添加過程。
US-A 6,240,621中公開了一種同時(shí)制造多個(gè)薄膜式表面可安裝的電子部件的光刻方法。根據(jù)這種已知方法，首先提供了一種大致為平面的陶瓷襯底，其具有互相平行的第一、第二主平面并包含一系列互相平行的狹槽。這些狹槽從第一主平面延伸穿過通向第二主平面，并用來將襯底分成多個(gè)平行于狹槽延伸且位于相鄰一對狹槽內(nèi)的細(xì)長段。這些段中每一個(gè)均帶有位于其第一、第二主表面中的至少一個(gè)上的薄膜電極結(jié)構(gòu)。利用三維光刻技術(shù)來提供沿著每個(gè)段的兩壁延伸并與每個(gè)段上的電極結(jié)構(gòu)保持電接觸的電觸點(diǎn)。然后，通過沿著一系列基本上垂直于每個(gè)段的壁延伸的分割線將這些段切斷，這些段就被切成單獨(dú)的塊狀元件。這種方法可以用于制造各種類型的部件，例如薄膜式晶體管、保險(xiǎn)絲、電容器和電感器，以及無源網(wǎng)絡(luò)，例如RC和LCR網(wǎng)絡(luò)。
通過連續(xù)地向段壁涂敷導(dǎo)電層和射線敏感層或抗蝕層，就得到了電觸點(diǎn)或?qū)щ娷壽E。帶有這些層的襯底通過掩模來利用準(zhǔn)直曝光光束進(jìn)行曝光，該掩模在與狹槽位置相應(yīng)的位置處通過包括射線透明區(qū)域。然后，抗蝕劑的已曝光部分就被除去，并且剩余的抗蝕圖案被用作掩模來對導(dǎo)電層進(jìn)行蝕刻從而獲得所需的互連圖案。為了跨越壁抗蝕層的整個(gè)深度對其進(jìn)行曝光，曝光光束為斜光束，即這種光束的主光線與襯底平面的法線成銳角。為了改進(jìn)曝光情況，將反射器設(shè)置于遠(yuǎn)離曝光源的襯底表面上，該反射器用于改變通向端壁的曝光射線方向。替代地，可以使用兩個(gè)均提供斜曝光光束的曝光源來從相對兩側(cè)對襯底進(jìn)行曝光。
斜曝光的不利影響在于，若貼近間隙寬度發(fā)生變動，則形成于襯底的上表面平面的曝光圖案就會發(fā)生移動。應(yīng)當(dāng)理解，貼近間隙是指掩模與襯底的上表面之間的空間。若這一間隙的寬度改變，則用于使得狹槽曝光的曝光光束部分將會至少部分地落于狹槽外側(cè)，并且，除此以外，襯底的頂面部分將會受到照射。而且，如果特征必須被配置于襯底的第一主平面中并使用相同的曝光光束對該表面上的抗蝕層進(jìn)行曝光，那么斜曝光光束將會引起用于配置這些特征的掩模圖案的圖像發(fā)生移動。對所述掩模圖案進(jìn)行斜曝光還會引起印刷特征，即用于進(jìn)行蝕刻的抗蝕掩模的特征的寬度發(fā)生變動。
本發(fā)明的一個(gè)目的是解決上述問題，并提供一種極其精確且能力加大的方法。這種方法的特征在于使用基本上垂直于掩模圖案的曝光光束，以及使用其中每個(gè)曝光射線穿越區(qū)包括用于將曝光射線衍射至相關(guān)襯底表面上的衍射結(jié)構(gòu)的掩模圖案。
由于曝光光束垂直于掩模圖案，因此貼近間隙寬度的變動就不再引起曝光圖案的移動。入射在射線穿越區(qū)上的全部曝光射線被成適當(dāng)角度導(dǎo)向狹槽的側(cè)面，從而使得側(cè)面在所需深度上曝光。將不再需要用于形成斜曝光光束的專用設(shè)備和兩個(gè)曝光光源或反射器。斜射線僅形成于需要這種射線的位置上。由于曝光光束為準(zhǔn)直光束，因此這種光束就可以用于在對所述壁進(jìn)行曝光的同時(shí)使得設(shè)備掩模圖案成像。
應(yīng)當(dāng)指出，專利US-A 5,942,375公開了一種制造包括導(dǎo)電通路的印刷線路板的方法。這種方法使用帶有特定類型的散射元件的掩模以便對孔內(nèi)壁上的抗蝕層進(jìn)行曝光。由于這種元件將曝光射線沿全向散射從而令孔中的整個(gè)抗蝕表面曝光，所以這種方法就不適于用來在孔中形成比較小的導(dǎo)電軌跡。
該方法的第一實(shí)施例的特征在于使用了其中衍射結(jié)構(gòu)為振幅結(jié)構(gòu)的掩模圖案。
應(yīng)當(dāng)理解，振幅光柵結(jié)構(gòu)是指由形成光柵條與中間條的交替透明條和非透明條形成的結(jié)構(gòu)。這種光柵結(jié)構(gòu)，即黑白結(jié)構(gòu)，在分別入射于光柵條上的曝光光束部分和入射于中間條上的曝光光束部分之間引入了振幅差異。
這種方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的特征在于使用了其中衍射結(jié)構(gòu)為相位結(jié)構(gòu)的掩模圖案。
應(yīng)當(dāng)理解，相位光柵結(jié)構(gòu)是指全透明結(jié)構(gòu)，其中光柵條的相位深度不同于中間條的相位深度。應(yīng)當(dāng)理解，光柵的相位深度是指分別由光柵條所傳送的曝光光束與中間條所傳送的曝光光束之間的相位差異。為了產(chǎn)生相位差異，光柵條可以位于不同于中間條的層面上，或者它們可以具有不同于中間條的折射系數(shù)。由于相位光柵完全透明，所以就容許將比振幅光柵更多的入射射線部分集中于所需位置上。
優(yōu)選地，后一種方法的特征在于使用了其中相位結(jié)構(gòu)的占空因數(shù)為50％而相位深度為180°的掩模圖案。
相位光柵的占空因數(shù)應(yīng)當(dāng)理解成是指光柵條的寬度與光柵間距的比率，光柵間距即光柵條與中間條的總寬度。占空因數(shù)為50％且相位深度為180°的相位光柵容許抑制不會有助于側(cè)壁曝光的零級，即直接射線，并將所傳送的射線集中于使得側(cè)壁曝光的正負(fù)一級光束中。
更優(yōu)選地，這種方法的特征在于使用了其中衍射結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成用于以與衍射結(jié)構(gòu)的平面的法線大致成20°的角度偏轉(zhuǎn)入射曝光射線的掩模圖案。
光柵間距和射線波長決定了光柵反射射線的角度。對于選定波長，通常使用的20°的反射角度，其可以通過選擇適當(dāng)?shù)墓鈻砰g距來實(shí)現(xiàn)。
這種方法的特征還在于使用了包括與衍射結(jié)構(gòu)鄰接的掩模構(gòu)造的掩模圖案，這些掩模構(gòu)造與將要配置在襯底上表面層中的襯底構(gòu)造相對應(yīng)。
使用這種掩模圖案容許與在側(cè)面上進(jìn)行布線的同時(shí)配置襯底頂面上的特征。這些特征可以構(gòu)成電線，其與側(cè)面上的布線連接并引向配置于襯底中的設(shè)備，例如電子部件。這些特征還可以形成這種部件的一部分，例如成為無源網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)線圈的繞組或電容器電極。
本發(fā)明還涉及一種具有特別地設(shè)計(jì)用于這種新穎方法的掩模圖案的掩模。這種掩模的特征在于其示出了一個(gè)或多個(gè)如以上所述的掩模構(gòu)造。
這種掩模的第一實(shí)施例的特征在于衍射結(jié)構(gòu)為線性光柵。
利用掩模圖案中的這種衍射光柵，可以對襯底的一個(gè)端側(cè)面或兩個(gè)相對的端面進(jìn)行布線。
這種掩模的第二實(shí)施例的特征在于衍射結(jié)構(gòu)為二維光柵結(jié)構(gòu)。
利用帶有這種衍射結(jié)構(gòu)的掩模圖案，可以對襯底的互成90°角度的兩個(gè)端側(cè)面或兩對相對的側(cè)面同時(shí)進(jìn)行布線。
這種掩模的第三實(shí)施例的特征在于衍射結(jié)構(gòu)包括多個(gè)線性衍射光柵，每個(gè)光柵均形成了公共圓形區(qū)的段。
由于利用這種方法制造的設(shè)備在質(zhì)量和傳導(dǎo)條的寬度方面獨(dú)一無二，因而這種設(shè)備就形成了本發(fā)明的一部分。而且，本發(fā)明容許制造迄今為止尚不能制造的帶有側(cè)面布線的設(shè)備。
通過非限定性實(shí)例，參看下文中所描述的實(shí)施例，將會更清楚地理解本發(fā)明這些及其它方面。
附圖中

圖1示意性地示出了可以用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的接近式印刷設(shè)備；圖2示出了帶有利用根據(jù)本發(fā)明方法提供的傳導(dǎo)帶圖案的部件；圖3示出了將要在其中提供狹槽和傳導(dǎo)帶的襯底；圖4示出了帶有狹槽的同一襯底；圖5a和5b分別示出了現(xiàn)有技術(shù)的利用斜光束對狹槽式襯底進(jìn)行的曝光情況的側(cè)視圖和俯視圖；圖6示出了貼近間隙寬度和曝光光束的傾斜度對曝光條的寬度的影響；圖7示出了衍射光柵的原理；圖8示出了利用包括這種衍射光柵的掩模結(jié)構(gòu)對襯底側(cè)面的曝光情況；圖9a-9d示出了用于實(shí)現(xiàn)這種新型方法的衍射結(jié)構(gòu)的不同實(shí)施例；圖10a示出了用于制造感應(yīng)線圈的第一衍射結(jié)構(gòu)；圖10b示出了利用圖10a中的衍射結(jié)構(gòu)制造的感應(yīng)線圈；圖11示出了可用于制造圖11b的感應(yīng)線圈的第二衍射結(jié)構(gòu)；圖12示出了可通過這種新穎方法制造的晶體管；圖13示出了如何將這種新穎方法用于二極管激光器的封裝；以及圖14示出了如何使用這種新穎方法將電子設(shè)備電連接于基板上。
圖1中非常示意性地示出了一種常規(guī)型接近式印刷設(shè)備，其通常用于制造例如LCD設(shè)備。這種設(shè)備包括用于承載襯底3的襯底架1，而裝置將要在該襯底3上進(jìn)行配置。襯底涂敷著射線敏感層或抗蝕層5，其中將要形成具有與裝置特征相對應(yīng)的特征的圖像。圖像信息包含于設(shè)置在掩模支架中的掩模8內(nèi)。掩模包括透明襯底9，其下表面帶有由透明與非透明條和區(qū)域構(gòu)成的圖案(掩模圖案)10，其代表圖像信息。小空氣隙11的間隙寬度W約為100μm數(shù)量級，其將掩模圖案與抗蝕層5分開。這種設(shè)備還包括曝光射線源12。這種源可以包括燈13如水銀弧光燈，以及反射器15。這種反射器反射沿著向后方向與側(cè)向射向掩模的燈射線。反射器可以是拋物面反射器，而燈可以置于反射器的焦點(diǎn)上，從而使得來自光源的曝光光束基本上為準(zhǔn)直光束。其它或附加的光學(xué)元件，例如一個(gè)或多個(gè)透鏡，可以設(shè)置于射線光源中從而確保光束17基本上為準(zhǔn)直光束。這種光束相當(dāng)寬，并使得整個(gè)掩模圖案10曝光，其尺寸可為從7.5×7.5cm2至40×40cm2。例如，掩模圖案在抗蝕層上成像所需的時(shí)間為10sec，包括將襯底相對于掩模圖案對準(zhǔn)所需的時(shí)間。圖1中并未示出用于對準(zhǔn)的裝置，但是這些裝置在本發(fā)明所屬領(lǐng)域內(nèi)眾所周知。在掩模圖案已經(jīng)在抗蝕層中成像以后，這個(gè)層就被顯影并且抗蝕材料從該層上脫落，從而獲得由剩余抗蝕區(qū)和非抗蝕區(qū)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)用作掩模來對下方襯底層進(jìn)行蝕刻從而使得所需的裝置特征被配置于該襯底層中。如果是正性抗蝕，則曝光抗蝕區(qū)就脫落，如果是負(fù)性抗蝕，則非曝光抗蝕區(qū)脫落。在曝光步驟與顯影步驟之間，可以進(jìn)行曝光后烘烤(PEB)步驟。
如圖1中所示的接近式印刷設(shè)備可以用于在若干位置為較大裝置提供導(dǎo)電器(傳導(dǎo)條)來連接不同層，或者同時(shí)為多個(gè)小裝置(部件)提供位于其側(cè)壁上的這種傳導(dǎo)軌跡。
圖2非常示意性地示出了這種部件20的一個(gè)實(shí)施例，其包括置入襯底24中的部件結(jié)構(gòu)22。襯底的材料可以是根據(jù)部件類型而定的各種不同類型，例如硅或陶瓷材料。為了將部件上表面26中的部件結(jié)構(gòu)22連接于下部件表面27中的部件結(jié)構(gòu)(未示出)上，上、下表面均帶有包括一根或若干根導(dǎo)線或傳導(dǎo)條30的線路。部件的側(cè)面壁28、29帶有相應(yīng)的多根導(dǎo)線32，它們連接著上、下表面上的相應(yīng)線路。
為了同時(shí)為多個(gè)部件提供位于其側(cè)壁上的導(dǎo)線，或者為擴(kuò)展裝置提供位于其襯底狹槽或孔的內(nèi)壁上的這種導(dǎo)線，從圖3中所示的襯底形狀開始。圖3示出了具有上主表面26和下主表面28的襯底板24。狹槽制作于該板中，例如，通過激光鉆孔和粉末噴吹過程來制作。如圖4所示，這種過程產(chǎn)生了一系列互相平行的狹槽34，它們從上主表面26延伸貫通至下主表面28。這些狹槽用于將襯底24細(xì)分成各段35，各段35平行于狹槽34延伸并且位于這些狹槽的連續(xù)對之間。每個(gè)段35均具有兩個(gè)沿著相鄰狹槽34的邊緣延伸的位置相對的壁37a、37b。板24通過一系列連接橋36的存在而保持完整，這些連接橋沿著其長度方向按照定距離間隔連接著相鄰段35。
在襯底中形成狹槽的過程可以包括以下步驟提供由所需材料構(gòu)成的襯底板；將抗蝕材料涂敷于板上或?qū)⒖刮g薄片層壓于板上；根據(jù)狹槽34、段35和橋36的所需圖案將抗蝕層曝光；對曝光后的抗蝕層進(jìn)行顯影然后進(jìn)行后烘干；進(jìn)行粉藥噴吹，以及使得抗蝕劑的剩余部分脫落。
然后，將帶狹槽的板進(jìn)行金屬化處理并對其涂敷電泳抗蝕劑。為了將狹槽壁上的抗蝕劑曝光，專利US-A 6,240,621提出將斜曝光與在狹槽位置處具有透明區(qū)的掩模結(jié)合使用，如圖5a和5b中所示。圖5a示出了已知曝光設(shè)置結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。參考數(shù)字24表示帶有狹槽34的襯底的一部分。掩模用參考數(shù)字40表示，其包括位于狹槽34處的射線傳送區(qū)42。在區(qū)域42的兩側(cè)為射線阻擋區(qū)44。區(qū)域42可以被分成多個(gè)射線傳送條46，其與射線阻擋條48相交替，如圖5b中掩模圖案的相關(guān)部分的俯視圖所示。射線傳送條46的數(shù)量由待配置于壁或表面37a、37b上的導(dǎo)線的數(shù)量確定。
為了將這些表面曝光，使用了兩條相對的傾斜光束50和52。這些曝光光束可以通過位于不同位置與方位處的兩個(gè)射線源來供應(yīng)，或者通過將單個(gè)光源與用于分裂來自該光源的光束并形成沿適當(dāng)方向的子光束的裝置組合使用來供應(yīng)。光束部分50b和52b入射在狹槽34上以便使得它們分別將壁37b和壁37a曝光，而光束部分50a和52a被掩模的阻擋區(qū)44所阻擋。掩模區(qū)42中由射線傳送條46與射線阻擋條48構(gòu)成的圖案將光束部分50b和52b分成與多個(gè)射線傳送條相對應(yīng)的多個(gè)子光束部分。這些子光束部分具有條形截面。每個(gè)子光束部分分別將襯底表面37b和37a上的抗蝕層的條曝光，從而使得稍后將相應(yīng)數(shù)量的導(dǎo)線或傳導(dǎo)條配置于這些表面上。導(dǎo)線的寬度根據(jù)子光束部分的寬度而定。
光束部分50c和52c入射在襯底之上的抗蝕層的狹槽鄰近區(qū)上。這些光束部分也被掩模區(qū)域42中的條圖案分割，因此這些光束部分將與多個(gè)位于側(cè)面上的已曝光抗蝕條相對應(yīng)的多個(gè)頂抗蝕條曝光。每個(gè)已曝光頂部抗蝕條與位于側(cè)面上的另一個(gè)已曝光抗蝕條連接。
通過眾所周知的由抗蝕劑顯影、烘烤、蝕刻以及將剩余抗蝕劑脫離組成的這些光刻步驟，就將由已曝光與未曝光抗蝕條構(gòu)成的圖案轉(zhuǎn)化成由位于側(cè)面上和位于連接著這些表面的襯底頂部區(qū)上的電導(dǎo)線或者傳導(dǎo)軌跡構(gòu)成的圖案。
狹槽之間的掩模區(qū)可以包括與裝置特征相對應(yīng)的掩模裝置特征的圖案，例如導(dǎo)電軌跡或待配置于狹槽之間的襯底層區(qū)域中的電子或光電部件的特征。掩模中的射線阻擋區(qū)44可以形成這種掩模裝置特征的圖案的一部分。這些掩模裝置特征可以通過用于將襯底中的狹槽曝光的斜光束來成像。
使用斜曝光光束的結(jié)果就是，曝光設(shè)置結(jié)構(gòu)的工作情況易受間隙寬度變化的影響。如果間隙寬度W改變，那么曝光圖案即抗蝕層的上表面平面中的射線分布將會發(fā)生變動且曝光條的寬度也將改變。這種敏感程度取決于曝光光束的傾斜角度。傾斜角度(光束的主光線與襯底的法線之間的角度)越大則間隙寬度敏感度就越高，如圖6中所示。
圖6中示出了用于兩個(gè)間隙寬度A和B與用于較大(L)和較小(S)傾斜角度的曝光條寬度SW。對于較大間隙寬度B，可以獲得用于較大傾斜角度的條寬SWBL和用于較小傾斜角度的條寬SWBS。對于較小間隙寬度A，可以獲得用于較大傾斜角度的條寬SWAL和用于較小傾斜角度的條寬SWAS。如果間隙寬度變大則條寬將變小，這對較大傾斜角度的影響將大于對較小傾斜角度的影響。
而且，圖5a和5b的已知曝光設(shè)置結(jié)構(gòu)可以只用于將在圖5a的XY平面中延伸的狹槽表面曝光，而不將在YZ平面中延伸的表面曝光。斜曝光需要專用、非常規(guī)型的曝光設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，通過一種新型掩模來實(shí)現(xiàn)用于將側(cè)面曝光的曝光光束部分的所需傾斜度。這種掩模包括衍射結(jié)構(gòu)，衍射結(jié)構(gòu)的位置與襯底中的狹槽、槽、孔或其它類型的中斷的位置相對應(yīng)，而傳導(dǎo)條或?qū)Ь€必須配置于該襯底中。衍射結(jié)構(gòu)僅在需要進(jìn)行斜曝光的位置處對曝光光束部分進(jìn)行受控地偏轉(zhuǎn)。現(xiàn)在，可以使用垂直入射光束來照射掩模從而闡明曝光圖案的移動與已曝光線寬的變動問題。不再需要專用曝光設(shè)備，并且常規(guī)型曝光設(shè)備的能力可以得到相當(dāng)大地加大。衍射結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)成使得其沿兩個(gè)互相垂直的方向衍射曝光射線，因此可以將既在XY平面又在YZ平面延伸的端面曝光。甚至可以將襯底中的圓形通路曝光，這就容許制造通過常規(guī)方法所不能制造的部件。
線性光柵，如相位光柵為衍射結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例。圖7示出了這種光柵的一部分，其包括呈蝕刻于如石英之類的掩模襯底60上的槽形式的光柵條62，這些光柵條與中間條64相交替。槽的幾何深度為d，其在穿越槽的入射光束b(曝光光束)部分與穿越中間條的光束部分之間產(chǎn)生相位差異。光束部分互相干涉從而產(chǎn)生不同方向(不同衍射級)的子光束。這種現(xiàn)象稱作衍射，而不同的方向稱作衍射級。圖7中示出了零級、非偏轉(zhuǎn)子光束b(0)、按照角度θ1偏轉(zhuǎn)的正一級子光束b(+1)與負(fù)一級子光束b(-1)，按照角度θ2偏轉(zhuǎn)的正二級子光束b(+2)與負(fù)二級子光束b(-2)(θ2＝2θ1)。
對于所設(shè)想的應(yīng)用情況，由于零級光束穿過襯底狹槽直接向前傳播，所以這種光束的強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)盡可能最小。同樣，二級與更高級光束的強(qiáng)度也應(yīng)當(dāng)盡可能最小，從而使得全部入射射線集中于零級光束。這點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)的程度稱作光柵效率。這種效率由光柵間距p、占空因數(shù)即槽寬與間距之比，以及槽的光學(xué)深度所確定。光學(xué)深度為掩模襯底材料的幾何深度d與折射率n的乘積。
為了將襯底的側(cè)面曝光，所以偏轉(zhuǎn)角度θ1應(yīng)當(dāng)至少約為20°，因而一級光束在側(cè)面的入射角度應(yīng)當(dāng)至多約為70°。按這種角度入射的曝光射線可以被抗蝕層充分吸收。對于較大的入射角度，即偏轉(zhuǎn)角度θ1小于20°時(shí)，將會有過多的射線將被側(cè)面上的抗蝕層反射從而使得曝光變得不可靠。光柵間距p和曝光射線的波長λ根據(jù)以下關(guān)系式?jīng)Q定了第一衍射級的偏轉(zhuǎn)角度θ1Sin(θ1)＝λ/p為了利用365nm的波長獲得20°的一級偏轉(zhuǎn)角度，光柵間距應(yīng)當(dāng)為1067nm。
為了獲得具有最大一級效率的光柵，零級光束應(yīng)當(dāng)受到最大抑制；較高級光束的強(qiáng)度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于零級和一級光束。若滿足以下條件，則零級光束將被完全消除光柵的相位深度，即一級射線與零級射線之間的相位差異為180°，以及相位光柵的占空因數(shù)為50％。
當(dāng)零級射線并未被吸收或反射時(shí)，由于能量轉(zhuǎn)換定律，這種射線并未損失而是加入一級射線中。對于空氣中的折射率等于1的光柵，得到了180°的所需相位深度λ＝2d(n-1)其中n為掩模襯底材料的折射率。如果這種材料為石英，并且曝光射線的波長為365nm，則幾何深度d為397nm。目前可用的光刻技術(shù)容許制造具有這種深度和1067nm間距的相位光柵，因而光柵條的寬度為533nm。
如果光柵被置入折射率為n1的介質(zhì)中，則可以得到180°的所需相位深度λ＝2d(n-n1)可以使用振幅光柵來替代相位光柵。振幅，或黑白光柵為由交替的共面射線阻擋與射線傳送條交替形成的結(jié)構(gòu)。射線阻擋條可以由鉻制成，鉻是光學(xué)光刻技術(shù)中常用的材料。至于相位深度，振幅光柵的工作情況類似于相位深度為180°的相位光柵。由于通過振幅光柵傳遞的射線具有零級分量，因此這種光柵的一級光束效率低于相位光柵。振幅光柵阻擋住一半入射射線。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的3-D曝光設(shè)置結(jié)構(gòu)，圖示非常示意性并且只用于示例說明，其用于形成襯底的頂面上傳導(dǎo)條80的布線和側(cè)面上條78的相應(yīng)布線。襯底本身未示出。僅示出了頂面和相關(guān)側(cè)面的邊線76以及頂面上和側(cè)面上的已曝光條。用于實(shí)現(xiàn)這種曝光的掩模結(jié)構(gòu)70包括一系列射線阻擋條72和設(shè)置于這些條之間的衍射結(jié)構(gòu)74。例如，射線阻擋條72為沿X方向延伸的鉻條。衍射結(jié)構(gòu)74的亞微型寬光柵條沿Y方向延伸。從圖7中可以清楚地看出，衍射發(fā)生在垂直于光柵條方向的平面中。在圖8的情況下，這意味著入射在衍射結(jié)構(gòu)上的曝光射線在XZ平面中受到偏轉(zhuǎn)，因而這種射線將條78曝光。衍射結(jié)構(gòu)74可以沿X方向覆蓋著頂面上的曝光條80的區(qū)域。衍射結(jié)構(gòu)還可以沿X方向延伸足以將側(cè)面條78曝光的長度。
如果鉻條72覆蓋著襯底頂面上的條80和襯底側(cè)面上的條78，衍射結(jié)構(gòu)74就照射中間條77，并且為了形成布線，可以將負(fù)性抗蝕與半添加過程組合使用。在條78和80的位置上抗蝕層將不會接收射線，并且在抗蝕劑顯影過程中這些位置上的抗蝕材料將會被去除。在下一個(gè)電化學(xué)處理步驟中，金屬將會在如此獲得的抗蝕層狹槽中生長。
在掩模圖案與襯底之間可以保持寬度約為100μm的小間隙，從而避免污染襯底和損壞襯底和掩模。掩模圖案平面與位于待配置的襯底面之上的抗蝕層之間的距離與曝光光束的波長和該光束的準(zhǔn)直程度共同決定了曝光條的圖案的分辨率。成像系統(tǒng)，即曝光系統(tǒng)的分辨率應(yīng)當(dāng)理解成是指沿圖8的Y方向中每單位長度上條的數(shù)量，其可以單獨(dú)成像，從而足以彼此區(qū)分。掩模圖案與抗蝕層之間的距離越小，則能夠獲得的分辨率越高。分辨率越高則能夠成像的最小條寬越小。
對于襯底的側(cè)面而言，掩模圖案與抗蝕層之間的所述距離不僅由襯底頂面與掩模圖案平面之間的間隙，即貼近間隙決定，而且這個(gè)距離還取決于掩模圖案的X位置。在圖8的設(shè)置結(jié)構(gòu)中，曝光光線b(+1)x1、b(+1)x2分別在源于掩模圖案上不同的X位置的高度A和高度B處入射在側(cè)面上，因此掩模與側(cè)面之間的這些距離并不相同。這種差異隨著貼近間隙寬度的增加而增加。貼近間隙寬度的增加引起所述差異的增加和調(diào)制深度的減少。調(diào)制深度m定義為M＝(Imax-Imin)/(Imax+Imin)其中Imax和Imin分別為抗蝕層中曝光圖案的最大、最小強(qiáng)度。然而，對于用于形成寬度小至50微米的條與中間條以及使用波長為365nm而準(zhǔn)直角度為2°的曝光光束的方法的一個(gè)實(shí)施例來說，對于高達(dá)600μm的貼近間隙寬度而言，調(diào)制均保持100％。只有當(dāng)間隙寬度大于600μm時(shí)，調(diào)制深度才開始減小。這意味著這種新方法對于間隙寬度變動具有較大公差，并容許使用常規(guī)型接近式印刷設(shè)備來進(jìn)行三維光刻，從而獲得甚至比使用特別設(shè)計(jì)用于三維光刻的接近式印刷設(shè)備更好的效果。因此，本發(fā)明使得常規(guī)設(shè)備產(chǎn)生了新穎用途，并顯著加大了這種設(shè)備的能力。
600μm的最大間隙寬度與50μm的條寬相對應(yīng)。如果必須形成寬于50μm的傳導(dǎo)條，則最大貼近間隙寬度大于600μm。
準(zhǔn)直角度是對曝光光束為準(zhǔn)直光束的程度的度量。這種角度定義為光束的主光線與邊界線之間的角度。曝光光束基本上為準(zhǔn)直光束對于本發(fā)明必不可少。如果曝光光束為完全準(zhǔn)直光束，即光束的準(zhǔn)直角度為0°，則可以獲得最佳效果。然而，利用準(zhǔn)直角度為2°的量級的曝光光束，也可以獲得極好的效果。曝光光束可以通過水銀弧光燈來提供，這種水銀弧光燈通常用于接近式光刻，并且尤其供應(yīng)具有上述波長365nm的射線。在不損失過多能量的情況下，這種射線可以被準(zhǔn)直至2°。還可以使用激光代替燈。激光的優(yōu)點(diǎn)在于它們能夠提供準(zhǔn)直至所需程度的光束。
在照射步驟之后為抗蝕劑顯影步驟，從而在使用正性抗蝕劑的情況下將已曝光抗蝕部分去除，或者在使用負(fù)性抗蝕劑的情況下將未曝光抗蝕部分去除。剩余的抗蝕結(jié)構(gòu)用作蝕刻掩模，由此在抗蝕材料已經(jīng)去除的位置處將下方金屬層的材料去除。通過剝離剩余抗蝕劑就可以獲得所需的傳導(dǎo)條。這種過程稱作減去過程。同樣可以使用添加過程。因此，在顯影步驟過程中，傳導(dǎo)材料例如金屬在抗蝕材料已經(jīng)去除的位置上生長。
置入上述掩模圖案中的衍射結(jié)構(gòu)為線性光柵結(jié)構(gòu)90，其中光柵條可以沿圖9a中所示的X方向延伸以便在YX面中反射曝光射線。在這個(gè)圖以及以下各圖中，參考數(shù)字92、94分別表示光柵條與中間條。線性衍射結(jié)構(gòu)還可以是圖9b中所示的結(jié)構(gòu)96，其具有沿Y方向延伸的光柵條與中間條以便在XZ面中偏轉(zhuǎn)射線。線性衍射結(jié)構(gòu)可以在XY平面中呈0°與360°之間的任意方向。衍射結(jié)構(gòu)還可以是二維結(jié)構(gòu)，其容許在YZ平面和XZ平面中偏轉(zhuǎn)射線。
圖9c示出了衍射結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例100，其包括沿Y方向衍射的線性光柵102和沿X方向衍射的線性光柵104。這種光柵結(jié)構(gòu)可以用于形成位于方孔各內(nèi)表面上的傳導(dǎo)條，或者位于圓孔內(nèi)表面上的四個(gè)條，即兩對相對的條。在組成的衍射結(jié)構(gòu)的中心處，兩個(gè)光柵彼此相交，從而獲得棋盤式光柵106。這種棋盤式光柵沿四個(gè)方向衍射入射射線，即將射線分成兩個(gè)沿Y方向的一級子光束和兩個(gè)沿X方向的一級光束。為了補(bǔ)償四個(gè)子光束的強(qiáng)度減少量，可以增加照度。
圖9d示出了衍射結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例110，其包括多個(gè)按圓形設(shè)置的線性光柵112-119。這個(gè)實(shí)施例可以用于在襯底中的圓形通路或狹槽的內(nèi)側(cè)上形成多個(gè)傳導(dǎo)條。圖9d示出了八個(gè)光柵，但是光柵的數(shù)量可以大得多，例如為二十個(gè)，并且由所需傳導(dǎo)條的數(shù)量決定。
衍射結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于它們的設(shè)計(jì)可以容易地與所設(shè)想的功能相適應(yīng)，即與所需的曝光圖案相適應(yīng)。如果需要，可將修正項(xiàng)例如透鏡功能置入衍射結(jié)構(gòu)中。然后。衍射結(jié)構(gòu)與規(guī)則線性結(jié)構(gòu)相比具有很小偏差。
圖10a通過實(shí)例示出了如何利用圓形衍射結(jié)構(gòu)110將感應(yīng)線圈配置于襯底中。這個(gè)圖示出了其中已經(jīng)配置有線圈的襯底部分的俯視圖。襯底表面用參考數(shù)字120表示。首先形成圓形狹槽或通道122和環(huán)形狹槽124，由此襯底材料的環(huán)形圓柱體128與襯底保持連接。然后，將內(nèi)表面123、外表面125以及圓柱體28的上、下表面涂以導(dǎo)電層，如金屬層。將該層涂以抗蝕層?？刮g層通過具有衍射結(jié)構(gòu)110的掩模而曝光，從而使得抗蝕層的條形區(qū)發(fā)生曝光。在抗蝕劑顯影、蝕刻與抗蝕劑脫離之后，就得到圖10b中所示的導(dǎo)線或傳導(dǎo)條的圖案。
為簡潔起見，在圖10b中將線圈130表示為與原始襯底隔離。其包括由壁厚為wt的襯底材料120如陶瓷或鐵素體構(gòu)成的圓柱體132。圓柱體的外表面134和內(nèi)表面136分別帶有導(dǎo)線142和144。另外，上表面138和下表面140帶有將線142連接于線144的導(dǎo)線146。
對于這種特定部件，被抗蝕劑覆蓋的襯底的上、下表面均被曝光。可以將多個(gè)線圈同時(shí)制造于一個(gè)襯底上，隨后可將襯底切片以便獲得單個(gè)的線圈。
對于圖10b的線圈，導(dǎo)線的圖案在上、下表面具有同一間距。這種新型方法還可以用于制造在其上表面上的線距比在其下表面上更精細(xì)的部件。圖11中示出了這種部件150，其包括位于襯底120中的圓孔155，該孔被四個(gè)矩形狹槽150-153所圍繞?？椎膬?nèi)側(cè)帶有傳導(dǎo)條157的圖案，在其上側(cè)與傳導(dǎo)條159連接。條159展開至狹槽151-154從而連接位于這些狹槽的內(nèi)側(cè)上的條158。通向襯底下側(cè)的條的間距大于條157的間距。
其制造過程可以使用本發(fā)明的另一個(gè)部件為場效應(yīng)晶體管(FET)160，例如專利US-A 6,420,755中所述的功率晶體管，在圖12中對其進(jìn)行了示意性地示出。這種晶體管包括例如由硅構(gòu)成的襯底162，其上表面帶有光源區(qū)164和材料不同于襯底的柵極區(qū)166。下表面帶有漏極區(qū)，其應(yīng)通過襯底側(cè)面163上的電導(dǎo)線或條168連接于上表面上。制造這種晶體管的一個(gè)步驟包括利用掩模將涂敷著抗蝕層的側(cè)表面曝光，該掩模包括位于側(cè)面處的衍射光柵。
圖11b的可具有高感應(yīng)系數(shù)的感應(yīng)線圈與圖12的晶體管僅為可以通過這種新型方法制造的無源部件的兩個(gè)實(shí)例?？梢允褂帽景l(fā)明來制造的其它類型的部件為小型電力變壓器和天線。電力變壓器包括感應(yīng)線圈與多個(gè)繞組。天線包括由陶瓷材料構(gòu)成的小塊和位于兩相對表面上的金屬圖案，該圖案通過位于其它表面上的布線圖案而連接。
本發(fā)明還可以用于制造包括各種不同類型元件的微型系統(tǒng)，如微型光-電-機(jī)械系統(tǒng)(MOEMS)或微型電-機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)。圖13示出了這種系統(tǒng)或裝置170，其包括二極管激光器175、位于激光器前面的光導(dǎo)管或光纖176和位于激光器后面的檢測器177。這種裝置系統(tǒng)，也稱作激光組件，可以用于光通信系統(tǒng)中。檢測器177連接于電路(未示出)上，例如，其可以用于控制由激光器所發(fā)出的激光束的強(qiáng)度。為此，激光器應(yīng)當(dāng)通過電線連接于控制電路上，所述電線示意性地表示為線179。該線延伸穿過其中放置著二極管激光器的襯底的下凹區(qū)172的表面173，區(qū)172的側(cè)面和襯底上表面178。用于為襯底提供線179的過程中的一個(gè)步驟包括利用掩模將涂敷著抗蝕層的襯底表面曝光，該掩模包括位于表面173、174和178處的衍射光柵。
本發(fā)明的這種方法尤其適用于為多個(gè)部件或襯底的一側(cè)提供引向公共層或電極結(jié)構(gòu)或襯底的相對側(cè)上的連接。不同的連接可以使用共用孔。由于用于制造這種連接的通路需要占用襯底中的空間，并且其制作成本較高，因此若干部件例如四個(gè)晶體管共同使用一個(gè)孔就提供了空間和成本方面的優(yōu)點(diǎn)。
圖14示出了帶有晶體管結(jié)構(gòu)的四個(gè)襯底區(qū)180-183，這些晶體管結(jié)構(gòu)由虛線輪廓185-188示意性地表示。為了將晶體管連接于下面的基底上，襯底帶有中央開口，對于每個(gè)晶體管，至少有一根導(dǎo)線或傳導(dǎo)條192將要形成于該中央開口的內(nèi)表面上。所需的條可以利用這種新穎方法同時(shí)形成，這種方法中使用了具有二維衍射結(jié)構(gòu)的掩模。圖14的共用孔的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于每個(gè)部件中的相應(yīng)曲率可在將部件放置于印刷電路板(PCB)上時(shí)可以用作基準(zhǔn)。
在前述內(nèi)容中，已經(jīng)表明了本發(fā)明可以用于形成電布線方案，其通過照射抗蝕層并對下方傳導(dǎo)層進(jìn)行蝕刻(減去過程)或者在將抗蝕劑顯影之后在抗蝕層中的開口位置處生成傳導(dǎo)材料而實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明還可以用于形成連接圖案，即通過在不腐蝕傳導(dǎo)層的情況下將傳導(dǎo)層之上的隔離層部分去除而實(shí)現(xiàn)，該過程需要深度(三維)照射。
該新方法還可以用于將配置于上部襯底中的部件和下部襯底中的部件連接起來，以及用于制造包括多個(gè)部件或具有多個(gè)IC的模塊的裝置。
另外，為了進(jìn)行單個(gè)部件的封裝(芯片級封裝)，即將部件容納于保護(hù)殼體中，由此提供部件與外界之間的電接觸，可以使用這種新方法來制造實(shí)現(xiàn)這些接觸所用的導(dǎo)電條。這也適用于封裝包括多個(gè)部件(晶片級封裝)的裝置。
總之，本發(fā)明可以用于制造至少在一個(gè)側(cè)面上具有電布線方案的任何裝置。對術(shù)語裝置應(yīng)當(dāng)進(jìn)行廣義理解。它包括單一、無源或有源部件，包括多個(gè)部件的模塊，多個(gè)集成于一個(gè)襯底上的此類部件或模塊(多片模塊)以及線盤，如用于接收多個(gè)部件或模塊的印刷電路板。
權(quán)利要求
1.一種光刻方法，其用于為襯底的至少一個(gè)側(cè)面提供包括至少一個(gè)導(dǎo)電條的電線，該方法包括以下步驟提供包括至少一個(gè)側(cè)面的襯底；在至少一個(gè)側(cè)面上涂敷抗蝕層；提供包括掩模圖案的掩模，其具有數(shù)量與待布線的側(cè)面的數(shù)量相對應(yīng)的多個(gè)曝光射線穿越區(qū)；提供一種包括曝光射線源、掩模架和襯底架的接近式印刷設(shè)備；將襯底設(shè)置于襯底架中并將掩模設(shè)置于掩模架中，從而使得掩模圖案的射線穿越區(qū)面向待布線的襯底側(cè)面；通過射線穿越區(qū)使得所述表面曝光；將抗蝕材料從抗蝕層上有選擇地去除從而形成抗蝕圖案；以及使用抗蝕圖案作為用來配置傳導(dǎo)材料的掩模以便獲得所需的布線，其特征在于，使用基本上垂直于掩模圖案的曝光光束，以及使用其中每個(gè)曝光射線穿越區(qū)包括用于將曝光射線衍射至相關(guān)襯底表面上的衍射結(jié)構(gòu)的掩模圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用了其中衍射結(jié)構(gòu)為振幅結(jié)構(gòu)的掩模圖案。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用了其中衍射結(jié)構(gòu)為相位結(jié)構(gòu)的掩模圖案。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，使用了其中相位結(jié)構(gòu)的占空因數(shù)為50％而相位深度為180°的掩模圖案。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，使用了其中衍射結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成用于以與衍射結(jié)構(gòu)的平面的法線大致成20°的角度偏轉(zhuǎn)入射的曝光射線的掩模圖案。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用了包括與衍射結(jié)構(gòu)鄰接的掩模構(gòu)造的掩模圖案，這些掩模構(gòu)造與將要配置在襯底上表面層中的襯底構(gòu)造相對應(yīng)。
7.一種用于根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法的掩模，其特征在于，掩模圖案包括至少一個(gè)用于在一個(gè)平面中偏轉(zhuǎn)入射射線的衍射結(jié)構(gòu)，該平面包括衍射結(jié)構(gòu)的周期性方向和入射射線的傳播方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的掩模，其特征在于，衍射結(jié)構(gòu)為振幅結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的掩模，其特征在于，衍射結(jié)構(gòu)為相位結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的掩模，其特征在于，相位結(jié)構(gòu)的占空因數(shù)為50％而相位深度為180°
11.根據(jù)權(quán)利要求7、8、9或10所述的掩模，其特征在于，衍射結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成用于將入射曝光射線以與光柵表面的法線大致成20°的角度偏轉(zhuǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7-11中任一項(xiàng)所述的掩模，其特征在于，其掩模圖案包括與衍射結(jié)構(gòu)鄰接的掩模構(gòu)造，這些掩模構(gòu)造與將要配置在襯底上表面層中的襯底構(gòu)造相對應(yīng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求7-12中任一項(xiàng)所述的掩模，其特征在于，衍射結(jié)構(gòu)為線性衍射光柵。
14.根據(jù)權(quán)利要求7-12中任一項(xiàng)所述的掩模，其特征在于，衍射結(jié)構(gòu)為兩維衍射光柵。
15.根據(jù)權(quán)利要求7-12中任一項(xiàng)所述的掩模，其特征在于，衍射結(jié)構(gòu)包括多個(gè)線性衍射光柵，每個(gè)光柵均形成了公共圓形區(qū)的段。
16.一種包括襯底的裝置，該襯底形成了至少一個(gè)電子部件所用的載體并且在至少一個(gè)側(cè)端面上具有布線，其利用根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法制造。
全文摘要
在用于對襯底的端側(cè)面或內(nèi)側(cè)面進(jìn)行布線的光刻接近式方法中，利用掩模(70)來對限定了布線圖案的條(76)進(jìn)行所需的曝光，該掩模(70)包括衍射結(jié)構(gòu)(74)以便將曝光射線(b)反射至側(cè)面。使用垂直入射于掩模上的曝光光束以便提高貼近間隙寬度變動的公差。這種方法容許制造準(zhǔn)確、精細(xì)的布線。
文檔編號G03F7/20GK1685286SQ03823110
公開日2005年10月19日 申請日期2003年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月27日
發(fā)明者A·J·M·內(nèi)里斯森 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司