專利名稱：直寫光刻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
直寫光刻裝置技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及光刻技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及在晶片、印刷電路板、掩膜板、平板顯 示器、生物晶片、微機械電子晶片、光學(xué)玻璃平板等襯底上印刷構(gòu)圖的直寫光刻裝置。
技術(shù)背景光刻技術(shù)是用于在襯底表面上印刷具有特征的構(gòu)圖。這樣的襯底可包括用于制造半 導(dǎo)體器件、多種集成電路、平面顯示器(例如液晶顯示器)、電路板、生物芯片、微機 械電子芯片、光電子線路芯片等的基片。經(jīng)常使用的基片為半導(dǎo)體晶片或玻璃基片。本 領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解本文的描述，還應(yīng)用在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他類型基片。在光刻過程中，晶片放置在晶片臺上，通過處在光刻設(shè)備內(nèi)的曝光裝置，將特征構(gòu) 圖投射到晶片表面。盡管在光刻過程中使用了投影光學(xué)裝置，還可依據(jù)具體應(yīng)用，使用不同的類型曝光裝置。例如x射線、離子、電子或光子光刻的不同曝光裝置，這已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。在此，僅出于說明目的，討論光刻的具體示例。半導(dǎo)體行業(yè)使用的傳統(tǒng)分步重復(fù)式或分步掃描式光刻工具，將分劃板的特征構(gòu)圖在各個場一次性的投影或掃描到晶片上， 一次曝光或掃描一個場。然后通過移動晶片來對下一個場進行重復(fù)性的曝光過程。傳統(tǒng)的光刻系統(tǒng)通過重復(fù)性曝光或掃描過程，實現(xiàn)高產(chǎn)出額的精確特征構(gòu)圖的印刷。為了在晶片上制造器件，需要多個分劃板。由于特征尺寸的減少以及對于較小特征尺寸的精確公差需求的原因，這些分劃板對于生產(chǎn)而言成本很高，耗時很長，從而使利用分劃板的傳統(tǒng)晶片光刻制造成本越來越高，非常昂貴。 無掩膜(如直接寫或數(shù)字式等)光刻系統(tǒng)相對于使用査分劃板的方法，在光刻方面提供了許多益處。無掩膜系統(tǒng)使用空間圖形發(fā)生器(SLM)來代替分劃板。SLM包括數(shù)字 微鏡系統(tǒng)(DMD)或液晶顯示器(LCD), SLM包括一個可獨立尋址和控制的象素陣列，每 個象素可以對透射、反射或衍射的光線產(chǎn)生包括相位、灰度方向或開關(guān)狀態(tài)的調(diào)制。無掩膜光刻系統(tǒng)主要采用的是以下兩種方法 一、激光束直寫法；二、空間圖形發(fā) 生器精縮排版曝光。其中，激光束直寫法是逐點曝光，采用高能激光在光敏感襯底上直接產(chǎn)生圖形，加工速度慢，單個晶片曝光時間長；第二種方法采用計算機控制圖形發(fā)生 器(SLM)，產(chǎn)生巨域性的特征圖形， 一次性地曝光到光敏感襯底上相對應(yīng)的巨域，主要 問題是分辨率較低，并且受到單位象素的形狀和有效通光孔徑(fill-in factor)的限 制，難以制作連續(xù)光滑的圖形輪廓。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種采用可變倍率的投影鏡頭，提高曝光效率，實現(xiàn)對光敏 感襯底進行直寫掃描和分步式排版構(gòu)圖的直寫光刻裝置。 具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案如下直寫光刻裝置，包括一個照射圖形發(fā)生器的光源l， 一個用于提供照射光束的光學(xué) 集光系統(tǒng)2， 一個可編程的圖形發(fā)生器3， 一個投影光學(xué)系統(tǒng)， 一個移動光敏感襯底的 精密移動平臺10;其中光源1和光學(xué)集光系統(tǒng)2同軸對應(yīng)設(shè)于可編程的圖形發(fā)生器3 一側(cè)，投影光學(xué)系統(tǒng)包括透鏡、或透鏡組4和投影鏡頭5;還包括一個不同倍率的投影鏡頭的轉(zhuǎn)換器9，轉(zhuǎn)換器9為盤狀，通過轉(zhuǎn)動軸設(shè)于機 架上，轉(zhuǎn)換器9上設(shè)有兩個以上不同倍率的投影鏡頭5，所述兩個以上不同倍率的投影 鏡頭5的中心距離轉(zhuǎn)換器9轉(zhuǎn)動軸中心線的半徑相等，且每個投影鏡頭5與投影光學(xué)系 統(tǒng)的透鏡或透鏡組4同軸；還包括一個光學(xué)定位檢測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一個位于投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡、或透 鏡組4和投影鏡頭5之間的光學(xué)波長分束器6，光學(xué)波長分束器6 —側(cè)平行設(shè)有包括檢 測分束器12、檢測透鏡13和光敏感探測器8的光學(xué)成象系統(tǒng)。所述光源1為發(fā)光二極管光源，或為弧光燈，或為激光器。所述光學(xué)定位檢測系統(tǒng)的檢測分束器12外側(cè)、與光學(xué)波長分束器6共軸設(shè)有對位 對焦光源7。所述轉(zhuǎn)換器9上設(shè)有五個不同倍率的投影鏡頭5。上述圖形發(fā)生器3包括至少一個陣列的可單獨切換的元件，由計算機控制來產(chǎn)生特 征的構(gòu)圖。圖形發(fā)生器3可以是反射，衍射或透射器件，優(yōu)選為空間反射鏡陣列(DMD)。 照射光源可以是連續(xù)光源，如孤光燈、LED或連續(xù)激光，在脈沖頻率遠高于圖形發(fā)生器 的元件的開關(guān)頻率時也可以使用脈沖調(diào)制的LED或準連續(xù)激光。照射光源優(yōu)選為LED 光源，在脈沖頻率遠高于圖形發(fā)生器的元件的開關(guān)頻率時可以使用脈沖調(diào)制的LED光源。圖形發(fā)生器產(chǎn)生的特征構(gòu)圖，通過光學(xué)投影系統(tǒng)被以一定的精縮比例(M)投影到光敏 感襯底上，精縮比例的改變由改用不同倍率的投影透鏡來實現(xiàn)。精縮比例M可以大于1 (M〉l),也可以小于l (M<=1)，由實際應(yīng)用的特征尺寸和印刷尺寸大小決定。在優(yōu)選 的實施例中，我們描述了精縮比例M〈1的應(yīng)用，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員都理解，類似的 應(yīng)用可以使用到M>1的情況。光敏感襯底的移動可以在三軸、四軸或六軸的空間精密 移動平臺上來實現(xiàn)。投影光學(xué)系統(tǒng)釆用遠心結(jié)構(gòu)。在優(yōu)選的方案中，投影光學(xué)系統(tǒng)將圖形發(fā)生器的圖形以一定的時間間隔投影在光敏 感元件上，光敏感元件在圖形投影間隔之間進行移動，同時圖形發(fā)生器的圖形也在進行 切換，使再次投影的構(gòu)圖與前次投影的構(gòu)圖構(gòu)成無縫接連。在優(yōu)選的方案中，圖形發(fā)生器被連續(xù)地照射，投影光學(xué)系統(tǒng)把特征構(gòu)圖連續(xù)地投影在光敏感元件上，光敏感元件在精密移動平臺上連續(xù)地移動，產(chǎn)生連續(xù)曝光的光滑構(gòu)圖。 在優(yōu)選的方案中，圖形發(fā)生器被前述兩種照射方式的組合，分別間隔地和連續(xù)地投 影到光敏感元件上，其間投影光學(xué)系統(tǒng)選用不同的精縮倍率進行圖形投影，以減少曝光 時間，并產(chǎn)生連續(xù)光滑的輪廓。本實用新型的有益技術(shù)效果是，采用可變倍率的投影鏡頭，提高曝光的效率。釆用 共軸的光學(xué)定位檢測系統(tǒng)，達到改變的倍率的投影鏡頭產(chǎn)生的圖形能進行無間隙連接。 該裝置采用直寫掃描和精縮排版的混合法，實現(xiàn)光滑的圖形輪廓，并提高曝光的效率。 例如在在優(yōu)選的實施方案中，可以選用四組倍率分別為1/5， 1/10， 1/20， 1/40的投 影鏡頭，通過l/40的投影鏡頭達到最高分辨率0。 5微米，采用直寫掃描和精縮排版的 混合法可以產(chǎn)生最小線寬厚0。 5微米的光滑的圖形輪廓。同時對于大特征的構(gòu)圖，倍 率分別為1/5， 1/10， 1/20的投影鏡頭能產(chǎn)生比1/40的投影鏡頭大分別為64， 16, 4倍 數(shù)的曝光面積，從而得到相應(yīng)倍數(shù)的曝光效率。

圖l為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為光學(xué)定位檢測系統(tǒng)和曝光投影釆用不同光源的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本實用新型裝置實現(xiàn)綜合式直寫光刻的示例圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，通過實施例對本實用新型作進一步地說明。實施例1:參見圖l，直寫光刻裝置包括一個用于提供照射光束的光源l，優(yōu)選為發(fā)光二極管，也可以是弧光燈，還可以是 激光器；一個用于提供照射光束的光學(xué)集光系統(tǒng)2，圖1中所示的是一片光學(xué)器件，本領(lǐng)域 的技術(shù)人員應(yīng)理解為也可應(yīng)用多片的光學(xué)器件組合。同樣的理解適用于所有的圖片中所 示的光學(xué)器件。一個可編程的圖形發(fā)生器3，優(yōu)選為空間微反射鏡陣列，他具有可獨立尋址的單獨 切換的元件。一個采用遠心結(jié)構(gòu)的投影光學(xué)系統(tǒng)，包括透鏡、或透鏡組4和投影鏡頭5，其中投 影鏡頭5為可以轉(zhuǎn)換的不同倍率的兩個以上的投影鏡頭。透鏡、或透鏡組4和投影鏡頭 5采用共軸結(jié)構(gòu)，如圖l所示；一個不同倍率的投影鏡頭的轉(zhuǎn)換器9，轉(zhuǎn)換器9為盤狀，通過轉(zhuǎn)動軸設(shè)于機架上， 轉(zhuǎn)換器9上設(shè)有兩個以上不同倍率的投影鏡頭5，兩個以上不同倍率的投影鏡頭5的中 心距離轉(zhuǎn)換器9轉(zhuǎn)動軸中心線的半徑相等，且每個投影鏡頭5與投影光學(xué)系統(tǒng)和透鏡或 透鏡組4同軸；轉(zhuǎn)換器9上安裝有五個不同倍率的投影鏡頭5。一個精密移動平臺IO，用以承載光敏感元件ll。一個通過不同倍率的不同投影鏡頭的共軸的光學(xué)定位檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個通 過不同倍率的不同投影鏡頭的共軸的光學(xué)波長分束器6，光學(xué)波長分束器6 —側(cè)設(shè)有包 括檢測分束器12、檢測透鏡13和光敏感探測器8的光學(xué)成象系統(tǒng)。光源l產(chǎn)生的照射光束，經(jīng)過照明系統(tǒng)2的聚光，均勻后投射到圖形發(fā)生器3上。 照明系統(tǒng)2可以包括用于收集照射光束的聚光器，還包括用于設(shè)置光束強度分布的調(diào)整 裝置，例如積分器，復(fù)眼。通過這種方式，入射到圖形發(fā)生器上的光束具有所需要的均 勻性，強度分布和角度分布?？删幊痰膱D形發(fā)生器3由計算機控制，使各個微反射鏡產(chǎn)生不同的對應(yīng)傾斜，對反 射光進行調(diào)制，產(chǎn)生一定的空間調(diào)制圖形。因此也可以使用具有同樣功能的空間光調(diào)制 器，例如液晶顯示器(LCD)?？臻g調(diào)制圖形經(jīng)過投影光學(xué)系統(tǒng)以一定的放大倍率M投射到光敏感元件表面。圖1所示的放大倍率M 〈1,但本領(lǐng)域的技術(shù)人員也理解放大倍率M可以在不同的應(yīng)用中采取 M〉 1的選擇。不同的放大倍率在光敏感元件上產(chǎn)生不同的投影圖型的面積大小，使的大 特征的圖型曝光時間減小，省掉了精密移動平臺的多次往復(fù)移動，提高了瞎光效率。同 時對于小的特征圖形，利用高放大倍率的高分辨率來產(chǎn)生，保證圖形的特征構(gòu)圖。不同倍率的投影鏡頭的轉(zhuǎn)換器9是一個轉(zhuǎn)盤式結(jié)構(gòu)，可以是手動，也可以是機械自 動控制轉(zhuǎn)換。每個不同放大倍率的投影鏡頭坐落在距離轉(zhuǎn)換器9相同的半徑距離上，通 過轉(zhuǎn)換器9可以依次轉(zhuǎn)換到投影光路上投影鏡頭5的位置，并和輔助透鏡或透鏡組4同 心和共軸，以保證投影成象到晶片上的質(zhì)量。光學(xué)定位檢測系統(tǒng)采用了和曝光投影相同的光源1。使用光學(xué)分束器6，使得光敏 感元件上固定的定位標記被成象到定位檢測系統(tǒng)，并通過計算機處理，得到投影鏡頭5 相對于光敏感元件的精確空間位置信息。通過對不同放大倍率的投影鏡頭的精確空間定 位，能確保不同放大倍率的投影鏡頭的曝光圖形能在光敏感元件表面實現(xiàn)無間隙連接。 要實現(xiàn)這項功能，要求光敏感元件上固定的定位標記不會被曝光投影相同的光源1所影 響，例如在固定的定位標記上不噴射光敏感材料，或者在光敏感元件后繼處理過程中對 固定的定位標記進行保護。實施例2:圖2示意性的示出了另一種依照本發(fā)明的一個具體實施例的直寫光刻裝置。該裝置 包括一個用于提供照射光束的光源l，優(yōu)選為發(fā)光二極管，一個用于提供照射光束的光學(xué)集光系統(tǒng)2,圖2中所示的是一片光學(xué)器件，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解為也可應(yīng)用多片的光學(xué)器件組合。同樣的理解適用于所有的圖片中所 示的光學(xué)器件。一個可編程的圖形發(fā)生器3，優(yōu)選為空間微反射鏡陣列，他具有可獨立尋址的單獨 切換的元件。一個采用遠心結(jié)構(gòu)的投影光學(xué)系統(tǒng)，包括透鏡、或透鏡組4和投影鏡頭5，其中投 影鏡頭5為可以轉(zhuǎn)換的不同倍率的兩個以上的投影鏡頭。透鏡、或透鏡組4和投影鏡頭 5采用共軸結(jié)構(gòu)，如圖2所示。一個不同倍率的投影鏡頭的轉(zhuǎn)換器9，轉(zhuǎn)換器9為盤狀，通過轉(zhuǎn)動軸設(shè)于機架上，轉(zhuǎn)換器9上設(shè)有兩個以上不同倍率的投影鏡頭5，兩個以上不同倍率的投影鏡頭5的中 心距離轉(zhuǎn)換器9轉(zhuǎn)動軸中心線的半徑相等，且每個投影鏡頭5與投影光學(xué)系統(tǒng)和透鏡或 透鏡組4同軸；轉(zhuǎn)換器9上安裝有五個不同倍率的投影鏡頭5。 一個精密移動平臺IO，用以承載光敏感元件ll。一個通過不同倍率的不同投影鏡頭的共軸的光學(xué)定位檢測系統(tǒng)，在圖2所示的實施 例中，該系統(tǒng)包括一個通過不同倍率的不同投影鏡頭的共軸的光學(xué)波長分束器6，光學(xué) 波長分束器6 —側(cè)平行設(shè)有包括檢測分束器12、檢測透鏡13和光敏感探測器8的光學(xué) 成象系統(tǒng)；在檢測分束器12外側(cè)、與光學(xué)波長分束器6共軸安裝有對位對焦光源7。光學(xué)定位檢測系統(tǒng)包括光學(xué)波長分束器6，對位對焦光源7，和光學(xué)成象系統(tǒng)8。在 每次更換一定的放大倍率的投影鏡頭5，在曝光以前，光學(xué)定位檢測系統(tǒng)通過波長分束 器6把不同于曝光波長的對位對焦光源7投影到光敏感元件上，通過投影鏡頭5搜索和 探測光敏感元件上固定的定位標記，并通過計算機處理，得到投影鏡頭5相對于光敏感 元件的精確空間位置信息。通過對不同放大倍率的投影鏡頭的精確空間定位，能確保不 同放大倍率的投影鏡頭的曝光圖形能在光敏感元件表面實現(xiàn)無間隙連接，見圖3綜合式 直寫光刻的示例圖。
權(quán)利要求1. 直寫光刻裝置，包括一個照射圖形發(fā)生器的光源(1)，一個用于提供照射光束的光學(xué)集光系統(tǒng)(2)，一個可編程的圖形發(fā)生器(3)，一個投影光學(xué)系統(tǒng)，一個移動光敏感襯底的精密移動平臺(10)；其中光源(1)和光學(xué)集光系統(tǒng)(2)同軸對應(yīng)設(shè)于可編程的圖形發(fā)生器(3)一側(cè)，投影光學(xué)系統(tǒng)包括透鏡、或透鏡組(4)和投影鏡頭(5)，其特征在于還包括一個不同倍率的投影鏡頭的轉(zhuǎn)換器(9)，轉(zhuǎn)換器(9)為盤狀，通過轉(zhuǎn)動軸設(shè)于機架上，轉(zhuǎn)換器(9)上設(shè)有兩個以上不同倍率的投影鏡頭(5)，所述兩個以上不同倍率的投影鏡頭(5)的中心距離轉(zhuǎn)換器(9)轉(zhuǎn)動軸中心線的半徑相等，且每個投影鏡頭(5)與投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡或透鏡組(4)同軸；還包括一個光學(xué)定位檢測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一個位于投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡、或透鏡組(4)和投影鏡頭(5)之間的光學(xué)波長分束器(6)，光學(xué)波長分束器(6)一側(cè)平行設(shè)有包括檢測分束器(12)、檢測透鏡(13)和光敏感探測器(8)的光學(xué)成象系統(tǒng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直寫光刻裝置，其特征在于所述光源(1)為發(fā)光二極 管光源，或為弧光燈，或為激光器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直寫光刻裝置，其特征在于所述光學(xué)定位檢測系統(tǒng)的 檢測分束器(12)外側(cè)、與步學(xué)波長分束器(6)共軸設(shè)有對位對焦光源(7)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直寫光刻裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)換器(9)上設(shè)有五 個不同倍率的投影鏡頭(5)。
專利摘要本實用新型涉及光刻技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有的分步直寫光刻技術(shù)效率低，連續(xù)掃描光刻操作難度大的問題，提供一種綜合兩者特點的直寫光刻裝置。結(jié)構(gòu)特點是兩個以上不同倍率的投影鏡頭設(shè)于盤狀轉(zhuǎn)換器上，且每個投影鏡頭5與投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡或透鏡組4同軸；光學(xué)定位檢測系統(tǒng)包括與轉(zhuǎn)換器上的投影鏡頭共軸的光學(xué)波長分束器，光學(xué)波長分束器一側(cè)同軸設(shè)有包括檢測成像透鏡、光敏感探測器的成像系統(tǒng)。該裝置采用可變倍率的投影鏡頭，提高曝光的效率。采用共軸的光學(xué)定位檢測系統(tǒng)，達到改變的倍率的投影鏡頭產(chǎn)生的圖形能進行無間隙連接。該裝置采用直寫掃描和精縮排版的混合法，實現(xiàn)光滑的圖形輪廓，并提高曝光的效率。
文檔編號G03F7/20GK201083960SQ20072003780
公開日2008年7月9日 申請日期2007年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月23日
發(fā)明者軍 劉, 劉文海, 楊丹寧, 胡亦寧 申請人:芯碩半導(dǎo)體(合肥)有限公司