專利名稱：一種超分辨i線光刻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米結(jié)構(gòu)加工領(lǐng)域，涉及一種帶有自凈化空氣過濾系統(tǒng)的超分辨i線光刻裝置。
背景技術(shù)：
光刻裝置是一種用于微細(xì)結(jié)構(gòu)復(fù)制加工的高精密設(shè)備。隨著半導(dǎo)體電子工業(yè)的不斷發(fā)展， 芯片上加工圖形的集成度也越來越高。傳統(tǒng)的光刻裝置由于存在衍射極限的限制，要想提高 其光刻分辨率就必須提高光刻的數(shù)值孔徑或采用波長更短的光刻光源。浸沒式光刻裝置和極
紫外光刻裝置都能實(shí)現(xiàn)ioo納米以下光刻分辨率要求，但是它們都有著極為苛刻的技術(shù)要求，
因此也有著昂貴的價格，很難得到普及。超分辨光刻技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種新型的光 刻技術(shù)，它利用結(jié)構(gòu)圖形表面激發(fā)的倏逝波來對光刻膠進(jìn)行感光的，由于倏逝波波長比照明 光波長要短得多，所以能突破傳統(tǒng)光刻存在衍射極限的問題，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)小于波長的超分辨光刻 分辨率。但由于倏逝波傳播的距離很短(一百個納米以下)，這就要求掩膜和基片必須緊密貼 合(小于幾十個納米)，這需要特殊的精密機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)，對掩模和基片的表面平整度也有很 高要求。另外，納米級結(jié)構(gòu)圖形光刻對光刻環(huán)境要求很高，空氣中的很小顆粒的塵埃也會對 光刻圖形質(zhì)量有很大影響，需要對光刻空氣環(huán)境高效凈化處理。現(xiàn)有i線或g線投影光刻裝 置，掩模與基片分離，無法利用倏逝波進(jìn)行光刻膠感光，其分辨力一般在五百納米以上，且 需要放置在超凈室內(nèi)工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和傳統(tǒng)光刻設(shè)備中的分辨力限制，提 供一種能夠?qū)崿F(xiàn)掩膜與基片完全貼合，具有自凈化式高效空氣凈化系統(tǒng)、可突破百納米分辨 力的超分辨i線光刻裝置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案 一種超分辨i線光刻裝置，包括對準(zhǔn)系統(tǒng)，
基片臺系統(tǒng)以及隔振系統(tǒng)，其特征在于還包括分離式曝光系統(tǒng)，自凈化空氣過濾系統(tǒng)和氣 控彈性掩膜變形系統(tǒng)。
所述的分離式曝光系統(tǒng)包括了光源部分和勻光照明系統(tǒng)部分，光源采用i線汞燈光源；它們之間用光纖實(shí)現(xiàn)光能傳輸。首先將汞燈光源放置在橢球鏡一個焦點(diǎn)上，利用橢球鏡將汞 燈光能集中到另一個焦點(diǎn)上；焦點(diǎn)位置上放置冷光反射鏡，反射光通過光纖輸送到光刻裝置 內(nèi)部勻光照明系統(tǒng)部分；通過準(zhǔn)直物鏡，光欄，紫外窄帶濾光片，蠅眼積分透鏡，場鏡，反 射鏡，場鏡作用后，出射光即為光刻所需的均勻照明。
所述的自凈化空氣過濾系統(tǒng)包括空氣過濾器、進(jìn)風(fēng)口、光刻裝置工作區(qū)內(nèi)部、光刻裝置 殼體、出風(fēng)口；自帶的空氣過濾器包含了初效，中效，高效以及超高效過濾網(wǎng)，進(jìn)風(fēng)風(fēng)量控 制器；外部空氣經(jīng)過多級過濾器過濾后經(jīng)過殼體頂部的進(jìn)風(fēng)口送入光刻裝置工作區(qū)內(nèi)部，光 刻裝置殼體的底部出風(fēng)口將殼體內(nèi)部空氣排出，調(diào)整進(jìn)風(fēng)量和出風(fēng)量，使殼體內(nèi)部始終保持 正壓，這樣外部未被凈化的空氣就無法進(jìn)入殼體，通過不斷的空氣循環(huán)就能使光刻裝置殼體 內(nèi)部環(huán)境達(dá)到很高的技術(shù)指標(biāo)。
所述的氣控彈性掩膜變形系統(tǒng)包括微型氣泵，微型真空泵，掩膜吸附架，螺旋微調(diào)結(jié)構(gòu)， 自調(diào)平機(jī)構(gòu)，彈性掩膜，基片，基片臺；微型真空泵工作，將彈性掩膜周邊真空，從而掩模 被吸附于掩膜吸附架上；通過掩膜吸附架上的螺旋微調(diào)機(jī)構(gòu)調(diào)整好彈性掩膜下表面與微調(diào)結(jié) 構(gòu)下表面之間的間隙，約45—50微米；調(diào)整基片臺，將基片升起，通過自調(diào)平機(jī)構(gòu)使基片與 螺旋微調(diào)機(jī)構(gòu)下表面貼合；這樣基片上表面與彈性掩膜下表面之間的間隙就等于之前調(diào)好的 距離；避免了基片與彈性掩膜直接接觸由于接觸力過大對彈性掩膜造成的破壞，通過微型氣 泵調(diào)整掩膜吸附架內(nèi)部氣壓，使彈性掩膜發(fā)生彈性變形，達(dá)到掩膜與基片的完全貼合。
所述的氣控彈性掩膜變形系統(tǒng)中的掩膜吸附架采用中空結(jié)構(gòu)，用一個微型真空泵吸附彈 性掩膜周邊部分，用一個微型空氣泵來控制吸附架內(nèi)部氣壓變化，使彈性掩膜中心部分發(fā)生 彈性變形。螺旋微調(diào)機(jī)構(gòu)可以方便進(jìn)行距離調(diào)整。
本發(fā)明與現(xiàn)有光刻裝置相比所具有的優(yōu)點(diǎn)是
1、 本發(fā)明的光刻裝置通過釆用超薄的彈性掩膜，通過控制彈性掩膜的變形來實(shí)現(xiàn)掩膜與 基片的緊密貼合。這樣很好地克服了由于基片或者掩膜表面本身的不平整帶來的貼合不緊密 或者只能實(shí)現(xiàn)部分緊密貼合的問題，為大面積超分辨光刻的實(shí)現(xiàn)找到了很好的解決途徑；
2、 采用超分辨的倏逝波光刻技術(shù)，分辨力突破波長限制。在i線汞燈光源照明下，波長 365納米，由于掩模圖形與基片緊密貼合，攜帶超分辨信息但作用距離很短的倏逝波成份可 以參與光刻，分辨力可突破100納米。
3、 本發(fā)明的光刻裝置通過精密螺旋機(jī)構(gòu)和自適應(yīng)調(diào)平機(jī)構(gòu)保證了掩膜與基片之間相互平 行關(guān)系，并且可以精密控制掩膜與基片之間的距離，有效避免了操作過程中可能對超薄彈性 掩膜造成的損壞。4、 本發(fā)明的光刻裝置通過采用自帶的空氣凈化系統(tǒng)來提高光刻裝置內(nèi)部工作環(huán)境，不僅 使該光刻裝置不需要在超凈間的環(huán)境下就可以工作，還實(shí)現(xiàn)了在常壓下直接提高光刻裝置內(nèi) 部工作環(huán)境，大大簡化光刻過程，并可以隨時對光刻過程進(jìn)行操控；
5、 本發(fā)明的光刻裝置通過采用的是分離式的曝光系統(tǒng)，不僅有效減小了光刻裝置主體尺 寸，還有效隔離了光源部分帶來的熱，震動等影響；


圖1為超分辨i線光刻裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2為分離式曝光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3為空氣自凈化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4為氣控彈性掩膜與基片貼合工作原理圖
圖中1為分離式曝光系統(tǒng)，2為自凈化空氣過濾系統(tǒng)，3為氣控彈性掩膜變形系統(tǒng)，4 為對準(zhǔn)系統(tǒng)，5為基片臺系統(tǒng)，6為隔振系統(tǒng)，7為汞燈光源，8為橢球鏡，9為冷光反射鏡， IO為光纖，ll為準(zhǔn)直物鏡，12為光欄，13為紫外窄帶濾光片，14為蠅眼積分透鏡，15為第 一場鏡，16為反射鏡，17為第二場鏡，18為空氣過濾器，19為進(jìn)風(fēng)口， 20為光刻裝置工作 區(qū)內(nèi)部，21為光刻裝置殼體，22為出風(fēng)口， 23為微型氣泵，24為微型真空泵，25為掩膜吸 附架，26為螺旋微調(diào)結(jié)構(gòu)，27為自調(diào)平機(jī)構(gòu)，28為彈性掩膜，29為基片，30為基片臺。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
詳細(xì)介紹本發(fā)明。但以下的實(shí)施例僅限于解釋本發(fā)明，本 發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部內(nèi)容，而且通過以下實(shí)施實(shí)例對領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員即 可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的全部內(nèi)容。
如圖1所示，本實(shí)例的超分辨i線光刻裝置包含以下各系統(tǒng)分離式曝光系統(tǒng)l，自凈化 空氣過濾系統(tǒng)2，氣控彈性掩膜變形系統(tǒng)3，對準(zhǔn)系統(tǒng)4，基片臺系統(tǒng)5以及隔振系統(tǒng)6。
各系統(tǒng)功能如下
分離式曝光系統(tǒng)為近場光刻過程提供365納米波長的i線汞燈紫外光源 自凈化空氣過濾系統(tǒng)將光刻裝置內(nèi)部的工作環(huán)境達(dá)到要求的技術(shù)指標(biāo)； 氣控彈性掩膜變形系統(tǒng)控制彈性掩膜變形，使其與能夠與基片完全貼合； 對準(zhǔn)系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)分布重復(fù)光刻提供參照；
基片臺系統(tǒng)承載基片，分布重復(fù)光刻時移動基片，調(diào)整基片與掩膜之間位置關(guān)系，調(diào) 平基片；
隔振系統(tǒng)隔離系統(tǒng)外部震動。系統(tǒng)工作流程
1，開啟并調(diào)整好曝光光源，得到穩(wěn)定的曝光光束，具體工作原理如圖2所示，開啟自凈 化空氣過濾系統(tǒng)，工作一段時間后，使光刻裝置內(nèi)部環(huán)境達(dá)到要求的技術(shù)水平，具體工作原 理如圖3所示。
2，將處理好的基片與掩膜安裝到基片臺和掩膜吸附架上，將對準(zhǔn)系統(tǒng)移動到掩膜架上方， 通過對準(zhǔn)系統(tǒng)得到的信息對基片臺位置進(jìn)行調(diào)整，使掩膜與基片調(diào)整到要求的位置?？刂莆?型氣泵，調(diào)整掩膜吸附架內(nèi)部氣壓，使彈性掩膜發(fā)生彈性變形，達(dá)到掩膜與基片的完全貼合， 具體工作原理如圖4所示；
3，移開對準(zhǔn)系統(tǒng)，用曝光光束對已經(jīng)緊密貼合的掩膜與基片進(jìn)行曝光；
4，重復(fù)2， 3步驟，即可對基片實(shí)現(xiàn)分步對準(zhǔn)曝光了。
如圖2所示為分離式曝光系統(tǒng)1結(jié)構(gòu)圖曝光系統(tǒng)包括了光源部分(一)和勻光系統(tǒng)部 分(二)；它們之間用光纖10實(shí)現(xiàn)光能傳輸；光源部分(一)包括汞燈光源7、橢球鏡8、冷 光反射鏡9;勻光系統(tǒng)部分(二)包括準(zhǔn)直物鏡ll、光欄12,紫外窄帶濾光片13，蠅眼積分透 鏡14，第一場鏡15，反射鏡16，第二場鏡17;首先將汞燈光源7放置在橢球鏡8—個焦點(diǎn) 上，利用橢球鏡將汞燈光能集中到另一個焦點(diǎn)上；其上放置冷光反射鏡9，反射光通過光纖 輸送到光刻裝置內(nèi)部勻光系統(tǒng)部分(二)勻光系統(tǒng)通過將輸入的光線經(jīng)過準(zhǔn)直物鏡11，光 欄12，紫外窄帶濾光片13，蠅眼積分透鏡14，第一場鏡15，反射鏡16，第二場鏡17作用 后出射光即為光刻所需的光源。本發(fā)明的分離式曝光系統(tǒng)有以下兩個優(yōu)點(diǎn)其一是勻光系統(tǒng) 體積小，可以有效減小光刻裝置內(nèi)部空間體積，有利于更有效的實(shí)現(xiàn)空氣凈化；其二是可以 隔離光源部分震動和產(chǎn)生的熱量對光刻過程的影響。
如圖3所示為自凈化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖自凈化空氣過濾系統(tǒng)2包括空氣過濾器18、進(jìn)風(fēng)口 19、 光刻裝置工作區(qū)內(nèi)部20、光刻裝置殼體21、出風(fēng)口22;自帶的空氣過濾器18包含了初效， 中效，高效以及超高效過濾網(wǎng)，進(jìn)風(fēng)風(fēng)量控制器。外部空氣經(jīng)過多級過濾器過濾后經(jīng)過殼體 頂部的進(jìn)風(fēng)口 19送入光刻裝置工作區(qū)內(nèi)部20，光刻裝置殼體21的底部出風(fēng)口 22將殼體內(nèi) 部空氣排出。調(diào)整進(jìn)風(fēng)量和出風(fēng)量，使殼體內(nèi)部始終保持正壓，這樣外部未被凈化的空氣就 無法進(jìn)入殼體，通過不斷的空氣循環(huán)就能使光刻裝置殼體內(nèi)部環(huán)境達(dá)到很高的技術(shù)指標(biāo)。
如圖4所示氣壓控制彈性掩膜與基片貼合工作原理氣控彈性掩膜變形系統(tǒng)包括微型 氣泵23，微型真空泵24,掩膜吸附架25，螺旋微調(diào)結(jié)構(gòu)26，自調(diào)平機(jī)構(gòu)27,彈性掩膜28， 基片29，基片臺30;微型真空泵24工作，使彈性掩膜28周邊真空吸附于掩膜吸附架25上， 掩膜吸附架25采用中空結(jié)構(gòu)，用一個微型空氣泵23來控制吸附架內(nèi)部氣壓變化；通過掩膜吸附架25上的螺旋微調(diào)機(jī)構(gòu)26調(diào)整好彈性掩膜28下表面與螺旋微調(diào)結(jié)構(gòu)26下表面之間的 間隙45—50微米，調(diào)整基片臺30，將基片29升起，通過自調(diào)平機(jī)構(gòu)27使基片29與螺旋微 調(diào)機(jī)構(gòu)26下表面貼合，這樣基片29上表面與彈性掩膜28下表面之間的間隙就等于之前調(diào)好 的距離，避免了基片29與彈性掩膜28直接接觸由于接觸力過大對彈性掩膜28造成的破壞， 通過微型氣泵23調(diào)整掩膜吸附架25內(nèi)部氣壓，使彈性掩膜28發(fā)生彈性變形，達(dá)到彈性掩膜 28與基片29的完全貼合。
權(quán)利要求
1、一種超分辨i線光刻裝置，包括對準(zhǔn)系統(tǒng)(4)，基片臺系統(tǒng)(5)以及隔振系統(tǒng)(6)，其特征在于還包括分離式曝光系統(tǒng)(1)，自凈化空氣過濾系統(tǒng)(2)和氣控彈性掩膜變形系統(tǒng)(3)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種自凈化式超衍射近場光刻裝置，其特征在于所述的分離 式曝光系統(tǒng)(1)包括了光源部分和勻光照明系統(tǒng)部分，光源釆用i線汞燈光源；它們之間用 光纖(10)實(shí)現(xiàn)光能傳輸。首先將汞燈光源(7)放置在橢球鏡(8) —個焦點(diǎn)上，利用橢球 鏡將汞燈光能集中到另一個焦點(diǎn)上；焦點(diǎn)位置上放置冷光反射鏡(9)，反射光通過光纖輸送 到光刻裝置內(nèi)部勻光照明系統(tǒng)部分；通過準(zhǔn)直物鏡(11)，光欄(12)，紫外窄帶濾光片(13)， 蠅眼積分透鏡(14)，場鏡(15)，反射鏡(16)，場鏡(17)作用后，出射光即為光刻所需的 均勻照明。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種自凈化式超衍射近場光刻裝置，其特征在于所述的自凈 化空氣過濾系統(tǒng)(2)包括空氣過濾器(18)、進(jìn)風(fēng)口 (19)、光刻裝置工作區(qū)內(nèi)部(20)、光 刻裝置殼體(21)、出風(fēng)口 (22);自帶的空氣過濾器(18)包含了初效，中效，高效以及超 高效過濾網(wǎng)，進(jìn)風(fēng)風(fēng)量控制器；外部空氣經(jīng)過多級過濾器過濾后經(jīng)過殼體頂部的進(jìn)風(fēng)口 (19) 送入光刻裝置工作區(qū)內(nèi)部(20)，光刻裝置殼體(21)的底部出風(fēng)口 (22)將殼體內(nèi)部空氣排 出，調(diào)整進(jìn)風(fēng)量和出風(fēng)量，使殼體內(nèi)部始終保持正壓，這樣外部未被凈化的空氣就無法進(jìn)入 殼體，通過不斷的空氣循環(huán)就能使光刻裝置殼體內(nèi)部環(huán)境達(dá)到很高的技術(shù)指標(biāo)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種自凈化式超衍射近場光刻裝置，其特征在于所述的氣控 彈性掩膜變形系統(tǒng)(3)包括微型氣泵(23)，微型真空泵(24)，掩膜吸附架(25)，螺旋微 調(diào)結(jié)構(gòu)(26)，自調(diào)平機(jī)構(gòu)(27)，彈性掩膜(28)，基片(29)，基片臺(30);微型真空泵(24) 工作，將彈性掩膜(28)周邊真空，從而掩模被吸附于掩膜吸附架(25)上；通過掩膜吸附 架(25)上的螺旋微調(diào)機(jī)構(gòu)(26)調(diào)整好彈性掩膜(28)下表面與微調(diào)結(jié)構(gòu)(26)下表面之 間的間隙，約45—50微米；調(diào)整基片臺(30)，將基片(29)升起，通過自調(diào)平機(jī)構(gòu)(27) 使基片(29)與螺旋微調(diào)機(jī)構(gòu)(26)下表面貼合；這樣基片(29)上表面與彈性掩膜(28) 下表面之間的間隙就等于之前調(diào)好的距離；避免了基片(29)與彈性掩膜(28)直接接觸由 于接觸力過大對彈性掩膜(28)造成的破壞，通過微型氣泵(23)調(diào)整掩膜吸附架(25)內(nèi) 部氣壓，使彈性掩膜(28)發(fā)生彈性變形，達(dá)到掩膜(28)與基片(29)的完全貼合。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣控彈性掩膜變形系統(tǒng)(3)，其特征在于:所述的氣控彈性掩膜變形系統(tǒng)(3)中的掩膜吸附架(25)采用中空結(jié)構(gòu)，用一個微型真空泵(24)吸附彈性掩 膜(28)周邊部分，用一個微型空氣泵(23)來控制吸附架內(nèi)部氣壓變化，使彈性掩膜(28) 中心部分發(fā)生彈性變形。螺旋微調(diào)機(jī)構(gòu)(26)可以方便進(jìn)行距離調(diào)整。
全文摘要
一種超分辨i線光刻裝置，包含分離式曝光系統(tǒng)、自凈化空氣過濾系統(tǒng)以及氣控彈性掩膜變形系統(tǒng)；曝光系統(tǒng)采用i線汞燈光源，且光源與勻光照明系統(tǒng)分離，兩部分間光能傳輸通過光纖實(shí)現(xiàn)；氣控彈性掩膜變形系統(tǒng)中，通過微氣泵來改變氣壓大小使彈性掩膜發(fā)生變形，掩膜與芯片的緊密貼合通過控制彈性掩膜變形量的大小得以實(shí)現(xiàn)，從而可以得到超分辨光刻分辨力；自凈化空氣過濾系統(tǒng)，通過裝置殼體頂部的空氣過濾器循環(huán)過濾實(shí)現(xiàn)裝置內(nèi)部工作環(huán)境達(dá)到超凈要求；通過包含上述系統(tǒng)的裝置，實(shí)現(xiàn)在汞燈光源i線紫外光波長下突破一百納米的超分辨近場光刻功能；該裝置光刻分辨力高，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，操作方便，對環(huán)境要求較低，適用于多種納米結(jié)構(gòu)加工領(lǐng)域。
文檔編號G03F7/20GK101446777SQ20081024660
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者堯 劉, 崔建華, 亮 方, 王長濤, 甘大春, 羅先剛, 趙澤宇, 卉 邢, 陳旭南 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所