專利名稱：一種干涉曝光裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝備制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于大范圍周期圖形加工的干涉曝光裝置及方法。
背景技術(shù)：
干涉 光刻技術(shù)利用光的干涉和衍射特性，通過(guò)特定的光束組合方式，對(duì)干涉場(chǎng)內(nèi)的光強(qiáng)分布進(jìn)行調(diào)制，并用感光材料記錄下來(lái)，產(chǎn)生光刻圖形。干涉光刻兼具高分辨率(可以相對(duì)容易地達(dá)到曝光波長(zhǎng)的1/4)、大焦深(接近光源的相干長(zhǎng)度)的優(yōu)點(diǎn)，可用于幾十納米 幾個(gè)微米尺寸的周期性圖形加工。目前，大范圍周期性圖形結(jié)構(gòu)，如超長(zhǎng)光柵、圖形化藍(lán)寶石襯底、光子晶體、太陽(yáng)能吸收器、FED(Field Emmition Display)等,都需要在2英寸 6英寸的襯底上,制造均勻密布的周期性結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)不僅包含一維結(jié)構(gòu)，還有二維結(jié)構(gòu)。如何保證這些特征圖形在較大面積的襯底上做到均勻分布(即很高的拼接精度)是一個(gè)很關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題?，F(xiàn)有技術(shù)的解決方案之一是美國(guó)專利US6285817提出了一種基于球面波的多光束干涉光刻技術(shù)方案，該方案使用若干個(gè)放置在離待曝光襯底很遠(yuǎn)處的點(diǎn)光源，產(chǎn)生擴(kuò)散球面波，以一定傳播角度會(huì)聚在涂膠襯底之上，形成大面積的干涉圖形。由于球面波本身具有波前畸變，因此會(huì)導(dǎo)致襯底中心和邊緣處圖形分布不均勻?，F(xiàn)有技術(shù)的解決方案之二是美國(guó)專利US7561252中提出了 “Scan BeamInterference Lithography (SBIL) ” 的概念,稱為 Doppler Writing。使用該方法，可在最大為12英寸的襯底上制造超長(zhǎng)光柵，線寬可達(dá)lOOnm，同時(shí)具有很好的均勻性，但該方法的局限在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且無(wú)法應(yīng)用于二維圖形的加工?，F(xiàn)有技術(shù)的解決方案之三是美國(guó)專利US6882477及文獻(xiàn)《使用塔爾博特冷靜干涉儀實(shí)現(xiàn) 193nm 浸沒(méi)式光刻》Proc. SPIE 5377, ^ Immersion micro lithography atl93 nmwith a Talbot prisminterferometer中公開(kāi)了基于平面波的Talbot干涉曝光方案,相對(duì)球面波，平面波的波前畸變要小得多，但如果曝光場(chǎng)過(guò)大的話，各光學(xué)元件、環(huán)境介質(zhì)引起的位相誤差將對(duì)曝光圖形均勻性產(chǎn)生影響。通過(guò)減小單個(gè)曝光場(chǎng)面積，采用逐場(chǎng)曝光的方式，可減小這一影響，但會(huì)帶來(lái)另外的問(wèn)題因?yàn)楦缮嫫毓鈭D形的方向與運(yùn)動(dòng)承載單元的運(yùn)動(dòng)方向不一致(如圖I)，從而將導(dǎo)致圖形產(chǎn)生拼接問(wèn)題，如圖2所示。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)了不同的基于光束干涉的光刻技術(shù)，但是都具有一個(gè)至關(guān)重要的技術(shù)問(wèn)題有待突破，即如何解決應(yīng)用于大范圍的微納米周期圖形加工的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種干涉曝光裝置及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)大面積高均勻性的圖形拼接，且兼容于多種類(lèi)別的周期性圖形結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開(kāi)一種干涉曝光裝置，包括—光源，用于提供曝光光束；
一干涉頭，用于將該曝光光束形成至少兩束干涉光束并會(huì)聚于基底表面形成一干涉曝光圖形，所述干涉頭沿垂向做一維運(yùn)動(dòng)；一運(yùn)動(dòng)承載單元，用于承載所述基底，并提供所述基底至少三自由度運(yùn)動(dòng)；一測(cè)量單元，用于獲得該干涉頭坐標(biāo)系與該運(yùn)動(dòng)承載單元坐標(biāo)系的夾角，以便在所述基底曝光前依據(jù)所述測(cè)量單元的測(cè)量結(jié)果對(duì)所述運(yùn)動(dòng)承載單元的曝光位置進(jìn)行調(diào)整。更進(jìn)一步地，該干涉頭包括至少兩組閃耀光柵和至少兩個(gè)測(cè)量單元識(shí)別標(biāo)記。該干涉頭包括三組正六邊型光柵，該光柵之間呈120度排列。該干涉頭包括兩組距型光柵，該光柵平行排列。該干涉曝光裝置還包括一勻光準(zhǔn)直單元，該勻光準(zhǔn)直單元用以將光源出射光束均勻準(zhǔn)直。該運(yùn)動(dòng)承載單元包括一運(yùn)動(dòng)承載單元。該運(yùn)動(dòng)承載單元還包括一激光干涉儀。該運(yùn)動(dòng)承載單元上包括一運(yùn)動(dòng)承載單元標(biāo)記。該運(yùn)動(dòng)承載單元與該基底之間還放置一光闌。該勻光準(zhǔn)直單元與該干涉頭之間還包括一反射鏡。干涉頭可替換。干涉頭的光柵區(qū)域與曝光場(chǎng)形狀相同。本發(fā)明同時(shí)公開(kāi)一種干涉曝光方法，其特征在于，包括加載干涉頭，及加載待曝光基底于運(yùn)動(dòng)承載單元上；利用一測(cè)量單元測(cè)得所述干涉頭坐標(biāo)系與所述運(yùn)動(dòng)承載單元坐標(biāo)系之間的夾角；以及根據(jù)所述夾角及設(shè)定的曝光場(chǎng)位置更新所述運(yùn)動(dòng)承載單元的曝光位置；將所述運(yùn)動(dòng)承載單元運(yùn)動(dòng)至所述更新后的曝光位置；以及將光源發(fā)出的光束經(jīng)所述干涉頭形成的至少兩束干涉光束會(huì)聚于所述基底表面，逐場(chǎng)曝光所述基底。
更進(jìn)一步地，該運(yùn)動(dòng)承載單元的曝光位置使用的計(jì)算公式為
M = Tcos ^cs -Sin^csTx0'= SinMlrzcs cos RR1^cs y0 ’
*— —1 L.v ■其中RRwzes為干涉儀坐標(biāo)系與與運(yùn)動(dòng)承載單元坐標(biāo)系之間的夾角。本發(fā)明還公開(kāi)一種用于步進(jìn)干涉曝光的對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于所述對(duì)準(zhǔn)裝置包括至少2個(gè)測(cè)量單元，安裝在干涉頭上方；所述對(duì)準(zhǔn)裝置通過(guò)調(diào)整成像焦距以探測(cè)干涉頭上的標(biāo)記，以及運(yùn)動(dòng)承載單元上的標(biāo)記。本發(fā)明還公開(kāi)一種用于大范圍周期性基底加工的干涉曝光對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于通過(guò)離線測(cè)校，確定第一、第二測(cè)量單元坐標(biāo)系與運(yùn)動(dòng)承載單元零位坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系及第一、第二測(cè)量單元坐標(biāo)系自身的非正交、畸變；新目標(biāo)位置，將運(yùn)動(dòng)承載單元上的標(biāo)記分別移動(dòng)至第一、第二測(cè)量單元坐標(biāo)系中目標(biāo)位置對(duì)應(yīng)的參考位置，獲取該標(biāo)記在測(cè)量單元中的像素位置，這兩個(gè)位置作為新的目標(biāo)位置；設(shè)備常數(shù)中獲取干涉頭上第一、第二標(biāo)記的位置；由測(cè)量單元分別獲取第一、第二干涉頭標(biāo)記的像素位置；分別計(jì)算當(dāng)前像素位置與目標(biāo)位置的偏移量；獲取第一、第二測(cè)量單元坐標(biāo)系與運(yùn)動(dòng)承載單元零位坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，以及第一、第二測(cè)量單元坐標(biāo)系與運(yùn)動(dòng)承載單元零位坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)；將當(dāng)前像素位置與目標(biāo)位置的偏移量轉(zhuǎn)換到運(yùn)動(dòng)承載單元零位坐標(biāo)系中；獲取運(yùn)動(dòng)承載單元零位坐標(biāo)系中干涉頭對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的對(duì)準(zhǔn)參考位置；計(jì)算當(dāng)前干涉頭對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記在運(yùn)動(dòng)承載單元零位坐標(biāo)系中的實(shí)際位置；求解對(duì)準(zhǔn)模型，求得干涉頭相對(duì)運(yùn)動(dòng)承載單元零位坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)量RRwzes;
修正運(yùn)動(dòng)承載單兀步進(jìn)的設(shè)定位置
權(quán)利要求
1.一種干涉曝光裝置，其特征在于，包括 一光源，用于提供曝光光束； 一干涉頭，用于將所述曝光光束形成至少兩束干涉光束并會(huì)聚于基底表面形成一干涉曝光圖形，所述干涉頭沿垂向做一維運(yùn)動(dòng)； 一運(yùn)動(dòng)承載單元，用于承載所述基底，并提供所述基底至少三自由度運(yùn)動(dòng)； 一測(cè)量單元，用于獲得所述干涉頭坐標(biāo)系與所述運(yùn)動(dòng)承載單元坐標(biāo)系的夾角，以便在所述基底曝光前依據(jù)所述測(cè)量單元的測(cè)量結(jié)果對(duì)所述運(yùn)動(dòng)承載單元的曝光位置進(jìn)行調(diào)整。
2.如權(quán)利要求I所述的干涉曝光裝置，其特征在于，所述干涉頭包括至少兩組光柵且光柵周期及位置能夠與待曝光的圖形周期及分布特征相一致和至少兩個(gè)測(cè)量單元識(shí)別標(biāo)記。
3.如權(quán)利要求2所述的干涉曝光裝置，其特征在于，所述干涉頭包括三組正六邊型光柵，所述正六邊型光柵柵線之間呈120度排列，以在所述基底上形成六邊形分布的密集孔陣列。
4.如權(quán)利要求2所述的干涉曝光裝置，其特征在于，所述干涉頭包括兩組矩型光柵，所述光柵平行排列，且光柵柵線之間互相平行，以在所述基底上形成密集線結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求I所述的干涉曝光裝置，其特征在于，所述干涉曝光裝置還包括一勻光準(zhǔn)直單元，所述勻光準(zhǔn)直單元用以將所述光源出射的曝光光束均勻準(zhǔn)直。
6.如權(quán)利要求I所述的干涉曝光裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)承載單元上包括一運(yùn)動(dòng)承載單元標(biāo)記。
7.如權(quán)利要求I所述的干涉曝光裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)承載單元與所述基底之間還放置一光闌。
8.如權(quán)利要求5所述的干涉曝光裝置，其特征在于，所述勻光準(zhǔn)直單元與所述干涉頭之間還包括一反射鏡。
9.如權(quán)利要求I所述的干涉曝光裝置，其特征在于，所述干涉頭可替換。
10.如權(quán)利要求2所述的干涉曝光裝置，其特征在于，所述干涉頭的光柵區(qū)域與曝光場(chǎng)形狀相同。
11.一種干涉曝光方法，其特征在于，包括 加載干涉頭，及加載待曝光基底于運(yùn)動(dòng)承載單元上； 利用一測(cè)量單元測(cè)得所述干涉頭坐標(biāo)系與所述運(yùn)動(dòng)承載單元坐標(biāo)系之間的夾角；以及根據(jù)所述夾角及設(shè)定的曝光場(chǎng)位置更新所述運(yùn)動(dòng)承載單元的曝光位置； 將所述運(yùn)動(dòng)承載單元運(yùn)動(dòng)至所述更新后的曝光位置；以及 將光源發(fā)出的光束經(jīng)所述干涉頭形成的至少兩束干涉光束會(huì)聚于所述基底表面，逐場(chǎng)曝光所述基底。
12.如權(quán)利要求11述的干涉曝光方法，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)承載單元的曝光位置使用的計(jì)算公式為
13.一種用于步進(jìn)干涉曝光的對(duì)準(zhǔn)裝置，應(yīng)用于干涉曝光裝置中，所述干涉曝光裝置包括一干涉頭及運(yùn)動(dòng)承載單元，其特征在于所述對(duì)準(zhǔn)裝置包括至少2個(gè)測(cè)量單元，安裝在所述干涉頭上方；所述對(duì)準(zhǔn)裝置通過(guò)調(diào)整成像焦距以探測(cè)所述干涉頭上的標(biāo)記，以及所述運(yùn)動(dòng)承載單元上的標(biāo)記。
14.一套用于大范圍周期性基底加工的干涉曝光對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于 a)通過(guò)離線測(cè)校，確定第一、第二測(cè)量單元坐標(biāo)系與運(yùn)動(dòng)承載單元零位坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系及第一、第二測(cè)量單元坐標(biāo)系自身的非正交、畸變； b)更新目標(biāo)位置，將運(yùn)動(dòng)承載單元上的標(biāo)記分別移動(dòng)至第一、第二測(cè)量單元坐標(biāo)系中目標(biāo)位置對(duì)應(yīng)的參考位置，獲取該標(biāo)記在測(cè)量單元中的像素位置，這兩個(gè)位置作為新的目標(biāo)位置； c)設(shè)備常數(shù)中獲取干涉頭上第一、第二標(biāo)記的位置； d)由測(cè)量單元分別獲取第一、第二干涉頭標(biāo)記的像素位置； e)分別計(jì)算當(dāng)前像素位置與目標(biāo)位置的偏移量； f)獲取第一、第二測(cè)量單元坐標(biāo)系與運(yùn)動(dòng)承載單元零位坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，以及第一、第二測(cè)量單元坐標(biāo)系與運(yùn)動(dòng)承載單元零位坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)； g)將當(dāng)前像素位置與目標(biāo)位置的偏移量轉(zhuǎn)換到運(yùn)動(dòng)承載單元零位坐標(biāo)系中； h)獲取運(yùn)動(dòng)承載單元零位坐標(biāo)系中干涉頭對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的對(duì)準(zhǔn)參考位置； i)計(jì)算當(dāng)前干涉頭對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記在運(yùn)動(dòng)承載單元零位坐標(biāo)系中的實(shí)際位置； j)求解對(duì)準(zhǔn)模型，求得干涉頭相對(duì)運(yùn)動(dòng)承載單元零位坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)量RRwzes ; 修正運(yùn)動(dòng)承載單元步進(jìn)的設(shè)定位置
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種干涉曝光裝置，包括一光源，用于提供曝光光束；一干涉頭，用于將所述曝光光束形成至少兩束干涉光束并會(huì)聚于基底表面形成一干涉曝光圖形，所述干涉頭沿垂向做一維運(yùn)動(dòng)；一運(yùn)動(dòng)承載單元，用于提供所述基底至少三自由度運(yùn)動(dòng)；一測(cè)量單元，用于獲得所述干涉頭坐標(biāo)系與所述運(yùn)動(dòng)承載單元坐標(biāo)系的夾角，以便在對(duì)所述基底曝光之前依據(jù)所述測(cè)量單元的測(cè)量結(jié)果對(duì)所述運(yùn)動(dòng)承載單元的曝光位置進(jìn)行調(diào)整。
文檔編號(hào)G03F9/00GK102955365SQ201110241758
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者許琦欣, 王帆 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司