專利名稱：曝光方法和工具的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種曝光方法和工具。本發明具體地涉及用于處理平 板顯示器的制造中使用的大面積玻璃基板的光敏抗蝕劑啄光的領域。
背景技術：
平板顯示器(FPD)的制造需要多個工藝步驟，包括使用光敏抗蝕 劑進行從掩模的光刻圖案轉移。已知用于在基板上形成圖案的方法涉及步驟 (1)將抗蝕劑涂敷在待處理的基板的表面；(2 )在所涂敷的抗蝕劑上壓印通過將所述抗蝕劑暴露于紫外 (UV)光而形成的圖案，致使該紫外光穿過描繪該圖案的合適掩模， 從而引起抗蝕劑中的化學變化，其中該化學變化使得抗蝕劑更多或更 少溶解于合適的顯影溶液；(3)使用顯影劑處理啄光的抗蝕劑以致使抗蝕劑的曝光(對于正 抗蝕劑)或未曝光(對于負抗蝕劑)區域溶解，且隨后通過顯影劑溶 液被清洗掉以展現剩余抗蝕劑形成的圖案；(4 )使用用于除去無抗蝕劑區域內的基板的合適化學蝕刻溶液、反應等離子體或者研磨粒子射流來處理該基板；以及(5 )使用合適溶劑從基板除去剩余抗蝕劑以留下成品的圖案化基板。為了在等離子體顯示面板(PDP)前面板的玻璃板上的氧化銦錫 (IT0)涂層內形成復雜電極圖案，已知采取下述步驟。1) 將光敏抗蝕劑層(經常呈疊層干膜的形式)涂敷到IT0表面。2) 通過經由合適掩模進行膝光，將復雜電極圖案壓印到該抗 蝕劑上。用于該工藝的紫外(UV)光引起抗蝕劑中的化學變化， 該化學變化使得抗蝕劑更多或更少溶解于合適的顯影溶液。3) 在顯影劑中處理膝光的基板。抗蝕劑的膝光(對于正抗蝕 劑)或未膝光(對于負抗蝕劑)部分通過顯影溶液被溶解并清洗
掉，從而在ITO表面頂部上的抗蝕劑中留下"掩模"圖案。4) 使用用于從無抗蝕劑區域溶解IT0的合適化學蝕刻溶液 (或等離子體)處理基板。5) 最后剝離剩余抗蝕劑層以留下成品的圖案化裝置。 這種光刻工藝可以重復若干次，以圖案化可以用于FPD的各種金屬、半導體、絕緣和其他層。對于FPD，常規上使用鄰近掩模或者通過使用光學系統投影該掩模 的圖案來實施該工藝。鄰近掩模工藝保持包含所需圖案的掩模緊密鄰近抗蝕劑，且隨后形成于掩模中 的圖案必須與將投影到抗蝕劑上的圖像尺寸相同。為了確保掩模圖案 精確地光學轉移到抗蝕劑表面上，掩模和抗蝕劑之間的間距必須較小 (例如，<0. lmm)且在曝光區域上方保持恒定。用于曝光的紫外光必 須嚴格準直且必須在整個掩模區域上方具有相同的強度，從而產生均 勻的抗蝕劑啄光劑量。為了允許紫外輻射(典型波長為365nm ( i線)) 通過，掩模必須由紫外透光的熔融二氧化硅制成。這種鄰近曝光技術 從設備要求方面而言不是過度復雜，但是由于間距和均勻性控制難 度，抗蝕劑圖案的變化可能較大，導致圖案內的缺陷(即，產率低)。 由于不停的移動和操縱導致迅速污染，掩模壽命也短。然而，鄰近曝 光目前是例如PDP的大FPD實際可用的抗蝕劑曝光的唯一掩模轉移方法。投影曝光工藝這種情況下，掩模與基板間隔很大，從而避免污染問題。因此， 必須使用光學系統以將掩模圖像中繼到抗蝕劑表面上。投影曝光工具 在掩模和基板之間具有透鏡或反射鏡光學系統以中繼圖像。這些投影 曝光工具可以用于投影完整FPD圖案的一部分，并按照分步重復(step and repeat)模式操作，從而在基板上構建大面積圖像，但是對于大 尺寸FPD，更通常的做法是通過工作于掃描模式的單位(1倍)成像系 統將完整圖案從掩模轉移到基板。這種情況下，掩模和基板安裝在相同的機械結構上并一起移動。 在任何特定時刻，僅小面積的掩模受紫外光照射，但是通過對掩模和 基板一起執行單——維掃描或者重復二維光柵掃描，該裝置的完整區
域被曝光。有多家公司提供用于制造FPD的掃描曝光工具。在所有情形中， 放大倍數為一，因此掩模必須與需要曝光的FPD裝置一樣大。例如， 美國的Tamarak Scientific Company Inc和Anvik Corporation制 作用于FPD的一倍曝光工具，該曝光工具工作于2D光柵掃描模式。 Tamarak —般使用高壓汞燈作為紫外輻射源，通常工作于365nm( i線) 波長，而Anvik使用工作于351nm (XeF)的準分子激光器作為紫外輻 射源。為了加速曝光操作，可以增加光學透鏡系統的數目，從而多項任 務并行地進行。使用合適的并行光學系統，通過掩模和基板的單一線 性掃描即可達成完整裝置寬度的曝光。這種工作方法的例子為利用多 達7個平行透鏡的Nikon FX-51S/61S系列FPD膝光工具。汞燈用作 紫外輻射源。作為多個透鏡的備選，可以使用具有足夠大的場以通過單一線性 (1-D)掃描來轉移完整圖像寬度的反射光學系統。Canon Inc制造一 種用于FPD的曝光工具，該曝光工具使用大(直徑800mm)的反射鏡 作為單位(1倍)放大大場投影成像系統的基礎。這種工具可以在掩模 和基板的單一線性掃描時曝光對應于32英寸FPD的基板。該工具使用 汞燈作為紫外輻射源。以前述示例為典型的當前曝光方法的共同特征在于，這些方法使 用與待曝光裝置的尺寸相同的掩模。這種方法對于使用目前容易獲得 的尺寸達到800 x 920mm的掩模來曝光較小FPD而言是令人滿意的。然 而，由于FPD顯示器變得越大，例如40英寸(1000mm)，對角線越大， 特別是對于尺寸超過角線長60英寸(1500mm)的FPD顯示器，更需要 更大的對角線，因此提供合適的一倍掩模變得困難且昂貴。為了在晶片上制作集成電路(IC)，使用縮小光敏抗蝕劑曝光的工 具。典型地，這些工具具有為待投影圖像的尺寸4或5倍的掩模。因 此，該光學系統含有縮小4或5倍的透鏡。這些工具可工作于分步重 復或者掃描模式。對于后一種情形，在掃描模式時，掩模的移動速度 必須為晶片的4或5倍，且移動距離為IC裝置尺寸的4或5倍。掩模 和晶片臺的運動必須使用CNC伺服系統而非常緊密地關聯和同步。在 幾乎所有情形中，該掃描僅僅是一維的，這是因為透鏡的場足以印刷
覆蓋IC裝置完整寬度的設計。晶片在IC裝置位置之間步進，從而使 完整晶片區域被覆蓋。這些工具的掩模尺寸通常尺寸僅為6x6英寸 (l52xi52mm)，這意味著在掃描模式中縮小4倍時，這些工具可以印 刷長達約35mm的IC裝置。這個尺寸對于IC裝置制造而言是令人滿意 的。這種工具的示例為ASML PAS 5500/400E,該工具能夠掃描26 x 33mm的IC裝置面積。發明內容根據本發明第一方面，提供了一種向基板上形成規則重復圖案的 方法，該方法包括步驟1) 將抗蝕劑涂敷在待處理基板的表面上；2) 在所涂敷的抗蝕劑上壓印通過將所述抗蝕劑暴露于紫外 (UV)光束而形成的圖案，致使該紫外光穿過描繪該圖案的合適掩模，并隨后穿過聚焦透鏡到該抗蝕劑上，從而引起該抗蝕劑中 的化學變化，其中該化學變化使得該抗蝕劑更多或更少溶解于合 適的顯影溶液；該壓印步驟實施如下(i)在重復的一系列離散曝光步驟中，使用僅代表基 板總面積的小區域且相對于光束和透鏡保持靜止的掩模，并 在每個步驟使用紫外輻射的單一短脈沖來照射該掩模，該輻 射脈沖在該基板上具有低于燒蝕該抗蝕劑的閾值的能量密 度；以及(ii )通過沿著與將形成于該基板上的結構的一條軸平 行的方向移動該基板，并在該基板的移動距離等效于該基板 上重復圖案的完整周期數的時刻激活該脈沖掩模照射光 源，由此在基板表面的完整區域上重復該一系列離散爆光步 驟，從而形成包括多個像素的完整結構；3) 使用顯影劑處理該膝光的抗蝕劑以致使膝光區域(對于正 抗蝕劑)或未啄光區域(對于負抗蝕劑)溶解，且隨后通過顯影 劑溶液將其清洗掉以展現由剩余抗蝕劑形成的圖案；4) 使用用于除去無抗蝕劑區域內的基板的合適化學蝕刻溶 液、反應等離子體或者研磨粒子來處理該基板；以及5) 使用合適溶劑從基板除去剩余抗蝕劑以留下成品的圖案
化基板。根據本發明第一方面的第一優選方案，在該壓印階段，沿與該基區域下方的基板后提供使該抗蝕劑的每個部分接收到充分數目的輻 射脈沖，以便特定照射區域上紫外輻射的組合劑量足以完全曝光該照 射區域。根據本發明第一方面的第二優選方案或其第一優選方案，該壓印 階段利用光學投影系統將該掩模圖案轉移到該基板上。根據本發明第一方面的第三優選方案或其任一前述優選方案，該 掩模與該基板上完整圖案的小區域的尺寸相同，且在該壓印階段期 間，該掩模通過附著到樣品架(puck)而保持緊密鄰近該基板，其中 通過從該樣品架發射的空氣流，使得該樣品架浮置在該移動基板表面 之上。根據本發明第一方面的第四優選方案或其任一前述優選方案，紫 外光源為準分子激光器。根據本發明笫一方面的第五優選方案或其任一前述優選方案，其 中在該壓印階段期間，該基板上將被曝光的區域的邊緣通過靠近該掩模表面定位的可移動刀片來限定。根據本發明第一方面的第六優選方案或其前述第一至第四優選方案中的任一方案，其中在該壓印階段期間，該基板在一系列平行的帶 中被啄光，且在該帶交疊的區域，紫外輻射的照射劑量通過物理定形 與該掃描方向平行的該照射束的兩側來控制。根據本發明第一方面的第七優選方案或其前述第一至第四優選方 案中的任一方案，其中在該壓印階段期間，該基板在一系列平行的帶 中被曝光，且在該帶交疊的區域，紫外輻射的照射劑量通過使用附加 掩模來控制，該附加掩模沿著與基板掃描方向垂直的方向具有變化的 透射分布(transmission profile)。根據本發明的第二方面，提供了一種掃描曝光工具，用于實施該 第一方面或其任一前述優選方案的方法。根據本發明的第三方面，提供了一種通過該第一方面或其任一前述優選方案的方法而形成的產品。本發明涉及一種新穎的光學投影方法，用于僅使用小掩模來曝光
抗蝕劑，從而在大面積FPD上方形成高分辨率、致密、規則重復的結 構。該光學系統通常與半導體抗蝕劑膝光工具中發現的光學系統的類 似之處在于，該圖像與掩模相比尺寸縮小，但是單位(lx )投影系統 也可以根據需要用作放大投影系統。本發明依賴于使用諸如紫外準分 子激光器的脈沖光源來產生該抗蝕劑曝光輻射。該掩模在膝光工藝期 間保持靜止，而涂敷了抗蝕劑的FPD基板連續地移動穿過該投影透鏡 的像平面。成功實施該工藝的關鍵在于，待膝光的圖案沿基板被掃描的方向 具有規則的節距，且光源精確地在準確時間被激活，使得基板在連續 曝光脈沖之間的時間內以精確地等于該結構節距(或其倍數)的距離 進行移動。該工藝被稱為同步圖像掃描(SIS)，因為光源的觸發，因 此在FPD基板上曝光圖像的產生精確地與基板運動同步，使得連續圖 像移位了該結構節距的整數倍。當照射源為高功率激光器且每個激光脈沖中在像平面的能量密度 足以超過材料的燒蝕閾值時，SIS工藝也可以用于直接燒蝕材料。這種 SIS燒蝕工藝可以用來在用于FPD的材料中產生深的重復結構，也可以 用于許多其他應用，例如用于產生長的噴墨打印機噴嘴。在本公開中， 主要涉及能量密度低的抗蝕劑曝光工藝，但是此處所討論的所有原理 均適用于使用更高能量密度的直接材料燒蝕。對于SIS啄光(或燒蝕工藝)，有效地產生適用于FPD的結構，需 要若干關鍵條件。這些條件列出如下。首先，該光學掩模投影系統需要具有足夠的分辨率和場尺寸。一 般而言，FPD中需要的最精細結構的尺寸為幾微米，因而要求光學分辨 率的范圍為1至幾微米。使用目前通常用于激光燒蝕的透鏡可以容易 地達到這些數值，尤其是在紫外區。這些透鏡通常將掩模圖案通過1 x縮小(減縮)到FPD上，并還可使用且放大線。分辨率和波長的組 合使得要求透鏡數值孔徑(NA)通常需要在0. 05至2的范圍。這些透 鏡的場尺寸在幾毫米到超過50毫米的范圍。這些值對于此處討論的 SIS曝光工藝是足夠的。透鏡縮小因子可以是任何方便的值，但是記住 要使用脈沖光源(通常是激光器)，期望的是使用產生該掩模的縮小圖 像的透鏡，以使得在該掩模處的能量密度非常低。 一般而言，使用在 1. 5倍至5倍的范圍內的透鏡縮小因子，但是如果分辨率要求滿足且在
掩模的能量密度足夠低，則也可以使用具有單位(1 x )放大倍數的透鏡以及甚至是放大透鏡。其次，重要的是產生該曝光輻射的光源具有足夠短的持續時間。 這一點之所以重要是因為待曝光的基板是連續運動的，因此光脈沖必 須足夠短以"凍結"其運動，從而使所產生的圖像不會模糊。對于以高達lm/sec的速度運動的板，為了將圖像模糊限制為小于l微米，則 要求該脈沖源的持續時間不大于l微秒(10—6秒)。為此，脈沖激光器 成為理想的光源，因為所發射脈沖的持續時間遠低于1微秒，從而使 得即使是在快速移動基板時也不會看到圖像模糊效果。紫外準分子激 光器是尤其出色的光源，因為這些準分子激光器發射脈沖的波長可以 容易地膝光常見的抗蝕劑且具有方便的低重復率(幾Hz至幾kHz )。這 意味著可以使用這種SIS曝光方法以適度的工作臺速度，來處理結構 尺寸在零點幾mm (例如，50nm) —直到超過lmm范圍的FPD。例如， 節距100nm的結構可以使用以300Hz發射的激光來處理，該發射被同 步以使得圖像每隔一個結構節距與僅以60mm/sec速度運動的基板交 疊。成功實施該SIS膝光工藝的第三個關鍵要求在于，該激光發射相 對于工作臺運動必須精確地定時。這意味著該工作臺需要安裝有高分 辨率編碼器且是高度可重復的。這還意味著需要快速且無抖動控制電 子裝置，從而基于該工作臺編碼器信號產生激光發射脈沖，使得工作 臺速度的微小變化(由于伺服控制回路延遲)不會影響該曝光圖像的 精確定位。這種電子裝置可以在標準CNC工作臺控制系統容易地獲得 (例如，具有PSO激光發射電子裝置的Aerotech U500 )。成功的SIS啄光的第四個重要條件為，由每個激光脈沖在^^平面 產生的輻射的能量密度低于引起直接燒蝕該抗蝕劑所需的閾值能量密 度。由于用于FPD制造的典型抗蝕劑是設計用于紫外區(例如，351nm) 啄光的，因此這些抗蝕劑透射大量的UV輻射，從而抗蝕劑層的底部完 全啄光。這個條件意味著燒蝕閾值密度是比較高的值(例如，幾百 mJ/cm2)。隨著膝光波長的減小，抗蝕劑的吸收增大，因此該值將減小。 因此，期望將該區域內的曝光能量密度保持在幾十mJ/cm2以避免抗蝕 劑燒蝕的可能性。由于通常用于FPD制造的抗蝕劑曝光所需的劑量是 在幾十到幾百mJ/cm'的范圍內，顯然需要許多亞燒蝕閾值工藝，以通
過該SIS方法來完全曝光抗蝕劑。典型脈沖數是在幾到幾十的范圍內。其結果為，在掃描持續時間內的圖像尺寸需要覆蓋至少這些數目的待曝光結構的節距。舉例來講，如果需要每一個5mJ/cn^的至少20個脈 沖來完全曝光100lim節距的結構，則如果連續曝光圖像以l個節距來 移位，沿掃描方向的束寬度必須寬至少2mm。如果圖像以例如2個節距 來移位，則束需要寬4mm。因此，最佳地使用這種SIS工藝的設計方法是在FPD表面產生靜 止掩模的圖像，該FPD表面隨后在光學投影系統下方移動以曝光跨過 FPD—條軸的抗蝕劑帶。在一條帶啄光之后，該基板側向步進且鄰近第 一條帶的另一條帶被曝光。顯然，側向步進距離必須是沿步進方向的 結構節距的整數倍，以使得第二條曝光帶結構精確地對齊(register ) 第一條帶。 一般而言，曝光的每條條帶的寬度應是如此，即，當所有 掃描完成時，FPD的全部區域被曝光。期望如此，但并非必須如此，這 在隨后進行描述。為了使FPD SIS啄光工藝的速度最大，需要減少并行掃描的總數 并以最高可能速度來移動FPD。前一條要求是通過產生盡可能寬的圖像 來滿足，盡管這受到能夠獲得合適透鏡的限制。通過兩種途徑來滿足 以最高可能速度進行掃描的要求。首先，由于FPD內的像素通常近似為方形并包含3個相同的子像 素，因此每個子像素或單元呈矩形，其縱橫比接近3:1。由于SIS曝光 工藝要求FPD在激光脈沖之間以整數(1或以上)個單元來移動，顯然 沿與單元長軸平行的方向進行掃描將使得掃描速度是沿單元短軸方向進行掃描的掃描速度的約3倍。其次，可能的是通過在兩次曝光之間使FPD移動超過1個單元長 度來增大掃描速度。可以采用移動2、 3以上的單元長度來提高掃描速 度。增大啄光脈沖之間移動的距離的后果是，在FPD的曝光束沿掃描 方向的尺寸增大。作為示例，來考慮像素尺寸為0. 6x0. 6mm的FPD。 將每個像素劃分為3個單元，每一個單元尺寸為0. 6 x 0. 2mm。如果使 用以300Hz發射的激光且沿單元短軸方向掃描該FPD，則可實現 60mm/sec的掃描速度。沿平行于單元長軸的正交方向掃描使掃描速度 增大到3倍，達到180mm/sec。通過在膝光脈沖之間移動2個單元， 則該速度進一步增大至360mm/sec。 FPD的每個區域接收多個脈沖，該要求意味著沿掃描方向的束尺寸 是由單元長度、脈沖之間移動的單元數目和每個區域需要的曝光脈沖 數目的乘積給出。對于上述示例，單元長度為0. 6mm且脈沖之間移動2 個單元長度，如果需要20個脈沖以實現抗蝕劑的準確劑量，則沿掃描 方向的束尺寸為24mm。因此，該SIS曝光工藝中使用的束形狀經常非 常接近方形，盡管這不是必須的。當曝光被掃描的帶中抗蝕劑時，需要非常小心以保證在帶的邊界 不存在劑量不連續。施加到抗蝕劑的紫外輻射劑量的變化導致顯影后 留下的殘余抗蝕劑的線寬變化。這種線寬變化在隨后蝕刻工藝中該抗 蝕劑下方的有源裝置層內引起無法接受的相應線寬變化。這種掃描邊 界線寬不連續有時稱為"拼接誤差(stitching error )，，。通過對照射 掩模的輻射圖案的準確控制來消除這些劑量不連續。這可以通過兩種 方法來實現。在一種情形下，合適形狀的靜止開口置于正好位于該掩模之前的 均勻紫外輻射路徑中。該開口限定了落在掩模表面并相應地落在抗蝕 劑表面上的均勻輻射的圖案形狀。為了確保在掃描場之間的邊界不出 現不連續，使用了具有傾斜邊緣的開口。對準該開口，以使得傾斜邊 緣對應于掩模(及基板)被掃描的方向。合適形狀的示例為不規則四 邊形，該不規則四邊形使其兩個斜邊沿掃描方向排列。在掩模處的這 種開口導致在進行掩模和基板的線性掃描時曝光區域每側上的曝光劑 量下降。毗鄰掃描允許這些強度下降區域交疊。通過仔細調整開口的 寬度和傾斜度，跨過毗鄰掃描場之間的每個邊界的總劑量可以調整為 使劑量中不存在不連續。美國專利No. 5， 285， 236 ( 1994 )提供了規則六角形開口的使用， 用來在大面積掃描FPD曝光工具中限定用于啄光基板上的抗蝕劑的輻 射圖案。通過沿與六角形的兩個平行的邊垂直的方向進行掃描，并以 該六角形邊長1.5倍的距離使毗鄰掃描帶隔開，來將均勻劑量施加到 該掩模且消除"拼接誤差"。然而，本發明不限于使用特別的開口形狀 和例如具有不規則長度的邊的不規則四邊形、方形、三角形或六邊形 的形狀。任一開口的關鍵特征在于，該開口的形狀必須關于沿平行于 掃描方向的中心線是對稱的。保證跨過掃描邊界的劑量連續性的另一方法是通過將圖案掩模置
于靠近跨過開口具有合適變化的透射率分布的第二 (靜止)掩模，來 控制落在該圖案掩模上的輻射強度。合適的分布將在中心部分具有均 勻的高透射率，而在側區的該透射率降為零。這些側區的透射率分布 和寬度可以具有許多形式，但是關鍵的是，該輻射透射率分布關于與 掃描方向平行的中心線是對稱的。這意味著該掩模一側上的該分布和 寬度等于另一側上的分布和寬度。同樣關鍵的是，由透射率降低至中 心峰值一半的點之間距離所限定的掩模圖案的寬度精確地等于掃描帶 (在該圖案掩模處)之間的距離。這種透射率變化的掩模經常稱為"切趾掩模(apodizingmask)"， 且在其他光學應用中是公知的。這種掩模的一種制作方式為，在二氧 化硅板上的鉻層內形成精細的"半色調(half tone)"結構。控制沿掃描方向正好到達FPD裝置2個邊界的曝光劑量均勻性， 這是一個重要的課題。對于這種SIS曝光工藝而言，這是一個潛在的 問題，因為沿掃描方向的束寬度使得許多結構在每一個激光脈沖被曝 光。如果在FPD邊界突然停止該啄光激光器的觸發，那么將會在圖像 上出現劑量遞送不完全的延伸區域。該帶將與沿掃描方向的圖像一樣 寬，且該距離上的曝光劑量將從零變化到最大值。顯然這是極不期望 的，因此需要防止這種情況的方法。在FPD側邊處存在相同的問題，這是因為束的成形邊緣用于沿該 方向控制在掃描帶邊界區域的緊密均勻性。在用于曝光FPD的末端掃 描帶的外部邊緣，將產生部分膝光的區域，該區域的寬度等于束的端 部上傾斜結構的寬度。在該區域中，曝光將從全值降為零。顯然這是 極為不期望的，因此需要防止這種情況的方法。上述兩個邊緣問題均可通過同一方法來解決，該方法涉及使用置 于靠近掩模的刀片，這些刀片移動到束內以模糊邊界區域內的輻射。 刀片通過電機驅動且根據工作臺控制系統來控制，使得在該工藝期 間，可以在準確的時間驅動刀片進入束。刀片定向為使其平坦面平行 于掩模表面，且置于非常靠近掩模表面的位置，使得刀片邊緣精確地 成像到基板表面上。總共需要4個刀片，四個基板邊界的每一個使用 一個刀片來處理。實踐中，刀片敏感地成對安裝在雙軸CNC工作臺系 統上，并設計成使得刀片邊緣嚴格平行于FPD (和掩模)結構圖案。為了解決掃描方向邊緣問題，刀片移動到掩模處的束內，從而在 接近FPD邊界時逐漸降低束寬度。這意味著刀片的運動必須與主FPD 工作臺的運動在位置上精確地同步。這正是標準光刻曝光掃描工具中 用于將掩模工作臺聯合至晶片工作臺的方法，因此在控制系統中可以 容易地實施。刀片顯然必須移動特定距離，且移動速度與主工作臺速 度除以透鏡放大倍數相關。在末端掃描帶被瀑光時，通過將刀片側向地(相對于掃描方向) 移動到掩模處的束中以模糊曝光束上的傾斜邊緣，由此解決側部邊界 曝光控制問題。這些側部邊界刀片還用于控制FPD表面上曝光區域的總寬度。可 以設置每個掃描帶的寬度，使得當完成了所有的帶時，恰好覆蓋了 FPD 裝置的寬度。這種布置最大化了工藝速率，但是安裝復雜。實踐中， 優選地采用寬度比恰好與完整FPD寬度匹配的尺寸寬很小的量(例如， l個單元寬度)的掃描帶。這種情況下，在外部掃描帶的每個外側上用 于除去傾斜的束模糊刀片隨后進一步推進到束內，將外部掃描帶"修 剪，，為要求的寬度從而產生恰好為準確尺寸的FPD。所有上述討論均涉及光學投影系統用于將圖案從掩模轉移到FPD 的情形。如上文所概述，這種方法方便且直接。然而，對于某些FPD曝光情形，可以在所公開的SIS曝光模式下 使用鄰近掩模。由于在FPD的每個激光脈沖的能量密度低(例如，5_ 10mJ/cm2)，使得可以使用標準的石英上的鉻掩模而無損傷的風險，因 此上述技術是可行的。鄰近掩模SIS曝光工藝利用中等尺寸(例如， 小于50 x 50mm)的1 x掩模。該掩模在FPD表面上方小的距離(例如， 5(Uim)處保持靜止，并使用來自脈沖輻射源的紫外輻射對其進行照射。 該輻射源(或激光器)在當FPD移動到掩模下方的準確時刻發射脈沖， 以實現如上所述針對圖像投影情形的SIS工藝。顯然，該鄰近掩模SIS技術的最困難的方面在于，控制當FPD移 動時FPD表面和掩模之間的距離。通過將掩模結合到如專利PCT WO2004/087363Al和GB 0427104. 5中所述類型的空氣浮置光學樣品架 單元中，實際上可以相當容易地實現這一點。已經表明即使是在大面 積FPD上，這種布置也能夠維持抗蝕劑和掩模之間的50fim間距，典型 精確度為10nm。采用投影SIS曝光，則對于鄰近SIS曝光也需要使用束成形開口 來避免帶交疊曝光均勻性問題，且需使用移動刀片來準確地限定FPD 邊界。這些裝置可以結合到緊接著位于掩模上方的浮置光學頭(optics head)中，而沒有多大的困難。還可以恰當地將形成圖案的掩模和束 成形的掩模的功能組合到單一掩模裝置。這種布置使得該浮置光學頭 內的結構更為簡單。必須仔細地進行鄰近掩模的照射以避免分辨率損失。如果掩模和 抗蝕劑之間的間距維持在約50nm至lOOfiin，則需要將該照射輻射準直 至小于10亳弧度的角度范圍，以避免分辨率嚴重損失。還需要確保沿 與掃描方向垂直的方向跨過掩模的照射是均勻的，從而確保跨過掃描 帶的啄光的均勻性。沿與掃描方向平行的束方向的照射均勻性不是關鍵，因為沿該方 向的任何不均勻被該掃描運動平均。使用用于其他光刻工具和用于激光燒蝕工具中的常規類型的m均 化系統，可以容易實現在準確角度范圍內且具有要求的均勻性的掩模 照射。如果進行了正確地設計、具有準確的開口且放置于距掩模正確 的距離處，則一對圓柱形透鏡陣列可以容易地形成具有低(小于10毫 弧度)束角的頂帽式一維均勻束。如果需要，沿掃描方向的束均化還 可以利用另一對圓柱形透鏡陣列來實施，但是這不是必須的。用于照射該SIS啄光工具上的掩模的紫外輻射可以來自各種源。主要的要求為波長落在有效地曝光抗蝕劑的當前區域內，并且該源必 須發射足夠短的脈沖以避免圖像模糊。可以用于本發明的可能的激光源的示例如下a) 工作于248nm、 308nm或351nm的準分子激光器。b) 基于Nd作為活性介質的固態激光器，輸出輻射轉換成工作于 或接近355nm、 351nm或266nm的UV。c) 基于變石(alexandrite)作為活性介質的固態激光器，輸出 輻射轉換成工作于375nm附近波長區域的UV。d) 基于紅寶石作為活性介質的固態激光器，輸出輻射轉換成工作 于接近345nm的UV。e) 可以產生200nm至400nm之間波長區域內的輻射的任^f可其他合適的高功率激光源。顯然，在所有情況下，都需要使用光學系統以在掩模處產生均勻
的輻射場，從而保證抗蝕劑處的均勻膝光劑量。
現在參考附圖的圖l、 2、 3、 4和5，簡要描述SIS膝光工具架構 的示范性實施例。 圖1該圖示出了 SIS曝光方法的原理。涂敷有光敏抗蝕劑層2的基板 在啄光脈沖輻射束3下方沿Y方向逐漸移動。該束在抗蝕劑上形成對 應于所需的FPD像素或單元結構的圖像。在圖1中，該圖像示為沿基 板移動方向包含6個像素單元。每個輻射脈沖因此膝光6個單元寬的 抗蝕劑帶。在激光脈沖之間，該基板精確地移動1個單元節距，使得 下一個脈沖形成的圖案與第一個圖案嚴格交疊，但是移位了 1個單元 節距。在該圖中示出的是，束寬為6個單元，抗蝕劑的每個區域接收6 個輻射脈沖，隨后移離該束。圖2該圖示出了 SIS投影啄光工具可能的幾何結構。玻璃基板5涂敷 有氧化銦錫(IT0)或氧化錫(SnOO層和合適的抗蝕劑層，該玻璃基 板5用于形成PDP的前面板或者LCD顯示器中用于彩色濾光片裝置中 的涂敷有黑矩陣或其他抗蝕劑的玻璃板。板5支撐在能夠沿正交的X！ 和Y'方向移動的雙軸平臺6上。具有待轉移圖案的掩模7安裝在投影 透鏡上方的束內。束模糊刀片支撐在能夠沿正交的L和和Y2方向移動 的另一個雙軸平臺9上。平臺6、 9的兩個方向Y!和Y2 (同樣X,和XO必須設置為嚴格相互平行。來自工作于351nm、 308nm、 248nm或者甚至193nm的準分子激光 器的束10被成形和處理，從而在掩模7形成均勻的場。掩模上方的開 口 11限定該掩模的曝光區域的形狀。該形狀具有傾斜邊緣。使用縮小 倍數(例如)為2的投影透鏡8，利用掩模7和開口 11提供的照射區 域12被成像到基板5的抗蝕劑表面上。工作時，該系統如下所述地工作。使用圖2未示出的對準照相機， 旋轉地且空間上使該基板對準。基板隨后移動到一個邊緣，且通過FDP 沿Y,方向的運動，抗蝕劑帶13被曝光。顯然，由于這是邊緣帶，所以 圖像一側上的傾斜邊緣需要被模糊，以防止部分曝光，因此通過沿X
方向將刀片工作臺移動準確的量，使邊緣平行于Y方向的刀片由此移 動到該束內。在每個Y掃描開始和結束時，附著到平臺9的刀片沿Y 方向逐漸移動到束10內，以便以受控的方式模糊該束，從而精確地限 定該曝光區域的邊緣。在完成該掃描之后，用于模糊該束傾斜的刀片 從束中移出，且基板側向(沿X,方向)步進合適的距離，該距離取決 于限定開口的透鏡場形狀但小于啄光帶的全部寬度。隨后重復沿Y:方 向的掃描。對于最后的掃描，需要將恰當的側刀片移動到束內以模糊 該束傾斜邊緣。在完成覆蓋基板之后，該工藝完成。 圖3
該圖示出了僅需十個掃描來覆蓋全部FPD區域的情形。更為可能 的情形為，透鏡場顯著更小，由此導致要求更多的掃描。典型的透鏡 場的直徑可大至50mm。允許不規則四邊形或傾斜的邊緣形狀，這意味 著側步進距離典型地僅為40邁m，使得需要多至24個重復掃描以完成 42英寸FPD的膝光。
圖4
該圖示出了另一種可能的曝光工具布置。這里，基板工作臺大得 多，使得具有多個FPD的玻璃板14可以被爆光。由于基板的更大的尺 寸，因此可以方便地將該工作臺的運動限制在一個軸(YO。這種情況 下，通過將掩模和透鏡組件安裝在托架(carriage)上，由此實現束 相對于基板沿X方向的運動，其中該托架在基板上方的臺架(gantry ) 上沿X方向在工作臺上移動。這種使用分軸的布置對于大基板而言是 方1更的，因為該工具的占^ 面積(footprint)減小。
圖3還示出了使用兩條平行的相同光學投影通道，同時在FPD基 板15上形成兩個啄光區域(A， A，)。這種布置減小了總膝光時間，而 無需提高工作臺速度。原則上，可以有多于兩個平行投影通道同時工 作。目前認為，實踐的限制是由掩模和刀片工作臺的鄰近性以及增大 的工具復雜度來設定的。
與圖2和3所示不同的工具架構也是可行的。對于基板非常大的 情形，可以在曝光期間保持基板靜止，并使所要求的運動在掩膜面內 同時進行。這種情況下，掩模和投影光學系統承栽在托架上，該托架 可以在基板頂部上方的臺架上沿兩個軸運動。
一種備選的布置是將基板保持在垂直面內來操作。這種布置可以
應用于圖2和3所示的兩種架構，但是對于圖3所示分軸系統而言可 能更容易實現。這種情況下，待曝光的(大)基板將保持在其邊緣上 并沿Yi方向水平地移動，同時掩模工作臺沿平行的Y2方向移動。通過 利用沿平行的X2方向移動的相應的掩模位置校正來沿X,方向垂直地步 進掩模臺架，由此實現曝光圖案沿著每個FPD的長度的運動。 圖5
該圖示出了用于實施使用鄰近掩模的SIS曝光工藝的可能布置。 具有將形成的1 x結構圖案的薄的石英上的鉻(chrome-on-quartz) 掩模16保持在空氣樣品架17的底部，該空氣樣品架17設有空氣源 18，以允許該空氣樣品架浮置于涂敷有抗蝕劑20的FPD基板19上方。 掩模安裝成使得其與抗蝕劑表面之間的間距保持恒定，且使該間距通 常在幾十微米至最多幾百微米的范圍內。該樣品架是靜止的，基板在 樣品架下方以準確速度，使得輻射束21的連續曝光脈沖嚴格對應于該 像素結構。束成形開口 22和雙軸刀片工作臺組件23置為盡可能靠近 掩模表面。
圖5示出了一些可能的開口。
(a) 不規則四邊形，
(b) 不規則六邊形，
(c) 方形，和
(d) 三角形
這些開口可以置于掩模之前以限定透鏡膝光場的形狀，并控制毗 鄰掃描區域的交疊以便避免由于劑量變化而引起的拼接效應。曝光帶 之間的步進距離是由劑量為最大值一半的點處出現的交疊的要求來設 定的。在掃描情形中，這對應于開口中邊緣的高度為全部開口高度一 半的位置。這意味著對于方形或三角形開口，步進距離僅僅是導致要 求多次掃描來覆蓋全部FPD區域的開口對角線的一半。另一方面，對 于不規則四邊形或六邊形開口，步進距離占透鏡曝光場很大一部分， 如圖所示。這種布置導致覆蓋全部FPD區域的掃描數目顯著減少。
權利要求
1.一種向基板上形成規則重復圖案的方法，包括步驟1)將抗蝕劑涂敷在待處理基板的表面上；2)在所涂敷的抗蝕劑上壓印通過將所述抗蝕劑暴露于紫外(UV)光束而形成的圖案，致使該紫外光束穿過描繪該圖案的合適掩模并隨后穿過聚焦透鏡到該抗蝕劑上，從而引起該抗蝕劑中的化學變化，其中該化學變化使得該抗蝕劑更多或更少溶解于合適的顯影溶液；該壓印步驟實施如下(i)在重復的一系列離散曝光步驟中，使用僅代表基板總面積的小區域且相對于該光束和透鏡保持靜止的掩模，并在每個步驟使用紫外輻射的單一短脈沖來照射該掩模，該輻射脈沖在該基板上具有低于燒蝕該抗蝕劑的閾值的能量密度；以及(ii)通過沿著與將形成于該基板上的結構的一條軸平行的方向移動該基板，并在該基板的移動距離等效于該基板上重復圖案的完整周期數的時刻激活該脈沖掩模照射光源，由此在基板表面的完整區域上重復該一系列離散曝光步驟，從而形成包括多個像素的完整結構；3)使用顯影劑處理該曝光的抗蝕劑以致使曝光區域(對于正抗蝕劑)或未曝光區域(對于負抗蝕劑)溶解，且隨后通過顯影劑溶液將其清洗掉以展現由剩余抗蝕劑形成的圖案；4)使用除去無抗蝕劑區域內的基板的合適化學蝕刻溶液、反應等離子體、或者研磨粒子來處理該基板；以及5)使用合適溶劑從基板除去剩余抗蝕劑以留下成品的圖案化基板。
2. 如權利要求l所述的方法，其中在該壓印階段，沿與該基板移動方向平行的方向在該基板的照射區域的尺寸足以在穿過該照射區域 下方的基板后提供使該抗蝕劑的每個部分接收到充分數目的輻射脈 沖，以便特定照射區域上紫外輻射的組合劑量足以完全膝光該照射區 域。
3. 如前述權利要求任一項所述的方法，其中該壓印階段利用光學 投影系統將該掩模圖案轉移到該基板上。
4. 如前述權利要求任一項所述的方法，其中該掩模與該基板上完 整圖案的小區域的尺寸相同，且在該壓印階段期間，該掩模通過附著 到樣品架而保持緊密鄰近該基板，其中通過從該樣品架發射的空氣 流，使得該樣品架浮置在該移動基板表面之上。
5. 如前述權利要求任一項所述的方法，其中該紫外光源為準分子 激光器。
6. 如前述權利要求任一項所述的方法，其中在該壓印階段期間， 該基板上將被膝光的區域的邊緣通過靠近該掩模表面定位的可移動刀 片來限定。
7. 如前述權利要求1至6任一項所述的方法，其中在該壓印階段 期間，該基板在一系列平行的帶中被曝光，且在該帶交疊的區域，紫 外輻射的照射劑量通過物理定形與該掃描方向平行的該照射束的兩側 來控制。
8. 如前述權利要求1至6任一項所述的方法，其中在該壓印階段 期間，該基板在一系列平行的帶中被曝光，且在該帶交疊的區域，紫 外輻射的照射劑量通過使用附加掩模來控制，該附加掩模沿著與基板 掃描方向垂直的方向具有變化的透射分布。
9. 一種掃描膝光工具，用于實施如前述權利要求任一項所述的方法。
10. —種通過如前述權利要求1 - 8任一項所述的方法而形成的產口口口 o
全文摘要
一種向基板上形成規則重復圖案的方法，包括步驟將抗蝕劑涂敷在待處理基板的表面上；在所涂敷的抗蝕劑上壓印通過將其暴露于紫外(UV)光束而形成的圖案，致使該紫外光穿過描繪該圖案的合適掩模并隨后穿過聚焦透鏡到該抗蝕劑上，從而引起該抗蝕劑中的化學變化，其中該化學變化使得該抗蝕劑更多或更少溶解于合適的顯影溶液；該壓印步驟實施如下在重復的一系列離散曝光步驟中，使用僅代表基板總面積的小區域且相對于該光束和透鏡保持靜止的掩模，并在每個步驟使用紫外輻射的單一短脈沖來照射該掩模，該輻射脈沖在該基板上具有低于燒蝕該抗蝕劑的閾值的能量密度；以及通過沿著與將形成于該基板上的結構的一條軸平行的方向移動該基板，并在該基板的移動距離等效于該基板上重復圖案的完整周期數的時刻激活該脈沖掩模照射光源，由此在基板表面的完整區域上重復該一系列離散曝光步驟，從而形成包括多個像素的完整結構；使用顯影劑處理該曝光的抗蝕劑以致使曝光區域(對于正抗蝕劑)或未曝光區域(對于負抗蝕劑)溶解，且隨后通過顯影劑溶液將其清洗掉以展現由剩余抗蝕劑形成的圖案；使用除去無抗蝕劑區域內的基板的合適化學蝕刻溶液、反應等離子體、或者甚至研磨粒子來處理該基板；以及使用合適溶劑從基板除去剩余抗蝕劑以留下成品的圖案化基板。本發明還包括用于實施前述方法的掃描曝光工具。
文檔編號G03F7/20GK101167018SQ200680009658
公開日2008年4月23日 申請日期2006年1月30日 優先權日2005年1月28日
發明者N·賽克斯, R·阿洛特 申請人:奧爾利康巴爾策斯涂料(英國)有限公司