專利名稱：綜合式直寫光刻方法
技術領域：
本發明涉及光刻技術領域，具體的說，涉及在如下襯底上印刷構圖，如晶片、印刷電路板、掩膜板、平板顯示器、生物晶片、微機械電子晶片、光學玻璃平板。
背景技術：
光刻技術是用于在襯底表面上印刷具有特征的構圖。這樣的襯底可包括用于制造半導體器件、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。經常使用的基片為半導體晶片或玻璃基片。本領域的技術人員將會理解本文的描述，還應用在本領域技術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，通過處在光刻設備內的曝光裝置，將特征構圖投射到晶片表面。盡管在光刻過程中使用了投影光學裝置，還可依據具體應用，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，這已為本領域技術人員所熟知。在此，僅出于說明目的，討論光刻的具體示例。
半導體行業使用的傳統分步重復式或分步掃描式光刻工具，將分劃板的提正構圖在各個場一次性的投影或掃描到晶片上，一次曝光式掃描一個場。然后通過移動晶片來對下一個場進行重復性的曝光過程。傳統的光刻系統通過重復性曝光式掃描過程，實現高產出額的精確特征構圖的印刷。
為在晶片上制造器件，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的原因，這些分劃板對于生產而言成本很高，耗時很長，從而使利用分劃板的傳統晶片光刻制造成本越來越高，非常昂貴。
無掩膜(如直接寫或數字式等)光刻系統相對于使用查分劃板的方法，在光刻方面提供了許多益處。無掩膜系統使用空間圖形發生器(SLM)來代替分劃板。SLM包括數字微鏡系統(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生包括相位、灰度方向或開關狀態的調制。
無掩膜光刻系統主要采用的是以下兩種方法一、激光來直寫法；二、空間圖形發生器精縮排版曝光。其中，激光來直寫法是逐點曝光，采用高能激光在光敏感襯底上直接產生圖形，缺點是加工速度慢，單個晶片曝光時間長；第二種方法采用計算機控制圖形發生器(SLM)，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，難以制作連續光滑的圖形輪廓。
發明內容
本發明提供一種對光敏感襯底進行構圖光刻的方法，即采用直寫連續式掃描和不同倍率的精縮排版的分步式曝光的混合光刻方法，實現產生光滑的圖形輪廓，并提高曝光的效率。
具體的操作方法包括如下步驟綜合式直寫光刻方法，包括下述操作步驟(1)、首先，在置于精密移動平臺上的光敏感元件上生成具有與期望圖形相關的特征的目標曝光圖形，(2)、分步直寫光刻從低放大倍率的投影鏡頭開始，對目標曝光圖形進行空間定位和對焦，確定目標曝光圖形中第一個曝光圖形，并進行曝光；再以高放大倍率的投影鏡頭，對目標曝光圖形進行空間定位和對焦，確定目標曝光圖形中第二個曝光圖形，以確保第二個曝光圖形與第一個曝光圖形進行銜接，再進行曝光；再以更高放大倍率的投影鏡頭，對目標曝光圖形進行空間定位和對焦，確定目標曝光圖形中第三個曝光圖形，以確保第三個曝光圖形與第二個曝光圖形進行銜接，再進行曝光；繼續上述操作，直到除目標曝光圖形輪廓外，其它空間均已曝光；(3)、連續掃描光刻對目標曝光圖形的輪廓進行連續式掃描曝光，形成光滑邊緣的圖形輪廓之間無縫隙的連接；對目標曝光圖形的精細結構進行連續式掃描曝光，形成光滑連接的精細結構圖形。
本發明方法采用不同倍率的投影鏡頭，提高曝光的效率；并采用共軸的光學定位檢測系統，達到改變的倍率的投影鏡頭產生的圖形能進行無間隙連接。本發明方法采用直寫掃描和精縮排版的混合法，實現產生光滑的圖形輪廓，并提高曝光的效率。
本發明方法操作時采用空間圖形發生器(SLM)，照射圖形發生器的光源，將圖形發生器的圖象投影到襯底上的可變倍率鏡頭的投影光學系統，移動光敏感襯底的精密移動平臺，一套包括照明光源、光學分路器、光敏感探測器的光學定位檢測系統，和控制各個部分的計算機控制系統。圖形發生器包括至少一個陣列的可單獨切換的元件，由計算機控制來產生特征的構圖。圖形發生器可以是衍射或透射或反射器件。照射光源可以是連續光源，如孤光燈、LED或連續激光，在脈沖頻率遠高于圖形發生器的元件的開關頻率時也可以使用脈沖調制的LED或準連續激光。圖形發生器產生的特征構圖，通過光學投影系統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。精縮比例M可以大于1(M＞1)，也可以小于1(M＜＝1)，由實際應用的特征尺寸和印刷尺寸大小決定。在優選的實施例中，我們描述了精縮比例M＜1的應用，但本領域的技術人員都理解，類似的應用可以使用到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。投影光學系統采用運心結構。
在優選的實施例中，投影光學系統將圖形發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，同時圖形發生器的圖形在進行切換，使再次投影的構圖與前次投影的構圖構成無縫接連。
在優選的實施例中，圖形發生器被連續地照射，投影光學系統把特征構圖連續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地移動，產生連續曝光的光滑構圖。
在優選的實施例中，圖形發生器被前述兩種照射方式的組合，分別間隔地和連續地投影到光敏感元件上，其間投影光學系統選用不同的精縮倍率進行圖形投影，以減少曝光時間，并產生連續光滑的輪廓。
圖1為本發明方法光刻Z字示意圖，圖2為采用本發明方法光刻四邊形第一步確定目標曝光圖形示意圖，圖3為采用本發明方法光刻四邊形第二步確定第一個曝光圖形示意圖，圖4為采用本發明方法光刻四邊形第二步確定第二個曝光圖形示意圖，圖5為采用本發明方法光刻四邊形第三步對目標曝光圖形的輪廓進行連續式掃描曝光的示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖，通過實施例對本發明作進一步地描述。
實施例1參見圖1，采用本發明方法光刻Z字，(1)、首先，在置于精密移動平臺上的光敏感元件上生成具有Z字形目標曝光圖形。假設空間圖形發生器有16×12的可以獨立變換的象素，假設要產生的目標Z字圖形在一定目標放大倍率的投影鏡頭的情況下所在的空間大小對應于空間圖形發生器的格局如圖1(a)所示。
(2)、分步直寫光刻在目標放大倍率的投影鏡頭的情況下，對目標曝光圖形進行空間定位和對焦，確定目標曝光圖形中第一個曝光圖形，如圖1(b)所示，并進行曝光；取得除目標曝光圖形輪廓外，其它空間均已曝光；(3)、連續掃描光刻對Z字形目標曝光圖形的輪廓進行連續式掃描曝光，形成光滑邊緣的圖形輪廓之間無縫隙的連接，如圖1(c)所示。
實施例2采用本發明方法光刻四邊形。
圖2、圖3、圖4和圖5示意性的示出了根據本發明的具有分步式和連續式的綜合直寫技術產生的四邊形曝光圖型的方法。
(1)、假設空間圖形發生器有4×4的可以獨立變換的象素，要產生的目標圖形所在的空間大小對應于16×24個最終分辨率投影的空間圖形發生器的格局，如圖2。
(2)、分步直寫光刻再假設如圖3、圖4和圖5所示，有最終分辨率的放大倍率，以及最終分辨率的二分之一的放大倍率的兩組投影鏡頭可選。實際運用中，本領域的技術人員應理解可以有兩個或者兩個以上的各種不同放大倍率的投影鏡頭可選。在圖3、圖4和圖5所示的實施例中，最終分辨率的二分之一的放大倍率的投影鏡頭產生8×8最終分辨率象素的空間圖形，如圖3所示，根據本發明的操作流程，圖2所示的等效的圖形發生器產生的目標曝光圖形布局，可以按實施例中的兩個放大倍率分解為多個不同放大倍率相對應的曝光圖形布局，如圖3、圖4和圖5所示；從二分之一的放大倍率的投影鏡頭開始，先以低放大倍率的投影鏡頭，對目標曝光圖形進行空間定位和對焦，確定目標曝光圖形中第一個曝光圖形，如圖3所示，并進行曝光；再以高放大倍率的投影鏡頭，對目標曝光圖形進行空間定位和對焦，確定目標曝光圖形中第二個曝光圖形，以確保第二個曝光圖形與第一個曝光圖形進行銜接，如圖4所示的曝光圖形，再進行曝光；最后，利用最高放大倍率的投影鏡頭，對晶片進行空間定位和對焦，以確保新的曝光圖形與前面的曝光圖形進行精確銜接。依照圖5所示的曝光圖形進行連續式的輪廓掃描曝光，形成光滑邊緣的圖形輪廓之間無縫隙的連接，對前面的曝光圖形的精細結構進行連續式掃描曝光，形成光滑連接的精細結構圖形，并得到高的曝光效率。
權利要求
1.綜合式直寫光刻方法，其特征在于包括下述操作步驟(1)、首先，在置于精密移動平臺上的光敏感元件上生成具有與期望圖形相關的特征的目標曝光圖形，(2)、分步直寫光刻從低放大倍率的投影鏡頭開始，對目標曝光圖形進行空間定位和對焦，確定目標曝光圖形中第一個曝光圖形，并進行曝光；再以高放大倍率的投影鏡頭，對目標曝光圖形進行空間定位和對焦，確定目標曝光圖形中第二個曝光圖形，以確保第二個曝光圖形與第一個曝光圖形進行銜接，再進行曝光；再以更高放大倍率的投影鏡頭，對目標曝光圖形進行空間定位和對焦，確定目標曝光圖形中第三個曝光圖形，以確保第三個曝光圖形與第二個曝光圖形進行銜接，再進行曝光；繼續上述操作，直到除目標曝光圖形輪廓外，其它空間均已曝光；(3)、連續掃描光刻對目標曝光圖形的輪廓進行連續式掃描曝光，形成光滑邊緣的圖形輪廓之間無縫隙的連接；對目標曝光圖形的精細結構進行連續式掃描曝光，形成光滑連接的精細結構圖形。
全文摘要
本發明涉及光刻技術領域，具體地說是綜合式直寫光刻方法。該方法包括確定目標曝光圖形、分步直寫光刻和連續掃描光刻三大步驟；采用不同倍率的投影鏡頭，提高曝光的效率；并采用共軸的光學定位檢測系統，達到改變的倍率的投影鏡頭產生的圖形能進行無間隙連接。本發明方法采用直寫掃描和精縮排版的混合法，實現產生光滑的圖形輪廓，并提高曝光的效率。
文檔編號H01L21/02GK101055424SQ200710022638
公開日2007年10月17日 申請日期2007年5月23日 優先權日2007年5月23日
發明者劉文海, 劉軍, 胡亦寧, 楊丹寧 申請人:芯碩半導體(合肥)有限公司