專利名稱：轉(zhuǎn)動掩模和抗蝕劑硅片的成像干涉光刻方法及其光刻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)動掩模和抗蝕劑硅片的成像干涉光刻方法及其光刻系統(tǒng)，屬于對產(chǎn)生高分辨微細(xì)圖形的成像干涉光刻方法及系統(tǒng)的改進(jìn)與實施。
背景技術(shù)：
激光干涉光刻技術(shù)是用光束之間的干涉產(chǎn)生周期性圖形陣列，其局限性在于只能產(chǎn)生周期圖形，難以產(chǎn)生微電子工業(yè)中制作集成電路所需的多種任意圖形的需求。為此人們提出了既能提高分辨力又能產(chǎn)生任意圖形的成像干涉光刻技術(shù)。一般的成像干涉光刻方法都是采用掩模和抗蝕劑硅片固定，而改變照明光束方向進(jìn)行三次曝光第一次曝光時，照明光束垂直于掩模，曝光低頻分量。第二次和第三次曝光時，照明光束分別從x方向和y方向傾斜照明掩模曝光高頻分量。由于用一臺激光器，波長為λ，為避免三次曝光相互干涉，所以三次曝光必須分開進(jìn)行，故三次曝光之間必須對光路實時調(diào)整，造成調(diào)整和圖像對準(zhǔn)的困難。傳統(tǒng)的成像干涉光刻方法參考文獻(xiàn)(1)Xiaolan Chen and S.R.J.Brueck，Imaging interferometric lithographyfor arbitrary patterns，SPIE Vol.3331，214-224，1997和(2)S.R.J.Brueck，Imaging Interferometric Lithography.-Extending opticsto Fundamental Limits and Beyond，SPIE.Vol.3749，360-361，1999.
但是，這種成像干涉光刻方法在三次曝光之間實時調(diào)整光路及圖形對準(zhǔn)很困難，而且對準(zhǔn)誤差會造成圖形的畸變，影響圖形質(zhì)量和保真度及降低曝光效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在曝光之間只需同步轉(zhuǎn)動掩模和抗蝕劑硅片，無須實時調(diào)整三次曝光的主要光路，就可完成成像干涉光刻所需的三次曝光，而且減少了實時調(diào)整光路和圖形對準(zhǔn)的困難，并節(jié)省了調(diào)整時間，可提高曝光效率。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是轉(zhuǎn)動掩模和抗蝕劑硅片的成像干涉光刻方法，其特點在于使用一個精密的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，在垂直光照明掩模和x方向傾斜照明掩模進(jìn)行低頻和x方向高頻分量兩次曝光之后，使掩模和抗蝕劑硅片同步轉(zhuǎn)動90°，然后進(jìn)行y方向高頻分量曝光，實現(xiàn)成像干涉光刻所需的第三次曝光，形成最終的高分辨掩模成像。
本發(fā)明所述的一種精密轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)、蝸桿、蝸輪組件、真空吸附平臺、密封氣管、真空泵、抗蝕劑硅片和底座接口組成。曝光前，將表面涂有光致抗蝕劑(光敏材料)的抗蝕劑硅片利用真空泵和與之相連的密封氣管緊密吸附固定在真空吸附平臺上；第一次x方向高頻分量曝光完畢后，通過計算機(jī)啟動步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動蝸桿和蝸輪轉(zhuǎn)動，從而帶動與蝸輪組件相連的平臺轉(zhuǎn)動90°，抗蝕劑硅片也相應(yīng)轉(zhuǎn)動90°，然后進(jìn)行第二次y方向高頻分量曝光。步進(jìn)電機(jī)與蝸桿通過彈性聯(lián)軸器連接，排除空回和加工誤差。旋轉(zhuǎn)平臺的外側(cè)面刻有刻度，可以方便設(shè)置終、始角度。通過底座接口將精密轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)與底座相連，以便進(jìn)一步調(diào)整抗蝕劑硅片的高低和俯仰。
在第一次低頻分量和第二次及第三次高頻分量曝光光路中使用了可變中性濾光片，以調(diào)整高、低頻分量曝光的相對強(qiáng)度，達(dá)到提高對比度和改善分辨力的目的；在第一次曝光低頻分量之后，用可轉(zhuǎn)動全反射鏡把全部激光能量反射到x方向傾斜照明光路中，提高激光能量利用率，提高曝光效率；在第一次曝光低頻分量和第二次及第三次曝光高頻分量光路中分別使用快門，分別控制高、低頻分量曝光時間或曝光量。
利用上述方法組成的成像干涉光刻系統(tǒng)，其特征在于包括激光器、擴(kuò)束準(zhǔn)直器、可轉(zhuǎn)動反射鏡、定時快門、可變密度中性濾光片、固定反射鏡、掩模、同步轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、成像光學(xué)系統(tǒng)和抗蝕劑硅片及掩模和硅片夾持器等，在系統(tǒng)中采用可轉(zhuǎn)動全反射鏡使軸向照明的第一次曝光之后，將準(zhǔn)直激光束導(dǎo)入x方向傾斜照明光路以便進(jìn)行第二、三次曝光，同時采用可變密度中性濾光片分別調(diào)節(jié)垂直照明和傾斜照明光強(qiáng)度以及在相應(yīng)光路中分別采用定時快門控制曝光量，使不同空間頻率分量之間達(dá)到最優(yōu)曝光，以改善圖形對比度，提高分辨力。由激光器發(fā)出的激光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直器擴(kuò)束成平行光束，通過定時快門和可變密度中性濾光片垂直照明掩模，成像光學(xué)系統(tǒng)將掩模成像在抗蝕劑硅片上，對抗蝕劑進(jìn)行第一次曝光；之后，將可轉(zhuǎn)動全反射鏡旋轉(zhuǎn)，此時激光束經(jīng)全反射鏡反射后通過定時快門和可變密度中性濾光片，以偏離x方向一定角度傾斜照明掩模，經(jīng)成像光學(xué)系統(tǒng)成像在抗蝕劑硅片上，進(jìn)行第二次曝光，快門關(guān)閉；轉(zhuǎn)動精密的同步轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)同步轉(zhuǎn)動掩模和抗蝕劑硅片，轉(zhuǎn)動角度為90°，并打開定時快門，進(jìn)行第三次曝光。
本發(fā)明與現(xiàn)有方法相比有以下優(yōu)點(1)由于采用轉(zhuǎn)動掩模和抗蝕劑硅片替代三次曝光之間的光路實時調(diào)整和圖像對準(zhǔn)，簡化了曝光過程，縮短了曝光時間，在只用一臺激光器和無須頻移器情況下，與傳統(tǒng)成像干涉光刻方法相比，提高了曝光效率。
(2)由于采用精密同步轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，使掩模和抗蝕劑硅片同時、等量(90°)轉(zhuǎn)動，在光路仔細(xì)調(diào)整情況下，避免了三次曝光圖像的對準(zhǔn)問題，提高了圖像保真度。
(3)采用一個可轉(zhuǎn)動全反射鏡，在轉(zhuǎn)出光路時進(jìn)行垂直方向曝光之后，再轉(zhuǎn)入光路進(jìn)行x方向和y方向傾斜照明曝光，與采用半反半透鏡相比提高了激光利用率，縮短了曝光時間。
(4)采用在垂直照明光路中和傾斜照明光路中分別設(shè)置可變密度中性濾光片和定時快門，有利于調(diào)節(jié)曝光量和曝光之間的強(qiáng)度比，可改善對比度提高分辨力。


圖1為本發(fā)明的成像干涉光刻方法實施系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中的精密轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2a為仰視圖，圖2b為主視圖；
圖3為本發(fā)明所述的同步轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、快門和轉(zhuǎn)動全反射鏡控制示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的轉(zhuǎn)動掩模和抗蝕劑硅片的成像干涉光刻方法的實施例系統(tǒng)包括激光器1、擴(kuò)束準(zhǔn)直器2、可轉(zhuǎn)動全反射鏡3、定時快門4、可變密度中性濾光片5、全反射鏡6、掩模7、同步轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)8、成像光學(xué)系統(tǒng)9和抗蝕劑硅片10。當(dāng)可轉(zhuǎn)動全反射鏡3置于A位時，由激光器1發(fā)出的激光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直器2擴(kuò)束成平行光束，該平行光束通過定時快門4和可變密度中性濾光片5垂直照明掩模7，成像光學(xué)系統(tǒng)9將掩模7成像在抗蝕劑硅片10上，對抗蝕劑進(jìn)行第一次曝光。之后，將可轉(zhuǎn)動全反射鏡3轉(zhuǎn)置于B位，此時激光束經(jīng)全反射鏡6反射后通過定時快門4和可變密度中性濾光片5，以偏離x方向一定角度θ傾斜照明掩模7，經(jīng)成像光學(xué)系統(tǒng)9成像在抗蝕劑硅片10上，進(jìn)行第二次曝光，快門5關(guān)閉。轉(zhuǎn)動精密的同步轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)8同步轉(zhuǎn)動掩模7和抗蝕劑硅片10，轉(zhuǎn)動角度為90°，并打開定時快門5，進(jìn)行第三次曝光，于是完成成像干涉光刻所需的三次曝光。由于可轉(zhuǎn)動全反射鏡3、同步轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)8和快門5都是計算機(jī)控制的，因此大大加快了曝光速率。
可變密度中性濾光片5的透過率，根據(jù)測得的光束強(qiáng)度預(yù)設(shè)，并設(shè)定相應(yīng)的定時快門4的曝光時間。
如圖2所示，為本發(fā)明所述的一種精密轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)原理示意圖，圖2a為仰視圖，圖2b為主視圖。該機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)11、蝸桿組件12、蝸輪組件13、真空吸附平臺14、密封氣管15、真空泵16、抗蝕劑硅片10和底座接口17組成。曝光前，將表面涂有光致抗蝕劑(光敏材料)的抗蝕劑硅片10利用真空泵16和與之相連的密封氣管15緊密吸附固定在真空吸附平臺14上；第一次x方向高頻分量曝光完畢后，通過計算機(jī)啟動步進(jìn)電機(jī)11，驅(qū)動蝸桿12和蝸輪13轉(zhuǎn)動，從而帶動與蝸輪組件13相連的平臺14轉(zhuǎn)動90°，抗蝕劑硅片也相應(yīng)轉(zhuǎn)動90°，然后進(jìn)行第二次y方向高頻分量曝光。步進(jìn)電機(jī)11與蝸桿12通過彈性聯(lián)軸器連接，排除空回和加工誤差。旋轉(zhuǎn)平臺14的外側(cè)面刻有刻度，可以方便設(shè)置終、始角度。通過底座接口17將電控轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)與底座相連，以便進(jìn)一步調(diào)整抗蝕劑硅片10的高低和俯仰。
如圖3所示，為本發(fā)明所述的同步轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)8、快門4和轉(zhuǎn)動全反射鏡3的控制示意圖。同步轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)8由兩個如圖2所示的精密轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)組成，一個用于安裝掩模7，另一個用于安裝抗蝕劑硅片10，由計算機(jī)20控制兩個精密轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)11，使掩模7和抗蝕劑硅片10同步轉(zhuǎn)動90°。定時快門4為常用電動曝光快門，用計算機(jī)20通過電源19控制其開啟、關(guān)閉和開啟時間，控制曝光量。
轉(zhuǎn)動全反射鏡3為常規(guī)的電控轉(zhuǎn)動裝置，其作用是使轉(zhuǎn)動全反射鏡3在圖1中的A和B之間換位，使激光束從垂直于掩模光路換到偏置照明光路。換位轉(zhuǎn)動，由計算機(jī)20通過電源18控制轉(zhuǎn)動裝置實現(xiàn)。掩模和抗蝕劑硅片的轉(zhuǎn)動，快門的開啟、關(guān)閉、定時及轉(zhuǎn)動全反射鏡的換位轉(zhuǎn)動，均由鍵盤輸入數(shù)據(jù)，由計算機(jī)控制完成。
權(quán)利要求
1.轉(zhuǎn)動掩模和抗蝕劑硅片的成像干涉光刻方法，其特征在于使用一個精密的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，在垂直光照明掩模和x方向傾斜照明掩模進(jìn)行低頻和x方向高頻分量兩次曝光之后，使掩模和抗蝕劑硅片同步轉(zhuǎn)動90°，然后進(jìn)行y方向高頻分量曝光，實現(xiàn)成像干涉光刻所需的第三次曝光，形成最終的高分辨掩模成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動掩模和抗蝕劑硅片的成像干涉光刻方法，其特征在于在第一次低頻分量和第二次及第三次高頻分量曝光光路中使用了可變中性濾光片，以調(diào)整高、低頻分量曝光的相對強(qiáng)度，達(dá)到提高對比度和改善分辨力的目的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動掩模和抗蝕劑硅片的成像干涉光刻方法，其特征在于在第一次曝光低頻分量之后，用1個可轉(zhuǎn)動全反射鏡把全部激光能量反射到x方向傾斜照明光路中，提高激光能量利用率，提高曝光效率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動掩模和抗蝕劑硅片的成像干涉光刻方法，其特征在于在第一次曝光低頻分量和第二次及第三次曝光高頻分量光路中分別使用一個快門，分別控制高、低頻分量曝光時間或曝光量。
5.轉(zhuǎn)動掩模和抗蝕劑硅片的成像干涉光刻系統(tǒng)，其特征在于包括激光器、擴(kuò)束準(zhǔn)直器、可轉(zhuǎn)動反射鏡、定時快門、可變密度中性濾光片、固定反射鏡、掩模、同步轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)、成像光學(xué)系統(tǒng)和抗蝕劑硅片及掩模和硅片夾持器，由激光器發(fā)出的激光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直器擴(kuò)束成平行光束，通過定時快門和可變密度中性濾光片垂直照明掩模，成像光學(xué)系統(tǒng)將掩模成像在抗蝕劑硅片上，對抗蝕劑進(jìn)行第一次曝光；之后，將可轉(zhuǎn)動全反射鏡旋轉(zhuǎn)，此時激光束經(jīng)全反射鏡反射后通過定時快門和可變密度中性濾光片，以偏離x方向一定角度傾斜照明掩模，經(jīng)成像光學(xué)系統(tǒng)成像在抗蝕劑硅片上，進(jìn)行第二次曝光，快門關(guān)閉；轉(zhuǎn)動精密的同步轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)同步轉(zhuǎn)動掩模和抗蝕劑硅片，轉(zhuǎn)動角度為90°，并打開定時快門，進(jìn)行第三次曝光。
全文摘要
轉(zhuǎn)動掩模和抗蝕劑硅片的成像干涉光刻方法是，使用一個精密的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，在垂直光照明掩模和x方向傾斜照明掩模進(jìn)行低頻和x方向高頻分量兩次曝光之后，使掩模和抗蝕劑硅片同步轉(zhuǎn)動90°，然后進(jìn)行y方向高頻分量曝光，實現(xiàn)成像干涉光刻所需的第三次曝光，形成最終的高分辨掩模成像。該方法原理簡單，無須使用多臺波長不同的激光器或頻移器件，使系統(tǒng)設(shè)備費用降低，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及調(diào)整、對準(zhǔn)簡化，并用快門控制曝光時間，采用可變?yōu)V光片調(diào)節(jié)曝光光強(qiáng)比，并且在低頻分量和高頻分量曝光之間用一個可轉(zhuǎn)進(jìn)轉(zhuǎn)出全反鏡提高了激光能量利用率，最終達(dá)到高分辨、高像質(zhì)成像。本發(fā)明使在三次曝光之間不需要實時調(diào)整光路，用一個波長的一臺激光器便可實現(xiàn)成像干涉光刻，減少了三次曝光之間的調(diào)整和對準(zhǔn)困難，并縮短了三次曝光所需的時間，提高曝光效率。
文檔編號G03F7/20GK1690858SQ20041000904
公開日2005年11月2日 申請日期2004年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月26日
發(fā)明者張錦, 馮伯儒, 劉娟, 宗德蓉 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所