CN100510963C - 转动掩模和抗蚀剂硅片的成像干涉光刻方法及其光刻系统 - Google Patents
转动掩模和抗蚀剂硅片的成像干涉光刻方法及其光刻系统 Download PDFInfo
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Abstract
转动掩模和抗蚀剂硅片的成像干涉光刻方法是，使用一个精密的转动机构，在垂直光照明掩模和x方向倾斜照明掩模进行低频和x方向高频分量两次曝光之后，使掩模和抗蚀剂硅片同步转动90°，然后进行y方向高频分量曝光，实现成像干涉光刻所需的第三次曝光，形成最终的高分辨掩模成像。该方法原理简单，无须使用多台波长不同的激光器或频移器件，使系统设备费用降低，系统结构及调整、对准简化，并用快门控制曝光时间，采用可变滤光片调节曝光光强比，并且在低频分量和高频分量曝光之间用一个可转进转出全反镜提高了激光能量利用率，最终达到高分辨、高像质成像。本发明使在三次曝光之间不需要实时调整光路，用一个波长的一台激光器便可实现成像干涉光刻，减少了三次曝光之间的调整和对准困难，并缩短了三次曝光所需的时间，提高曝光效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种转动掩模和抗蚀剂硅片的成像干涉光刻方法及其光刻系统，属于对产生高分辨微细图形的成像干涉光刻方法及系统的改进与实施。
技术背景
激光干涉光刻技术是用光束之间的干涉产生周期性图形阵列，其局限性在于只能产生周期图形，难以产生微电子工业中制作集成电路所需的多种任意图形的需求。为此人们提出了既能提高分辨力又能产生任意图形的成像干涉光刻技术。一般的成像干涉光刻方法都是采用掩模和抗蚀剂硅片固定，而改变照明光束方向进行三次曝光：第一次曝光时，照明光束垂直于掩模，曝光低频分量。第二次和第三次曝光时，照明光束分别从x方向和y方向倾斜照明掩模曝光高频分量。由于用一台激光器，波长为λ，为避免三次曝光相互干涉，所以三次曝光必须分开进行，故三次曝光之间必须对光路实时调整，造成调整和图像对准的困难。传统的成像干涉光刻方法参考文献：
(1)Xiaolan Chen and S.R.J.Brueck，Imaging interferomet riclithographyfor 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，这种成像干涉光刻方法在三次曝光之间实时调整光路及图形对准很困难，而且对准误差会造成图形的畸变，影响图形质量和保真度及降低曝光效率。
发明内容
本发明需要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种在曝光之间只需同步转动掩模和抗蚀剂硅片，无须实时调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，而且减少了实时调整光路和图形对准的困难，并节省了调整时间，可提高曝光效率。
本发明所采用的技术方案是：转动掩模和抗蚀剂硅片的成像干涉光刻方法，其特点在于：使用一个精密的转动机构，在垂直光照明掩模和x方向倾斜照明掩模进行低频和x方向高频分量两次曝光之后，使掩模和抗蚀剂硅片同步转动90°，然后进行y方向高频分量曝光，实现成像干涉光刻所需的第三次曝光，形成最终的高分辨掩模成像。
本发明所述的一种精密转动机构由步进电机、蜗杆、蜗轮组件、真空吸附平台、密封气管、真空泵、抗蚀剂硅片和底座接口组成。曝光前，将表面涂有光致抗蚀剂(光敏材料)的抗蚀剂硅片利用真空泵和与之相连的密封气管紧密吸附固定在真空吸附平台上；第一次x方向高频分量曝光完毕后，通过计算机启动步进电机，驱动蜗杆和蜗轮转动，从而带动与蜗轮组件相连的平台转动90°，抗蚀剂硅片也相应转动90°，然后进行第二次y方向高频分量曝光。步进电机与蜗杆通过弹性联轴器连接，排除空回和加工误差。旋转平台的外侧面刻有刻度，可以方便设置终、始角度。通过底座接口将精密转动机构与底座相连，以便进一步调整抗蚀剂硅片的高低和俯仰。
在第一次低频分量和第二次及第三次高频分量曝光光路中使用了可变中性滤光片，以调整高、低频分量曝光的相对强度，达到提高对比度和改善分辨力的目的；在第一次曝光低频分量之后，用可转动全反射镜把全部激光能量反射到x方向倾斜照明光路中，提高激光能量利用率，提高曝光效率；在第一次曝光低频分量和第二次及第三次曝光高频分量光路中分别使用快门，分别控制高、低频分量曝光时间或曝光量。
利用上述方法组成的成像干涉光刻系统，其特征在于：包括激光器、扩束准直器、可转动反射镜、定时快门、可变密度中性滤光片、固定反射镜、掩模、同步转动机构、成像光学系统和抗蚀剂硅片及掩模和硅片夹持器等，在系统中采用可转动全反射镜使轴向照明的第一次曝光之后，将准直激光束导入x方向倾斜照明光路以便进行第二、三次曝光，同时采用可变密度中性滤光片分别调节垂直照明和倾斜照明光强度以及在相应光路中分别采用定时快门控制曝光量，使不同空间频率分量之间达到最优曝光，以改善图形对比度，提高分辨力。由激光器发出的激光经扩束准直器扩束成平行光束，通过定时快门和可变密度中性滤光片垂直照明掩模，成像光学系统将掩模成像在抗蚀剂硅片上，对抗蚀剂进行第一次曝光；之后，将可转动全反射镜旋转，此时激光束经全反射镜反射后通过定时快门和可变密度中性滤光片，以偏离x方向一定角度倾斜照明掩模，经成像光学系统成像在抗蚀剂硅片上，进行第二次曝光，快门关闭；转动精密的同步转动机构同步转动掩模和抗蚀剂硅片，转动角度为90°，并打开定时快门，进行第三次曝光。
本发明与现有方法相比有以下优点：
(1)由于采用转动掩模和抗蚀剂硅片替代三次曝光之间的光路实时调整和图像对准，简化了曝光过程，缩短了曝光时间，在只用一台激光器和无须频移器情况下，与传统成像干涉光刻方法相比，提高了曝光效率。
(2)由于采用精密同步转动机构，使掩模和抗蚀剂硅片同时、等量(90°)转动，在光路仔细调整情况下，避免了三次曝光图像的对准问题，提高了图像保真度。
(3)采用一个可转动全反射镜，在转出光路时进行垂直方向曝光之后，再转入光路进行x方向和y方向倾斜照明曝光，与采用半反半透镜相比提高了激光利用率，缩短了曝光时间。
(4)采用在垂直照明光路中和倾斜照明光路中分别设置可变密度中性滤光片和定时快门，有利于调节曝光量和曝光之间的强度比，可改善对比度提高分辨力。
附图说明
图1为本发明的成像干涉光刻方法实施系统结构示意图；
图2为本发明中的精密转动机构的结构示意图，其中图2a为仰视图，图2b为主视图；
图3为本发明所述的同步转动机构、快门和转动全反射镜控制示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的转动掩模和抗蚀剂硅片的成像干涉光刻方法的实施例系统包括激光器1、扩束准直器2、可转动全反射镜3、第一定时快门4和第二定时快门4’、第一可变密度中性滤光片5和第二可变密度中性滤光片5’、全反射镜6、掩模7、同步转动机构8、成像光学系统9和抗蚀剂硅片10。当可转动全反射镜3置于A位时，由激光器1发出的激光经扩束准直器2扩束成平行光束，该平行光束通过第一定时快门4和第一可变密度中性滤光片5垂直照明掩模7，成像光学系统9将掩模7成像在抗蚀剂硅片10上，对抗蚀剂进行第一次曝光。之后，将可转动全反射镜3转置于B位，此时激光束经全反射镜6反射后通过第二定时快门4’和第二可变密度中性滤光片5’，以偏离x方向一定角度θ倾斜照明掩模7，经成像光学系统9成像在抗蚀剂硅片10上，进行第二次曝光，快门4’关闭。转动精密的同步转动机构8，同步转动掩模7和抗蚀剂硅片10，转动角度为90°，并打开第二定时快门4’，进行第三次曝光，于是完成成像干涉光刻所需的三次曝光。由于可转动全反射镜3、同步转动机构8和第一定时快门4和第二定时快门4’都是计算机控制的，因此大大加快了曝光速率。
第一可变密度中性滤光片5和第二可变密度中性滤光片5’的透过率，根据测得的光束强度预设，并设定相应的第一定时快门4和第二定时快门4’的曝光时间。
如图2所示，为本发明所述的一种精密转动机构原理示意图，图2a为仰视图，图2b为主视图。该机构由步进电机11、蜗杆组件12、蜗轮组件13、真空吸附平台14、密封气管15、真空泵16、抗蚀剂硅片10和底座接口17组成。曝光前，将表面涂有光致抗蚀剂(光敏材料)的抗蚀剂硅片10利用真空泵16和与之相连的密封气管15紧密吸附固定在真空吸附平台14上；第一次x方向高频分量曝光完毕后，通过计算机启动步进电机11，驱动蜗杆12和蜗轮13转动，从而带动与蜗轮组件13相连的平台14转动90°，抗蚀剂硅片也相应转动90°，然后进行第二次y方向高频分量曝光。步进电机11与蜗杆12通过弹性联轴器连接，排除空回和加工误差。旋转平台14的外侧面刻有刻度，可以方便设置终、始角度。通过底座接口17将电控转动机构与底座相连，以便进一步调整抗蚀剂硅片10的高低和俯仰。
如图3所示，为本发明所述的同步转动机构8、第一定时快门4和第二定时快门4’和转动全反射镜3的控制示意图。同步转动机构8由两个如图2所示的精密转动机构组成，一个用于安装掩模7，另一个用于安装抗蚀剂硅片10，由计算机20控制两个精密转动机构的步进电机11，使掩模7和抗蚀剂硅片10同步转动90°。第一定时快门4和第二定时快门4’为常用电动曝光快门，用计算机20通过电源19控制其开启、关闭和开启时间，控制曝光量。
转动全反射镜3为常规的电控转动装置，其作用是使转动全反射镜3在图1中的A和B之间换位，使激光束从垂直于掩模光路换到偏置照明光路。换位转动，由计算机20通过电源18控制转动装置实现。掩模和抗蚀剂硅片的转动，快门的开启、关闭、定时及转动全反射镜的换位转动，均由键盘输入数据，由计算机控制完成。
Claims (5)
1、转动掩模和抗蚀剂硅片的成像干涉光刻方法，其特征在于：使用一个精密的转动机构，在垂直光照明掩模时进行低频曝光和在x方向倾斜照明掩模进行高频分量曝光之后，使掩模和抗蚀剂硅片同步转动90°，然后进行y方向高频分量曝光，实现成像干涉光刻所需的第三次曝光，形成最终的高分辨掩模成像。
2、根据权利要求1所述的转动掩模和抗蚀剂硅片的成像干涉光刻方法，其特征在于：在第一次低频分量和第二次及第三次高频分量曝光光路中使用了可变中性滤光片，以调整高、低频分量曝光的相对强度，达到提高对比度和改善分辨力的目的。
3、根据权利要求1所述的转动掩模和抗蚀剂硅片的成像干涉光刻方法，其特征在于：在第一次曝光低频分量之后，用1个可转动全反射镜把全部激光能量反射到x方向倾斜照明光路中，提高激光能量利用率，提高曝光效率。
4、根据权利要求1所述的转动掩模和抗蚀剂硅片的成像干涉光刻方法，其特征在于：在第一次曝光低频分量光路中使用一个快门，用于控制低频分量的曝光时间或曝光量和在第二次及第三次曝光高频分量光路中各自使用一个快门，分别控制第二次及第三次曝光高频分量的曝光时间或曝光量。
5、转动掩模和抗蚀剂硅片的成像干涉光刻系统，其特征在于：包括激光器、扩束准直器、可转动全反射镜、定时快门、可变密度中性滤光片、全反射镜、掩模、同步转动机构、成像光学系统和抗蚀剂硅片及掩模和硅片夹持器，首先把可转动全反射镜旋转出光路，此时由激光器发出的激光经扩束准直器扩束成平行光束，通过位于该扩束准直器后的第一定时快门和第一可变密度中性滤光片垂直照明掩模，成像光学系统将掩模成像在抗蚀剂硅片上，对抗蚀剂进行第一次曝光；之后，将可转动全反射镜旋转进光路，此时平行激光束由该可转动全反射镜反射并经倾斜照明光路中的全反射镜反射后通过全反射镜后的第二定时快门和第二可变密度中性滤光片，以偏离x方向一定角度倾斜照明掩模，经成像光学系统成像在抗蚀剂硅片上，进行第二次曝光，之后第二定时快门关闭；转动精密的同步转动机构同步转动掩模和抗蚀剂硅片，转动角度为90°，并打开第二定时快门，进行掩模y方向倾斜照明时的曝光，即第三次曝光。
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