CN102540746B - 投影式光刻机分层曝光进行三维光刻的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用分层曝光实现三维光刻的方法，包括下述步骤：(1)提供一掩模，该掩模表面形成有多数标记图案区域，以及提供一基底，该基底包括倾斜结构，该倾斜结构具有与该些多数标记图案区域分别对应之曝光区域；(2)上该掩模，上该基底，并进行全局对准；(3)透过照明系统调整照明位置，照明该掩模上的一个标记图案区域；(4)移动该基底位置，使该基底的倾斜结构上与该标记图案区域对应的曝光区域置处于该标记图案区域的空间像处并进行曝光；(5)重复步骤(3)和(4)，直到该掩模上所有的标记图案区域完成曝光。
Description
技术领域
本发明涉及光刻领域，尤其涉及利用分层曝光法进行三维光刻的方法。
背景技术
在微机电系统MEMS的加工工艺中，表面硅工艺是采用与集成电路工艺相似的表面加工手段，以单晶硅或多晶硅薄膜来制作机械结构。采用的工艺方法包括外延、渗杂、溅射、化学气相沉积、光刻、氧化等。该方法缺点是立体结构不如前两种强。但优点是沿用许多IC工艺，工艺成熟，产率高成本低。因此表面硅技术是最容易产业化的技术。
采用表面硅工艺时候，典型的一道程序为光刻。为了能够加工各种复杂的立体结构，工艺上对传统的IC光刻提出了更多的要求，包括大焦深、斜面曝光、斜坡曝光等等。大焦深方便加工高深宽比的器件，斜面曝光可以加工倾斜的立体结构，斜坡曝光则可以在斜坡上加工器件，节约面积。对于斜面曝光，采用传统的Mask Aligner的接触式或接近式曝光即可，只需要倾斜掩模和基底，或倾斜平行照明光即可实现(如美国专利US2007/0003839A1中所公开的)(图1)。对于大焦深，可以在投影光刻机上减小物镜NA和增大CD实现。但是，对于斜坡曝光(图2)，传统上采用激光在坡度上加工，精度不高，或者采用X射线、电子束或离子束刻蚀(如“激光刻蚀技术的应用”，南开大学王宏杰等，红外与激光工程，2004年10月，33卷第5期；“电子束曝光微纳加工技术”，出版社：北京工大，ISBN：9787563913008，出版日期：2004-07-01；以及“Focused Ion Beam fabrication of large and complex nanopatterns”，O.Wilhelmi，L.Roussel，P.Anzalone，D.J.Stokes，P.Faber，S.Reyntjens，FEI Company，PO Box 80066，5600KA Eindhoven，The Netherlands；等)，或LIGA方法，成本高，产率很低，严重影响产业化。因为坡度高度常常高达几百微米，Mask Aligner的衍射效应难以消除，所以难以用接近式曝光实现；而对于传统的投影式光刻机，因为坡度较大(～0.01rad-1rad)，工件台掩模台难以倾斜如此大的角度，所以也难以实现，另外，有US6866976B2的专利采用改变剂量分布和掩模标记分布的方法来实现斜坡曝光，该方法操作十分困难。
针对传统光刻机难以实现斜坡曝光的缺点，本发明提出了两种投影式光刻机进行斜坡曝光的方法，不仅可以进行传统的平面曝光，还能实现斜坡曝光，从而利用斜坡做一部分器件，节约基底面积，使得MEMS器件体积更小，并且简单容易实现，产率高。
发明内容
本发明利用传统的投影式光刻机使用分层曝光实现三维光刻，包括下述步骤：
(1)提供一掩模，该掩模表面形成有多数标记图案区域，以及提供一基底，该基底包括倾斜结构，该倾斜结构具有与该些多数标记图案区域分别对应之曝光区域；
(2)上该掩模，上该基底，并进行全局对准；
(3)透过照明系统调整照明位置，照明该掩模上的一个标记图案区域；
(4)移动该基底位置，使该基底的倾斜结构上与该标记图案区域对应的曝光区域置处于该标记图案区域的空间像处并进行曝光；以及
(5)重复步骤(3)和(4)，直到该掩模上所有的标记图案区域完成曝光。
其中，该倾斜结构为斜坡结构，该掩模上对应于该斜坡结构的不同高度的曝光区域分别形成有对应的标记图案区域。
其中，按基底高度从低至高或从高至低的顺序进行曝光。
其中，优先曝光具有相同标记图案的区域。
其中，该倾斜结构为台阶结构，该掩模上对应于各层台阶分区域分别形成有对应的标记图案区域。
其中，按基底高度从低至高或从高至低的顺序进行曝光。
其中，优先曝光具有相同标记图案的区域。
其中，该照明系统包括狭缝，通过调节该狭缝实现步骤(3)中照明位置的调整。
其中，还包括下该基底，并对该基底进行后续工艺处理。
相比传统的激光、X射线、电子束、离子束等直写式方法，本方法具有成本低、不需要改变光刻机结构等一系列优点。
附图说明
图1所示为现有技术中典型的斜面曝光的示意图；
图2所示为斜坡曝光的示意图；
图3所示为根据本发明方法使用的投影式光刻机的结构示意图；
图4所示为根据本发明的方法的流程图；
图5所示为进行斜坡曝光时曝光四个高度层的具体实施例；
图6所示为为进行台阶曝光时的基底台阶的结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。为了便于描述和突出显示本发明，附图中省略了现有技术中已有的相关部件，并将省略对这些公知部件的描述。
图3所示为本发明的方法中使用的投影光刻机，该光刻机包括具有光源1、用于限制视场大小的狭缝2和狭缝前后的照明组件的照明系统，对准系统3，承载掩模4的掩模台5，物镜6和承载工件7的工件台8。
图4所示为根据本发明的进行斜坡曝光的方法的流程图，该方法具有下述步骤：
(1)在掩模上分区域加工基地斜坡不同高度层的标记图案；
(2)上掩模，上基底，并进行全局对准；
(3)调整狭缝位置，给该掩模上的第一层标记图案照明；
(4)移动基底位置，使基底斜坡上与该第一层标记图案对应的基底层位置处于该第一层标记标记空间像处并进行曝光；
(5)重复步骤(3)和(4)，直到该掩模上所有层标记图案完成曝光；
(6)下基底做后续处理。
需要指出的是，受限于最小照明视场的尺寸(一般＞1mm*1mm)，掩模上各高度层的标记图案，必须具有一定的距离，另外，给各层标记图案照明的时候，其它层标记图案是不被照明的，从而保证一次曝光只有一层标记图案在基底斜坡上成像。
图5所示为图4所示意的流程中曝光基底斜坡上的四个高度层的具体实施例。其中斜坡角度为30度，斜坡高度为500um，4层标记，所用的光刻机中物镜的放大倍率为1X。掩模上各高度层的斜坡标记互不相同，掩模上各层标记图案之间的距离在2mm以上，而实际基底斜坡所需要的各层标记图案之间的距离只为50um，同层各标记图案之间的距离为100um。上掩模和全局对准后，照明光设置为平行光，设置狭缝改变视场位置和大小(～2mm*2mm)，使得视场只照明掩模中对应基底第一高度层的第一层标记图案区域；然后移动工件台，调整XYZ位置，使得斜坡第一高度层所需要曝光位置在该第一层标记图案空间像所在水平位置和焦面上，然后进行曝光；下一层曝光方法类似，直到4层标记全部被曝光。
需要说明的是，尽管本发明只叙述按顺序曝光各层标记图案的方法作为实施例，但实际使用中并不限于这种顺序，比如优先曝光具有相同图案的层，此时，在重复步骤(3)和(4)进行曝光时需要注意在前后两次曝光的图案相同时，在后一次曝光时步骤(3)中不需要调整狭缝的位置。
图6所示为进行台阶曝光时的基底台阶的结构示意图，曝光的具体步骤如下：
(1)在掩模上分区域加工不同台阶上的图案；
(2)上掩模，全局对准；
(3)调整狭缝位置，给掩模上与基底上需要曝光的台阶对应的标记图案区域照明；
(4)移动基底位置，使得该需要曝光的台阶的位置位于对应的掩模标记图案空间像处并进行曝光；
(5)重复步骤(3)和(4)，直到掩模上与基底上所有台阶对应的标记图案完成曝光
(6)下基底做后续处理。
本例子中，台阶部分高800um，共有4个高度均为200um的台阶，每个台阶宽600um，不仅台阶上有标记图案，非台阶的其它区域也有图案，物镜的放大倍率为1X，各台阶标记之间的距离为50-300um。
本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。
Claims (9)
1.一种利用分层曝光实现三维光刻的方法，包括下述步骤：
(1)提供一掩模，该掩模表面形成有多数标记图案区域，以及提供一基底，该基底包括倾斜结构，该倾斜结构具有与该些多数标记图案区域分别对应之曝光区域；
(2)上该掩模，上该基底，并进行全局对准；
(3)透过照明系统调整照明位置，照明该掩模上的一个标记图案区域；
(4)移动该基底位置，使该基底的倾斜结构上与该标记图案区域对应的曝光区域处于该标记图案区域的空间像处并进行曝光；以及
(5)重复步骤(3)和(4)，直到该掩模上所有的标记图案区域完成曝光。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，该倾斜结构为斜坡结构，该掩模上对应于该斜坡结构的不同高度的曝光区域分别形成有对应的标记图案区域。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，按基底高度从低至高或从高至低的顺序进行曝光。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，优先曝光具有相同标记图案的区域。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，该倾斜结构为台阶结构，该掩模上对应于各层台阶分区域分别形成有对应的标记图案区域。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，按基底高度从低至高或从高至低的顺序进行曝光。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，优先曝光具有相同标记图案的区域。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，该照明系统包括狭缝，通过调节该狭缝实现步骤(3)中照明位置的调整。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括下该基底，并对该基底进行后续工艺处理。
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