CN1221866C - 扫描图案生成器系统以及扫描方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在光敏衬底11上微光刻多光束写入高精度图案的扫描图案生成器系统，所述系统包括：光源1，优选地为激光器，用于产生至少两个光束；计算机控制的光调制器4；偏转器6，用于在衬底上对光束进行扫描；以及物镜10，用于对来自光源的至少一个光束在其到达衬底前进行会聚；其中至少所述物镜被设置在可相对于所述衬底11以及所述光源1移动的载体22上，其中所述载体限定了可相对于其余的固定光路移动的光路，其特征在于，所述系统还包括用于改变固定光路的装置，以便在所述载体和所述可移动光路移动期间，使光束在照射到光敏衬底上时能够保持其聚焦远心性。

Description

扫描图案生成器系统 以及扫描方法
技术领域
本发明涉及一种在光敏衬底上进行微光刻多光束写入的系统和方法，尤其是对于特别高精度图案的复制，如用于半导体器件图案、显示面板、集成光学器件和电子互连接结构等的光掩膜。此处的术语写入和复制应作广义上的理解，不仅意指光致抗蚀剂和照相感光乳剂的曝光，还包括光对于其它光敏材料的作用，如利用光或热激活的切除或化学处理的干处理的纸。其中的光也不仅限于可见光，而是从红外到远紫外的很宽的波长范围。
背景技术
一种在衬底上进行微光刻写入的系统和方法例如可从本申请人的欧洲专利EP0467076中预先了解到。图1中示出了一种微光刻写入系统的实例，其包括一光源1，如激光器；一或多个反射镜2，用于将光束射到预定方向；一第一透镜3，用于会聚光束；一调制器4，用于产生要写入的预定图案；以及调制器后设置第二透镜5。依据输入数据可对调制器进行控制。一偏转器用于在衬底11上扫描光束；透镜7、8和10被用来将光束聚焦在衬底上。偏转器可以是可移动的反射部件，如平面反射镜。然而也可以采用具有相同功能的若干扫描器，如声-光偏转器等。而且衬底最好置于载物平台上。
透镜10和平台之间的相对移动可以通过至少在载体上设置物镜10来提供，更好的是在载体上还设置透镜7、8和偏转器6来提供。由此，载体可以相对于衬底移动，且在与扫描方向基本垂直的方向上相对于光源移动。
如果为了提高写入速度而将现有技术的系统用来把若干光束并行地导到衬底上，所谓的多光束写入，将会产生很多问题。
重要的是在透镜光阑中获得稳定的高斯照明，但是当应用多光束和移动载体组合时，要获得高斯稳定照明是很困难的。如果无法获得这种高斯稳定照明，光束将以不同的角度入射到衬底上，从而聚焦在衬底上的焦点不可避免地存在微小差别，这将导致扫描长度不利的改变。对于各种应用来说，所需要的最大的扫描长度变化是20nm。因此，就需要一种高度的聚焦远心性，即在扫描过程中使光束平行。要获得这种聚焦远心性，重要的是在偏转器中令光束彼此重叠，而这证明是很难实现的，因为载体上的偏转器与调制器之间的距离是不断变化的。
特别是在部分光路是可移动的场合下在图案生成器中采用多光束写入会产生问题。图2a给出了一种图案生成器，其中可移动光路位于中间位置。在这种情况下，偏转器6中的光束是一致的，从而将获得令人满意的聚焦远心性。然而如图2b中所示当载体移动到末端位置时，偏转器中的光束将不再是一致的，而是彼此偏移的。由此，物镜10中的光束路径是斜的，并且聚焦远心性将受到严重损害。由于光束的一部分将偏离透镜的工作区，从而将损失一部分辐射能量。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于微光刻多光束写入的系统和方法，从而克服或至少缓解现有技术中相关的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种在光敏衬底(11)上微光刻多光束写入高精度图案的扫描图案生成器系统，所述系统包括：
光源1，优选地为激光器，用于产生至少两个光束；
计算机控制的光调制器4；
偏转器6，用于在衬底上对光束进行扫描；以及
物镜10，用于对来自光源的至少一个光束在其到达衬底前进行会聚；
其中至少所述物镜被设置在可相对于所述衬底11以及所述光源1移动的载体22上，其中所述载体限定了可相对于其余的固定光路移动的光路，
其特征在于，
所述系统还包括用于改变固定光路的装置，以便在所述载体和所述可移动光路移动期间，使光束在照射到光敏衬底上时能够保持其聚焦远心性。
根据本发明的再一个方面，提供了一种用于在光敏衬底11对微光刻多光束写入的高精度图案进行扫描的方法，包括以下步骤：
由光源1发射至少两个光束，由计算机控制的光调制器4控制所述光束；
偏转器用于将所述光束在衬底上进行扫描；
物镜对来自光源的至少一个光束在其到达衬底之前进行会聚；
其中至少所述物镜被设置在可相对于所述衬底11以及所述光源1移动的载体22上，所述载体限定了可相对于其余的固定光路移动的光路，
其特征在于，还包括如下步骤：
在所述载体和所述可移动光路移动期间，使光束在照射到光敏衬底上时能够保持其聚焦远心性。
因此，固定光路应该可以自动调节，以便保持聚焦远心性。
优选地，该偏转器(6)被设置于载体上，其中用来改变固定光路的装置被设置来使光束在偏转器中相一致(coincide)。
依据本发明的第一个方面，用来改变固定光路的装置包括用于改变固定光路的空间路程长度的装置(24)，如包括可动反射部件的光学转向器。
依据本发明的第二个方面，用来改变固定光路的装置包括一可控的分束器(20)，该分束器最好可动，且优选包含一衍射光学部件。
依据本发明的第三个方面，用来改变固定光路的装置包括设置在调制器后方的至少一个可动的透镜。
附图说明
为了举例说明的目的，下面将参照附图中所示的实施例详细说明本发明，其中
图1是现有技术的单光束系统的示意图；
图2a和图2b是一说明聚焦远心性遭到破坏问题的多光束系统的示意图；
图3a是根据本发明第一实施例的系统的示意图；
图3b是根据本发明第二实施例的系统的示意图；以及
图3c是根据本发明第三实施例的系统的示意图。
具体实施方式
本发明所述的系统优选为激光扫描系统，如从EP0467076可知，在此引入作为参考，但对多光束写入改进了性能。因此，该系统是一个多光束系统，且该系统最好包括一用于将来自光源的光束分成若干光束的分束器，以便使衬底可由多条扫描线同时曝光。
参见图3a，根据本发明第一优选实施例的系统，包括一个光源1，优选为激光器；一个分束器20，用于将光源发出的光分成多个光束；一个计算机控制的光调制器4；和一个物镜10，用于对光源产生的光束在其到达衬底11前进行会聚。而且，该系统最好包括一个或多个反射镜2，用于引导光束至预定方向；一个光调制器4，用于产生要写入的预定图案；第一透镜3，以将光束会聚到光调制器上；光调制器后方设有一个第二(准直)透镜5，使光束投射到偏转器6上。该调制器可根据输入数据进行控制。
偏转器6用于在衬底11上对光束进行扫描，而且透镜7、8、10被用来将光束会聚和聚焦到衬底上。此外，优选使用一透镜光阑9而阻止杂散光入射到衬底上。该偏转器可以采用可动的反射部件，如平面反射镜。然而，也可采用具有相同功能的光束扫描器，如声-光偏转器。此外，衬底11最好置于载物平台上。
至少物镜10被置于一可动载体22上，但最佳选择是偏转器6和透镜7-8也置于该载体上。载体22不仅可相对于衬底移动，而且可沿光束方向相对于光调制器和系统中的其它光学部件也移动。本发明所述的系统特别适用于写入大面积衬底，此时，载体可动范围的典型值是1100nm。
由于载体的移动，光束首先通过固定光路，然后通过位于载体上的可动光路，最后投射到衬底上。
依据本发明，该系统还包括如何改变来自固定光路的光束使其射到可动光路上的装置。该装置优选包括一可动的衍射光学部件(DOE)或可控分束器，优选为在光调制器4前方设置的衍射光学分束器20。该衍射光学分束器20是可动的，从而使射到可动光路和偏转器上的光束的方向是可变的。因此，为了获得足够的聚焦远心性，光学部件只需做非常有限的移动，从而对机械精度要求很低。例如，为了补偿载体大约1100mm的移动，光学部件只需移动+/-35mm。因此，通过调节分束器或衍射光部件的位置，可使光束在偏转器中一致，从而可获得满意的聚焦远心性。这种情况在图3a中已经示出，其中载体的位置与图2b中相同，而分束器20的位置则有所变动以对此进行补偿。
对光学部件位置的控制最好相对于载体22的移动被受控制同步。为此目的，最好设置一控制器。所述控制器被供给以表征载体位置的位置信号，相应地产生对光学部件的控制信号。
图3b示出了根据本发明可选的第二个实施例。在本实施例中，相同部件采用与前面同样的附图标记表示。根据第二实施例的系统与前文中描述的第一实施例对应，但差别在于用来如何改变来自固定光路的光束射到可动光路和偏转器上的装置，此处是指在调制器后设置的一或多个可动的透镜。所述的可动透镜优选为准直透镜5和21。其它可动或固定透镜也可以设置，如透镜25。因此，在本实施例中，一个、二个甚至更多的可动准直透镜被用于控制光束，以使光束在偏转器中相一致，从而提高聚焦远心性。
图3c示出了本发明可选的第三实施例。在本实施例中，相同的附图标记表示与前面类似的部件。根据第三实施例的系统与前文中描述的第一实施例对应，但差别在于用来如何改变来自固定光路的光束射到可动光路和偏转器上的装置，此处是指用来改变调制器和偏转器之间光路长度的装置24。这种装置例如可以是包括一带有反射部件如反射镜或棱镜的光学转向器，其中至少反射部件之一是可动的，以便增加或减小该空间路程的长度，如图3c所示。
因此，在第三实施例中，光路长度是可变的，以控制光束使其在偏转器中相一致，以便提高其聚焦远心性。
根据本发明的系统通过很简单的方法、利用很少的部件，就可以提供高精度和聚焦远心性。因此，依据本发明的系统和方法，可以有效的补偿由于聚焦远心性的破坏而导致的光束位置的改变。因此，本发明可以令高精度图案的微光刻写入更有效和低成本，同时也可提高图案的精度。
然而对于本领域技术人员而言，对上述实施例进行某些改变是可能的。例如，也可能采用用来改变光路长度的其它不同装置，如光学转向器、不同的可控分束器，不同的光学部件和其它类似物。这种显而易见的改动必须认为属于本发明的一部分，如在接下来的权利要求书中所限定的。

Claims (17)

1.一种在光敏衬底(11)上微光刻多光束写入高精度图案的扫描图案生成器系统，所述系统包括：
光源(1)，优选地为激光器，用于产生至少两个光束；
计算机控制的光调制器(4)；
偏转器(6)，用于在衬底上对光束进行扫描；以及
物镜(10)，用于对来自光源的至少一个光束在其到达衬底前进行会聚；
其中至少所述物镜被设置在可相对于所述衬底(11)以及所述光源(1)移动的载体(22)上，其中所述载体限定了可相对于其余的固定光路移动的光路，
其特征在于，
所述系统还包括用于改变固定光路的装置，以便在所述载体和所述可移动光路移动期间，使光束在照射到光敏衬底上时能够保持其聚焦远心性。
2.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述用于改变固定光路的装置被可相对于所述载体(22)移动地自动控制。
3.按照权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括控制器，所述控制器被提供用以指示所述载体(22)位置的位置信号，并且相应地产生用以改变所述用于改变固定光路的装置的控制信号。
4.按照前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述偏转器(6)被设置在所述载体上，并且所述用于改变固定光路的装置被设置成使光束在所述偏转器中相一致。
5.按照权利要求1-3中任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述用于改变固定光路的装置包括用于改变固定光路的空间路程长度的装置(24)。
6.按照权利要求5所述的系统，其特征在于，所述用于改变固定光路的装置包括光学转向器(24)，所述光学转向器(24)包括可动反射部件。
7.按照权利要求1-3中任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述用于改变固定光路的装置包括可控的分束器(20)。
8.按照权利要求7所述的系统，其特征在于，所述的分束器是衍射光学部件。
9.按照权利要求1-3中任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述用于改变固定光路的装置包括设置在所述调制器后方的至少一个可动的透镜。
10.按照权利要求1-3中任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述调制器是声-光调制器。
11.按照权利要求1-3中任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述偏转器是声-光偏转器。
12.一种用于在光敏衬底(11)对微光刻多光束写入的高精度图案进行扫描的方法，包括以下步骤：
由光源(1)发射至少两个光束，由计算机控制的光调制器(4)控制所述光束；
偏转器用于将所述光束在衬底上进行扫描；
物镜对来自光源的至少一个光束在其到达衬底之前进行会聚；
其中至少所述物镜被设置在可相对于所述衬底(11)以及所述光源(1)移动的载体(22)上，所述载体限定了可相对于其余的固定光路移动的光路，
其特征在于，还包括如下步骤：
在所述载体和所述可移动光路移动期间，使光束在照射到光敏衬底上时能够保持其聚焦远心性。
13.按照权利要求12所述的方法，其中对固定光路的改变被可相对于所述载体(22)移动地自动控制。
14.按照权利要求12或13所述的方法，其中在所述载体上设置偏转器(6)，并且改变固定光路以使光束在所述偏转器中相一致。
15.按照权利要求12或13所述的方法，其中对固定光路的改变还包括改变固定光路的空间路径长度。
16.按照权利要求12或13所述的方法，其中对固定光路的改变还包括可动分束器(20)的可控移动。
17.按照权利要求12或13所述的方法，其中对固定光路的改变还包括设置在所述调制器之后的至少一个透镜的可控移动。
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