CN1333553A - 阵列式光学探针扫描集成电路光刻方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于微细工程制造领域,该方法使用阵列式光学探针扫描光刻制作集成电路,达到的集成电路的最小线宽可小于0.1μm,同时具有速度快,效率高的特点,并大大简化了集成电路的制作工艺,为超大规模集成电路的制作提供了一种新的有效的途径。

Description

阵列式光学探针扫描集成电路光刻方法

技术领域

本发明属于微细工程制造领域，特别涉及阵列式光探针扫描制作集成电路的方法。

背景技术

集成电路的规模越来越大，对集成电路线宽的要求也越来越小。目前集成电路的制作，入射光的波长已经减小到260nm，透镜的数值孔径达到0.8，电路最小的线宽达到0.18μm，已经接近物理极限。已有的集成电路的制作方法主要是光学投影制作方法，如图1所示，其制作步骤如下：

1)制作一套不同的掩模图形板3；

2)聚光透镜2将光源1发出的光汇聚，通过掩模3和投影物镜4在硅片5上形成相应的图案，使硅片5上涂有的光刻胶层感光从而完成光刻；

3)把感光过的硅片进行扩散，掺杂等工艺，完成对感光图形的固定；

4)洗掉原来光刻胶，重新在硅片上涂新的光刻胶；

5)使用不同的掩模图形板重复上述步骤，从而制作出一片集成电路。

该方法一次只能对一片集成电路进行加工，且还有以下一些缺点：

    其一、由于受到透镜数值孔径和光源波长的限制，电路刻线的最小宽度已经到达极限，很难继续减小。

    其二、这种投影的方案每做一套电路都需要制作一套掩模，势必增加制作成本，尤其对于小批量生产。

    发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种阵列式光学探针扫描集成电路光刻方法，利用阵列光探针扫描刻写，可以同时完成对多个集成电路芯片的刻线。可实现超高分辨率，大大减小光刻线宽。另外，可把计算机中的数据直接成形，简化了刻写工艺，避免了对于掩膜的依赖。

本发明提出的一种阵列式光学探针扫描集成电路光刻方法，包括以下步骤：

    1)在计算机中完成原始集成电路图形信号处理，由计算机用此图形信号进行控

制加工；

    2)由m×n个光探针单元构成光学探针阵列，根据所要刻写电路图形的大小，

由计算机控制调整各探针单元之间的距离，使光学探针阵列覆盖整个待加工硅片，

调整好后将其固定不变，构成加工空间；

    3)在精密工作台上放置涂有光刻胶的感光硅片，并对硅片进行粗定位，然后移

动工作台到加工空间内；

    4)将光学探针阵列中任意两个纵向或横向间隔最大的光探针单元用作精确定位

的光探针单元1_li和1_mi(或1_il和1_in)单独在硅片上扫描，制作记录硅片信息的信号，

用于套刻时硅片的对准与校正；

    5)将光学探针阵列中各光探针单元1_li～1_mn分别自动调焦至硅片表面，精密工作

台沿某个方向(设为X向)往复高速运动，并沿与其垂直向(设为Y向)精密步进。

与此同时由计算机根据集成电路图形统一同步调控探针阵列各单元光源开关状态；

完成对同一硅片上的多个集成电路芯片的多次刻写；

    6)移动工作台到工作空间之外，取出硅片；

    7)将光刻过的硅片进行扩散，掺杂等工艺，完成对感光图形的固定，洗掉原来

光刻胶，重新在硅片上涂新的光刻胶；

    8)对该硅片进行第二次套刻，首先用所说的两个精确定位的探针单元对感光硅

片进行对准，使其与上次加工位置相匹配，精确对准后进行5)-7)步骤；

    9)重复8)步骤进行多次套刻、扩散和掺杂，完成对多个集成电路的制作。

本发明方法中涉及的计算机的集成电路图形信号处理，以及计算机控制进行加工，精密工作台的移动等，均属常规技术，在此不再详细描述。

本发明具有以下特点：

第一、本发明利用光学探针有效的减小了刻线的宽度，在使用较短光源的条件下，采用近场技术便可将光点减小到0.1μm，保证光刻最小线宽d≤0.1μm，如果减小光源波长，还可以继续减小刻线宽度。

第二、本发明光刻的效率高，由于采用了探针阵列并行刻写，可以同时对多个集成电路单元进行加工，使得完成多个集成电路芯片的时间减小到与刻写单个电路芯片的时间相同。

第三、本发明可以将计算机中的电路图形直接生成集成电路，无需进行掩膜的制作，因而大大简化了传统集成电路制作工艺。

附图说明

图1为传统的集成电路光刻方法原理图。

图2为本实施例的阵列式光学探针扫描中硅片的装卸示意图。

图3为本实施例的光学探针阵列的工作示意图。

图4为本实施例的计算机控制激光器工作状态的流程图。

具体实施方式

本发明提出的一种阵列式光学探针扫描集成电路光刻方法的实施例如图2、3所示，结合附图详细说明如下：

本实施例的光学探针阵列是由1600个探针单元排成的40*40的方形阵列，其X向Y向间隔均可通过计算机进行调节，调节范围为8mm-20mm，调节数值根据所要刻写集成电路芯片的大小确定。上下两端的探针单元1_li和1_mi为阵列中的用于精确对准的单元，同时具有读和写的能力。在刻写电路图案时，与其他单元的运动和开关状态均相同。在进行精确对准时，他们可以读取到硅片上的信号，保证同一硅片在每次刻写过程中位置相匹配。整个单元1_il～1_mn中除上述两个特殊单元均为写入单元，只具有对硅片进行刻写的功能。探针单元采用光学探针技术，利用近场大大减小了光点的最小尺寸。单个探针单元由100个半导体激光器构成线阵，使得光点的尺寸可以调节的，以适应集成电路中的不同线宽。本实施例中光探针所用激光器全部为407nm激光器，物镜的数值孔径为0.95。

本实施例的精密工作台采用气浮装置，可以沿X向往复高速运动，其精度由光干涉仪51和52控制，并可沿Y向精密步进，精度由压电陶瓷控制。它还可以沿Y向移动到工作空间之外，完成硅片的装卸。其外形尺寸大致为700mm×400mm，运动精度为0.02μm，扫描时运动速度为1000mm/s，扫描线宽可调，刻写一个20mm×20mm大小的电路单元，只需10分钟左右，而同时这也是完成硅片上1600块芯片光刻的时间。

本实施例的具体制作步骤如下：

1)在计算机中完成原始集成电路图形，以下将根据此图形由计算机控制进行加工。

2)根据所要刻写电路的大小，由计算机控制调整光学探针阵列各探针单元1之间的距离，使光学探针阵列覆盖整个硅片2(如图3所示)，调整好后将其固定并保持不变，形成加工空间。

3)在精密工作台3上放置感光硅片。如图2所示，工作台3可以沿基座4移动到加工空间以外，装入硅片2，并利用工作台上的预定位系统61和62对硅片进行粗定位，然后移动工作台3复位。

4)用于精确对准的探针单元1_li和1_mi单独在硅片上扫描，制作记录硅片信息的信号，用于套刻时硅片的粗对准与校正。

5)各探针单元1_il～1_mn分别自动调焦至硅片表面。

6)计算机控制组成各探针单元的激光器的工作状态如图4所示，激光干涉仪51和52得到硅片的X、Y坐标，与计算机中已有的图形相比较，查看原图中该坐标点是否属于线路上点，并根据所得结果控制激光器开关的开和关。开关信号经逻辑控制分成1600路，经功率放大完成对1600个激光器的控制，保证它们具有同样的工作状态。精密工作台3可以沿X向往复高速运动，其精度分别由X向和Y向光干涉仪61和62控制，并可沿Y向精密步进，精度由压电陶瓷控制。通过精密工作台3的运动配合半导体激光器的开关状态来同时完成对多个集成电路芯片的刻写。用于对准的探针单元1_li和1_mi制作的是用于精对准的信号，其他单元制作集成电路芯片。

7)移动工作台3到工作空间之外，取出硅片2。

8)将感光过的硅片进行扩散，掺杂等工艺，完成对感光图形的固定。洗掉原来光刻胶，重新在硅片上涂新的光刻胶。

9)对上述的硅片进行第二次套刻，首先对感光硅片进行对准。探针阵列中用于精确对准的读写探针单元(图2中1_li和1_mi)，获取第4步和第6步制作好的对准信号，而不再往硅片上写入信号。通过计算机控制精密工作台XY方向移动与Z轴转动，使其与上次加工位置相匹配，精确对准后按照第6至第8步骤中的流程完成第二次套刻。

10)重复第9步骤进行多次套刻、扩散、和掺杂，完成对集成电路的制作。

Claims (1)

1、一种阵列式光学探针扫描集成电路光刻方法，包括以下步骤：

1)在计算机中完成原始集成电路图形信号处理，由计算机用此图形信号进行控制加工；

2)由m×n个光探针单元构成光学探针阵列，根据所要刻写电路图形的大小，由计算机控制调整各探针单元之间的距离，使光学探针阵列覆盖整个待加工硅片，调整好后将其固定不变，构成加工空间；

3)在精密工作台上放置涂有光刻胶的感光硅片，并对硅片进行粗定位，然后移动工作台到加工空间内；

4)将光学探针阵列中任意两个纵向或横向间隔最大的光探针单元用作精确定位的光探针单元单独在硅片上扫描，制作记录硅片信息的信号，用于套刻时硅片的对准与校正；

5)将光学探针阵列中各光探针单元分别自动调焦至硅片表面，精密工作台沿X向往复高速运动，并沿Y向精密步进，与此同时由计算机根据集成电路图形统一同步调控探针阵列各单元光源开关状态，完成对同一硅片上的多个集成电路芯片的多次刻写；

6)移动工作台到工作空间之外，取出硅片；

7)将光刻过的硅片进行扩散，掺杂工艺，完成对感光图形的固定，洗掉原来光刻胶，重新在硅片上涂新的光刻胶；

8)对该硅片进行第二次套刻，首先用所说的两个精确定位的探针单元对感光硅片进行对准，使其与上次加工位置相匹配，精确对准后进行5)-7)步骤；

9)重复8)步骤进行多次套刻、扩散和掺杂，完成对多个集成电路的制作。

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