CN1388918A - 形成光学图象的方法、用于本方法的掩模、用本方法制造器件的方法及实施本方法的设备 - Google Patents

Abstract

利用接近印刷法和设备所得到的分辨率通过利用衍射掩模(30)而不是光掩模而显著增加,其中,图象信息被编码在图象元(37)的二维阵列(32)中,所述图象元具有比要印刷的最小特征尺寸小的尺度,每个图象元具有至少两个幅度等级之一和至少三个相位等级之一。该掩模可以是多焦掩模,其在一个象场中有多个焦平面。

Description

形成光学图象的方法、用于本方法的掩模、 用本方法制造器件的方法及实施本方法的设备

本发明涉及一种形成所需光学图象的方法，该图象形成在对光学辐射敏感的材料的选定表面上具有给定的最小特征尺寸，本方法包含的步骤为：

提供一个光辐射源，其有至少一个预定的波长λ；

提供能对波长为λ的光学辐射敏感材料层，以在其选定的表面上接收光学图象；

在辐射源与敏感材料层之间放置掩模，掩模含有图象信息并且对辐射源至少是部分透明的，以使源辐射透过掩模射向敏感层，并且

用透过掩模的源辐射照明选定的表面以产生所需的光学图象。

本发明也涉及用于本发明的掩模、用本方法制造器件的方法以及实施本方法的设备。

本方法和设备，被称作接近印制方法和设备，特别地被用来制造液晶显示面板、用户IC(集成电路)和PCB(印刷电路板)。接近印制是一种快捷而价廉的成象方法，图象包含的细节与在衬底上的辐射敏感层内所构成的器件细节相对应。应用时将一种大的光掩模放在距衬底很近的、称之为接近隙的距离上，用例如说紫外(UV)辐射经过光掩模去照明衬底。本方法的一个重要优点是其象场大，使得大的器件图样能一步成象。用于接近印刷的常规光掩模的图样是一种实在的、一对一复制的、在衬底上的所需的图象，也即该图象的每一图形元素(象素)与掩模图案上的对应象素相同。

接近印刷具有有限的分辨率，分辨率就是重现图象中点线等特征的能力，这些点、线等在掩模图样中作为分立的实体存在于衬底的敏感层中。分辨率受限制的原因是图象特征的尺寸相对于成象用辐射波长减小时产生的衍射效应，例如，接近隙为100μm时的分辨率为10μm，这意味着相互距离为10μm的图样特征才能作为分立的元素成象。为了增加光学制版术的分辨率，使用了实投影设备，即那些具有实投影系统的设备，如其投影系统由透镜组成或反射镜构成。这类设备的例子有晶片步进器或晶片步进和-扫描器。在晶片步进器中，掩模图样，比如说一个IC图样，借助于投影透镜组系统在衬底上的第一IC区域一步成象。其后，掩模与衬底相对移动直至第二IC区域位于投影透镜组的下方。然后掩模图样就成象在第二IC区上。这些步骤不断重复直至衬底上所有IC区域都制备了掩模图样的图象为止。由于一步一步地移动、对准和照明，这是一个耗时过程，在步进和扫描器中，被照明的只是掩模的一小部分，照明的同时，掩模和衬底相对于照明束同步移动，直至整个掩模图样全被照明过，并在衬底上的一个IC区域形成了该图样的一个完整图象为止。然后，使掩模和衬底相对移动直至下一个IC区域位于投影镜头组下方，掩模图样被扫描-照明，以使在下一个IC区域上形成掩模图样的完整图象为止。步进和扫描过程比步进过程要更耗时。

如果用一个1∶1的步进器，即放大倍数为1的步进器来印制一个液晶显示图样，则可得到3μm的分辨率，不过成象需耗时很多。而且，当象场被分为若干子角场时，可能产生衔接的问题，即相邻的子象场不能准确地对接在一起。

本发明的目的在于提供一个接近印刷方法及所用的掩模，与为达同一目的所使用的光制版投影设备相比，本发明可增加分辨率，此外并且开辟了通向新的可能性的途径，而这无论是在常规的接近印制方法或者是在扫描器、步进和扫描器方法中都无法了解的。本方法的特征在于，采用一个衍射单元形式的掩模，其中的图象信息按图象元的二维阵列编码，图象元的尺度略小于最小的特征尺寸，每一图象元具有至少二个透过率等级之一及至少三个相位等级之一。

一个图象元的幅度等级和相位等级是指入射在该图象元素上的射线束部分其幅度和相位分别地为该图象元所改变，改变的程度的度量就是该图象元的幅度等级和相位等级。

在常规方法中衍射效应是限制分辨率提高的因素，而在本发明所用的方法中它得到了有效利用。掩模图样不再与以一个个象素点为基础的所需图象相同，而在小的图象元内被编码。这种图象元不同于所需图象中给定的象素，在多个相邻的图象元的协同作用下，通过该区域的部分照明束其幅度与相位二者均被改变，以使衬底上的敏感层内形成所需的图象的部分。本方法用了两个独立的编码参数：图象元的幅度和相位，从而扩大了掩模设计的可能方面。参数中的每一个都有其数值或等级来自一些分立值或等级之一。幅度等级的数是2或大于2，相位等级的数是3或大于3。掩模设计是计算技术的产物，类同于计算机产生全息图的技术。对每一图象元素来说所产生的幅度等级要以在掩模中用以下方法实现：在透明掩模衬底上的图象信息携带表面上的具有透过率的涂层；相位等级则由衬底的厚度来适配。

需要提到的是在SPIE，vol.3183，1997，2-13页上刊出的文章“用人工双层全息法将X射线全息术用于VLSI”中叙述了一种特定的X射线接近印制方法，其中使用了波长很短的约为1nm的同步辐射用于VLSI电子线路的制造，该电路中的最小特征尺寸约为100nm。为了将隙宽从还未实践过的4μm增至多次实践过的10μm或更大，用所谓二值计算机全息图替换了常规的、其图样结构与要形成的图象结构相同的X射线掩模。熟知的方法与本发明的方法的区别不仅在于图象最小的特征尺寸之比值、所用的波长、隙宽各自完全不同，而且在于掩模单元厚度为X射线波长的数百倍，使得波导效应起了作用。此外，在X射线方法中用的全息图只有二个相位等级，分别引入0度和π弧度的相移。

US-A5,612,986也叙述了一种用X射线辐射并通过掩模的方法使集成电路的掩模图样在衬底上成象。使用了有一些幅度梯级和相位梯级的衍射单元代替了常规的X射线掩模。然而，幅度梯级只是相位梯级所需的掩模衬底厚度不同由此引进了不同程度的幅度衰减的结果，图象元的相位等级及幅度等级不能相互独立地选择。

本发明的方法其优选特征在于照明的步骤中含有以孔径角为几度数量级的射线束来照明掩模。

照明束的孔径角被理解为是该光束最外层射线之间的夹角。这些射线并未充分准直，因而存在等于孔径角的一半的一准直角。例如，对小于100μm的隙宽，准直角可以是1或1.5度，因而孔径角就是2度到3度。对较大的隙宽孔径角可小于1度。用这样一个小孔径角的照明束可改善本方法，因为印制图象中产生散斑图样的危险因而减小了。

本发明的方法其进一步特征在于使用了一个至少可发射二种分立波长辐射的辐射源。

常规的接近印制设备一般采用汞弧放电灯作为辐射源。这种灯发射不同波长的辐射，也被称为不同的(谱)线。通常，这些波长之一的辐射被选来照明掩模，其余波长的辐射则被阻止其到达掩模，本发明的方法借助于掩模设计不同波长的适配而允许同时使用不同波长的辐射，因此，可用的辐射能被更有效地利用。

优选地，本发明的方法特征在于使用了一个掩模，掩模含有的各区域互不相同，在其中它们的图象信息被编码，以使得当以一照明束照射这些区域及它们的周围区域时，这些区域的子图象被形成在平面中，所述平面不同于其中形成有周围区域的子图象的平面。

本方法允许在不同的图象平面上、因此可在一个器件的不同层上同时印制掩模图样的不同部分，并因而十分适宜于制造那些含有若干被安置在器件内不同高度处的子器件的器件。这样一种器件的一个例子是微光电机械系统(MOEMS)。当设计衍射单元或计算每一图象元素或计算每一图象元的幅度等级和相位等级时，输入的参数不仅是要制造器件的特定的部局和照明波长，而且还有接近隙宽度或者到图象平面的距离。因此，这就使得在单一图象场中设计一个具有多重焦平面的衍射单元成为可能，在接近印制技术中或晶片步进器及晶片步进和扫描器中这是一个尚未公知的、独一的特征。该特征用来在一个有台阶式布置的衬底上制造组成的、多平面的器件时好处很大。在不同平面上器件图样的各部分可同时成象，使得大量的时间被省出来，对准的步骤也不再必需。

形成一个所需要的、最小的特征尺寸为3μm数量级的图象的方法其具体实施方案特征在于使用一个掩模，其中含有尺寸约为1μm的图象元，透过率或者是100％或者是0％，引入的相移为0°、90°、180°、270°，掩模的信息携带表面被安置在距敏感材料层的所选表面50μm数量级处以及一个汞弧灯用来照明掩模。

本实施方案论证了接近印制的分辨率可以被提高到迄今为止只有实投影设备才能达到的水平上。

本实施方案进一步的特征在于：用含有40％的波长365nm的辐射、20％的波长405nm的辐射及40％的波长436nm的辐射照明掩模。

对这种成分的辐射，可设计出适合的衍射单元，并且如果采用了这种衍射单元，汞弧灯的辐射会被更有效地利用。灯所提供的射束保持着辐射的分量比为40∶20∶40。由于保护层(resist)中的吸收，波长分量对图象形成的有效贡献为60∶15∶20。

本发明也涉及到一种用于上述的方法中的光学掩模，该掩模的特征在于它具有衍射单元的形式，且图象信息以图象元的二维阵列被编码，图象元的尺寸小于要形成的图象的最小特征尺寸，每个图象元有至少二个透过率等级之一及至少三个相位等级之一。

实践已证明，用有限数目的幅度和相位等级的、因而设计相对简单的掩模可得到良好的图象。用有4个相位等级的掩模可得到如前面提及的、最小特征宽度为3μm的非常好的图象。如果要求质量更好的图象，则可设计大于二个幅度等级及大于4个相位等级的衍射单元并用在本方法中。

该掩模的一个实用的实施方案特征在于使透过程度减少的图象元被涂上了有特定透过能力的涂层，并且每一图象元的相位等级由该图象元所在处位置的掩模衬底厚度确定。

涂层可以是一层铬，铬材料用于光学制版术中是十分满意的。位相结构可在掩模衬底中蚀刻出来，如石英的例子，可用离子束技术。

该掩模进一步的特征在于它含有互有区别的各区域，其中它们的图象信息这样来编码，使得当以一照明束照射这些区域及它们的周围区域时，这些区域的子图象被形成在平面中，所述平面不同于其中形成有周围区域的子图象的平面。

正如上面说明过的，这样一种掩模非常适宜于在台阶式衬底上处在不同高度处的平面中将图象的各部分同时印制出来。

该掩模的实际实施方案特征在于它含有尺寸约为1μm的图象元，透过率或者是100％或者是0％并引入了0°、90°、180°或是270°其中之一的相移。

本发明还涉及一种用于接近印制的设备，该设备依次包含有：

一个辐射源，发射至少一种预定波长的辐射。

一个掩模支架用于支持掩模，掩模中含有图象信息并且对于辐射源至少部分透明，以及

一个衬底支架用于支持衬底，衬底提供有对源辐射敏感的一层材料。该设备的特征在于掩模具有衍射单元的形式，其中的图象信息被编码在图象元的二维阵列中，图象元的尺寸小于最小的图象特征尺寸，每一图象元有至少二个透过率等级之一及至少三个相位等级之一。

优选地，该设备的特征在于辐射源被配置成发射只有约几度的孔径角的辐射束。

图象质量可由这样一种基本上被准直的射束而得到改善。

该设备的进一步的特征在于有至少两种分立波长的源辐射入射至掩模的平面上。

随后，可用的源辐射得到了有效的利用。

该设备的实际实施方案特征在于由掩模的信息携带表面到敏感层表面的距离约为50μm。

在这一距离上，或者说在这样的隙宽上可得到3μm的分辨率。如果要求更高的，比如1.5～2μm的分辨率，则可将隙宽减至例如25μm。

该设备的进一步的特征在于辐射源发射的辐射含有40％波长365nm的辐射，20％波长405nm的辐射及40％波长436nm的辐射。

这一设备中，常规的汞弧灯被用来作为辐射源。

本发明还涉及到在衬底上的至少一个层内制造器件的方法，该方法包含的步骤有：

-在所述层上提供的辐射敏感层上形成一个图象，该图象所含特征与在所述层中欲配置的器件特征相对应，以及

-从所述层面上的一些区域中去掉材料或者添加材料到这些区域，敏感层中形成的图象已在这些区域画出了轮廓。该设备的特征在于上述方法被用于形成该图象。

用本发明能制造的器件有液晶显示器件、用户IC、印刷电路板等。

如果说本制造方法进一步的特征在于使用了一个掩模，掩模含有的各区域互有区别，其中它们的图象信息这样一编码，使得当以一照明束照射这些区域及它们的周围区域时，这些区域的子图象被形成在平面中，所述平面不同于其中形成有周围区域的子图象的平面。该掩模非常适宜于制造由处在不同水平面上的子器件组成的一类器件。

这类器件的例子是微光电系统及光学远程通讯器件，其中包含一种二极管激光器或探测器和一种光导纤维以及也许在纤维和二极管激光器或探测器之间的透镜。

借助于非限定性的例子参照以下叙述的实施例加以阐明本发明的这些方面和另一些方面是明显的。

在附图中：

图1概略地图示出一种常规的接近印制设备；

图2a示明了将要印制的图象；

图2b及2c示明了图象平面内的强度分布及在保护层中形成的图象，由常规的方法和设备分别得出。

图3示明了依据本发明的一种设备。

图4a和4b示明了计算得出的强度分布以及在保护层中所成的图象，分别由依据本发明的方法和设备得出。

图5a和5b分别地示明了依据本发明的衍射掩模的幅度结构和相位结构。

图6a和6b示明了由该掩模分别引入的强度调制和相位调制。

图7示明了该掩模的SEM照片。

图8示明了具有相位结构的这种掩模的局部横截面。图9a、9b和9c分别示明隙宽不同时同一掩模在保护层中形成的图象。

图1十分概略地示明了用来制造比如一个LCD器件的一种常规的接近印制设备。该设备含有用于支持衬底的衬底支架1，器件在衬底上被制造出来。衬底上涂有辐射敏感层或保护层，层中要形成一个与器件特征相对应的图象。图象信息包含在掩模8中，掩模被安置在掩模支架7上。掩模含有透明衬底9，它的下表面上制备有透明及不透明条带的图样10和一些代表图象信息的区域。图样10由小的空气隙11与敏感层5隔开，空气隙宽度W约为100μm。该设备更进一步含有辐射源12，它可以含有灯，例如汞弧灯，和反射器，射向后方和侧向的灯的辐射经该反射器反射后射向掩模。该反射器可以是一个抛物反射器，灯可以放置在该反射器的焦点上，以使来自辐射源的辐射束17基本上是准直束。其余的或附加的光学元件，例如一个或更多的透镜可能被安置在辐射源中以保证射束17基本上准直。该射束相当宽，并照明了整个掩模图样10，其尺度可由7.5×7.5cm²到18×18cm²。包括对准，照明过程只占约15秒。掩模图样在保护层内成象以后，就以熟知的方式处理，即该层被显影和蚀刻，以使得光学图象转换成衬底上的表面结构。

图1的设备有相对简单的构造以及十分适宜于使大面积的掩模图样在保护层中形成图象。然而，由于图样特征的边缘产生衍射效应，图象分辨率受到限制。举例来说，对隙宽W＝100μm，有10μm的分辨率。

常规设备的有限分辩率在图2a，2b和2c中示明。图2a示明，掩模图样20应以1∶1的比例在保护层中形成图象，以使得图样20就是所需的图象。右下角的条形图样21宽为3μm和相互间距为3μm，如果将掩模放在距保护层50μm处并且以来自高压汞弧灯的、孔径角为1.5°的射束照明，则在保护层平面上的显微强度分布如图2b所示。如果掩模被25mJ/cm²的曝光剂量照明和保护层用的是HiPR6512，在它被照明后放入HPRD428溶液中显影，则在该保护层中形成的图样25看上去将如图2c所示。与初始图样20比较，保护层图样25严重变形并且原图样20的细节在保护层图样中不再可见，尤其是初始图样中的线条21不再清晰和可分开。这意味着常规的接近印制方法不能得到3μm的图象分辨率。

这一分辨率，甚至更高的分辨率都可由本发明的方法得出。该方法中，在掩模图样特征上的衍射及掩模图样具有由图象元的二维阵列组成的衍射单元的形式，二者构成了本方法的有效应用。在图象平面上给定位置的图象信息现在分布在多于一个图象元上，在图象平面上形成的图象是这些图象元联合影响的结果。与常规方法相比较，新方法提供了以下的优点：

-补偿了衍射效应；

-改善了的分辨率；

-增加了景深；

-减小了对掩模缺陷的敏感，以及

-在一个图象场中有多重焦平面的可能性。

图3详细说明了该新方法，它十分概略地图示了实行该方法的设备。图1中的常规掩模8已为衍射掩模30所代替，衍射掩模含有透明衬底31和衍射图样31。作为辐射源，衬底支架及掩模支架对于了解新方法没有太多关联，这些元件未在图3中示出。

衍射单元30包含了分立的图象元的二维阵列，图象元的尺度比如为1×1μm²。图象元中的每一个都有给定的幅度等级，也即给通过该图象元的照明束部分提供给定的幅度衰减，还有给定的相位等级，也即给通过该图象元的射束部分提供给定的相移。衍射单元的布局，也即图象元的尺度及幅度等级和相位等级的数目决定了在保护层中形成的图象质量，且随应用的不同而不同。为了计算衍射单元30的优选布局，以下各项应作为输入参数：所要求的特定图象图样、接近隙宽度W和照明束的波长。计算是在已知的凸组投影(POCS)方法的基础上进行的，这是一种富氏逆变换迭代方法。

计算机算法用了保护层的轮廓分布。当用曝光剂量D曝光保护层又将其显影后，相对剩余保护层厚度Rt由下式给出：

               Rt＝1-(D/D₀)^η以及

               D＝Ixt

式中D₀是清除剂量，也即为完全的局域保护层清除所需的曝光剂量，η是保护层的对比度参数。保护层平面内给定点上的实际曝光剂量D正比于局部的辐射强度I和曝光时间t。这种简化模型对于正保护层(positive resist)及保护层厚度小于所成图象的特征尺寸时成立。在每一次迭代掩模图样设计算法的循环中执行了下述的通常步骤：

-在目标平面即保护层平面内确定所要求的幅度分布；

-用逆波传播计算掩模平面内的幅度和相位分布，因此在轻微弯曲的目标平面内取初始相位分布；

-将在掩模平面内得出的复幅度和相位分布变换成分立的等级，例如说二个幅度等级、四个相位等级和尺寸为1μm平方的图象元；

-利用掩模平面中的数字化的相位分布和幅度分布在目标平面中实行前推投影；

-由目标平面中的幅度分布确定对应的强度轮廓图；

-按上列方程将该轮廓图转换成保护层厚度Rt的图样，以及

-进入计算设计的执行。

最后的一步中包含有对一图象元都要将得出的保护层轮廓图与相对应的目标图样进行比较。为了进行这一演算，模拟的保护层轮廓图被转换为二进制轮廓图。含有保护层的图象元若Rt≥0.5，则标上“好”，而没有保护层的图象元若Rt＝0，则也标上“好”。其余情形下的图象元则被标上“错”。这种质量评价被用作价值函数。在这次循环后产生了一个新的相位和幅度分布并且迭代过程的下一次循环起动。这样的设计过程继续下去直至输出结果稳定为止。要执行的循环次数取决于所需目标图样的复杂程度；通常五次循环足已。

图4a及4b分别给出了计算得出的微观辐射强度分布40及在保护层中形成的图象42，它是借助于新方法对于同一要求的如图2a所示的衬底图象实现的。3μm宽的条形21’清晰可见并相互分开，这就证明了，如果特定的衍射单元被用于该掩模，则用接近印制法也可能有3μm的分辩率。

对这个实施例，使用了一种掩模，其中的图象元具有1×1μm²的尺度、二个幅度等级和四个相位等级：0、90、180和270度。图5a给出了该掩模的幅度结构34和图5b给出了它的相位结构35。正如从这些图中清楚看到的，大部分图象信息被包含在相位结构中，只有少数几个图象元37具有幅度等级不同于其余图象元的等级。

由该掩模所提供的强度调制44和相位调制45分别在图6a和6b中示出。

图7给出了制造出来的掩模图片50及图片的局部放大51，掩模的图片是由扫描电镜(SEM)拍摄的。单个的图象元37及它们的不同等级如今清晰可见。

在该实施例的掩模中，二个幅度等级，即基本上100％透过和基本上0％透过，可借助于在非透过的图象元上用铬层复盖而被实现。铬是一种通常被用于在掩模中形成幅度结构的材料。用已知的制版技术，所有非透过的图象元均可用铬同时提供。

在该实施例的掩模中，四个相位等级可用下法实现：给掩模衬底的图象信息携带表面一种台阶构造，使得每一图象元有四种不同的高度的等级之一，如图8所示。该图十分概略地以具有图象元的小数目(10)横截面形式示出了衍射掩模30的一小部分。虚线70表示了掩模衬底31的图象信息携带表面。元60和64位于该平面上，使得通过的照射束部分相对于通过未提供图象元的掩模区域的射束部分来说不经历相移，图象元60和63具有深度d₁，因而它们引入了90°的相移，这就是说，深度等于：.λ.(n-1)，式中λ为照明束波长，n是衬底材料的折射率。元61、66和67具有深度d₂＝.λ.(n-1)，因而它们引入了180°的相移，元65，66，68和69具有深度d₃＝

.λ.(n-1)，因而它们引入了270°的相移。

具有多层位相结构的衍射掩模能用已知的制版技术制造。例如，借助于电子束图形发生器可将图象元的图形写在对电子敏感的保护层内，且不同的等级可由选择性的离子蚀刻而实现。在掩模衬底表面70已制备了多层相结构以后，再以铬选择性地涂在该表面上给出掩模所需的幅度结构。

其他非透过性材料可代替铬用于对掩模的选择性涂覆。代替100％透过及0％透过的幅度等级，掩模可以有不相同的幅度等级。

如上述论证，用具有二个幅度等级、四个相位等级及图象元尺度为1×1μm²的衍射掩模结构得出了良好的结果。然而，上述应用及其它应用中的掩模结构可具有三个或超过四个的相位等级，并且/或者超过二个幅度等级，并且/或者图象元区域有不同的尺度大小。总起来说，以下叙述成立：随着图象元区域尺度的减小及幅度和相位的等级数增加，印制图象的质量也将得到提高。

对图象形成过程而言，照明束被准直的程度是一个重要参数。如果该束完全准直，即其孔径角为零，则印制图象可能有散斑图样。这一影响是由掩模结构衍射出的射束部分互相干涉而产生的，干涉的结果在印制图象中产生了强度峰。用带有小孔径角比如说约为几度孔径角的照明束，所提及的峰值的强度在该图象上散布开来，散斑图样减小至足够的程度。照明束的小孔径角似乎可被忽略，但对于干涉现象有值得重视的影响。

图象形成过程中的一个基本参数是隙宽W。隙宽是为了计算衍射掩模结构的输入参数之一并且由所要求的图象分辨率确定。如果对于给定的隙宽及分辨率已计算并制造了一个衍射掩模结构，则该分辨率只有对给定的隙宽才能获得。如果在一个真实的印制情况下，真正的隙宽偏离了给定的隙宽，则所要求的分辨率不可能达到。图9a、9b和9c表明了这一点。这些图给出了由同一个设计隙宽为50μm的衍射掩模，在同一照明条件下但隙宽不同时在保护层中形成的图象。图9a、9b和9c分别给出隙宽为40μm、隙宽为50μm及隙宽为60μm时得出的图象。对所有情况，照明剂量是25mJ/cm²。只有隙宽为50μm形成图象42(图9b)才给出了足够锐利的、分开的3μm宽的条形。这样的条形在隙宽为40μm(图9a)及隙宽为60μm(图9c)时形成的图象中未能出现。

最大的分辨率涉及到隙宽。若隙宽减小则分辨率将会增高。较小的隙宽要求对这一宽度有较好的控制。由于在前述实施例中用50μm的隙宽已得出了3μm的分辨率，则对25μm的隙宽而言1.5到2μm的分辨率是可能的。对隙宽的较好控制将打开通向较小的隙宽及更高的分辨率的道路。

减小图象元尺寸，比如减至0.1μm，增加幅度和相位等级的数目，比如增至八，以及减小隙宽，比如减至10μm，可使分辨率有相当大的提高。

因为在本发明的掩模中，关于要印制图象的象素信息并不是包含在单一的图元中而是在大量的这种图元中，所以图象的形成过程对掩模中的缺陷象尘粒和擦痕等较少敏感。这是新掩模的很大优点。

而且，甚至更为重要的是看出了本发明的掩模性质提供了在单一图象场内建立多重焦平面的独特可能性。如前所述，该掩模在一个、一个图象元的基础上被设计或计算出来，其中的掩模到保护层之间的距离或焦距是输入参数之一。这就提供了设计一种掩模的可能性，其中包含多个图元的一个或多个区域打算供与掩模的其余部分不同的焦距使用。这种多焦掩模能被用来制造含有安置在不同水平面上的子器件的器件。这样一种器件可以是纯电子器件或者是含有二种或更多种不同的特征超出于电学的、机械的或光学系统范围之外，例如一个微机械光电系统(MOEM)或者一种器件它含有二极管激光器或探测器，以及一种光纤及可能用来将光从激光器耦合至光纤或从光纤耦合至探测器的透镜装置。该透镜装置可以是平面型衍射装置。为了制造多级器件，要使用一种衬底，它具有用在不同层次上的保护层。通过使用多焦掩模图样，所有的子图象可以同时被印制在相关的层面上，因而可节省大量时间。

本发明的方法可由机器人设备执行，而且与步进器或步进和扫描制版投影设备相比这样简单得多。在常规的接近印制设备中辐射源内使用了汞弧放电灯。这种灯发射多种谱线或波长的辐射。如果不只一种波长的辐射能用于照明掩模，则这种设备的辐射效率会大大提高。已经发现，如果这种灯用于执行本发明、如果照明辐射的40％波长为365nm、20％波长为405nm以及40％波长为436nm，则可得到最佳效果。这种灯辐射对图象形成的有效贡献为：由于保护层的吸收，60％来自365nm分量，15％来自405nm分量以及25％来自436nm分量。除了较高的辐射效率的优点之外，使用发射一种以上波长的辐射源还提供了额外的利益，即避免了散斑图样的形成。对于不同的波长而言，散斑图样的强度峰值互相移位，产生了这些峰的平均效果，因此减弱了散斑图样。

本发明无需局限于特殊波长(波段)的使用，这将会很清楚。代替波长约为400nm的单一波长的辐射，在紫外(UV)区或在深紫外(DUV)区的不同波长的辐射可以使用，例如，制版用的波长243nm、193nm或157nm均可使用。

实际上，本发明的方法将被用来作为用于制造一种在衬底上至少一层的器件过程中的一步。在图象已被印制在所述层面上的保护层内以后，材料从所述层中的区域被移走或者被增加到上面去。而该区域中已被印制图象画好了轮廓。这些成象过程的各步以及材料的移走或添加对所有的层面重复进行直到整个器件完成为止。在那些子器件要在不同层上形成的情况下可使用多层衬底，为了图象的印制，可使用多焦掩模。

本发明能被用于印制显示器件的图样，因此也可用于制造显示器件如LCD、等离子体显示器和多二极管显示器(Poly Led Dispaly)、印制电路板(PCB)和微型多功能系统(MOEMS)。

Claims (17)

1.一种形成所需光学图象的方法，所述图象在对光学辐射敏感的材料层的选定表面上具有给定了的最小特征尺寸，该方法包含的步骤为：

提供一光学辐射源，其具有至少一种预定波长λ；

提供材料层，其对波长λ的光学辐射敏感，具有在其上接收光学图象的选定的表面；

在辐射源与敏感材料层之间放置一掩模，它含有图象信息并且对源辐射至少是部分透明的，以使源辐射透过掩模射向敏感层，并且

用透过该掩模的源辐射照明所选表面以产生所需的光学图象，特征在于使用一具有衍射单元形式的掩模，其中图象信息以图象元的二维阵列编码，图象元的尺度比最小特征尺寸要小，每一图象元有至少二个透过率等级之一至少三个相位等级之一。

2.按权利要求1所述的方法，特征在于照明步骤包含有用孔径角为几度数量级的射束照明该掩模。

3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于使用的辐射源发射至少二种分立波长的幅射。

4.按权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于使用了一掩模，该掩模含有的各区域互不相同，其中它们的图象信息被编码，以使得当以一照明束照射这些区域及它们的周围区域时，这些区域的子图象被形成在平面中，所述平面不同于其中形成有周围区域的子图象的平面。

5.按权利要求1、2、3或4的为了形成最小特征尺寸为3μm数量级的所需图象的方法，其特征在于使用了一掩模，它包含的图象元尺寸为1μm数量级，透过等级或者是100％或者是0％，引入的相移是0°、90°、180°或270°，掩模的图象信息携带表面被安置在距敏感材料层所选表面50μm数量级处，并且一汞弧灯用于照明该掩模。

6.按权利要求1-5中的任一个所述的方法，其特征在于用含有40％的波长365nm的辐射、20％的波长405nm的辐射及40％的波长436nm的辐射照明该掩模。

7.含有图象信息并使用如权利要求1所述的方法中的一光学掩模，其特征在于它具有衍射单元的形式，并且图象信息按二维图象元阵列编码，图象元的尺度比要形成图象的最小特征尺寸要小，每一图象元有至少二个透过率等级之一及至少三个相位等级之一。

8.按权利要求7所述的光学掩模，其特征在于具有透过减小的图象元素上涂有具有透过率的层，并且每一图象元的相位等级由处在该图象元的部分的掩模衬底厚度确定。

9.按权利要求7或8所述的一光学掩模，其特征在于它含有互不相同的各区域，其中它们的图象信息被这样编码，当以一照明束照射这些区域及它们的周围区域时，这些区域的子图象被形成在平面中，所述平面不同于其中形成有周围区域的子图象的平面。

10.按权利要求7、8或9所述的光学掩模，其特征在于它包含具有尺寸为1μm数量级的图象元素，透过率数量级或者是100％，或者是0％，引入的相移是0°、90°、180°或270°。

11.用于执行按权利要求1中所述的方法的设备，该设备依次含有：

辐射源，发射至少一种预定波长的辐射，

掩模支架，用于支持掩模，掩模含有图象信息并对源辐射至少部分透明，以及

衬底支架，用于支持提供有对源辐射敏感的材料层的衬底，其特征在于掩模具有衍射单元的形式，其中图象信息以图象元的二维阵列编码，图象元的尺度比最小的图象特征尺寸要小，每一图象元有至少二个透过率等级之一和至少三个相位等级之一。

12.按权利要求10所述的设备其特征在于，辐射源被配置为发射孔径角为几度数量级的辐射束。

13.按权利要求11或12所述的设备，其特征在于，至少有两种分立波长的源辐射入射在该掩模的平面上。

14.按权利要求11、12或13所述的设备，其特征在于在该掩模的图象信息携带表面和敏感层表面之间的距离为50μm数量级。

15.按权利要求11、12、13或14所述的设备，其特征在于辐射源发射的辐射含有40％波长365nm的辐射，20％的波长405nm的辐射及40％的波长436nm的辐射。

16.在衬底上的至少一层中制造器件的一方法，该方法含有的步骤为：

在提供于所述层上的辐射敏感层上形成一个图象，该图象包含对应于与要配置在所述层内的器件特征的特征，并且

从所述层的各区域内移走材料或添加材料到所述层的各区域内，所述层的各区域已被敏感层中形成的图象画好了轮廓，特征在于其中的图象是按照权利要求1-6中的任一个所述的方法而形成的。

17.按权利要求16所述的方法，适宜于在几个层上构成器件，其特征在于使用了一掩模，该掩模含有至不相同的各区域，在其中它们的图象信息被编码，以使当以一照明束照射这些区域及它们的周围区域时，这些区域的子图象被形成在平面中，所述平面不同于其中形成有周围区域的子图象的平面。

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