CN1573561A - 使用空间光调制器阵列的无掩模光刻系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于在目标物上写入图案的无掩模光刻系统。该系统可包括照明系统，目标物，空间光调制器(SLM)，和控制器。在目标物接收光之前，SLM可使来自照明系统的光形成图案。SLM可包括前组SLM和后组SLM。前和后组中的SLM根据目标物的扫描方向而改变。控制器可根据光脉冲期间信息，有关SLM物理布局信息，和目标物扫描速度其中至少之一，来发送控制信号。通过使用多种方法，该系统还可校正剂量的非均匀性。

Description

使用空间光调制器阵列的 无掩模光刻系统和方法
技术领域
本发明通常涉及光刻。具体而言，本发明涉及无掩模光刻。
背景技术
光刻是用于在基片表面产生特征的处理。这样的基片可包括用于制造平面显示器(例如，液晶显示器)，电路板，多种集成电路等的基片。对于这些应用，经常使用的基片为半导体晶片或玻璃基片。尽管此处的描述是就半导体晶片而言，但这是出于说明目的，本领域技术人员将会理解，本文的描述还应用在本领域技术人员已知的其他类型基片。
在光刻期间，晶片放置在晶片台上，通过处在光刻设备内的曝光光学装置，将图像投射到晶片表面，将晶片曝光。尽管在光刻情形中使用了曝光光学装置，还可依据具体应用使用不同类型的曝光装置。例如，X射线，离子，电子，或光子光刻均可需用不同的曝光装置，这已为本领域技术人员所熟知。在此，仅出于说明目的，讨论光刻的具体示例。
所投射的图像引起沉积在晶片表面上的层(例如，光刻胶)的特征变化。在曝光期间，这些变化与投射到晶片上的特征相对应。曝光之后，可对层进行刻蚀，以产生形成图案的层。图案与曝光期间投射到晶片上的那些特征相对应。然后，使用此形成图案的层，去除或进一步处理在晶片内部底层结构(诸如导电、半导体、或绝缘层)的曝光部分。再重复该过程，以及其他步骤，直到在晶片表面或以多层形成所需的特征。
结合具有较窄成像狭缝的投射光学系统，分步扫描(step-and-scan)技术行之有效。并不是一次对整个晶片曝光，而是将各个场扫描到晶片上，一次扫描一个。这是通过同时移动晶片和分划板(reticle)来实现，扫描期间将成像狭缝移过场。然后，必须使晶片台在场曝光之间异步地步进，以允许将分划板图案的多个拷贝曝光在晶片表面。以此方式，使投射到晶片上的图像质量最佳。
传统的光刻系统和方法在半导体晶片上形成图像。该系统通常具有光刻室，光刻室在设计上包含用于在半导体晶片上执行形成图像处理的装置。可根据所用光波长，将室设计成具有不同的气体混合和/或真空度。分划板被定位在室内部。在与半导体晶片发生相互作用之前，光束从照明源(处在系统外部)，经过了光学系统，分划板上的图像轮廓，和第二光学系统。
为在基片上制造器件，需要多个分划板。由于特征尺寸以及对于较小特征尺寸的精确公差的原因，这些分划板对于生产而言，使成本更高，耗时更长。此外，分划板在耗费之前仅使用在某一时期。如果分划板不在某一公差内或当分划板损坏时，通常会导致额外的成本。从而，使用分划板制造晶片使成本越发高，且可能非常昂贵。
为克服这些缺陷，开发出无掩模(如，直接写，数字式等)光刻系统。无掩模系统使用空间光调制器(SLM)(如，数字微镜装置(DMD)，液晶显示器(LCD)等)来替代分划板。SLM包括有效区域(如，反射镜或透射区域)的阵列，有效区域处在ON或OFF状态，以形成所需图案。使用预定且事先存储的基于所需曝光图案的算法，使有效区域转为ON和OFF状态。
传统基于SLM的写入系统(如，Micronics公司的Sigma 7000系列设备)使用一个SLM作为图案发生器。为实现线宽以及线布置规范(line placement specification)，使用灰度定标(gray scaling)。对模拟SLM，通过控制反射镜倾斜角(如，对于Micronic SLM)或偏振角(如，对于LCD)来实现灰度定标。对于数字SLM(如，TIDMD)，灰度定标利用多次通过(pass)或脉冲来实现，其中对于每次通过(pass)或脉冲，可根据所需灰度级将像素切换到ON或OFF。由于要上印(print)基片上的所有区域，要求有效区域之间的间距、光脉冲定时、以及基片的运动、基片的数次通过(pass)适合于曝光所有所需区域。这对于制造器件而言导致了较低的生产率(进入各光场的像素数/基片上所需的重复通过(pass)数)和延长的耗时。此外，仅使用一个SLM需要更多的光脉冲或更长的曝光时间，以增大灰度级。这会导致不可接受的低量级生产率。
因此，需要一种能够仅在一次通过(pass)基片期间对于每个图案将基片上所有所需区域曝光的无掩模光刻系统和方法。
发明内容
本发明提供了一种无掩模光刻系统。该系统可包括照明系统，目标物(object)，空间光调制器(SLM)，和控制器。在目标物接收光之前，SLM可使来自照明系统的光形成图案。SLM可包括前组SLM和后组SLM。前和后组中的SLM根据目标物的扫描方向而改变。控制器可根据光脉冲周期信息，有关SLM物理布局信息，和目标物扫描速度其中至少之一，来产生控制信号。
本发明的其他实施例提供了用于在无掩模光刻中控制剂量(dose)的方法。该方法包括，测量自SLM的一系列脉冲中在每个脉冲中传递的剂量，基于测量步骤计算剂量差错，基于剂量差错计算校正覆盖剂量(correctional blanket dose)，和使用最后一组SLM应用校正覆盖剂量。
本发明再一些其他实施例包括用于在无掩模光刻中控制剂量的方法。该方法包括，测量自前组SLM的剂量强度，从预定的值减去所测量的强度以产生差错信号，将差错信号延迟，将延迟的信号与另一预定值相加以产生控制信号，和使用控制信号来控制自后组SLM的剂量。
下面，将参照附图，详细描述本发明的具体实施例，特征和优点，以及本发明多种实施例的结构和操作。
附图说明
包括在说明书中并形成说明书一部分的附图，与说明内容一起用于描述本发明，另外还用于解释本发明的原理，并能够使相关领域的技术人员制作和利用本发明。
图1显示出根据本发明实施例具有反射型空间光调制器的无掩模光刻系统。
图2显示出根据本发明实施例具有透射型空间光调制器的无掩模光刻系统。
图3显示出根据本发明实施例的空间光调制器。
图4显示出图3所示空间光调制器的更多细节。
图5，6，7，8，9，和10显示出根据本发明多个实施例的空间光调制器的二维阵列。
图11显示出从根据本发明多个实施例的照明源发出连续光脉冲的曝光图。
图12表示根据本发明实施例，能够对于多个SLM图案发生阵列进行剂量和/或均匀性控制的系统1200。
图13的流程图描述根据本发明实施例的方法。
图14和15显示出根据本发明多个实施例的空间光调制器的二维阵列。
现在，将参照附图描述本发明。在附图中，相似的附图标记可表示相同或功能相似的元件。另外，附图标记最左边的数字可标识该标记第一次出现的附图。
具体实施方式
概述
尽管描述了具体的结构和布置，但应该理解，这仅是出于说明目的。相关领域的技术人员能够想出不偏离本发明精神和范围条件下的其他结构和布置。显然，这对于相关领域的技术人员来说，还可将本发明应用于多种其他应用。
本发明的实施例在无掩模光刻系统中使用SLM阵列，以使得在每个扫描通过(pass)期间对目标物表面上的同一区域进行多次曝光。与仅使用一个SLM的传统无掩模系统相比，使用SLM阵列可提高生产率和降低成本。
通过将多个SLM集成在一个机械组件中，可制成场可替换单元。该单元将综合机械与热稳定性，冷却通道，排气通道，和电连接于一体。还可将包括有布线，存储器和处理器的驱动电子器件集成在组件500中，或在组件500的背面上，或在其前面的空闲空间中。
无掩模光刻系统
图1显示出根据本发明实施例的无掩模光刻系统100。系统100包括照明系统102，照明系统102将光经由分束器106和SLM光学装置108发送至反射型空间光调制器104(例如，数字微镜装置(DMD)，反射型液晶显示器(LCD)等)。SLM 104用于使光形成图案，它取代了传统光刻系统中的分划板。自SLM 104反射的形成图案的光经过分束器106和投射光学装置110，写在目标物112(如，用于平面显示器的基片，半导体晶片，玻璃基片，等)上。
应该理解，可将照明装置安置在照明系统102中，这为相关领域所熟知。还应理解，SLM光学装置108和投射光学装置110可包括用于使光定向至SLM 104和/或目标物112所需区域上的任何光学元件组合，这为相关领域所熟知。
在其他实施例中，可将照明系统102和SLM 104其中之一或两者各自连接至或具有集成控制器114和116。控制器114可基于自系统100的反馈对照明源102进行调整，或者执行校准。控制器116也可用于调整和/或校准。或者，如前面所述，控制器116可用于将SLM104上的有效装置(如，像素，反射镜，位置(locations)等)转向ON和OFF，以生成用于曝光目标物112的图案。控制器116或可具有集成存储器，或被连接至具有用于产生图案的预定信息和/或算法的存储元件(未示出)。
图2显示出根据本发明另一实施例的无掩模光刻系统200。系统200包括照明源202，照明源202发出光经过SLM 204(例如，透射型LCD等)以使光形成图案。形成图案的光通过投射光学装置210的传送，将图案写在目标物112的表面。在该实施例中，SLM 204为透射型SLM，如液晶显示器等。与以上相似，可将照明源202和SLM204其中之一或两者各自连接至或集成有控制器214和216。控制器214和216可实现同上述控制器114和116相似的功能，这为本领域所熟知。
可用于系统100或200中的示例性SLM是由瑞典的MicronicLaser System AB公司和德国的电路与系统夫琅和费学会(FraunhoferInstitute for Circuits and Systems of Germany)所制造。
仅出于方便考虑，以下仅参照对系统100的附图标记。不过，以下所讨论的所有概念还可应用于系统200，这对相关领域技术人员所熟知。
图3显示出SLM 104有效区域300的细节。有效区域300包括有效装置302(在图中用带点的图案表示)的阵列。有效装置302可为DMD上的反射镜或LCD上的位置。应该理解，有效装置302也可指作像素，这为相关领域所熟知。通过调整有效装置302的物理特性，可将其视为处在ON或OFF状态。基于所需图案的数字或模拟输入信号，用于将多个有效装置302转为ON和OFF。在某些实施例中，可检测正写入到目标物112的实际图案，并能够确定图案是否在可接受的公差之外。若如此，可使用控制器116实时产生模拟或数字控制信号，以精确调整(例如，校准，调整等)正由SLM 104所产生的图案。
图4显示出SLM 104的更多细节。SLM 104可包括环绕有效区域300的无效封装区400。而且，在另一实施例中，可将主控制器402与各个SLM控制器116连接，以监视和控制SLM阵列(参见以下讨论)。如以下所述，在其他实施例中，相邻SLM彼此可相互偏离或错开。
空间光调制器阵列的结构
图5显示出包括支撑装置502的组件500，支撑装置502用于安置SLM 104阵列。在多个实施例中，正如以下更为详细的描述，基于每次脉冲所需曝光次数，或其他用户标准，SLM 104阵列可具有可变的行数，列数，每列SLM数，每行SLM数等。可将SLM 104连接至支撑装置502。支撑装置502可具有温控区域504(例如，水或空气通道等)，用于控制逻辑和相关电路的区域(例如，参看如图4所示元件116和元件402，其可为专用集成电路(ASIC)，A/D转换器，D/A转换器，用于传输数据的光纤等)和用于安置SLM 104的窗口506(形成在虚线形状内)，这为相关领域所熟知。支撑装置502，SLM104，和所有周边冷却或控制装置被称作组件。组件500可允许所需的步长尺寸以形成对于前后SLM 104所需的缝合(stitching)(例如，将目标物112上的相邻特征元件连接)和重叠。作为示例，支撑装置502可为250mm×250mm(12in×12in)或300mm×300mm(10in×10in)。支撑装置502由耐热材料制成，可用于温度控制。
支撑装置502可用作机械构架，以确保对SLM 104的间距控制，并用于嵌入电路和温控区域(thermal control area)504。可在支撑装置502的背面和前面之中的一面或两面安置任何电子器件。例如，当使用基于模拟的SLM或电子器件时，可将导线从控制或连接系统504连接至有效区域300。基于在支撑装置502上的安装，这些导线可相对更短，这与电路距支撑装置502较远的情形相比，减少了模拟信号的衰减。另外，由于在电路与有效区域300之间具有较短的链路，可提高通信速度，从而提高图案实时再调整的速度。
在一些实施例中，当线路中的SLM 104或电子装置用坏时，可易于更换组件500。尽管看上去更换组件500比仅更换组件500上的芯片成本更高，但事实上，更换整个组件500更容易且更快速，可节约生产成本。而且，可将组件500重新修复，如果最终用户愿意使用重新修复的组件500的话，可用更换部件来减少成本。一旦更换了组件500，在恢复生产之前只需对整体调整进行验证。在某些实施例中，可使用机动安装技术，以允许在场替换期间可重复机械调准组件500。这可消除对组件500进行任何光学调节的必要。
图6，7，8，9，和10显示出如何由部分SLM阵列使目标物112一个曝光区域形成图案。这样，从透过目标物112的一个曝光区域看，这些图显示出如何由部分SLM阵列使目标物112一个曝光区域形成图案。
图6和7分别显示出SLM 104阵列的部分650和750如何适合于曝光区域660和760的可选实施例。部分650和750都包括4列，每列各具有2个等效SLM 104。从而，部分650和750包括8个等效SLM 104。可使在一列中的SLM 104相对于相邻列中的SLM 104交错设置。各列以有效区域300一半的宽度间隔开。
在一个示例中，有效区域300可为4.8mm×30mm，且各有效装置302可约为6μm×6μm。该图约以150×倍放大。在该示例中，若整个SLM 104约有4兆像素(例如，4096个有效装置302×1024个有效装置302)，每个部分650或750约为797μm×240μm，每个曝光区域660或760可约为120mm×36mm。
在该示例中，在SLM平面，光脉冲之间的步长约为4.8nm，在目标物平面，光脉冲之间的步长约为34μm。目标物112可按近似为128mm/sec的速度沿箭头A的方向移动。照明源的数据刷新速率和/或脉冲速率可约为4kHz。具备这些参数，有可能实现大约可达每小时5个晶片(5wph)的预期生产率。这样，如果目标物速度约为每个光脉冲走过一个有效区域宽度，在目标物112的每次扫描期间，每个曝光区域660和760将接收两个光脉冲。
图8显示出SLM 104阵列的另一实施例，SLM 104阵列具有对其写入以曝光区域860的部分850。部分850包括8列，每列具有4个SLM 104。从而，部分850包括32个等效SLM 104。可使在一列中的SLM 104相对于相邻列中的SLM 104交错设置。各列以有效区域300一半的宽度间隔开。
在一个示例中，有效区域300可为8.192mm×32.768mm，且各有效装置302可约为6μm×6μm。该图约以400×倍放大。在该示例中，若整个SLM 104约有1兆像素(例如，2048个有效装置302×512个有效装置302)，每个部分850可约为567.5μm×344μm，每个曝光区域860可约为227mm×137.2mm。
在该示例中，在SLM平面，光脉冲之间的步长约为16.4nm，在目标物平面，光脉冲之间的步长约为43.52μm。目标物112可按近似为40.96mm/sec的速度沿箭头B的方向移动。照明源的数据刷新速率和/或脉冲速率可约为1kHz。具备这些参数，有可能实现大约可达1.2wph的预期生产率。这样，如果目标物速度约为每个光脉冲走过两个有效区域宽度，在目标物112的每次扫描期间，每个曝光区域860将接收两个光脉冲。在另一示例中，如果目标物速度约为每个光脉冲走过一个有效区域宽度，在目标物112的每次扫描期间，每个曝光区域860将接收四个光脉冲。
图9显示出SLM 104阵列的又一实施例，SLM 104阵列具有对其写入以曝光区域960的部分950。部分950包括6列，每列交替具有3或4个SLM 104。从而，部分950包括14个SLM 104。可使在一列中的SLM 104相对于相邻列中的SLM 104交错设置。各列以一个有效区域的宽度间隔开。
在一个示例中，有效区域300可为8.192mm×32.768mm，且各有效装置302可约为6μm×6μm。该图约以400×倍放大。在该示例中，若整个SLM 104约有1兆像素(例如，2048个有效装置302×512个有效装置)，每个部分950约为567.5μm×344μm，每个曝光区域960可约为227mm×137.2mm。
在该示例中，在SLM平面，光脉冲之间的步长约为8.2nm，在目标物平面，光脉冲之间的步长约为21.76μm。目标物112可近似以1Khz或20.48mm/sec的速度沿箭头C的方向移动。具备这些参数，有可能实现大约可达0.6wph的预期生产率。这样，如果目标物速度约为每个光脉冲走过一个有效区域宽度，在目标物112的每次扫描期间，每个曝光区域960将接收两个光脉冲。
图10显示出SLM 104阵列的再一实施例，SLM 104阵列具有对其写入以曝光区域1060的部分1050。部分1050可包括2列，每列具有4个SLM 104。从而，部分1050包括8个SLM 104。可使在一列中的SLM 104相对于相邻列中的SLM 104交错设置。各列以一半有效区域宽度间隔开。
在一个示例中，有效区域300可为4.5mm×36mm，且各有效装置302可约为6μm×6μm。该图约以150×倍放大。在该示例中，若整个SLM 104约有4兆像素(例如，6000个有效装置302×750个有效装置302)，每个部分1050约为1593μm×96μm，每个曝光区域1060可约为239mm×14mm。
在该示例中，在SLM平面，光脉冲之间的步长约为4.5nm，在目标物平面，光脉冲之间的步长约为31.5μm。目标物112可按近似为64mm/sec的速度沿箭头D的方向移动。照明源的数据刷新速率和/或脉冲速率可约为4kHz。具备这些参数，有可能实现大约可达5.1wph的预期生产率。这样，如果目标物速度约为每个光脉冲走过一半有效区域宽度，在目标物112的每次扫描期间，每个曝光区域1060将接收两个光脉冲。
空间光调制器阵列的曝光图
图11作为一个示例表示出，在五个光脉冲期间，阵列的三个部分1150对目标物112上的同一行曝光区域1160写入时，这三个部分1150的曝光图，其中，每个部分1150具有4个SLM 104。部分1150-1和1150-3可作为部分第一(例如，前)组SLM，部分1150-2可作为部分第二(例如，后)组SLM。该曝光图从透过目标物112的方向显示出当目标物以每光脉冲走过两个有效面积宽度的步长速度沿箭头的方向移动时的情形。在脉冲1期间，阵列不与透镜112重叠。在脉冲2期间，将第一部分1150-1中的SLM 104阵列产生的图案写入到第一曝光区1160-1。在脉冲3期间，由部分1150-2将相同或不同的图案写入到曝光区1160-1，由部分1150-1将相同或不同的图案写入到曝光区1160-2。这样，在部分1150-1中的前组写入后，在部分1150-2中的后组写在同一曝光区域1160-1上。在脉冲4和5期间重复此一般曝光处理，如图所示。
应该理解，这不过是在无掩模光刻系统中使用SLM 104阵列的非常简单的曝光处理示例。用它来演示如何在每个扫描期间，在每个曝光区域1160中使用SLM 104阵列允许进行多次曝光，与使用一个SLM的传统系统相比，提高了生产率。
操作
在该示例中，光扫过目标物112，同时每个SLM 104接收更新的图案数据。这导致当扫描时自多个SLM 104的多个脉冲出现。按各自方向，第一组(例如，前组)SLM 104指向第一脉冲，第二组(例如，后组)SLM 104跟在第一组之后且指向第二脉冲(例如，后面的SLM)。因此，在任何情况下，通过变化在SLM 104上的图案分布及时定向单个脉冲，以将变化的图案写到目标物112上。
例如，在脉冲之间的持续期间，目标物112移过全部或部分有效区域300的宽度。那么，在3-4个脉冲后，后面的SLM 104可重叠在3-4个脉冲前由前面SLM 104上印的图案。因此，系统100可连续或周期性地更新图案。这允许在多次通过(pass)期间利用SLM 104进行上印，同时保持目标物112连续移动且对目标物112而言仅通过(pass)一次，与仅使用一个SLM的传统系统相比实现更高的生产率。
本质上，系统100允许通过使用多个SLM 104在一次通过(pass)期间曝光多个图案。为允许缝合或其他效果，由前面和后面SLM 104产生的图案可能会全部重叠，半重叠等。
上述本发明多个实施例的某些特征可能在于，其允许：就传递各剂量的脉冲数量而言处理的灵活性，而同时保持连续移动晶片；由于通过预先确定前后SLM之间的几何关系使图案光栅化，从而使算法开发简单；通过对应其他SLM上的像素使一个SLM上的无效(dead)像素得到补偿；和在单个机械单元上使用仅占较少的电，机械，气动，和冷却连接以及快速光调节可将多个SLM的阵列场替换的机制。
组件500的几何布局(例如，在SLM 104之间的间距)可作为以下量的函数：每个SLM 104上的有效区域300的面积，被每个SLM104的封装400所占用的面积，对具体曝光区域传递具体剂量所需的脉冲数量，可达到的最大载物台移动速度，和在投射光学装置110中的最大透镜直径。
在一个示例中，使用相同SLM阵列布置，仅使载物台扫描速度减半，可使每个曝光区域的曝光量增至两倍(即，可获得2，4，8，16倍等)。扫描速度应保持恒定，这通过SLM 104之间的几何关系来定义。前后SLM 104之间的重叠量根据所采用的总体缝合策略而变化。其不同示例包括全部重叠，半重叠，和移位(shifted)重叠(例如，全部或半重叠，其中使后面SLM 104上的像素在X和Y方向与前面SLM 104相比偏移像素的一小部分)。前后SLM之间的间距量值可相当于最小可能倍数的有效区域宽度/曝光次数((active_area_width)/(#_of_exposures))，加上缝合重叠，可与SLM的物理封装相当。
使用监控的剂量和一致性控制系统和方法
图12表示根据本发明实施例的，能够对于多个SLM图案发生阵列进行剂量和/或均匀性控制的系统1200。对SLM 104的控制可基于使用控制器1204(例如，用于前面图案发生SLM(测量的高透射部分)的剂量/均匀性操纵器)对强度的测量值1202。当曝光前面的SLM104时，控制器1204对前面的SLM 104进行测量。使用加法器1208从预定值1206(例如在前面SLM中的设置点剂量/均匀性值)中减去该测量值，以产生差错信号1210(例如，在前面SLM 104中的剂量/均匀性差错)。可使用接收延迟信号1214的延迟装置1212将差错信号1210延迟。延迟信号1214可基于SLM阵列前后脉冲之间的脉冲数量。使用加法器1218将延迟的信号1212与预定值1216(例如，在后面SLM中的设置点剂量/均匀性)相加，以产生控制信号1220。控制器1222接收控制信号1220，控制信号1220可作为对于后面图案发生SLM 104的剂量/均匀性操纵器。控制器1222可作为可控的低透射部分。
如果被控制的SLM 104有足够的区域，还可将其用于随后面SLM 104的曝光高度(height of the exposure)而改变亮度，以补偿在前面脉冲期间的不均匀性。为适合可使两个“第一脉冲”与一个“第二脉冲”重叠的缝合，可将后面的部分再分为适合于适当进行校正的带(band)。可选择在后面SLM 104中的闪光能量(shot energy)以实现缝合。
为成功补偿在前面脉冲期间的剂量变化，且不必过多考虑自后面脉冲导致的差错，可使前面脉冲中的能量大大高于后面脉冲中的能量。作为双脉冲系统的示例，可想到使前面SLM 104的比例占90％，后面SLM 104的比例占10％，这表示，后面SLM 104的剂量差错将低于前面SLM 104剂量差错的9倍。继续该示例，如果测量出给定前组SLM 104的剂量为85％，而不是标称的90％，则将在适当脉冲期间后面SLM 104的衰减设置成允许15％的剂量透过，而不是标称的10％剂量。
可将SLM 104构造成覆盖光束的两侧。这将允许曝光扫描方向的反转(将前后SLM 104反转)，并且可提供校正对于前面SLM 104在透射和均匀性中偏移的能力。
应该理解，该原理易于被扩展到单SLM系统和任何功能性多SLM阵列，并可应用于在晶片上每个点使用两个或更多脉冲传递剂量的任何光刻上印方法。该实施例的一个优点在于，它能够改善使用传统光刻激光器的直接写入光刻系统中的剂量控制，传统光刻激光器具有相对较差的脉冲至脉冲能量强度波动和均匀性能。
使用校正覆盖剂量的剂量控制系统和方法
在无掩模光刻中，仅非常有限数量的激光脉冲用于曝光光刻胶。这将使无掩模光刻设备中的生产率保持合理。例如，对晶片上的每个地点，可将曝光光刻胶的激光脉冲数量限制为2至4。常用准分子激光器的剂量重复性通常在1％至3％1σ，而所需的曝光剂量需要在0.5％3σ内。不对此进行监控会导致不可接受的剂量波动。
本发明实施例可使用3或4个激光脉冲(曝光)，其中最后脉冲仅包含占所需曝光光刻胶总剂量的很少一部分(例如，5％)。尽管在WO 99/45435中具有示例性系统和方法，但本发明的实施例可具有优于该系统的数方面优点，诸如基本不降低生产率，且制造成本的增加非常有限。
本发明的实施例在激光脉冲上进行剂量分配，以使得最后的脉冲仅传递总剂量的很小一部分，比如5％。测量前两个或三个的剂量则会定义出最后脉冲中的剂量。
在一个示例中，最后的曝光可具有全部图案形成信息。在此情形中，需完全占用数据通道以产生该信息。此外，如果按顺序进行曝光，就如同在传统系统中那样，最后的曝光大大降低了设备的生产率。在另一示例中，最后的曝光可基本不具有图案形成信息，下面会对此进行描述。
因此，本发明的实施例使用最后的曝光来校正以前曝光中的剂量差错。最后的曝光将作为覆盖曝光。这表示，最后的曝光不包含任何图案信息。从而，最后的曝光不需要占用大量(且因此而代价高昂)的数据通道。
图13的流程图描述根据本发明实施例的方法1300。在步骤1302中，第一组SLM测量第一脉冲中传递的剂量。在步骤1304中，第二组SLM测量第二脉冲中传递的剂量。在步骤1306中，计算剂量差错。在步骤1308中，计算校正覆盖剂量。在步骤1310中，通过最后一组SLM应用校正覆盖剂量。
图14显示出具有21个SLM的SLM布局。SLM在三个不同的曝光时间产生三次闪光(shot)1402，1404，和1406。在该配置中，投射光系统中的透镜(未示出)直径可约为271mm。
图15显示出具有24个SLM的SLM布局。SLM在三个不同的曝光时间产生三次闪光1502，1504，和1506。在该配置中，投射光系统中的透镜(未示出)直径可约为302mm。
在图14和15所给出的布局中，所有三次曝光(1402-1406或1502-1506)是在单个曝光场内完成。在晶片上的每个位置，按顺序传递剂量。例如，在图15中，如果脉冲N传递第一剂量，则根据SLM阵列的精确布局，脉冲N+3，N+4，N+5，或N+6传递第二剂量。这表示，单个SLM大小的场将经历四次潜在不同的剂量。那么，在第三次闪光(列)1406/1506中的SLM应传递四个不同的校正剂量。曝光1402/1502和1404/1504都保持有全部数据信息。这表示，SLM列1402/1502和1404/1504连接至大范围的数据通道。
数据通道是无掩模光刻设备中最昂贵的元件之一。在传统系统中，增加最后的闪光将增加更多的成本，这是由于这将增加约50％的数据通道。为避免这些额外的成本，本发明的实施例对最后SLM列1406/1506应用覆盖曝光。这表示，最后的曝光将不包含图案数据。目的在于以控制的方式增加附加的背景。由于需要校正SLM场内潜在四个不同的剂量，在SLM上具有仅合适(only)的“图案”。不过，这是非常简单的图案，仅需要非常有限数量的电子器件。
设虚像为f(x)，光刻胶阈值为th。则曝光和未曝光的光刻胶之间的边界xth由下式给出：
f(xth)＝th                              (1)
现在假设，所传递的剂量以因子b偏离理想剂量，即：
传递的剂量delivered_dose(x)＝b f(x)     (2)
显然，式(1)不再保持下去。为恢复由(1)给出的条件，对式(2)相加(1-b)th，得到：
剂量dose(x)＝b f(x)+(1-b)th＝th+b(f(x)-th)(3)
现在，剂量dose(xth)＝th，则有：
th+b(f(xth)-th)＝th                     (4)
由此表示(1)。因此，校正背景剂量为：
D＝(1-b)th                               (5)
它不依赖于实际图案。这适合于每个b值。不过，在本发明的情形中，b将接近但小于1。作为示例，在前两个曝光中的剂量可为96％，最后中的剂量标称4％。则b将为0.96。上述提出的剂量校正方法对曝光宽容度(exposure latitude)具有较小的负面影响。曝光宽容度由在光刻胶阈值处虚像的斜率给出：
S = dy dx | x = x th - - - - ( 6 )
再次假设剂量以因子b偏离理想剂量，则S将由下式给出：
S = b dy dx | x = x th - - - - ( 7 )
因此，曝光宽容度将以因子1-b下降。在以上给出的示例中，降质将为4％(例如，由10％至9.6％)。差错预算表明，此曝光宽容度的下降可以被吸收。不过，在优选实施例中，保持校正剂量尽可能得小。
结论
尽管上面描述了本发明的多个实施例，不过应当理解，这些实施例仅是示例性的而非限制。本领域技术人员显然可以想到，可在不偏离本发明精神和范围的条件下对形式和细节进行多种改变。因此，本发明的范围不应受到上述示例的限制，而应当仅根据下面的权利要求及其等效范围进行限定。

Claims (39)

1.一种无掩模光刻系统，包括：
照明系统；
目标物；
空间光调制器(SLM)，在目标物接收光之前使来自照明系统的光形成图案，SLM包括前组SLM和后组SLM，在前后组中的SLM基于目标物扫描方向而变化；和
控制器，基于光脉冲周期信息，有关SLM的物理布局信息，和目标物扫描速度其中至少之一，向SLM发送控制信号。
2.根据权利要求1的系统，其中，目标物为半导体晶片。
3.根据权利要求1的系统，其中，目标物为玻璃基片。
4.根据权利要求1的系统，其中，玻璃基片为液晶显示器的一部分。
5.根据权利要求1的系统，还包括：
分束器，用于将来自光源的光导向至SLM和将来自SLM的光导向至目标物，其中SLM为反射型SLM。
6.根据权利要求1的系统，其中，SLM为透射型SLM。
7.根据权利要求1的系统，其中，SLM为液晶显示器。
8.根据权利要求1的系统，还包括：
分束器，用于将来自光源的光导向至SLM和将来自SLM的光导向至目标物，其中SLM为数字微镜装置(DMD)。
9.根据权利要求1的系统，其中，至SLM的控制信号在单个扫描期间，允许对目标物的同一区域进行多于一次的、至少部分的曝光。
10.根据权利要求1的系统，其中，将SLM以预定距离间隔定位，以便基于控制信号，在物镜连续运动期间，多于一个的SLM对物镜上的曝光区域曝光数个脉冲。
11.根据权利要求1的系统，其中，将SLM设置成二维阵列。
12.根据权利要求1的系统，其中，第一个SLM的第一边缘与相邻的第二个SLM的第二边缘处在相同的平面。
13.根据权利要求1的系统，其中，SLM相对于相邻SLM交错设置。
14.根据权利要求1的系统，其中，写入目标物上同一曝光区域的一组SLM包括四列SLM。
15.根据权利要求14的系统，其中，列之间以一半有效区域的距离间隔定位。
16.根据权利要求14的系统，其中，每个SLM具有无效区域，并且，其中一个SLM的无效区域顶端与相邻一个SLM的无效区域的底端对齐。
17.根据权利要求14的系统，其中，每列包括两个SLM。
18.根据权利要求14的系统，其中，每列包括四个SLM。
19.根据权利要求14的系统，其中，在照明系统的每个脉冲期间，目标物上的曝光区域移动近似等于两个有效区域的距离。
20.根据权利要求1的系统，其中，写入目标物上同一曝光区域的一组SLM包括六列SLM。
21.根据权利要求20的系统，其中，其中一个SLM的无效区域顶端与另一个SLM相邻无效区域的底端对齐。
22.根据权利要求20的系统，其中，每列包括四个SLM。
23.根据权利要求20的系统，其中，列之间以一半有效区域的距离间隔定位。
24.根据权利要求20的系统，其中，列之间以一个有效区域的距离间隔定位。
25.根据权利要求1的系统，其中，写入目标物上同一曝光区域的一组SLM包括两列SLM。
26.根据权利要求25的系统，其中，其中一个SLM的无效区域顶端与另一个SLM相邻无效区域的底端对齐。
27.根据权利要求25的系统，其中，每列包括四个SLM。
28.根据权利要求25的系统，其中，列之间以一半有效区域的距离间隔定位。
29.根据权利要求25的系统，其中，在照明系统的每个脉冲期间，目标物上的曝光区域移动近似等于一个有效区域的距离。
30.根据权利要求1的系统，其中，将SLM以二维阵列连接至支撑装置。
31.根据权利要求30的系统，其中，支撑装置包括穿过其间的冷却通道。
32.根据权利要求30的系统，其中，支撑装置包括控制电路。
33.根据权利要求1的系统，其中，每个SLM包括：
有效区域部分；和
封装部分。
34.根据权利要求33的系统，其中，封装部分包括：
控制电路，用于控制有效区域中的装置。
35.根据权利要求34的系统，其中，控制电路从控制器接收控制信号。
36.一种用于在无掩模光刻中控制剂量的方法，包括：
测量来自SLM的一系列脉冲中每个脉冲中所传递的剂量；
基于测量步骤计算剂量差错；
基于剂量差错计算校正覆盖剂量；和
利用最后一组SLM来应用校正覆盖剂量。
37.一种用于在无掩模光刻中控制剂量的方法，包括：
测量来自前组SLM的剂量强度；
自预定值中减去所测量的强度以生成差错信号；
将差错信号延迟；
将延迟的信号与另一预定值相加以生成控制信号；和
使用控制信号控制来自后组SLM的剂量。
38.根据权利要求1的系统，其中，写入目标物上同一曝光区域的一组SLM包括六列SLM。
39.根据权利要求1的系统，其中，写入目标物上同一曝光区域的一组SLM包括八列SLM。
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