專(zhuān)利名稱(chēng)：具有對(duì)焦機(jī)構(gòu)的新型直寫(xiě)光刻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及在晶片、印刷電路板、掩膜板、平板顯 示器、生物晶片、微機(jī)械電子晶片、光學(xué)玻璃平板等襯底上印刷構(gòu)圖的直寫(xiě)光刻裝置。
技術(shù)背景光刻技術(shù)是用于在襯底表面上印刷具有特征的構(gòu)圖。這樣的襯底可包括用于制造半 導(dǎo)體器件、多種集成電路、平面顯示器(例如液晶顯示器)、電路板、生物芯片、微機(jī) 械電子芯片、光電子線(xiàn)路芯片等的基片。經(jīng)常使用的基片為半導(dǎo)體晶片或玻璃基片。在光刻過(guò)程中，晶片放置在晶片臺(tái)上，通過(guò)處在光刻設(shè)備內(nèi)的曝光裝置，將特征構(gòu) 圖投射到晶片表面。盡管在光刻過(guò)程中使用了投影光學(xué)裝置，還可依據(jù)具體應(yīng)用，使用不同的類(lèi)型曝光裝置。例如x射線(xiàn)、離子、電子或光子光刻的不同曝光裝置，這巳為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。半導(dǎo)體行業(yè)使用的傳統(tǒng)分步重復(fù)式或分步掃描式光刻工具，將分劃板的特征構(gòu)圖在 各個(gè)場(chǎng)一次性的投影或掃描到晶片上， 一次曝光或掃描一個(gè)場(chǎng)。然后通過(guò)移動(dòng)晶片來(lái)對(duì) 下一個(gè)場(chǎng)進(jìn)行重復(fù)性的曝光過(guò)程。傳統(tǒng)的光刻系統(tǒng)通過(guò)重復(fù)性曝光或掃描過(guò)程，實(shí)現(xiàn)高 產(chǎn)出額的精確特征構(gòu)圖的印刷。為了在晶片上制造器件，需要多個(gè)分劃板。由于特征尺寸的減少以及對(duì)于較小特征 尺寸的精確公差需求的原因，這些分劃板對(duì)于生產(chǎn)而言成本很高，耗時(shí)很長(zhǎng)，從而使利 用分劃板的傳統(tǒng)晶片光刻制造成本越來(lái)越高，非常昂貴。無(wú)掩膜(如直接寫(xiě)或數(shù)字式等)光刻系統(tǒng)相對(duì)于使用查分劃板的方法，在光刻方面提供了許多益處。無(wú)掩膜系統(tǒng)使用空間圖形發(fā)生器(SLM)來(lái)代替分劃板。SLM包括數(shù)字 微鏡系統(tǒng)(DMD)或液晶顯示器(LCD)， SLM包括一個(gè)可獨(dú)立尋址和控制的象素陣列，每 個(gè)象素可以對(duì)透射、反射或衍射的光線(xiàn)產(chǎn)生包括相位、灰度方向或開(kāi)關(guān)狀態(tài)的調(diào)制。無(wú)掩膜光刻系統(tǒng)主要采用的是以下兩種方法 一、激光束直寫(xiě)法；二、空間圖形發(fā) 生器精縮排版曝光。其中，激光束直寫(xiě)法是逐點(diǎn)曝光，采用高能激光在光敏感襯底上直 接產(chǎn)生圖形，加工速度慢，單個(gè)晶片曝光時(shí)間長(zhǎng)；第二種方法采用計(jì)算機(jī)控制圖形發(fā)生 器(SLM),產(chǎn)生區(qū)域性的特征圖形, 一次性地曝光到光敏感襯底上相對(duì)應(yīng)的巨域，主要 問(wèn)題是分辨率較低，并且受到單位象素的形狀和有效通光孔徑(fill-in factor)的限 制，難以制作連續(xù)光滑的圖形輪廓。為了解決了現(xiàn)有的分步直寫(xiě)光刻技術(shù)效率低，單象素的連續(xù)性?huà)呙韫饪滩僮麟y度大 的問(wèn)題，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)200720037805. 9公開(kāi)了一種綜合式直寫(xiě)光刻裝置。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是-在透鏡和投影鏡頭之間設(shè)有反射鏡；兩個(gè)以上不同倍率的投影鏡頭設(shè)于盤(pán)狀轉(zhuǎn)換器上， 光學(xué)定位檢測(cè)系統(tǒng)包括與轉(zhuǎn)換器上的投影鏡頭共軸的光學(xué)波長(zhǎng)分束器，光學(xué)波長(zhǎng)分束器 一側(cè)同軸設(shè)有包括檢測(cè)成像透鏡、光敏感探測(cè)器的成像系統(tǒng)。該裝置的投影光學(xué)系統(tǒng)和 光學(xué)定位檢測(cè)系統(tǒng)采用離軸對(duì)焦方式，因不同的鏡頭存在位移誤差，投影鏡頭轉(zhuǎn)換過(guò)程 引起的焦平面變化和位置的變化，需要分別迸行位移校正；復(fù)雜圖形的光刻至少需要兩 次以上的轉(zhuǎn)換投影鏡頭，每一次的位移校正需要一定的時(shí)間，從對(duì)焦的一秒鐘到精確定 位的幾分鐘。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是在現(xiàn)有直寫(xiě)光刻裝置中附加一個(gè)圖形投影機(jī)構(gòu),來(lái)提供一種采用 主動(dòng)式的圖形投影而實(shí)現(xiàn)對(duì)光敏感襯底進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦，即提供一種具有對(duì)焦機(jī)構(gòu)的新型 直寫(xiě)光刻裝置。具體的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案如下-具有對(duì)焦機(jī)構(gòu)的新型直寫(xiě)光刻裝置，包括光源、光學(xué)集光系統(tǒng)、投影光學(xué)系統(tǒng)、鏡頭轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和光學(xué)定位檢測(cè)系統(tǒng)；其中，光學(xué)集光系統(tǒng)包括光學(xué)集光器和可編程的圖形 發(fā)生器，光源與光學(xué)集光器對(duì)應(yīng)；投影光學(xué)系統(tǒng)包括透鏡、或透鏡組和兩個(gè)以上的投影 鏡頭，透鏡、或透鏡組對(duì)應(yīng)位于可編程的圖形發(fā)生器下方，兩個(gè)以上的投影鏡頭位于鏡 頭轉(zhuǎn)換器上；光學(xué)定位檢測(cè)系統(tǒng)包括光敏感探測(cè)器和檢測(cè)透鏡，檢測(cè)透鏡通過(guò)檢測(cè)波長(zhǎng) 分束器與投影鏡頭對(duì)應(yīng)；光學(xué)定位檢測(cè)系統(tǒng)一側(cè)設(shè)有對(duì)焦系統(tǒng)；所述對(duì)焦系統(tǒng)包括由上至下依次對(duì)應(yīng)排列的對(duì)焦光源、對(duì)焦圖形發(fā)生器、對(duì)焦透鏡、 或透鏡組和對(duì)焦反射鏡，對(duì)焦系統(tǒng)平行與光學(xué)定位檢測(cè)系統(tǒng)，其中對(duì)焦反射鏡與光學(xué)定 位檢測(cè)系統(tǒng)中的檢測(cè)分束器平行對(duì)應(yīng)。所述對(duì)焦光源為發(fā)光二極管、或弧光燈、或激光器。
所述對(duì)焦圖形發(fā)生器為固定的圖形模板、或可編程的圖形發(fā)生器； 所述可編程的圖形發(fā)生器為空間微反射鏡陣列、或液晶圖形顯示器。 本發(fā)明的有益技術(shù)效果是，直接利用可變倍率的投影鏡頭來(lái)共軸投射對(duì)焦圖形，實(shí) 現(xiàn)不同鏡頭的共軸對(duì)焦，避免了離軸對(duì)焦對(duì)不同鏡頭所需要的分別位移校正過(guò)程，提高 效率，同時(shí)減小了離軸對(duì)焦裝置的成本。采用共軸的光學(xué)定位檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于投 影鏡頭轉(zhuǎn)換過(guò)程引起的焦平面變化的實(shí)時(shí)校正，并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)晶片上巳有圖形的實(shí)時(shí)對(duì) 位檢測(cè)。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為投影光學(xué)系統(tǒng)和投影鏡頭同軸的另一結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明的圖形對(duì)焦的聚焦函數(shù)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。實(shí)施例l: 該裝置包括一個(gè)用于提供照射光束的光源l，優(yōu)選為發(fā)光二極管，一個(gè)用于提供照射光束的光學(xué)集光系統(tǒng)2，圖1中所示的是一片光學(xué)器件，本領(lǐng)域 的技術(shù)人員應(yīng)理解為也可應(yīng)用多片的光學(xué)器件組合。同樣的理解適用于所有的圖片中所 示的光學(xué)器件。一個(gè)可編程的圖形發(fā)生器3，優(yōu)選為空間微反射鏡陣列，他具有可獨(dú)立尋址的單獨(dú) 切換的元件。一個(gè)采用遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)的投影光學(xué)系統(tǒng)，包括透鏡、或透鏡組4和投影鏡頭5，其中投 影鏡頭5為可以轉(zhuǎn)換的不同倍率的兩個(gè)以上的投影鏡頭。透鏡、或透鏡組4和投影鏡頭 5采用非共軸的平行結(jié)構(gòu)，如圖1所示，通過(guò)平行的光學(xué)波長(zhǎng)分束器6和反射鏡14得到 非共軸的平行光路。一個(gè)不同倍率的投影鏡頭的轉(zhuǎn)換器9，轉(zhuǎn)換器9為盤(pán)狀，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸設(shè)于機(jī)架上， 轉(zhuǎn)換器9上設(shè)有五個(gè)不同倍率的投影鏡頭5,五個(gè)不同倍率的投影鏡頭5的中心距離轉(zhuǎn) 換器9轉(zhuǎn)動(dòng)軸中心線(xiàn)的半徑相等?！獋€(gè)精密移動(dòng)平臺(tái)IO，用以承載光敏感元件ll。一個(gè)通過(guò)不同倍率的不同投影鏡頭的共軸的光學(xué)定位檢測(cè)系統(tǒng)，在圖1所示的實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括一個(gè)通過(guò)不同倍率的不同投影鏡頭的共軸的光學(xué)波長(zhǎng)分束器6，光學(xué) 波長(zhǎng)分束器6上部垂直設(shè)有包括檢測(cè)分束器12、檢測(cè)透鏡13和光敏感探測(cè)器8的光學(xué) 成象系統(tǒng)；在檢測(cè)分束器12外側(cè)、與光學(xué)波長(zhǎng)分束器6平行非共軸安裝有本發(fā)明的對(duì) 焦系統(tǒng)裝置包括對(duì)焦反射鏡17,對(duì)焦透鏡、或透鏡組16,對(duì)焦圖形發(fā)生器19和對(duì)焦 光源18。對(duì)焦光源18采用對(duì)于光敏感元件11不敏感的波長(zhǎng),照射到對(duì)焦圖形發(fā)生器19上。 對(duì)焦圖形發(fā)生器19可以是固定的圖形模版。對(duì)焦圖形發(fā)生器19上的對(duì)焦圖形經(jīng)過(guò)對(duì)焦 透鏡、或透鏡組16,對(duì)焦反射鏡17,檢測(cè)分束器12，光學(xué)波長(zhǎng)分束器6和投影鏡頭5 投射到光敏感元件ll表面。當(dāng)光敏感元件表面位于投影鏡頭5的焦平面上時(shí)，對(duì)焦圖形經(jīng)過(guò)投影光學(xué)系統(tǒng)投射 光敏感元件表面的象是最清晰的，同時(shí)也反射到光學(xué)探測(cè)器8上成一個(gè)清晰的象。通過(guò) 計(jì)算機(jī)和聚焦函數(shù)的算法，將給出聚焦函數(shù)的最大值，如圖3所示。當(dāng)光敏感元件表面沒(méi)有位于投影鏡頭5的焦平面上時(shí)，反射到光學(xué)探測(cè)器8上的成 象也不清晰，聚焦函數(shù)的計(jì)算值相應(yīng)減小。通過(guò)光敏感元件11在精密移動(dòng)平臺(tái)10上連 續(xù)地上下移動(dòng)，在光學(xué)探測(cè)器8上產(chǎn)生連續(xù)變化的不同聚焦位移的圖形，由計(jì)算機(jī)計(jì)算 對(duì)應(yīng)的聚焦函數(shù),選擇最佳的聚焦平面。對(duì)于固定的投影圖形和工作條件,可以根據(jù)計(jì)算機(jī)計(jì)算的聚焦函數(shù)和搜索算法，光 敏感元件在精密移動(dòng)平臺(tái)上階躍式地上下移動(dòng)，在光學(xué)探測(cè)器8上產(chǎn)生不同聚焦位移的 圖形，由計(jì)算機(jī)計(jì)算對(duì)應(yīng)的聚焦函數(shù),快速地搜索最佳的聚焦平面。實(shí)施例2該裝置是實(shí)施例1的變型，通過(guò)調(diào)換光學(xué)波長(zhǎng)分束器6和反射鏡14的位置和光路， 使得投影成象系統(tǒng)的透鏡、或透鏡組4,光學(xué)波長(zhǎng)分束器6和投影鏡頭5是共軸，而對(duì)位 成象系統(tǒng)的檢測(cè)透鏡13和投影鏡頭5是平行不共軸結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解為 也可應(yīng)用和增加不同的反射鏡，分束器等的光學(xué)器件組合，改變投影成象系統(tǒng)和對(duì)位成 象系統(tǒng)的光路位置，同樣的達(dá)到本實(shí)施例的對(duì)焦功能。對(duì)焦光源18為弧光燈、或激光器；對(duì)焦圖形發(fā)生器19為可編程的圖形發(fā)生器，例
如空間微反射鏡陣列,或者液晶圖形顯示器；對(duì)焦透鏡、或透鏡組16、對(duì)焦反射鏡17 都與實(shí)施例1相同。對(duì)焦圖形發(fā)生器19上的對(duì)焦圖形經(jīng)過(guò)非共軸的投影光路對(duì)焦透鏡、 或透鏡組16,對(duì)焦反射鏡17，檢測(cè)分束器12，反射鏡14，光學(xué)波長(zhǎng)分束器6和投影鏡 頭5投射到光敏感元件11表面。當(dāng)光敏感元件表面位于投影鏡頭5的焦平面上時(shí)，對(duì)焦圖形經(jīng)過(guò)投影光學(xué)系統(tǒng)投射 光敏感元件表面的象是最清晰的，同時(shí)也反射到光學(xué)探測(cè)器8上成一個(gè)清晰的象。通過(guò) 計(jì)算機(jī)和聚焦函數(shù)的算法，將給出聚焦函數(shù)的最大值，如圖3所示。當(dāng)光敏感元件表面沒(méi)有位于投影鏡頭5的焦平面上時(shí)，反射到光學(xué)探測(cè)器8上的成 象也不清晰，聚焦函數(shù)的計(jì)算值相應(yīng)減小。通過(guò)光敏感元件11在精密移動(dòng)平臺(tái)10上連 續(xù)地上下移動(dòng)，在光學(xué)探測(cè)器8上產(chǎn)生連續(xù)變化的不同聚焦位移的圖形，由計(jì)算機(jī)計(jì)算 對(duì)應(yīng)的聚焦函數(shù)，選擇最佳的聚焦平面。對(duì)于固定的投影圖形和工作條件，可以根據(jù)計(jì)算機(jī)計(jì)算的聚焦函數(shù)和搜索算法，光 敏感元件在精密移動(dòng)平臺(tái)上階躍式地上下移動(dòng)，在光學(xué)探測(cè)器8上產(chǎn)生不同聚焦位移的 圖形，由計(jì)算機(jī)計(jì)算對(duì)應(yīng)的聚焦函數(shù),快速地搜索最佳的聚焦平面。
權(quán)利要求
1、具有對(duì)焦機(jī)構(gòu)的新型直寫(xiě)光刻裝置，包括光源、光學(xué)集光系統(tǒng)、投影光學(xué)系統(tǒng)、鏡頭轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和光學(xué)定位檢測(cè)系統(tǒng)；其中，光學(xué)集光系統(tǒng)包括光學(xué)集光器和可編程的圖形發(fā)生器，光源與光學(xué)集光器對(duì)應(yīng)；投影光學(xué)系統(tǒng)包括透鏡、或透鏡組和兩個(gè)以上的投影鏡頭，透鏡、或透鏡組對(duì)應(yīng)位于可編程的圖形發(fā)生器下方，兩個(gè)以上的投影鏡頭位于鏡頭轉(zhuǎn)換器上；光學(xué)定位檢測(cè)系統(tǒng)包括光敏感探測(cè)器和檢測(cè)透鏡，檢測(cè)透鏡通過(guò)檢測(cè)波長(zhǎng)分束器與投影鏡頭對(duì)應(yīng)；其特征在于光學(xué)定位檢測(cè)系統(tǒng)一側(cè)設(shè)有對(duì)焦系統(tǒng)；所述對(duì)焦系統(tǒng)包括由上至下依次對(duì)應(yīng)排列的對(duì)焦光源、對(duì)焦圖形發(fā)生器、對(duì)焦透鏡、或透鏡組和對(duì)焦反射鏡，對(duì)焦系統(tǒng)平行與光學(xué)定位檢測(cè)系統(tǒng)，其中對(duì)焦反射鏡與光學(xué)定位檢測(cè)系統(tǒng)中的檢測(cè)分束器平行對(duì)應(yīng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有對(duì)焦機(jī)構(gòu)的新型直寫(xiě)光刻裝置，其特征在于所述 對(duì)焦光源為發(fā)光二極管、或弧光燈、或激光器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有對(duì)焦機(jī)構(gòu)的新型直寫(xiě)光刻裝置，其特征在于所述 對(duì)焦圖形發(fā)生器為固定的圖形模板、或可編程的圖形發(fā)生器；所述可編程的圖形發(fā)生器為空間微反射鏡陣列、或液晶圖形顯示器。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有對(duì)焦機(jī)構(gòu)的新型直寫(xiě)光刻裝置，解決了的直寫(xiě)光刻裝置存在的光學(xué)定位檢測(cè)系統(tǒng)和曝光投影系統(tǒng)離軸對(duì)焦對(duì)不同鏡頭需要分別位移校正的問(wèn)題。特點(diǎn)在于平行與光學(xué)定位檢測(cè)系統(tǒng)增設(shè)對(duì)焦系統(tǒng)，對(duì)焦系統(tǒng)包括由上至下依次對(duì)應(yīng)排列的對(duì)焦光源、對(duì)焦圖形發(fā)生器、對(duì)焦透鏡、或透鏡組和對(duì)焦反射鏡，其中對(duì)焦反射鏡與光學(xué)定位檢測(cè)系統(tǒng)中的檢測(cè)分束器平行對(duì)應(yīng)。直接利用可變倍率的投影鏡頭來(lái)共軸投射對(duì)焦圖形，實(shí)現(xiàn)不同鏡頭的共軸對(duì)焦，避免了離軸對(duì)焦對(duì)不同鏡頭所需要的分別位移校正過(guò)程，提高效率，同時(shí)減小了離軸對(duì)焦裝置的成本。
文檔編號(hào)G03F7/20GK101158817SQ20071013379
公開(kāi)日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月30日
發(fā)明者劉文海 申請(qǐng)人:芯碩半導(dǎo)體(合肥)有限公司