專利名稱：使用空間光調(diào)制器陣列的無掩模光刻系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及光刻。具體而言，本發(fā)明涉及無掩模光刻。
背景技術：
光刻是用于在基片表面產(chǎn)生特征的處理。這樣的基片可包括用于 制造平面顯示器(例如，液晶顯示器)，電路板，多種集成電路等的 基片。對于這些應用，經(jīng)常使用的基片為半導體晶片或玻璃基片。盡 管此處的描述是就半導體晶片而言，但這是出于說明目的，本領域技 術人員將會理解，本文的描述還應用在本領域技術人員已知的其他類 型基片。
在光刻期間，晶片放置在晶片臺上，通過處在光刻設備內(nèi)的曝光 光學裝置，將圖像投射到晶片表面，將晶片曝光。盡管在光刻情形中 使用了曝光光學裝置，還可依據(jù)具體應用使用不同類型的曝光裝置。
例如，x射線，離子，電子，或光子光刻均可需用不同的曝光裝置，
這已為本領域技術人員所熟知。在此，僅出于說明目的，討論光刻的 具體示例。
所投射的圖像引起沉積在晶片表面上的層(例如，光刻膠)的特 征變化。在曝光期間，這些變化與投射到晶片上的特征相對應。曝光 之后，可對層進行刻蝕，以產(chǎn)生形成圖案的層。圖案與曝光期間投射 到晶片上的那些特征相對應。然后，使用此形成圖案的層，去除或進 一步處理在晶片內(nèi)部底層結構(諸如導電、半導體、或絕緣層)的曝 光部分。再重復該過程，以及其他步驟，直到在晶片表面或以多層形 成所需的特征。
結合具有較窄成像狹縫的投射光學系統(tǒng)，分步掃描
(st印-and-scan)技術行之有效。并不是一次對整個晶片曝光，而是 將各個場掃描到晶片上， 一次掃描一個。這是通過同時移動晶片和分 劃板(reticle)來實現(xiàn)，掃描期間將成像狹縫移過場。然后，必須使 晶片臺在場曝光之間異步地步進，以允許將分劃板圖案的多個拷貝曝 光在晶片表面。以此方式，使投射到晶片上的圖像質量最佳。
傳統(tǒng)的光刻系統(tǒng)和方法在半導體晶片上形成圖像。該系統(tǒng)通常具 有光刻室，光刻室在設計上包含用于在半導體晶片上執(zhí)行形成圖像處 理的裝置?？筛鶕?jù)所用光波長，將室設計成具有不同的氣體混合和/ 或真空度。分劃板被定位在室內(nèi)部。在與半導體晶片發(fā)生相互作用之 前，光束從照明源(處在系統(tǒng)外部)，經(jīng)過了光學系統(tǒng)，分劃板上的 圖像輪廓，和第二光學系統(tǒng)。
為在基片上制造器件，需要多個分劃板。由于特征尺寸以及對于 較小特征尺寸的精確公差的原因，這些分劃板對于生產(chǎn)而言，使成本 更高，耗時更長。此外，分劃板在耗費之前僅使用在某一時期。如果 分劃板不在某一公差內(nèi)或當分劃板損壞時，通常會導致額外的成本。 從而，使用分劃板制造晶片使成本越發(fā)高，且可能非常昂貴。
為克服這些缺陷，開發(fā)出無掩模(如，直接寫，數(shù)字式等)光刻 系統(tǒng)。無掩模系統(tǒng)使用空間光調(diào)制器(SLM)(如，數(shù)字微鏡裝置 (DMD)，液晶顯示器(LCD)等)來替代分劃板。SLM包括有效 區(qū)域(如，反射鏡或透射區(qū)域)的陣列，有效區(qū)域處在ON或OFF狀 態(tài)，以形成所需圖案。使用預定且事先存儲的基于所需曝光圖案的算 法，使有效區(qū)域轉為ON和OFF狀態(tài)。
傳統(tǒng)基于SLM的寫入系統(tǒng)(如，Micronics公司的Sigma 7000 系列設備)使用一個SLM作為圖案發(fā)生器。為實現(xiàn)線寬以及線布置 規(guī)范(line placement specification )，使用灰度定標(gray scaling)。 對才莫擬SLM，通過控制反射鏡傾斜角(如，對于Micronic SLM)或 偏振角(如，對于LCD)來實現(xiàn)灰度定標。對于數(shù)字SLM (如，TI DMD),灰度定標利用多次通過( pass)或脈沖來實現(xiàn)，其中對于每 次通過(pass)或脈沖，可根椐所需灰度級將像素切換到ON或OFF。
由于要上印(print)基片上的所有區(qū)域，要求有效區(qū)域之間的間距、 光脈沖定時、以及基片的運動、基片的數(shù)次通過(pass)適合于曝光 所有所需區(qū)域。這對于制造器件而言導致了較低的生產(chǎn)率(進入各光 場的像素數(shù)/基片上所需的重復通過(pass )數(shù))和延長的耗時。此外， 僅使用一個SLM需要更多的光脈沖或更長的曝光時間，以增大灰度 級。這會導致不可接受的低量級生產(chǎn)率。
因此，需要一種能夠僅在一次通過(pass)基片期間對于每個圖 案將基片上所有所需區(qū)域曝光的無掩模光刻系統(tǒng)和方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種無掩模光刻系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括照明系統(tǒng)，目 標物(object)，空間光調(diào)制器(SLM),和控制器。在目標物接收 光之前，SLM可使來自照明系統(tǒng)的光形成圖案。SLM可包括前組SLM 和后組SLM。前和后組中的SLM根據(jù)目標物的掃描方向而改變。控 制器可根據(jù)光脈沖周期信息，有關SLM物理布局信息，和目標物掃 描速度其中至少之一，來產(chǎn)生控制信號。
本發(fā)明的其他實施例提供了用于在無掩模光刻中控制劑量 (dose)的方法。該方法包括，測量自SLM的一系列脈沖中在每個脈 沖中傳遞的劑量，基于測量步驟計算劑量差錯，基于劑量差錯計算校 正覆蓋劑量(correctional blanket dose ),和l吏用最后一組SLM應用 校正覆蓋劑量。
本發(fā)明再一些其他實施例包括用于在無掩模光刻中控制劑量的 方法。該方法包括，測量自前組SLM的劑量強度，從預定的值減去 所測量的強度以產(chǎn)生差錯信號，將差錯信號延遲，.將延遲的信號與另 一預定值相加以產(chǎn)生控制信號，和使用控制信號來控制自后組SLM的 劑量。
下面，將參照附圖，詳細描述本發(fā)明的具體實施例，特征和優(yōu)點， 以及本發(fā)明多種實施例的結構和操作。
包括在說明書中并形成說明書 一部分的附圖，與說明內(nèi)容一起用 于描述本發(fā)明，另外還用于解釋本發(fā)明的原理，并能夠使相關領域的 技術人員制作和利用本發(fā)明。
圖1顯示出根據(jù)本發(fā)明實施例具有反射型空間光調(diào)制器的無掩模 光刻系統(tǒng)。
圖2顯示出根據(jù)本發(fā)明實施例具有透射型空間光調(diào)制器的無掩模 光刻系統(tǒng)。
圖3顯示出根據(jù)本發(fā)明實施例的空間光調(diào)制器。 圖4顯示出圖3所示空間光調(diào)制器的更多細節(jié)。 圖5, 6, 7， 8， 9，和IO顯示出才艮據(jù)本發(fā)明多個實施例的空間光
調(diào)制器的二維陣列。
圖11顯示出從根據(jù)本發(fā)明多個實施例的照明源發(fā)出連續(xù)光脈沖
的曝光圖。
圖12表示根據(jù)本發(fā)明實施例，能夠對于多個SLM圖案發(fā)生陣列 進行劑量和/或均勻性控制的系統(tǒng)1200。
圖13的流程圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例的方法。
圖14和15顯示出根據(jù)本發(fā)明多個實施例的空間光調(diào)制器的二維陣列。
現(xiàn)在，將參照附圖描述本發(fā)明。在附圖中，相似的附圖標記可表 示相同或功能相似的元件。另外，附圖標記最左邊的數(shù)字可標識該標 記第一次出現(xiàn)的附圖。
具體實施例方式
概述
盡管描述了具體的結構和布置，但應該理解，這僅是出于說明目 的。相關領域的技術人員能夠想出不偏離本發(fā)明精神和范圍條件下的 其他結構和布置。顯然，這對于相關領域的技術人員來說，還可將本發(fā)明應用于多種其他應用。
本發(fā)明的實施例在無掩模光刻系統(tǒng)中使用SLM陣列，以使得在 每個掃描通過(pass )期間對目標物表面上的同一區(qū)域進行多次曝光。 與僅使用一個SLM的傳統(tǒng)無掩模系統(tǒng)相比，使用SLM陣列可提高生 產(chǎn)率和降低成本。
通過將多個SLM集成在一個機械組件中，可制成場可替換單元。 該單元將綜合機械與熱穩(wěn)定性，冷卻通道，排氣通道，和電連接于一 體。還可將包括有布線，存儲器和處理器的驅動電子器件集成在組件 500中，或在組件500的背面上，或在其前面的空閑空間中。
無掩模光刻系統(tǒng)
圖1顯示出根據(jù)本發(fā)明實施例的無掩模光刻系統(tǒng)100。系統(tǒng)100 包括照明系統(tǒng)102，照明系統(tǒng)102將光經(jīng)由分束器106和SLM光學裝 置108發(fā)送至反射型空間光調(diào)制器104(例如，數(shù)字微鏡裝置(DMD )， 反射型液晶顯示器(LCD)等)。SLM104用于使光形成圖案，它取 代了傳統(tǒng)光刻系統(tǒng)中的分劃板。自SLM104反射的形成圖案的光經(jīng)過 分束器106和投射光學裝置110，寫在目標物112(如，用于平面顯示
器的基片，半導體晶片，玻璃基片，等)上。
應該理解，可將照明裝置安置在照明系統(tǒng)102中，這為相關領域 所熟知。還應理解，SLM光學裝置108和投射光學裝置IIO可包括用 于使光定向至SLM 104和/或目標物112所需區(qū)域上的任何光學元件 組合，這為相關領域所熟知。
在其他實施例中，可將照明系統(tǒng)102和SLM 104其中之一或兩 者各自連接至或具有集成控制器114和116?？刂破?14可基于自系 統(tǒng)100的反饋對照明源102進行調(diào)整，或者執(zhí)行校準?？刂破?16也 可用于調(diào)整和/或校準?；蛘?，如前面所述，控制器116可用于將SLM 104上的有效裝置(如，像素，反射鏡，位置(locations)等)轉向 ON和OFF，以生成用于曝光目標物112的圖案。控制器116或可具 有集成存儲器，或被連接至具有用于產(chǎn)生圖案的預定信息和/或算法的
存儲元件(未示出)。
圖2顯示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的無掩模光刻系統(tǒng)200。系統(tǒng) 200包括照明源202，照明源202發(fā)出光經(jīng)過SLM 204 (例如，透射 型LCD等)以使光形成圖案。形成圖案的光通過投射光學裝置210 的傳送，將圖案寫在目標物112的表面。在該實施例中，SLM204為 透射型SLM，如液晶顯示器等。與以上相似，可將照明源202和SLM 204其中之一或兩者各自連接至或集成有控制器214和216?？刂破?214和216可實現(xiàn)同上述控制器114和116相似的功能，這為本領域 所熟知。
可用于系統(tǒng)100或200中的示例性SLM是由瑞典的Micronic Laser System AB公司和德國的電路與系統(tǒng)夫瑯和費學會(Fraunhofer Institute for Circuits and Systems of Germany )所制造。
僅出于方便考慮，以下僅參照對系統(tǒng)100的附圖標記。不過，以 下所討論的所有概念還可應用于系統(tǒng)200，這對相關領域技術人員所 熟知。
圖3顯示出SLM 104有效區(qū)域300的細節(jié)。有效區(qū)域300包括 有效裝置302 (在圖中用帶點的圖案表示)的陣列。有效裝置302可 為DMD上的反射鏡或LCD上的位置。應該理解，有效裝置302也可 指作^f象素，這為相關領域所熟知。通過調(diào)整有效裝置302的物理特性， 可將其視為處在ON或OFF狀態(tài)?；谒鑸D案的數(shù)字或模擬輸入信 號，用于將多個有效裝置302轉為ON和OFF。在某些實施例中，可 檢測正寫入到目標物112的實際圖案，并能夠確定圖案是否在可接受 的公差之外。若如此，可使用控制器116實時產(chǎn)生模擬或數(shù)字控制信 號，以精確調(diào)整(例如，校準，調(diào)整等)正由SLM104所產(chǎn)生的圖案。
圖4顯示出SLM 104的更多細節(jié)。SLM 104可包括環(huán)繞有效區(qū) 域300的無效封裝區(qū)400。而且，在另一實施例中，可將主控制器402 與各個SLM控制器116連接，以監(jiān)視和控制SLM陣列(參見以下討 論)。如以下所述，在其他實施例中，相鄰SLM彼此可相互偏離或 錯開。
空間光調(diào)制器陣列的結構
圖5顯示出包括支撐裝置502的組件500,支撐裝置502用于安 置SLM104陣列。在多個實施例中，正如以下更為詳細的描述，基于 每次脈沖所需曝光次數(shù)，或其他用戶標準，SLM104陣列可具有可變 的行數(shù)，列數(shù)，每列SLM數(shù)，每行SLM數(shù)等?？蓪LM 104連接 至支撐裝置502。支撐裝置502可具有溫控區(qū)域504 (例如，水或空氣 通道等)，用于控制邏輯和相關電路的區(qū)域(例如，參看如圖4所示 元件116和元件402，其可為專用集成電路(ASIC) , A/D轉換器， D/A轉換器，用于傳輸數(shù)據(jù)的光纖等)和用于安置SLM 104的窗口 506(形成在虛線形狀內(nèi))，這為相關領域所熟知。支撐裝置502， SLM 104,和所有周邊冷卻或控制裝置^皮稱作組件。組件500可允許所需的 步長尺寸以形成對于前后SLM104所需的縫合(stitching)(例如， 將目標物112上的相鄰特征元件連接)和重疊。作為示例，支撐裝置 502可為250mmx250mm( 12inxl2in )或300mmx300mm( 10inxlOin )。 支撐裝置502由耐熱材料制成，可用于溫度控制。
支撐裝置502可用作機械構架，以確保對SLM 104的間距控制， 并用于嵌入電路和溫控區(qū)域(thermal control area ) 504。可在支撐裝 置502的背面和前面之中的一面或兩面安置任何電子器件。例如，當 使用基于模擬的SLM或電子器件時，可將導線從控制或連接系統(tǒng)504 連接至有效區(qū)域300?；谠谥窝b置502上的安裝，這些導線可相 對更短，這與電路距支撐裝置502較遠的情形相比，減少了模擬信號 的衰減。另外，由于在電路與有效區(qū)域300之間具有較短的鏈路，可 提高通信速度，從而提高圖案實時再調(diào)整的速度。
在一些實施例中，當線路中的SLM 104或電子裝置用壞時，可 易于更換組件500。盡管看上去更換組件500比僅更換組件500上的 芯片成本更高，但事實上，更換整個組件500更容易且更快速，可節(jié) 約生產(chǎn)成本。而且，可將組件500重新修復，如果最終用戶愿意使用 重新修復的組件500的話，可用更換部件來減少成本。 一旦更換了組
件500，在恢復生產(chǎn)之前只需對整體調(diào)整進行驗證。在某些實施例中， 可使用機動安裝技術，以允許在場替換期間可重復機械調(diào)準組件500。 這可消除對組件500進行任何光學調(diào)節(jié)的必要。
圖6， 7， 8， 9，和10顯示出如何由部分SLM陣列使目標物112 一個曝光區(qū)域形成圖案。這樣，從透過目標物112的一個曝光區(qū)域看， 這些圖顯示出如何由部分SLM陣列^^目標物112 —個曝光區(qū)域形成 圖案。
圖6和7分別顯示出SLM 104陣列的部分650和750如4可適合 于曝光區(qū)域660和760的可選實施例。部分650和750都包括4列， 每列各具有2個等效SLM 104。從而，部分650和750包括8個等效 SLM 104。可使在一列中的SLM 104相對于相鄰列中的SLM 104交 錯設置。各列以有效區(qū)域300 —半的寬度間隔開。
在一個示例中，有效區(qū)域300可為4.8mmx30mm，且各有效裝 置302可約為6jimx6pm。該圖約以150x倍力文大。在該示例中，若整 個SLM 104約有4兆像素(例如，4096個有效裝置302 x1024個有效 裝置302)，每個部分650或750約為797[imx240pm,每個曝光區(qū)域 660或760可約為120mmx36mm。
在該示例中，在SLM平面，光脈沖之間的步長約為4.8nm，在 目標物平面，光脈沖之間的步長約為34nm。目標物112可按近似為 128mm/sec的速度沿箭頭A的方向移動。照明源的數(shù)據(jù)刷新速率和/ 或脈沖速率可約為4kHz。具備這些參數(shù)，有可能實現(xiàn)大約可達每小時 5個晶片(5wph)的預期生產(chǎn)率。這樣，如果目標物速度約為每個光 脈沖走過一個有效區(qū)域寬度，在目標物112的每次掃描期間，每個曝 光區(qū)域660和760將接收兩個光脈沖。
圖8顯示出SLM 104陣列的另一實施例，SLM 104陣列具有對 其寫入以曝光區(qū)域860的部分850。部分850包括8列，每列具有4 個SLM 104。從而，部分850包括32個等效SLM 104?？墒乖谝涣?中的SLM 104相對于相鄰列中的SLM 104交錯設置。各列以有效區(qū) 域300—半的寬度間隔開。
在一個示例中，有效區(qū)域300可為8.192mmx32.768mm，且各有 效裝置302可約為6pmx6nm。該圖約以400x倍放大。在該示例中， 若整個SLM 104約有1兆像素(例如，2048個有效裝置302 x512個 有效裝置302),每個部分850可約為567.5nmx344pim,每個曝光區(qū) 域860可約為227mmxl37.2mm。
在該示例中，在SLM平面，光脈沖之間的步長約為16.4nm,在 目標物平面，光脈沖之間的步長約為43.52pm。目標物112可按近似 為40.96mm/sec的速度沿箭頭B的方向移動。照明源的數(shù)據(jù)刷新速率 和/或脈沖速率可約為lkHz。具備這些參數(shù)，有可能實現(xiàn)大約可達 1.2wph的預期生產(chǎn)率。這樣，如果目標物速度約為每個光脈沖走過兩 個有效區(qū)域寬度，在目標物112的每次掃描期間，每個曝光區(qū)域860 將接收兩個光脈沖。在另一示例中，如果目標物速度約為每個光脈沖 走過一個有效區(qū)域寬度，在目標物112的每次掃描期間，每個曝光區(qū) 域860將接收四個光脈沖。
圖9顯示出SLM 104陣列的又一實施例，SLM 104陣列具有對 其寫入以曝光區(qū)域960的部分950。部分950包括6列，每列交替具 有3或4個SLM 104。從而，部分950包括14個SLM 104?？墒乖?一列中的SLM 104相對于相鄰列中的SLM 104交錯設置。各列以一 個有效區(qū)域的寬度間隔開。
在一個示例中，有效區(qū)域300可為8.192mmx32.768mm，且各有 效裝置302可約為6pmx6nm。該圖約以400x倍放大。在該示例中， 若整個SLM 104約有1兆像素(例如，2048個有效裝置302 x512個 有效裝置)，每個部分950約為567.5nmx344jim，每個曝光區(qū)域960 可約為227mmxl37.2mm。
在該示例中，在SLM平面，光脈沖之間的步長約為8.2nm，在 目標物平面，光脈沖之間的步長約為21.76nm。目標物112可近似以 1Khz或20.48mm/sec的速度沿箭頭C的方向移動。具備這些參數(shù)， 有可能實現(xiàn)大約可達0.6wph的預期生產(chǎn)率。這樣，如果目標物速度 約為每個光脈沖走過一個有效區(qū)域寬度，在目標物112的每次掃描期
間，每個曝光區(qū)域960將接收兩個光脈沖。
圖IO顯示出SLM104陣列的再一實施例，SLM104陣列具有對 其寫入以曝光區(qū)域1060的部分1050。部分1050可包括2列，每列具 有4個SLM 104。從而，部分1050包括8個SLM 104。可使在一列 中的SLM 104相對于相鄰列中的SLM 104交錯設置。各列以一半有 效區(qū)域寬度間隔開。
在一個示例中，有效區(qū)域300可為4.5mmx36mm，且各有效裝 置302可約為6pmx6nm。該圖約以150x倍力文大。在該示例中，若整 個SLM 104約有4兆像素(例如，6000個有效裝置302 x750個有效 裝置302)，每個部分1050約為1593jimx96fxm，每個曝光區(qū)域1060 可約為239mmxl4mm。
在該示例中，在SLM平面，光脈沖之間的步長約為4.5nm,在 目標物平面，光脈沖之間的步長約為31.5nm。目標物112可按近似為 64mm/sec的速度沿箭頭D的方向移動。照明源的數(shù)據(jù)刷新速率和/或 脈沖速率可約為4kHz。具備這些參數(shù)，有可能實現(xiàn)大約可達5.1wph 的預期生產(chǎn)率。這樣，如果目標物速度約為每個光脈沖走過一半有效 區(qū)域寬度，在目標物112的每次掃描期間，每個曝光區(qū)域1060將接收 兩個光脈沖。
空間光調(diào)制器陣列的曝光圖
圖ll作為一個示例表示出，在五個光脈沖期間，陣列的三個部 分1150對目標物112上的同一4亍曝光區(qū)域1160寫入時，這三個部分 1150的曝光圖，其中，每個部分1150具有4個SLM104。部分1150-1 和1150-3可作為部分第一 (例如，前)組SLM，部分1150-2可作為 部分第二(例如，后)組SLM。該曝光圖從透過目標物112的方向顯 示出當目標物以每光脈沖走過兩個有效面積寬度的步長速度沿箭頭的 方向移動時的情形。在脈沖1期間，陣列不與透鏡112重疊。在脈沖 2期間，將第一部分1150-1中的SLM104陣列產(chǎn)生的圖案寫入到第一 曝光區(qū)1160-1。在脈沖3期間，由部分1150-2將相同或不同的圖案寫入到曝光區(qū)1160-1,由部分1150-1將相同或不同的圖案寫入到曝光區(qū) 1160-2。這樣，在部分1150-1中的前組寫入后，在部分1150-2中的后 組寫在同一曝光區(qū)域1160-1上。在脈沖4和5期間重復此一般曝光處 理，如圖所示。
應該理解，這不過是在無掩模光刻系統(tǒng)中使用SLM 104陣列的 非常簡單的曝光處理示例。用它來演示如何在每個掃描期間，在每個 曝光區(qū)域1160中使用SLM 104陣列允許進行多次曝光，與使用一個 SLM的傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，提高了生產(chǎn)率。
操作
在該示例中，光掃過目標物112，同時每個SLM104接收更新的 圖案數(shù)據(jù)。這導致當掃描時自多個SLM104的多個脈沖出現(xiàn)。按各自 方向，第一組(例如，前組)SLM104指向第一脈沖，第二組(例如， 后組)SLM 104跟在第 一組之后且指向第二脈沖(例如，后面的SLM )。 因此，在任何情況下，通過變化在SLM104上的圖案分布及時定向單 個脈沖，以將變化的圖案寫到目標物112上。
例如，在脈沖之間的持續(xù)期間，目標物112移過全部或部分有效 區(qū)域300的寬度。那么，在3-4個脈沖后，后面的SLM104可重疊在 3-4個J5^沖前由前面SLM 104上印的圖案。因此，系統(tǒng)100可連續(xù)或 周期性地更新圖案。這允許在多次通過(pass)期間利用SLM 104進 行上印，同時保持目標物112連續(xù)移動且對目標物112而言僅通過 (pass )—次，與僅使用一個SLM的傳統(tǒng)系統(tǒng)相比實現(xiàn)更高的生產(chǎn)率。
本質上，系統(tǒng)100允許通過使用多個SLM 104在一次通過(pass ) 期間曝光多個圖案。為允許縫合或其他效果，由前面和后面SLM104 產(chǎn)生的圖案可能會全部重疊，半重疊等。
上述本發(fā)明多個實施例的某些特征可能在于，其允許就傳遞各 劑量的脈沖數(shù)量而言處理的靈活性，而同時保持連續(xù)移動晶片；由于 通過預先確定前后SLM之間的幾何關系使圖案光柵化，從而使算法 開發(fā)簡單；通過對應其他SLM上的像素使一個SLM上的無效(dead )像素得到補償；和在單個機械單元上使用僅占較少的電，機械，氣動，
和冷卻連接以及快速光調(diào)節(jié)可將多個SLM的陣列場替換的機制。
組件500的幾何布局(例如，在SLM 104之間的間距)可作為 以下量的函數(shù)每個SLM 104上的有效區(qū)域300的面積，被每個SLM 104的封裝400所占用的面積，對具體曝光區(qū)域傳遞具體劑量所需的 脈沖數(shù)量，可達到的最大載物臺移動速度，和在投射光學裝置110中 的最大透鏡直徑。
在一個示例中，使用相同SLM陣列布置，僅使載物臺掃描速度 減半，可使每個曝光區(qū)域的曝光量增至兩倍(即，可獲得2, 4， 8， 16倍等)。掃描速度應保持恒定，這通過SLM 104之間的幾何關系 來定義。前后SLM104之間的重疊量根據(jù)所采用的總體縫合策略而變 化。其不同示例包括全部重疊，半重疊，和移位(shifted)重疊(例 如，全部或半重疊，其中使后面SLM 104上的^^素在X和Y方向與 前面SLM 104相比偏移像素的一小部分)。前后SLM之間的間距量 值可相當于最小可能倍數(shù)的有效區(qū)域寬度/曝光次數(shù) ((active—area—width)/(#_of_exposures))，力口上縫合重疊，可與SLM 的物理封裝相當。
使用監(jiān)控的劑量和一致性控制系統(tǒng)和方法
圖12表示根據(jù)本發(fā)明實施例的，能夠對于多個SLM圖案發(fā)生陣 列進4亍劑量和/或均勻性控制的系統(tǒng)1200。對SLM 104的控制可基于 使用控制器1204 (例如，用于前面圖案發(fā)生SLM (測量的高透射部 分)的劑量/均勻性操縱器)對強度的測量值1202。當曝光前面的SLM 104時，控制器1204對前面的SLM 104進行測量。使用加法器1208 從預定值1206 (例如在前面SLM中的設置點劑量/均勻性值)中減去 該測量值，以產(chǎn)生差^"信號1210 (例如，在前面SLM 104中的劑量/ 均勻性差錯)?？墒褂媒邮昭舆t信號1214的延遲裝置1212將差錯信 號1210延遲。延遲信號1214可基于SLM陣列前后脈沖之間的脈沖 數(shù)量。使用加法器1218將延遲的信號1212與預定值1216 (例如，在
后面SLM中的設置點劑量/均勻性)相加，以產(chǎn)生控制信號1220。控 制器1222接收控制信號1220，控制信號1220可作為對于后面圖案發(fā) 生SLM104的劑量/均勻性操縱器?？刂破?222可作為可控的低透射部分。
如果被控制的SLM 104有足夠的區(qū)域，還可將其用于隨后面 SLM 104的曝光高度(height of the exposure)而改變亮度，以補償 在前面脈沖期間的不均勻性。為適合可使兩個"第一脈沖"與一個"第二 脈沖"重疊的縫合，可將后面的部分再分為適合于適當進行校正的帶 (band)?？蛇x擇在后面SLM 104中的閃光能量(shot energy )以實 現(xiàn)縫合。
為成功補償在前面脈沖期間的劑量變化，且不必過多考慮自后面 脈沖導致的差錯，可使前面脈沖中的能量大大高于后面脈沖中的能量。 作為雙脈沖系統(tǒng)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%,這表示，后面SLM 104的劑量差4普將低 于前面SLM104劑量差錯的9倍。繼續(xù)該示例，如果測量出給定前組 SLM 104的劑量為85%,而不是標稱的90%，則將在適當脈沖期間 后面SLM 104的衰減設置成允許15%的劑量透過，而不是標稱的10% 劑量。
可將SLM 104構造成覆蓋光束的兩側。這將允許曝光掃描方向 的反轉(將前后SLM 104反轉)，并且可提供校正對于前面SLM 104 在透射和均勻性中偏移的能力。
應該理解，該原理易于^f皮擴展到單SLM系統(tǒng)和任何功能性多 SLM陣列，并可應用于在晶片上每個點使用兩個或更多脈沖傳遞劑量 的任何光刻上印方法。該實施例的一個優(yōu)點在于，它能夠改善使用傳 統(tǒng)光刻激光器的直接寫入光刻系統(tǒng)中的劑量控制，傳統(tǒng)光刻激光器具 有相對較差的脈沖至脈沖能量強度波動和均勻性能。
使用校正覆蓋劑量的劑量控制系統(tǒng)和方法
在無掩模光刻中，僅非常有限數(shù)量的激光脈沖用于曝光光刻膠。
這將使無掩模光刻設備中的生產(chǎn)率保持合理。例如，對晶片上的每個
地點，可將曝光光刻膠的激光脈沖數(shù)量限制為2至4。常用準分子激 光器的劑量重復性通常在1%至3%la,而所需的曝光劑量需要在 0.5%3(1內(nèi)。不對此進行監(jiān)控會導致不可接受的劑量波動。
本發(fā)明實施例可使用3或4個激光脈沖(曝光)，其中最后脈沖 僅包含占所需曝光光刻膠總劑量的很少一部分(例如，5%)。盡管在 WO 99/45435中具有示例性系統(tǒng)和方法，但本發(fā)明的實施例可具有優(yōu) 于該系統(tǒng)的數(shù)方面優(yōu)點，諸如基本不降低生產(chǎn)率，且制造成本的增加 非常有限。
本發(fā)明的實施例在激光脈沖上進行劑量分配，以〗吏得最后的脈沖 僅傳遞總劑量的很d、一部分，比如5%。測量前兩個或三個的劑量則 會定義出最后脈沖中的劑量。
在一個示例中，最后的曝光可具有全部圖案形成信息。在此情形 中，需完全占用數(shù)據(jù)通道以產(chǎn)生該信息。此外，如果按順序進行曝光， 就如同在傳統(tǒng)系統(tǒng)中那樣，最后的曝光大大降低了設備的生產(chǎn)率。在 另一示例中，最后的曝光可基本不具有圖案形成信息，下面會對此進 行描述。
因此，本發(fā)明的實施例使用最后的曝光來校正以前曝光中的劑量 差錯。最后的曝光將作為覆蓋曝光。這表示，最后的曝光不包含任何 圖案信息。從而，最后的曝光不需要占用大量(且因此而代價高昂) 的數(shù)據(jù)通道。
圖13的流程圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例的方法1300。在步驟1302 中，第一組SLM測量第一脈沖中傳遞的劑量。在步驟1304中，第二 組SLM測量第二脈沖中傳遞的劑量。在步驟1306中，計算劑量差錯。 在步驟1308中，計算校正覆蓋劑量。在步驟1310中，通過最后一組 SLM應用校正覆蓋劑量。
圖14顯示出具有21個SLM的SLM布局。SLM在三個不同的 曝光時間產(chǎn)生三次閃光(shot) 1402, 1404，和1406。在該配置中， 投射光系統(tǒng)中的透鏡(未示出)直徑可約為271mm。 圖15顯示出具有24個SLM的SLM布局。SLM在三個不同的 曝光時間產(chǎn)生三次閃光1502， 1504，和1506。在該配置中，投射光系 統(tǒng)中的透鏡(未示出)直徑可約為302mm。
在圖14和15所給出的布局中，所有三次曝光(1402-1406或 1502-1506)是在單個曝光場內(nèi)完成。在晶片上的每個位置，按順序傳 遞劑量。例如，在圖15中，如果脈沖N傳遞第一劑量，則根據(jù)SLM 陣列的精確布局，脈沖N+3， N+4， N+5，或N+6傳遞第二劑量。這 表示，單個SLM大小的場將經(jīng)歷四次潛在不同的劑量。那么，在第 三次閃光(列)1406/1506中的SLM應傳遞四個不同的校正劑量。曝 光1402/1502和1404/1504都保持有全部數(shù)據(jù)信息。這表示，SLM列 1402/1502和1404/1504連接至大范圍的數(shù)據(jù)通道。
數(shù)據(jù)通道是無掩模光刻設備中最昂貴的元件之一。在傳統(tǒng)系統(tǒng) 中，增加最后的閃光將增加更多的成本，這是由于這將增加約50%的 數(shù)據(jù)通道。為避免這些額外的成本，本發(fā)明的實施例對最后SLM列 1406/1506應用覆蓋曝光。這表示，最后的曝光將不包含圖案數(shù)據(jù)。目 的在于以控制的方式增加附加的背景。由于需要校正SLM場內(nèi)潛在 四個不同的劑量，在SLM上具有僅合適(only)的"圖案"。不過，這 是非常簡單的圖案，僅需要非常有限數(shù)量的電子器件。
設虛像為f(x)，光刻膠閾值為th。則曝光和未曝光的光刻膠之間 的邊界x他由下式給出
f(xth) = th (1)
現(xiàn)在假設，所傳遞的劑量以因子b偏離理想劑量，即 傳遞的劑量delivered—dose (x) = b f(x) ( 2 )
顯然，式(1)不再保持下去。為恢復由(1)給出的條件，對式 (2)相加(l-b)th,得到
劑量dose (x) = b f(x) + (l-b) th = th + b (f(x) 一 th ) ( 3 ) 現(xiàn)在，劑量dose(xtb)-th，則有 th + b (f(xth) — th ) = th ( 4 )
由此表示(1)。因此，校正背景劑量為 D = (1—b) th ( 5 )
它不依賴于實際圖案。這適合于每個b值。不過，在本發(fā)明的情 形中，b將接近但小于1。作為示例，在前兩個曝光中的劑量可為96%， 最后中的劑量標稱4%。則b將為0.96。上述提出的劑量校正方法對 曝光寬容度(exposure latitude )具有較小的負面影響。曝光寬容度由 在光刻膠閾值處虛像的斜率給出
<formula>complex formula see original document page 18</formula> (6)
再次假設劑量以因子b偏離理想劑量，則S將由下式給出 <formula>complex formula see original document page 18</formula> (7)
因此，曝光寬容度將以因子l-b下降。在以上給出的示例中，降 質將為4% (例如，由10%至9.6%)。差錯預算表明，此曝光寬容度 的下降可以被吸收。不過，在優(yōu)選實施例中，保持校正劑量盡可能得 小。
結論
盡管上面描述了本發(fā)明的多個實施例，不過應當理解，這些實施 例僅是示例性的而非限制。本領域技術人員顯然可以想到，可在不偏 離本發(fā)明精神和范圍的條件下對形式和細節(jié)進行多種改變。因此，本 發(fā)明的范圍不應受到上述示例的限制，而應當僅根據(jù)下面的權利要求 及其等效范圍進行限定。
權利要求
1.一種用于在無掩模光刻中控制劑量的方法，包括如下步驟測量來自SLM的一系列脈沖中每個脈沖中所傳遞的劑量；基于測量步驟計算劑量差錯；基于劑量差錯計算校正覆蓋劑量；和利用最后一組SLM來應用校正覆蓋劑量。
2. 根據(jù)權利要求l的方法，其中， 一系列脈沖中每個脈沖中所傳遞 的劑量基本上小于校正覆蓋劑量。
3. 根據(jù)權利要求l的方法，還包括如下步驟 測量從一系列脈沖中的脈沖分組所傳遞的劑量，以及 基于對脈沖分組的測量計算劑量差錯。
4. 根據(jù)權利要求l的方法，還包括如下步驟 將形成圖案的信息包括在校正覆蓋劑量中。
5. 根據(jù)權利要求1的方法，還包括如下步驟 將形成圖案的信息從校正覆蓋劑量中排除。
6. —種用于在無掩模光刻中控制曝光劑量的方法，包括如下步驟 測量自第一 SLM的一系列脈沖中在每個脈沖中傳遞到曝光場的劑量；基于測量步驟計算劑量差錯；基于劑量差錯計算校正覆蓋劑量，和使用另一 SLM應用校正覆蓋劑量到曝光場。
全文摘要
一種用于在目標物上寫入圖案的無掩模光刻系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括照明系統(tǒng)，目標物，空間光調(diào)制器(SLM)，和控制器。在目標物接收光之前，SLM可使來自照明系統(tǒng)的光形成圖案。SLM可包括前組SLM和后組SLM。前和后組中的SLM根據(jù)目標物的掃描方向而改變?？刂破骺筛鶕?jù)光脈沖期間信息，有關SLM物理布局信息，和目標物掃描速度其中至少之一，來發(fā)送控制信號。通過使用多種方法，該系統(tǒng)還可校正劑量的非均勻性。
文檔編號G02F1/13GK101344732SQ20081021491
公開日2009年1月14日 申請日期2004年5月28日 優(yōu)先權日2003年5月30日
發(fā)明者安德魯·W·麥卡羅, 所羅門·S·沃瑟曼, 溫斯萊奧·A.·切布海爾, 賈森·D·亨特斯坦, 阿諾·布里克 申請人:Asml控股股份有限公司