專利名稱：成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在射線敏感層中形成光學(xué)圖像的方法，該方法包括以下步驟-提供射線源；-提供射線敏感層；-將獨(dú)立受控光閥的二維陣列放置在射線源和射線敏感層之間；-將射線會(huì)聚單元的二維陣列放置在光閥陣列和射線敏感層之間，使得每個(gè)會(huì)聚單元對(duì)應(yīng)于一個(gè)不同的光閥并用于將來(lái)自對(duì)應(yīng)光閥的射線會(huì)聚到射線敏感層上的斑點(diǎn)區(qū)域中；-一方面通過(guò)掃描所述層，另一方面在相關(guān)的光閥/會(huì)聚單元對(duì)中彼此相對(duì)掃描，從而同時(shí)在射線敏感層區(qū)域上寫入圖像部分，根據(jù)利用光閥所要寫入的圖像部分，將每個(gè)光閥在開(kāi)和關(guān)狀態(tài)之間切換。
本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行這種方法的設(shè)備以及制造使用這種方法的設(shè)備的方法。

發(fā)明內(nèi)容
可將光閥陣列或者光學(xué)快門理解為意指可控元件的陣列，這些可控元件可以在兩種狀態(tài)之間切換。在一種狀態(tài)下，入射到此種元件上的射線線受到遮擋，并且在另一種狀態(tài)下，透射或反射該入射射線，使其沿著該設(shè)備中規(guī)定的路徑行進(jìn)，該陣列構(gòu)成了該設(shè)備的一部分。
這種陣列可以是透射型或反射型的液晶顯示器(LCD)或者數(shù)字反射鏡設(shè)備(DMD)。該射線敏感層是例如光刻技術(shù)中使用的抗蝕劑層或者打印器件中使用的靜電層。
這種方法和器件可以特別用于制造諸如液晶顯示(LCD)屏、定制IC(集成電路)和PCB(印刷電路板)之類的設(shè)備。目前，在這些設(shè)備的制造中使用了接近式打印。接近式打印是一種在設(shè)備基底上的射線敏感層中快速而廉價(jià)地形成圖像的方法，該圖像所包括的輪廓對(duì)應(yīng)于將要配置在基底層中的設(shè)備輪廓。利用了設(shè)置在與基底相距較短距離(稱作鄰近間隙)處的寬大光掩模，并且通過(guò)諸如紫外(UV)射線經(jīng)由該光掩模照射該基底。該方法的重要優(yōu)點(diǎn)是大像場(chǎng)，從而可以在一個(gè)成像步驟中成像出寬大的設(shè)備圖案。用于接近式打印的傳統(tǒng)光掩模的圖案是基底上所需圖像的實(shí)際的、一比一的復(fù)制，即這幅圖像的每個(gè)像元(像素)與掩模圖案中的對(duì)應(yīng)像素相同。
接近式打印具有有限的分辨率，即在基底上的敏感層中再現(xiàn)作為獨(dú)立個(gè)體的掩模的點(diǎn)、線等(總地來(lái)說(shuō)，是掩模圖案的輪廓)的能力。這是由于衍射效應(yīng)造成的，這種衍射效應(yīng)出現(xiàn)在輪廓的尺寸相對(duì)于用于成像的射線波長(zhǎng)降低的時(shí)候。例如，對(duì)于接近UV范圍的波長(zhǎng)以及100μm的鄰近間隙寬度，分辨率是10μm，這意味著可以將相互距離為10μm的圖案輪廓成像為獨(dú)立單元。
為了提高光刻術(shù)中的分辨率，使用了一種實(shí)投影器件，即具有諸如透鏡投影系統(tǒng)或者反射鏡投影系統(tǒng)之類的實(shí)投影系統(tǒng)的器件。這種器件的實(shí)例是晶片步進(jìn)器或者晶片步進(jìn)和掃描儀。在晶片步進(jìn)器中，通過(guò)投影透鏡系統(tǒng)將一個(gè)完整的掩模圖案(例如IC圖案)一次成像到基底的第一IC區(qū)域上。然后使該掩模和基底彼此相對(duì)移動(dòng)(步進(jìn))，直到第二IC區(qū)域位于投影透鏡之下為止。然后將掩模圖案成像到第二IC區(qū)域上。重復(fù)這些步驟，直到基底的所有IC區(qū)域都具有了掩模圖案的圖像為止。這是一個(gè)耗費(fèi)時(shí)間的處理過(guò)程，原因在于移動(dòng)、對(duì)準(zhǔn)和照射的子步驟。在步進(jìn)和掃描儀中，一次僅照射掩模圖案的一小部分。在照射過(guò)程中，該掩模和基底相對(duì)于照射光束同步移動(dòng)，直到已經(jīng)照射了整個(gè)掩模圖案并且這個(gè)圖案的完整圖像已經(jīng)形成到基底的IC區(qū)域上為止。然后該掩模和基底彼此相對(duì)移動(dòng)，直到下一個(gè)IC區(qū)域位于投影透鏡之下為止，并且再次掃描照射該掩模圖案，從而在下一個(gè)IC區(qū)域上形成了該掩模圖案的完整圖像。重復(fù)這些步驟，直到基底的所有IC區(qū)域都具有了掩模圖案的完整圖像為止。該步進(jìn)和掃描過(guò)程比步進(jìn)工藝更加耗費(fèi)時(shí)間。
如果將1∶1的步進(jìn)器，即放大率為1的步進(jìn)器用于印制LCD圖案，那么可以獲得3μm的分辨率，然而，這是以很多的成像時(shí)間為代價(jià)的。此外，如果該圖案很大并且必須分成子獨(dú)立成像的圖案的話，會(huì)出現(xiàn)縫合的問(wèn)題，這意味著相鄰的子場(chǎng)不會(huì)精確地配合在一起。
制造光掩模是一個(gè)耗費(fèi)時(shí)間和麻煩的工藝，這使得這種掩模變得非常昂貴。如果需要多次重新設(shè)計(jì)光掩模或者倘若必須制造客戶指定的器件(即制造較少量的相同器件)，那么利用光掩模的光刻制造方法是一種昂貴的方法。
D.Gil等人在2000年11月/12月的J.Vac.Sci.Technology B18(6)第2881-2885頁(yè)發(fā)表的論文《Lithographic patterning andconfocal imaging with zone plates(利用波帶板的光刻構(gòu)圖和共焦成像)》中，介紹了一種光刻方法，其中代替光掩模，使用了DMD陣列和波帶板陣列的組合。如果照射該波帶板陣列(也稱作菲涅爾透鏡)，那么它將在基底上生成射線斑點(diǎn)陣列，在該論文所述的實(shí)驗(yàn)中為3×3的X射線斑點(diǎn)陣列。斑點(diǎn)大小約等于波帶板的最小輪廓尺寸，即外部區(qū)域?qū)挾?。由DMD設(shè)備的微觀裝置來(lái)獨(dú)立地開(kāi)啟和關(guān)閉照射到各個(gè)波帶板上的射線，并且借助通過(guò)波帶板單位單元對(duì)基底進(jìn)行光柵掃描，可以寫入任意的圖案。以這種方法，由于以斑點(diǎn)陣列的方式進(jìn)行平行寫入，可以將無(wú)掩模光刻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與高生產(chǎn)量結(jié)合起來(lái)。
可以取代波帶板或其它類似元件使用的是衍射元件，即它們將入射射線束分成具有不同衍射級(jí)的子光束。以這種方式設(shè)計(jì)該衍射元件的幾何形狀，使得具有不同衍射級(jí)的射線部分在小斑點(diǎn)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行建設(shè)性地干涉，而在斑點(diǎn)區(qū)域的外部進(jìn)行破壞性的干涉，從而在理論上形成了小射線斑點(diǎn)。然而在實(shí)際情況中，建設(shè)性干涉也出現(xiàn)在所述斑點(diǎn)區(qū)域的外部，從而使該斑點(diǎn)模糊。換句話說(shuō)，該衍射元件不能提供精確的聚焦。此外，衍射元件是為特定波長(zhǎng)設(shè)計(jì)的，如果照射光束包括的波長(zhǎng)成分不同于所述特定波長(zhǎng)，那么將出現(xiàn)圖像像差、色差。這意味著在這種光刻器件中，傳統(tǒng)上使用的寬波長(zhǎng)光源(例如汞電弧燈)不再適用。而且，激光光源發(fā)出的射線的波長(zhǎng)也會(huì)表現(xiàn)出小的變化，這可能會(huì)影響利用衍射元件的光刻成像器件的性能，這是因?yàn)閷?huì)形成小尺寸的斑點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述問(wèn)題并提供一種準(zhǔn)確和高射線效率的光刻成像方法，該方法可以采用多種射線源。這種方法的特征在于利用了折射透鏡形式的會(huì)聚單元，以及將兩個(gè)陣列用于形成斑點(diǎn)的矩陣陣列，該斑點(diǎn)的間距基本上大于斑點(diǎn)的大小。
折射透鏡的性能對(duì)于波長(zhǎng)的變化相當(dāng)不敏感，從而可以避免色差。這些透鏡比衍射元件具有更精確的焦點(diǎn)，這是因?yàn)樗鼈儾粫?huì)表現(xiàn)出級(jí)的分開(kāi)。
將斑點(diǎn)的矩陣陣列理解為表示二維陣列，該陣列在兩個(gè)相互垂直的方向上具有類似數(shù)量的斑點(diǎn)，然而不必是相同的。該矩陣的間距可以具有斑點(diǎn)尺寸幾百倍的數(shù)量級(jí)。
要注意，US6288830A公開(kāi)了一種光學(xué)圖像形成方法和設(shè)備，其中使用了數(shù)字反射鏡器件和微透鏡陣列。根據(jù)該已知的方法，一條線接一條線地寫入圖像，并且為了獲得高像素密度，利用n個(gè)(例如6個(gè))反射鏡行來(lái)寫入每條圖像線。每行的反射鏡關(guān)于其它線的光閥移動(dòng)了距離p/n，其中p是在一行中反射鏡的間距。在已知的方法中，利用全部n行的對(duì)應(yīng)像素寫入單獨(dú)的圖像像素，在該行的方向上，該行的像素彼此相對(duì)移動(dòng)。在本發(fā)明的方法中，將每個(gè)光閥用于連續(xù)地寫入大量像素，即例如射線敏感層區(qū)域的所有像素，該區(qū)域的尺寸對(duì)應(yīng)于矩陣間距。
本方法的第一實(shí)施例的特征在于所述掃描是這樣的，即每個(gè)斑點(diǎn)掃描其自身相關(guān)的層區(qū)域，該區(qū)域的大小對(duì)應(yīng)于矩陣間距。
根據(jù)這種方法，將每個(gè)光閥用于僅寫入一個(gè)層區(qū)域，在下文中是指光閥區(qū)域，這是通過(guò)二維掃描從這個(gè)光閥到這個(gè)相關(guān)光閥區(qū)域的斑點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在斑點(diǎn)掃描了光閥區(qū)域內(nèi)的一條線之后，這個(gè)斑點(diǎn)和該區(qū)域在垂直于掃描方向的方向上彼此相對(duì)移動(dòng)，隨后掃描這個(gè)區(qū)域內(nèi)的下一條線。
本方法的第二實(shí)施例的特征在于，斑點(diǎn)的矩陣和射線敏感層在與矩陣中斑點(diǎn)線的方向成小角度的方向上，彼此相對(duì)進(jìn)行掃描，并且實(shí)施掃描的長(zhǎng)度基本上大于矩陣的間距。
根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，將所有線的所有斑點(diǎn)用于掃描不同的線，并且利用一次掃描動(dòng)作就可以掃描具有對(duì)應(yīng)于斑點(diǎn)尺寸的斑點(diǎn)總數(shù)倍的寬度和任意長(zhǎng)度的層區(qū)域，而無(wú)需在垂直于掃描方向的方向上的移動(dòng)。
本發(fā)明的方法的進(jìn)一步特征在于，在連續(xù)的子照射之間，射線敏感層和陣列彼此相對(duì)位移了一定距離，該距離最多等于形成在射線敏感層中的斑點(diǎn)尺寸。
這樣，可以在全部輪廓上以恒定強(qiáng)度寫入圖像(即圖案)輪廓。根據(jù)該設(shè)備中具有的光束成形孔徑的結(jié)構(gòu)，該斑點(diǎn)可以具有圓形、方形、菱形或矩形。斑點(diǎn)的尺寸可理解為表示這個(gè)斑點(diǎn)內(nèi)最大尺寸的大小。
如果將要寫入的圖像輪廓彼此非常接近，那么這些輪廓可以變寬并彼此混合，該現(xiàn)象被認(rèn)為是鄰近效應(yīng)。本方法的實(shí)施例防止了鄰近效應(yīng)的出現(xiàn)，其特征在于在圖像輪廓邊沿處的斑點(diǎn)強(qiáng)度適合這個(gè)輪廓邊沿和相鄰輪廓之間的距離。
本方法可以用于許多用途。第一個(gè)用途是在光刻領(lǐng)域。本方法的一個(gè)實(shí)施例適于構(gòu)成用于在基底中制造器件的光刻處理的一部分，其特征在于該射線敏感層是設(shè)置在基底上的抗蝕劑層，以及圖像圖案對(duì)應(yīng)于將要生成的該器件的輪廓圖案。
本方法的這個(gè)實(shí)施例進(jìn)一步的特征在于該圖像被分成子圖像，每個(gè)子圖像屬于將要生成的器件的不同層，以及在形成不同的子圖像過(guò)程中，該抗蝕劑層表面設(shè)置在距離折射透鏡陣列不同距離處。
本方法的這個(gè)實(shí)施例允許成像到基底的不同平面上并且從而生成多層器件。
第二個(gè)用途是打印領(lǐng)域。該方法的一個(gè)實(shí)施例適于構(gòu)成用于打印一張紙的處理過(guò)程的一部分，其特征在于該射線敏感層是一層靜電材料。
該方法進(jìn)一步的特征在于使光閥陣列位于直接面對(duì)折射透鏡陣列的位置。
兩個(gè)陣列彼此靠近放置，在它們之間沒(méi)有設(shè)置成像設(shè)備，從而該方法可以通過(guò)緊湊設(shè)備實(shí)施。如果光閥陣列是LCD單元陣列，其調(diào)制入射射線的偏振狀態(tài)，那么將偏振分析器設(shè)置在LCD和衍射單元陣列之間。
可選擇地，該方法特征在于將光閥陣列成像到衍射單元陣列上。
利用投影透鏡將一個(gè)陣列成像到其它陣列上，提供了關(guān)于穩(wěn)定性、熱效應(yīng)和串?dāng)_的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)現(xiàn)上述方法的設(shè)備。這種設(shè)備包括-射線源；-用于將射線敏感層相對(duì)于射線束定位的定位設(shè)備；-可獨(dú)立控制的光閥的二維陣列，其設(shè)置在光源和射線敏感層的位置之間；
-成像元件，其包括設(shè)置在光閥陣列和射線敏感層的位置之間的射線會(huì)聚單元陣列，因此每個(gè)會(huì)聚單元對(duì)應(yīng)于一個(gè)不同的光閥，并且用于將來(lái)自相應(yīng)光閥的射線會(huì)聚到抗蝕劑層中的斑點(diǎn)區(qū)域上。
這種設(shè)備的特征在于該會(huì)聚單元是折射透鏡。
利用這種設(shè)備，可以通過(guò)利用多個(gè)精確斑點(diǎn)同時(shí)掃描射線敏感層來(lái)寫入任意的圖像圖案，其中有效地利用了有用的射線。
該設(shè)備的第一實(shí)施例，適用于在基底上的抗蝕劑層中形成圖像，該圖像包括對(duì)應(yīng)于將要配置在所述基底中的器件輪廓的輪廓，其特征在于射線敏感層是抗蝕劑層，并且定位設(shè)備是由基底臺(tái)支撐的基底支架。
本實(shí)施例可適用于使子圖像形成在基底的不同平面中，因而其特征在于其包括當(dāng)形成不同子圖像時(shí)，用于調(diào)整抗蝕劑層表面和折射透鏡陣列之間的距離的設(shè)備。
該設(shè)備的第二實(shí)施例適用于在一張紙上打印數(shù)據(jù)，其特征在于該射線敏感層是一層靜電射線敏感材料，以及該定位設(shè)備是用于使所述層相對(duì)于光閥陣列和折射透鏡陣列移動(dòng)并且將所述層保持在這些陣列的圖像場(chǎng)位置的設(shè)備。
將術(shù)語(yǔ)“數(shù)據(jù)”理解為包含可以打印到紙上的所有可見(jiàn)信息，例如文本、圖形、照片等。
該設(shè)備進(jìn)一步的特征在于該成像元件設(shè)置在光閥陣列之后，而沒(méi)有干擾成像設(shè)備。
該間隙，例如空氣間隙可以非常小，從而使本實(shí)施例具有夾層形狀。如果光閥陣列是LCD，那么將偏振分析器設(shè)置在光閥陣列和成像元件之間。
該設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例，其可以替換夾層的實(shí)施例，其特征在于將投影透鏡設(shè)置在光閥陣列和折射透鏡陣列之間。
該投影透鏡將每個(gè)光閥成像到成像元件中的與其相關(guān)的折射透鏡上，從而消除了串?dāng)_、光學(xué)像差和溫度效應(yīng)。此外，成像元件的基底可以比較厚，從而使該設(shè)備更穩(wěn)定。
本發(fā)明還涉及一種在基底的至少一個(gè)處理層上制造器件的方法，該方法包括以下步驟-在設(shè)置在該處理層上的抗蝕劑層中形成圖像，該圖像包括對(duì)應(yīng)于將要配置在該處理層中的器件輪廓的輪廓；-從該處理層的區(qū)域上除去材料或者向該區(qū)域添加材料，該區(qū)域是以形成在抗蝕劑層中的圖像為界的。
本方法的特征在于利用如上所述的方法形成圖像。
利用本方法和設(shè)備可以制造的器件是液晶顯示器件、客戶指定IC、電子模塊、印刷電路板和MOEMS(集成微光機(jī)電系統(tǒng))等。這種器件的一個(gè)實(shí)施例是集成光通信器件，其包括二極管激光器和/或檢測(cè)器、光導(dǎo)、光開(kāi)關(guān)以及可能是光導(dǎo)和二極管激光器之間的透鏡或檢測(cè)器。


通過(guò)非限定性實(shí)施例的方式，將參照下文中所述的實(shí)施例描述本發(fā)明的這些和其它方面，并且通過(guò)描述使它們顯而易見(jiàn)。
在附圖中圖1示意性地表示了傳統(tǒng)的接近式打印設(shè)備；圖2表示了根據(jù)本發(fā)明的成像設(shè)備的實(shí)施例；圖3a是用于這個(gè)實(shí)施例的部分折射透鏡陣列的頂視圖；圖3b是用于這個(gè)實(shí)施例的部分光閥的頂視圖；圖3c是利用這個(gè)實(shí)施例在抗蝕劑層中形成的部分斑點(diǎn)陣列的頂視圖；圖4表示了生成透鏡陣列的第一種方法；圖5表示了用于生成模的設(shè)備的實(shí)施例，該模用于通過(guò)復(fù)制制造透鏡陣列；圖6a-6c表示了打印過(guò)程的不同時(shí)刻的橫截面圖；圖7a-7c表示了該打印過(guò)程的不同時(shí)刻的頂視圖；圖8表示了斑點(diǎn)陣列和抗蝕劑層彼此相對(duì)傾斜掃描的原理；圖9a-9c表示了所形成的具有不同間隙寬度的斑點(diǎn)陣列，該間隙為透鏡陣列和抗蝕劑層之間的間隙；圖10表示了成像設(shè)備的實(shí)施例，該成像設(shè)備包括在光閥陣列和透鏡陣列之間的投影透鏡；圖11表示其中可以應(yīng)用本發(fā)明的打印設(shè)備的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1非常概括性地表示了用于制造諸如LCD器件的傳統(tǒng)接近式打印設(shè)備。這種設(shè)備包括基底支架1，用于承載基底3，所述器件將在該基底上制造。該基底涂敷了射線敏感或抗蝕劑層5，在該層中將要形成具有對(duì)應(yīng)于器件輪廓的輪廓的圖像。該圖像信息包含在掩模8中，該掩模設(shè)置在掩模支架7中。該掩模包括透明基底9，該基底的下表面設(shè)有由透明和非透明條紋和區(qū)域構(gòu)成的圖案10，其代表圖像信息。小空氣間隙11的間隙寬度w為大約100μm，其將圖案10與抗蝕劑層5分離。該設(shè)備進(jìn)一步包括射線源12。這種光源可以包括燈13，例如汞電弧燈，和反射器15。這個(gè)反射器反射所述燈朝向掩模反向或側(cè)面方向發(fā)出的射線。該反射器可以是拋物面反射器并且該燈可以位于反射器的焦點(diǎn)處，從而該射線源發(fā)出的射線束17基本上是準(zhǔn)直光束?？梢詫⑵渌幕蛘吒郊拥墓鈱W(xué)元件，諸如一個(gè)或多個(gè)透鏡設(shè)置在射線源中以確保光束17基本上是準(zhǔn)直的.這種光束相當(dāng)寬并照射了整個(gè)掩模圖案10，該圖案的尺寸可以為7.5×7.5cm2到40×40cm2。例如，照射步驟的持續(xù)時(shí)間為大約10秒。在將掩模圖案以眾所周知的方法進(jìn)行處理而成像到抗蝕劑層上之后，即，使該層顯影并刻蝕，從而將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)印到所處理的基底的表面結(jié)構(gòu)中。
圖1的設(shè)備具有相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)并非常適于將大面積掩模圖案一次成像到抗蝕劑層上。然而，該光掩模是昂貴的組件，只有當(dāng)制造大量相同器件時(shí)，利用這種掩模制造的器件的價(jià)格才能保持得比較低。掩模制造是一項(xiàng)專門技術(shù)，只有較少的掩模制造廠商掌握該項(xiàng)技術(shù)。器件制造商開(kāi)發(fā)并制造新器件或者修改現(xiàn)有器件所需的時(shí)間主要取決于該掩模制造商設(shè)定的交貨時(shí)間。特別在器件的開(kāi)發(fā)階段，當(dāng)需要經(jīng)常重新設(shè)計(jì)該掩模時(shí)，該掩模是一種性能有限的元件。這也是少量、客戶定制器件的情況。
利用諸如電子束寫入器或激光束寫入器在抗蝕劑層上直接寫入圖案，可以提供需要的靈活性，但這不是一種真正的可選方案，原因在于這個(gè)過(guò)程花費(fèi)了過(guò)多的時(shí)間。
圖2表示了無(wú)掩模方法和設(shè)備的原理，利用這個(gè)原理能夠在合理的時(shí)間內(nèi)將任意并輕易可變的圖像圖案形成到抗蝕劑層上。圖2非常概括性地并以垂直橫截面的形式表示了用于實(shí)施該方法并構(gòu)成該設(shè)備一部分的裝置的一小部分。該設(shè)備包括基底支架1，用于容納基底，其涂敷了抗蝕劑層5。附圖標(biāo)記20表示目前被用于顯示設(shè)備(例如液晶顯示器(LCD))中的光閥器件，該顯示設(shè)備用于直觀地或者以投影來(lái)顯示信息。器件20包括大量光閥，也稱作像素(像元)，在圖2中僅示出了幾個(gè)，并用附圖標(biāo)記21到25表示。該光閥器件受到計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)30(未按比例)控制，在該計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)中，把將要在基底層上構(gòu)造的圖案引入軟件中。從而，該計(jì)算機(jī)確定了在寫入處理的任意時(shí)刻每個(gè)光閥是關(guān)閉的還是開(kāi)啟的，關(guān)閉即遮擋了入射到這個(gè)光閥上的部分照射光束17，開(kāi)啟即將這部分光束傳輸?shù)娇刮g劑層。成像元件40設(shè)置在光閥陣列20和抗蝕劑層5之間。這個(gè)元件包括透明基底41和射線會(huì)聚單元43的陣列42。這些單元的數(shù)量對(duì)應(yīng)于光閥的數(shù)量，該陣列42與光閥陣列相對(duì)準(zhǔn)，從而使每個(gè)會(huì)聚單元屬于一個(gè)不同的光閥。
由于射線源、基底支架和掩模支架對(duì)理解新方法沒(méi)有太大關(guān)系，因此對(duì)這些元件將不進(jìn)行詳細(xì)描述。
根據(jù)本發(fā)明，會(huì)聚單元43是折射透鏡。這種透鏡可以使來(lái)自相應(yīng)光閥的射線聚焦成斑點(diǎn)，該斑點(diǎn)小于利用衍射透鏡獲得的斑點(diǎn)。此外，這些透鏡的光學(xué)性能與衍射透鏡元件相比，基本上更少取決于射線的波長(zhǎng)。
圖3a和3b是折射微透鏡43陣列42的一部分和相應(yīng)的光閥21到25陣列20的一部分以及其它光閥27的頂視圖。該陣列42包括多個(gè)單元45，每個(gè)單元包括形如微透鏡的中心透射部分43，以及周圍的邊沿部分47。一個(gè)單元的邊沿部分與相鄰單元的邊沿部分相混合，從而構(gòu)成了黑矩陣。這種黑矩陣減少了通過(guò)各個(gè)透鏡的光束部分之間的串?dāng)_。全部單元的邊沿部分可以由射線吸收或反射層構(gòu)成。形成在抗蝕劑層中的斑點(diǎn)尺寸和形成這些斑點(diǎn)的光束部分的焦點(diǎn)深度是由透鏡43的焦度確定的。利用設(shè)置在提供照射光束17的射線源元件或照射系統(tǒng)中的斑點(diǎn)成形孔徑(未示出)，可以使所生成的斑點(diǎn)形狀適合需要的用途。這些斑點(diǎn)可以是諸如圓的、矩形的、方形的或菱形的。使成像元件40的透鏡陣列42的幾何結(jié)構(gòu)適合光閥陣列的幾何結(jié)構(gòu)。該成像元件40設(shè)置在與該陣列相距一定距離處，從而盡可能多的來(lái)自光閥的射線通過(guò)了相關(guān)透鏡43并集中到由這個(gè)透鏡生成的斑點(diǎn)上，而且出現(xiàn)了最少量的背景射線。
圖3c表示了在利用波長(zhǎng)為諸如365nm的射線照射該光閥陣列的對(duì)應(yīng)部分并且該部分的所有光閥都是開(kāi)啟的情況下，利用圖3a的透鏡陣列而獲得的斑點(diǎn)52的陣列50。衍射結(jié)構(gòu)42和抗蝕劑層5之間的距離44是例如250μm。斑點(diǎn)62的尺寸為例如大約2μm2。
該微透鏡43通常是球面透鏡，即其曲面是完整球面的一部分。如果需要，也可以使用非球面透鏡。非球面透鏡可理解為表示其基面是球面的透鏡，但是其實(shí)際表面偏離了球面，這是為了校正球面透鏡可能產(chǎn)生的球差。
圖3c中所示的斑點(diǎn)52是矩形斑點(diǎn)。如上文中所述，這些斑點(diǎn)也可以是圓的或方的或者其它認(rèn)為是適合的形狀。
利用本身公知的技術(shù)可以制造出折射微透鏡陣列，即成像元件40。首先，在圖4a-4e中表示了光刻技術(shù)。如圖4a所示，這種技術(shù)從透明(例如石英)基底60開(kāi)始，其涂敷了抗蝕劑層61(例如聚合體)。如圖4b所示，利用射線63在抗蝕劑層61上形成與微透鏡圖案相對(duì)應(yīng)的曝光圖案。該曝光圖案包括二維陣列的圓柱曝光抗蝕劑部分65。可以通過(guò)例如不同類型的光學(xué)射線或者帶電粒子(電子或離子)束實(shí)施曝光。在抗蝕劑已經(jīng)顯影并且未曝光區(qū)域已去除之后，如圖3c所示，基底60上的圓柱抗蝕劑部分65的結(jié)構(gòu)仍然存在。下一步，根據(jù)所使用的抗蝕劑種類，將這個(gè)結(jié)構(gòu)加熱到例如200℃，這造成抗蝕劑材料的流動(dòng)，如圖4d所示，從而將圓柱體65再成形為球形部分。然后，如圖4e所示，在基底的上側(cè)，通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕將抗蝕劑部分67的圖案變換為球形部分69的類似圖案。這樣，獲得了透鏡板70，其中微透鏡69的幾何形狀以及這個(gè)透鏡與其周圍媒質(zhì)的折射率之差決定了其光學(xué)焦度。最后，如圖4f所示，微透鏡之間的基底表面區(qū)域涂敷了吸收或反射層73，例如鉻層。
在刻蝕處理過(guò)程中，通過(guò)改變抗蝕劑和基底的刻蝕率的比例，即改變刻蝕處理的選擇性，這個(gè)方法可以生成非球面微透鏡。
制造供新方法使用的微透鏡板的第二種方法利用了從模具復(fù)制(replication-from-a-mould)技術(shù)。
圖5示意性地表示了優(yōu)選用于制造適用于這種復(fù)制技術(shù)的模具的設(shè)備。該設(shè)備包括工件支架76，在該支架上可以放置并由夾緊裝置(未示出)固定將要制造的模具75。利用X和Y滑動(dòng)部件(未示出)可以精確地移動(dòng)并定位支架以及模具。該設(shè)備進(jìn)一步包括工具支架77，其固定到Z滑動(dòng)部件78上。該支架77設(shè)有圓形柱面階梯狀腔79，該腔包括第一腔部分80和第二腔部分81，第二腔部分比第一腔部分80的直徑小。第二腔部分81構(gòu)成了用于沖模支架83圓形軸82的直導(dǎo)軌，使該沖模支架可以相對(duì)于第二腔部分81平行于Z方向滑動(dòng)地受到引導(dǎo)并且設(shè)有端圓盤84。在預(yù)先確定的設(shè)置在第一腔部分中的機(jī)械螺旋彈簧85的預(yù)拉伸力作用下，該端圓盤對(duì)限位器85施加壓力，該限位器由階梯狀腔79的臺(tái)肩構(gòu)成。如圖5所示，沖模86固定在支架83上，該沖模具有光滑表面87并且由諸如硬鋼或藍(lán)寶石制成。該工具支架77和沖模支架83可以在平行于X方向、Y方向和Z方向的方向上共同相對(duì)于工件支架76移動(dòng)。
該模具75是由韌性金屬制成的，例如銅、鋁、鋅或包括這些材料的合金。并且賦予了該模具75的表面88將要制造的透鏡板或成像元件40所需的光學(xué)質(zhì)量的表面光滑度。該沖模的表面87的形狀對(duì)應(yīng)于透鏡板40的一個(gè)透鏡43的形狀。
圖5表示了在該沖模經(jīng)過(guò)幾次壓到模具75中并已經(jīng)制成了幾個(gè)印痕89之后的位置。為了形成下一印痕，通過(guò)X滑動(dòng)部件和/或Y滑動(dòng)部件的移動(dòng)，將沖模86移動(dòng)到下一位置，在這過(guò)程中支架83倚靠腔79的限位器85。然后通過(guò)Z滑動(dòng)部件78的移動(dòng)，將該沖模壓入模具75中。繼而沖模支架83的端圓盤84離開(kāi)限位器85，從而以對(duì)應(yīng)于預(yù)定的機(jī)械螺旋彈簧85預(yù)拉伸力的力，將該沖模壓印到模具75上。通過(guò)優(yōu)化選擇機(jī)械螺旋彈簧85的預(yù)拉伸力和螺旋彈簧85的彈性模量，可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)端圓盤84脫離時(shí)，彈簧預(yù)拉伸力的增加非常小，可以忽略。因此，沖模86壓印到模具75中所需的力基本上不依賴于壓印過(guò)程中Z滑動(dòng)部件78和平行于Z方向的工具支架77所占據(jù)的位置。相應(yīng)地不需要向Z滑動(dòng)部件78的位置精度施加嚴(yán)格的技術(shù)要求。
當(dāng)沖模86在模具75中進(jìn)行壓印的同時(shí)，出現(xiàn)在沖模表面87之下的模具的韌性金屬塑性變形。在這個(gè)位置的金屬所呈現(xiàn)出的形狀對(duì)應(yīng)于沖模表面87形狀，即對(duì)應(yīng)于透鏡板40的透鏡43的形狀。通過(guò)在該模具中所有需要的位置上連續(xù)地壓印該沖模的表面形狀，就形成了完整的模具形狀。
如果需要更多的關(guān)于制造模具的方法和設(shè)備的詳細(xì)情況，可以參照WO96/07523，其公開(kāi)了用于其它用途的所述方法和設(shè)備。
在完成了模具之后，可以將其置于復(fù)制設(shè)備中。使該模具覆蓋了具有足夠粘性狀態(tài)的透明材料，例如液體聚合物，從而使其填滿了印痕89。在使該透明材料硬化之后(例如通過(guò)UV射線)，由此將該模具的表面輪廓轉(zhuǎn)移給了透明材料，可以從該模具上去除該透明材料板，并獲得了透鏡板。
通過(guò)賦予沖模表面87非球面的形狀，可以生產(chǎn)出具有非球面微透鏡的透鏡板。
取代鉻，可以將其它非透射材料用于透鏡板的選擇性涂層。
如圖3c所示，每個(gè)斑點(diǎn)52僅占據(jù)了屬于光閥的抗蝕劑層區(qū)域上很小的點(diǎn)狀部分，該光閥決定是否存在這個(gè)斑點(diǎn)。在下文中，該點(diǎn)狀抗蝕劑區(qū)域?qū)⒈环Q作斑點(diǎn)區(qū)域，并且屬于光閥的該抗蝕劑區(qū)域?qū)⒈环Q作閥區(qū)域。為了獲得對(duì)應(yīng)于所要生產(chǎn)的器件輪廓的圖像圖案的全部輪廓，即線和區(qū)域，一方面具有抗蝕劑層的基底，并且另一方面兩個(gè)陣列，應(yīng)彼此相對(duì)移動(dòng)。換句話說(shuō)，每個(gè)斑點(diǎn)應(yīng)在其對(duì)應(yīng)的閥區(qū)域中移動(dòng)，從而在規(guī)定的(即輪廓確定的)位置上完全掃描并照射了這個(gè)區(qū)域。更具體地講，這是通過(guò)在格狀圖案中步進(jìn)式地位移基底而實(shí)現(xiàn)的。位移的步長(zhǎng)為大約斑點(diǎn)的大小，例如大約1μm或更小?？焖匍_(kāi)閉照射屬于給定斑點(diǎn)的一部分閥區(qū)域，預(yù)定了該部分的圖像輪廓或其部分圖像輪廓。為了以需要的精確度使基底支架以1μm或更小的步長(zhǎng)位移，可以利用伺服控制的基底臺(tái)，該基底臺(tái)用于光刻投影設(shè)備中并以恰好低于1μm的精度工作，例如大約10nm。
快速開(kāi)閉和步進(jìn)的照射過(guò)程如圖6a-6c所示，該附圖表示了光閥陣列、折射透鏡陣列和抗蝕劑層的一小部分。在這些附圖中，附圖標(biāo)記17表示入射到光閥21-25上的照射光束。附圖標(biāo)記101到105表示通過(guò)了開(kāi)口光閥并被相應(yīng)折射元件91到95會(huì)聚的子光束。圖6a表示在已經(jīng)對(duì)所有的光閥開(kāi)口進(jìn)行了第一子照射之后的情況。第一組斑點(diǎn)區(qū)域111到115是在每個(gè)光閥區(qū)域中已經(jīng)被照射的一個(gè)斑點(diǎn)區(qū)域。圖6b表示在基底已經(jīng)向右進(jìn)行了一次步進(jìn)，并且也已經(jīng)對(duì)所有的光閥開(kāi)口進(jìn)行了第二子照射從而已經(jīng)照射了第二組斑點(diǎn)區(qū)域121到125之后的情況。圖6c表示在該基底進(jìn)行了五次步進(jìn)并且進(jìn)行了六次子照射之后的情況。在第四次子照射過(guò)程中，關(guān)閉了光閥23和25，從而使斑點(diǎn)區(qū)域133和135未被照射。在第五次子照射過(guò)程中，關(guān)閉了光閥24和25，從而使斑點(diǎn)區(qū)域144和145未被照射。已經(jīng)照射了其它的所有斑點(diǎn)區(qū)域。
圖7a-7c是在后續(xù)的子照射步驟中抗蝕劑層的頂視圖。在這些附圖中，已經(jīng)在前面的子照射步驟中進(jìn)行了照射的灰色斑點(diǎn)區(qū)域，即圖7a中的151到154和156，在當(dāng)前的照射步驟中進(jìn)行照射。正在照射的抗蝕劑層部分包括兩行、每行五個(gè)光閥區(qū)域。在圖7a所示的情況中，已經(jīng)照射了上一行的較大量的斑點(diǎn)區(qū)域以及下一行的較少量的斑點(diǎn)區(qū)域。在第一子照射步驟中，屬于上一行光閥區(qū)域的五個(gè)光閥中的四個(gè)是開(kāi)啟的，最右側(cè)的第五個(gè)是關(guān)閉的，從而即刻照射了斑點(diǎn)區(qū)域151到154而沒(méi)有照射斑點(diǎn)區(qū)域155。屬于下一行光閥區(qū)域的全部五個(gè)光閥都是開(kāi)啟的，從而即刻照射了斑點(diǎn)區(qū)域156到160。圖7b表示了在基底已經(jīng)進(jìn)行了一次步進(jìn)之后并且正在實(shí)施第二子照射的情況。同樣，上一行五個(gè)光閥中的四個(gè)是開(kāi)啟的并且這行中的第五個(gè)是關(guān)閉的，從而即刻照射了斑點(diǎn)區(qū)域161到164而沒(méi)有照射斑點(diǎn)區(qū)域165。下一行的全部五個(gè)光閥是開(kāi)啟的，從而即刻照射了斑點(diǎn)區(qū)域166到170。圖7c表示了在第六次子照射過(guò)程中的情況，即在該基底已經(jīng)進(jìn)行了五次步進(jìn)之后的情況。在第六次子照射過(guò)程中，上一行的第五個(gè)光閥是關(guān)閉的。在第四次子照射過(guò)程中，上一行的第三個(gè)光閥和下一行的第三個(gè)和第五個(gè)光閥是關(guān)閉的，從而使斑點(diǎn)區(qū)域181、182和183未被照射。在第五次子照射過(guò)程中，下一行的第四個(gè)和第五個(gè)光閥是關(guān)閉的，從而使斑點(diǎn)區(qū)域184和185未被照射。在第六次子照射過(guò)程中，除了上一行的第五個(gè)光閥之外的所有光閥是開(kāi)啟的，從而即刻照射了除斑點(diǎn)區(qū)域195之外的所有斑點(diǎn)區(qū)域191到200。
圖6a-6c和7a-7c表示了如何通過(guò)位移抗蝕劑層以及開(kāi)啟和關(guān)閉十個(gè)對(duì)應(yīng)的光閥的連續(xù)步驟，在十個(gè)光閥區(qū)域中生成需要的圖像圖案。每個(gè)光閥的開(kāi)啟和關(guān)閉是獨(dú)立控制的。如圖7a的右上部分所示，可以通過(guò)蜿蜒的方式利用斑點(diǎn)52對(duì)閥區(qū)域150實(shí)施掃描。該區(qū)域的第一條線是從左到右進(jìn)行掃描的，第二條線是從右到左，第三條線又是從左到右，等等。
取代圖6a-6c和7a-7c所示的步進(jìn)模式，也可以使用掃描模式來(lái)生成需要的圖像圖案。在掃描模式中，一方面抗蝕劑層，另一方面光閥和折射透鏡陣列，是彼此相對(duì)連續(xù)移動(dòng)的，并且當(dāng)光閥面對(duì)抗蝕劑層上的規(guī)定位置時(shí)，其快速開(kāi)閉?？焖匍_(kāi)閉時(shí)間，即光閥的開(kāi)啟時(shí)間應(yīng)小于相關(guān)光閥面對(duì)所述位置所經(jīng)歷的時(shí)間。
在圖2所示的接近式打印設(shè)備的實(shí)際實(shí)施例中，幾個(gè)參數(shù)具有如下的值照射場(chǎng) 10×10mm2；射線源 汞電弧燈；照射光束強(qiáng)度 20mW/cm2；光束準(zhǔn)直角度 0.2度；光閥的透射率 25％；光閥的快門速度 1ms.；抗蝕劑層中的斑點(diǎn)區(qū)域 1×1μm2；斑點(diǎn)到斑點(diǎn)的距離 100μm；光閥數(shù)量 1,000,000；斑點(diǎn)強(qiáng)度 50W/cm2；曝光量 100mJ/cm2；總曝光時(shí)間 20秒；間隙寬度 250μm；掃描速度 0.5mm/秒。
曝光量是照射射線能量沉積到抗蝕劑的斑點(diǎn)區(qū)域上的總量。照射光束的強(qiáng)度和光閥的開(kāi)啟時(shí)間決定了這個(gè)劑量。對(duì)于汞放電燈，其具有這個(gè)燈發(fā)出的射線的40％具有365nm波長(zhǎng)，這個(gè)射線的20％具有405nm波長(zhǎng)，這個(gè)射線的40％具有436nm波長(zhǎng)。這個(gè)燈的射線對(duì)于圖像形成的有效作用是60％的365nm成分、15％的405nm成分和25％的436nm成分，這是由于抗蝕劑層的吸收造成的。
本發(fā)明同樣可以利用其它射線源實(shí)現(xiàn)，優(yōu)選為激光器，特別是在晶片步進(jìn)器中以及晶片步進(jìn)和掃描器中當(dāng)前使用或者將在近期使用的激光器，其分別發(fā)出波長(zhǎng)為248、193和157nm的射線。激光器的優(yōu)點(diǎn)在于它們發(fā)射單一波長(zhǎng)的光束并校準(zhǔn)到需要的程度。對(duì)于本成像方法的要點(diǎn)在于照射光束基本上是準(zhǔn)直光束。最好的結(jié)果是利用完全準(zhǔn)直光束獲得的，即孔徑角為0°的光束。然而利用孔徑角小于1°的光束也可以獲得滿意的結(jié)果。
一方面抗蝕劑層，另一方面光閥陣列和微透鏡陣列，所需要的這二者的彼此相對(duì)移動(dòng)最實(shí)際地是通過(guò)基底臺(tái)的移動(dòng)實(shí)施的。當(dāng)前在晶片步進(jìn)器中使用的基底臺(tái)非常適合此目的，這是因?yàn)樗鼈兙哂芯b綽有余的精度。有一點(diǎn)是清楚的，不管對(duì)于步進(jìn)模式還是掃描模式來(lái)講，基底臺(tái)的移動(dòng)應(yīng)和光閥的開(kāi)關(guān)同步。因此，圖2中控制光閥陣列的計(jì)算機(jī)30也可以控制基底臺(tái)的移動(dòng)。
可以通過(guò)在軟件中將該圖案分成子圖案并連續(xù)地將該子圖案轉(zhuǎn)移到相鄰的具有圖像場(chǎng)大小的抗蝕劑區(qū)域上，來(lái)生成大于一個(gè)光閥陣列和一個(gè)折射透鏡陣列的照射場(chǎng)的圖像圖案。利用精確的基底臺(tái)，可以精確地將子圖像圖案合并起來(lái)，從而獲得了一幅無(wú)中斷的大圖像。
也可以通過(guò)使用組合光閥陣列和組合折射透鏡陣列來(lái)生成大圖像圖案。該組合光閥陣列包括例如5個(gè)LCD，每個(gè)LCD具有1000×1000個(gè)光閥。連續(xù)地設(shè)置該LCD以覆蓋了例如將要生成的圖像圖案的寬度?？梢酝ㄟ^(guò)相應(yīng)的方法構(gòu)成組合折射透鏡陣列以適合該組合光閥陣列。通過(guò)首先掃描并照射具有被單一光閥陣列覆蓋的長(zhǎng)度和被光閥陣列組覆蓋的寬度的抗蝕劑區(qū)域來(lái)生成圖像圖案。隨后，具有抗蝕劑層的基底和陣列組在縱向彼此相對(duì)移動(dòng)了被單一陣列覆蓋的距離。然后，掃描并照射目前面對(duì)組合陣列的第二抗蝕劑區(qū)域等，直到生成了整個(gè)圖像圖案為止。
在上述方法的實(shí)施例中，在屬于這個(gè)斑點(diǎn)的閥區(qū)域上的二維中，步進(jìn)或掃描由光閥形成的斑點(diǎn)，以寫入這個(gè)區(qū)域。這不再是該方法的可選實(shí)施例中的情況了。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，將每個(gè)斑點(diǎn)用于寫入抗蝕劑區(qū)域，該區(qū)域在一個(gè)方向上具有的尺寸顯著地大于所述閥區(qū)域的尺寸，同時(shí)將多個(gè)斑點(diǎn)用于在另一方向上寫入所述抗蝕劑區(qū)域。圖8表示了所述可選方法的原理。圖8的左手邊表示了斑點(diǎn)矩陣的一小部分240。這個(gè)部分包括四行，每行五個(gè)斑點(diǎn)，分別為241到245、246到250、251到255和256到260。圖9的右手邊表示了部分抗蝕劑層5，可以利用斑點(diǎn)241到260寫入該抗蝕劑層。目前，斑點(diǎn)線的方向282相對(duì)于斑點(diǎn)和抗蝕劑層彼此相對(duì)移動(dòng)所沿的方向285具有很小的夾角γ。這樣選擇這個(gè)角度，使得當(dāng)一條斑點(diǎn)線的斑點(diǎn)投射到Y(jié)軸上時(shí)，這些斑點(diǎn)在這條斑點(diǎn)線和下一條斑點(diǎn)線之間的Y間隙范圍內(nèi)并填滿了這個(gè)間隙。當(dāng)在X方向上掃描該基底時(shí)，每個(gè)斑點(diǎn)在抗蝕劑層上掃描其自身的線，掃描的距離等于光閥陣列和折射透鏡陣列組件的圖像場(chǎng)的長(zhǎng)度。在圖8的右手邊中的線261到265是分別由斑點(diǎn)241到245掃描的小條帶(例如1μm寬)的中心線。斑點(diǎn)246到250分別掃描了線266到270，等等。
對(duì)于100×100的矩陣，每個(gè)斑點(diǎn)的尺寸為1×1μm2，該矩陣覆蓋了10×10mm2的圖像場(chǎng)，斑點(diǎn)的周期在X和Y方向上為100μm。為了實(shí)現(xiàn)一行的一百個(gè)斑點(diǎn)掃描抗蝕劑層中的一百個(gè)連續(xù)的線，掃描方向和斑點(diǎn)線方向之間的夾角γ應(yīng)為γ＝arctan(1/100)＝0,57°。通過(guò)掃描X方向上的每個(gè)斑點(diǎn)，掃描距離為10mm，可以寫入整個(gè)10×10mm2的場(chǎng)，而不用在Y方向上使斑點(diǎn)和抗蝕劑層彼此相對(duì)移動(dòng)。由于斑點(diǎn)的進(jìn)入(run-in)和放出(run-out)，總掃描距離(例如20mm)大于10mm的有效掃描距離。進(jìn)入和放出所需的掃描距離取決于所述的夾角γ。對(duì)于更大的斑點(diǎn)矩陣，例如1000×1000的斑點(diǎn)，有效掃描距離和總掃描距離之比顯著地增加了。
通過(guò)降低斑點(diǎn)之間的距離，可以降低由斑點(diǎn)寫入的條帶中心并且可以增加寫入圖案的密度。這允許為該系統(tǒng)壓印冗余量并避免了斑點(diǎn)損壞造成的硬錯(cuò)誤。
也可以將傾斜掃描用于使大圖案成像的系統(tǒng)中，并且包括組合光閥陣列和對(duì)應(yīng)的組合折射透鏡陣列。例如，利用包括在Y方向上連續(xù)設(shè)置的五個(gè)LCD陣列的系統(tǒng)，并且每個(gè)陣列在100×100mm2的圖像場(chǎng)內(nèi)生成1000×1000個(gè)斑點(diǎn)，與斑點(diǎn)線的夾角為上述的0.57°，可以通過(guò)在X方向上掃描抗蝕劑層10mm來(lái)寫入500×100mm2的抗蝕劑區(qū)域。在該抗蝕劑層在X方向上移動(dòng)了90mm之后，可以重復(fù)相同的掃描過(guò)程。這樣，通過(guò)僅在X方向上掃描并移動(dòng)10次，就可以寫入500×1000mm2的抗蝕劑區(qū)域。
寫入一個(gè)給定區(qū)域所需的掃描次數(shù)和中間移動(dòng)次數(shù)取決于在X和Y方向上的光閥數(shù)量，從而取決于斑點(diǎn)的數(shù)量。例如，利用5000×100斑點(diǎn)陣列，通過(guò)在X方向上連續(xù)地掃描，而沒(méi)有中間移動(dòng)，可以在Y方向上寫入500mm的抗蝕劑區(qū)域。掃描長(zhǎng)度決定了該寫入?yún)^(qū)域在X方向上的長(zhǎng)度。
用于成像處理的基本參數(shù)是間隙寬度44(圖2)。間隙寬度是用于計(jì)算需要的折射透鏡光焦度的輸入?yún)?shù)之一，并且是由需要的圖像分辨率決定的。如果對(duì)于給定間隙寬度和分辨率算得并制造了折射透鏡陣列，那么僅可對(duì)于給定的間隙寬度獲得這個(gè)分辨率。在實(shí)際情況中，如果間隙寬度偏離了所述給定的間隙寬度，那么將不能獲得需要的分辨率。參照?qǐng)D9a、9b和9c，在類比的基礎(chǔ)上，這種情況可以得到證明，這些附圖是從該未決的專利申請(qǐng)中復(fù)制過(guò)來(lái)的。后一申請(qǐng)涉及一種無(wú)掩模光刻設(shè)備，其中將特定的衍射透鏡陣列用于將來(lái)自光閥的子光束聚焦為抗蝕劑層上的斑點(diǎn)，而代替了折射透鏡。圖9a，9b和9c表示了利用相同的微透鏡陣列并且在相同的照射條件下，利用不同的間隙寬度而在抗蝕劑層上形成的斑點(diǎn)，該微透鏡陣列是為50μm的間隙寬度設(shè)計(jì)的。圖9a表示了斑點(diǎn)52’的圖案210，其是當(dāng)間隙寬度為40μm時(shí)獲得的。圖9b表示了斑點(diǎn)52的圖案220，其是利用50μm的間隙寬度獲得的，圖9c表示斑點(diǎn)52”的圖案230，其是利用60μm的間隙寬度獲得的。僅有圖9b的斑點(diǎn)是利用與設(shè)計(jì)間隙寬度相等的間隙寬度獲得的，該斑點(diǎn)具有需要的清晰度和強(qiáng)度。使用折射透鏡的無(wú)掩模光刻設(shè)備的性能表現(xiàn)出了對(duì)間隙寬度的相似依賴性。
對(duì)于具有更大設(shè)計(jì)間隙寬度(例如250μm)的設(shè)備，可以減少對(duì)實(shí)際間隙寬的技術(shù)要求。隨著設(shè)計(jì)間隙寬度的增加，來(lái)自折射透鏡的子光束(圖6a中的101到105)的NA降低。由于焦點(diǎn)深度與NA的平方成反比，因此焦點(diǎn)深度隨設(shè)計(jì)間隙寬度的增加而增加。這意味著，對(duì)于較大的設(shè)計(jì)間隙寬度，與較小的設(shè)計(jì)間隙寬度相比，可以允許更大的間隙寬度變化。出于公差的觀點(diǎn)，與較小的間隙寬度(例如50μm)相比，優(yōu)選較大的間隙寬度(例如250μm)。
斑點(diǎn)的最小尺寸也與間隙寬度有關(guān)。如果減少間隙寬度，可以降低這個(gè)尺寸，例如低于1μm。更小的間隙寬度，從而更小的斑點(diǎn)尺寸需要對(duì)這個(gè)寬度更好的控制。
本方法適于制造包括子器件的器件，該子器件位于不同的層。這種器件可以是完全的電子器件或者包括兩種或更多種源自光機(jī)電系統(tǒng)差異的特征的器件。這種系統(tǒng)的實(shí)例是一種微光機(jī)電系統(tǒng)，稱作MOEMS。更特別的實(shí)例是一種包括二極管激光器或檢測(cè)器和光導(dǎo)以及可能的透鏡設(shè)備的器件，該透鏡設(shè)備用于將來(lái)自激光器的光耦合到光導(dǎo)中或者將來(lái)自光導(dǎo)的光耦合到檢測(cè)器中。該透鏡設(shè)備可以是平面衍射設(shè)備。為了制造多層器件，使用了具有沉積在不同層上的抗蝕劑層的基底。
理論上講，可以利用具有微透鏡陣列的設(shè)備制造多層器件，該陣列包括折射透鏡的集合，該集合彼此之間的不同在于每個(gè)集合的折射透鏡的焦平面不同于其它集合的折射透鏡的焦平面。這種設(shè)備允許同時(shí)在基底的不同平面上打印。
用于制造多層器件的更實(shí)際并且優(yōu)選的方法是通過(guò)軟件的方式將整個(gè)圖像圖案分成多個(gè)子圖像，每個(gè)子圖像屬于將要制造的器件的不同層。在第一子成像過(guò)程中，生成了第一子圖像，其中抗蝕劑層位于第一層。該第一子成像過(guò)程是根據(jù)掃描和步進(jìn)方法并通過(guò)上文中所述的設(shè)備完成的。然后使該抗蝕劑層位于第二層上，并在第二子成像過(guò)程中生成屬于第二層的子圖像。該抗蝕劑層在Z方向上位移并且重復(fù)子成像過(guò)程，直到多層器件的全部子圖像都轉(zhuǎn)移到抗蝕劑層為止。
利用魯棒的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法，況且該設(shè)備與步進(jìn)器或者步進(jìn)和掃描光刻投影設(shè)備相比非常簡(jiǎn)單。
在圖2中示意性示出的該設(shè)備中，設(shè)置光閥陣列21到25(即LCD)使其盡可能接近成像元件40或者透鏡板，該成像元件包括折射透鏡43。這個(gè)LCD的光閥或者像素的尺寸可以比較大，例如100×100μm2。在LCD器件中，需要偏振分析器，也稱作分析器以將由光閥引起的偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)度級(jí)別。如果使用了目前用于視頻投影儀中的市場(chǎng)上可以買到的LCD板，該投影儀利用可見(jiàn)光工作，那么應(yīng)從板上去除該可見(jiàn)光分析器，并且應(yīng)將分離的UV或DUV分析器設(shè)置在該光閥和成像元件40之間。此外，這個(gè)元件的基底41具有一定厚度。因此，在光閥和成像元件的透鏡之間具有一定距離。當(dāng)設(shè)計(jì)該設(shè)備時(shí)應(yīng)對(duì)這個(gè)距離給予重視，這是為了防止由于所述距離和衍射作用的影響，而在抗蝕劑層中形成光閥的非清晰圖像以及在來(lái)自不同光閥的射線之間出現(xiàn)串?dāng)_。
為了減少光閥和折射透鏡之間的距離并防止令人討厭的串?dāng)_，可以將折射透鏡的陣列設(shè)置在偏振器的下表面上和/或可以將偏振器設(shè)置在光閥結(jié)構(gòu)上。
圖10表示了該設(shè)備的可選實(shí)施例，鑒于以上的論述，該實(shí)施例十分具有吸引力。這個(gè)設(shè)備包括投影透鏡，其將光閥陣列成像到折射透鏡陣列上，由此使每個(gè)光閥與對(duì)應(yīng)的折射透鏡共軛。使用投影透鏡比圖2設(shè)備的夾層設(shè)計(jì)具有更大的設(shè)計(jì)自由度。
圖10的左手邊表示了照射系統(tǒng)300，其也可以用于圖2的設(shè)備中。這個(gè)照射系統(tǒng)包括射線源，例如汞燈13和反射器15，該反射器可以具有半球的形狀。該反射器可以相對(duì)于該燈設(shè)置，從而不會(huì)出現(xiàn)照射光束的中心阻礙。激光器可以取代燈13和反射器15。射線源13、15發(fā)出的光束入射到波長(zhǎng)選擇反射器或者分色鏡302上，其僅將具有需要波長(zhǎng)的光束成分反射，例如UV或DUV射線，并且去除其它波長(zhǎng)的射線，例如IR或可見(jiàn)射線。如果該射線源是激光器，那么就不需要選擇性反射器了，并且可以將中性反射器設(shè)置在反射器302的位置上或者可以將激光器設(shè)置在其余光路的同一條直線中。第一聚光透鏡系統(tǒng)例如包括分別設(shè)置在反射器302之前和之后的第一聚光透鏡304和第二聚光透鏡306，其將照射光束17會(huì)聚到射線快門310上。這個(gè)快門設(shè)有光圈312。這個(gè)光圈的形狀決定了在抗蝕劑層5中形成的斑點(diǎn)形狀，并且因此這個(gè)光圈構(gòu)成了上文中提到的斑點(diǎn)成形孔徑。第二聚光系統(tǒng)例如包括聚光透鏡314、316，該系統(tǒng)將通過(guò)光圈312的射線集中到投影透鏡320的光瞳322或光圈中，即其將光圈312成像到投影透鏡320的光瞳平面中。通過(guò)聚光透鏡316的光束照射LCD20，該LCD設(shè)置在聚光透鏡316和投影透鏡320之間。這個(gè)透鏡將LCD成像到上文中所述的成像元件40上，從而使該LCD的每個(gè)光閥(像素)與成像元件40的對(duì)應(yīng)折射透鏡共軛。如果光閥是開(kāi)啟的，來(lái)自這個(gè)光閥的射線僅入射到共軛的折射透鏡上。該成像元件可以設(shè)置在距離LCD為600mm距離處。成像元件和抗蝕劑層5之間的距離可以是大約100到300μm。
該LCD20可以具有20μm的像素尺寸，并且該投影透鏡可以將LCD的像素結(jié)構(gòu)成像到放大率為5X的成像元件上。對(duì)于這種成像，不需要大數(shù)值孔徑(NA)的投影透鏡。為了提高照射光束入射到成像元件上的準(zhǔn)直度，可以將準(zhǔn)直透鏡324設(shè)置在成像元件之前。該投影透鏡和折射透鏡共同將光圈開(kāi)口成像為斑點(diǎn)。例如，1mm的光圈開(kāi)口成像為1μm大小的斑點(diǎn)。由于該LCD的工作基于入射射線偏振狀態(tài)的變化，因此需要使射線具有需要的初始偏振狀態(tài)的偏振器。還需要偏振分析器，其將偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)度。這種偏振器和分析器分別由附圖標(biāo)記308和318表示。該偏振器和分析器適于照射光束的波長(zhǎng)。盡管在圖2中沒(méi)有示出，但是在根據(jù)這個(gè)附圖的設(shè)備中還存在偏振器和分析器。
由于將LCD像素結(jié)構(gòu)的圖像聚焦到了具有投影透鏡的設(shè)備中的成像元件40上，因此在這種設(shè)備中實(shí)際不會(huì)出現(xiàn)串?dāng)_。此外，該成像元件可以包括厚基底，從而使其更穩(wěn)定。當(dāng)使用具有LCD光閥陣列的設(shè)備時(shí)，該偏振器和分析器吸收射線并生成熱。如果像通常情況那樣，該偏振器和分析器接近該LCD設(shè)置，那么這會(huì)引起熱效應(yīng)。其中將投影透鏡設(shè)置在LCD和成像元件之間的設(shè)備允許使分析器308遠(yuǎn)離LCD設(shè)置。這樣，防止達(dá)到將會(huì)出現(xiàn)熱效應(yīng)的高溫。如圖10所示，還可以將分析器318設(shè)置在與LCD20相距一定距離處。此外，圖10的設(shè)計(jì)方案允許LCD的獨(dú)立冷卻。LCD光閥陣列可以包括間隔器，該間隔器是以聚合體材料的小球體(例如4μm)形式出現(xiàn)的。這種球體可以引起光學(xué)擾動(dòng)。在具有投影透鏡的設(shè)備中，該間隔器的作用被降低了，這是因?yàn)榫哂休^小NA的投影透鏡起到用于高頻擾動(dòng)的空間濾光器的作用。
當(dāng)使用投影透鏡時(shí)，很容易地就可以由反射型陣列取代透射光閥陣列，該反射型陣列為例如反射型LCD或者數(shù)字反射鏡器件(DMD)。其中使用了DMD的設(shè)備應(yīng)設(shè)有空間濾光裝置。這些裝置應(yīng)確保僅具有預(yù)定方向的射線到達(dá)成像元件40和抗蝕劑層，該射線即由具有預(yù)定方向的反射鏡反射的射線。投影透鏡提供了這種濾光功能。
圖10的設(shè)備僅僅是具有投影透鏡的設(shè)備的一個(gè)實(shí)例。可能存在圖10設(shè)備的許多修改方案。
在實(shí)踐中，本發(fā)明的方法可以用作制造在基底的至少一個(gè)處理層上具有器件輪廓的器件的過(guò)程中的一個(gè)步驟。在已經(jīng)將圖像印制到處理層上的抗蝕劑層中之后，將材料從處理層的區(qū)域上去除，或者將其添加到該區(qū)域上，該區(qū)域就得以由所印制的圖像界定出來(lái)了。對(duì)于所有處理層，重復(fù)成像以及去除或添加材料的這些處理步驟，直到完成了整個(gè)器件為止。在將要使子器件形成在不同層上并利用多層基底的情況下，可以使與子器件有關(guān)的子圖像圖案成像，該圖案具有在成像元件和抗蝕劑層之間的不同距離。
本發(fā)明可以用于印制顯示器件的圖案，諸如LCD、等離子顯示屏和多Led顯示器、印刷電路板(PCB)和微型多功能系統(tǒng)(MOEMS)，從而可以用于制造這些顯示器件。
本發(fā)明不僅可以用于光刻接近式打印設(shè)備中，還可以用于其它類型的圖像形成設(shè)備中，例如打印設(shè)備或復(fù)印設(shè)備中。
圖11表示了打印機(jī)的實(shí)施例，其包括根據(jù)本發(fā)明的光閥陣列和相應(yīng)的折射透鏡陣列。該打印機(jī)包括射線敏感材料層330，其起到圖像載體的作用。利用兩個(gè)鼓332和333來(lái)輸送該層330，該鼓在箭頭334方向上旋轉(zhuǎn)。在到達(dá)曝光單元350之前，利用充電器336使該射線敏感材料均勻充電。該曝光臺(tái)350在該材料330上形成了靜電潛像。該潛像在顯影器中轉(zhuǎn)變?yōu)樯珓﹫D像，在該顯影器中所提供的色劑顆粒有選擇地附著到材料330上。在轉(zhuǎn)印單元340中，將材料330上的色劑圖像轉(zhuǎn)印到復(fù)制紙342上，該復(fù)制紙由鼓344傳送。
權(quán)利要求
1.一種在射線敏感層上形成光學(xué)圖像的方法，該方法包括以下步驟-提供射線源；-提供射線敏感層；-將獨(dú)立受控光閥的二維陣列放置在射線源和射線敏感層之間；-將射線會(huì)聚單元的二維陣列放置在光閥陣列和射線敏感層之間，使得每個(gè)會(huì)聚單元對(duì)應(yīng)于一個(gè)不同的光閥并用于將來(lái)自對(duì)應(yīng)光閥的射線會(huì)聚到射線敏感層的斑點(diǎn)區(qū)域中；-通過(guò)一方面對(duì)所述層區(qū)域、另一方面對(duì)相關(guān)的光閥/會(huì)聚單元對(duì)彼此相對(duì)地進(jìn)行掃描，并且依據(jù)要由光閥寫入的圖像部分在開(kāi)和關(guān)狀態(tài)之間對(duì)每個(gè)光閥進(jìn)行切換，在射線敏感層區(qū)域內(nèi)同時(shí)寫入圖像部分；-其特征在于利用了折射透鏡形式的會(huì)聚單元，并且在于使用了兩個(gè)陣列來(lái)形成斑點(diǎn)矩陣陣列，所述矩陣的間距基本上大于斑點(diǎn)尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特征在于所述掃描是這樣進(jìn)行的每個(gè)斑點(diǎn)掃描其自身相關(guān)的層區(qū)域，該區(qū)域的尺寸對(duì)應(yīng)于矩陣間距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特征在于斑點(diǎn)的矩陣和射線敏感層在與矩陣中斑點(diǎn)線的方向成小角度的方向上，彼此相對(duì)地進(jìn)行掃描，并且在于掃描是在基本上大于矩陣間距的長(zhǎng)度內(nèi)進(jìn)行的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，特征在于在連續(xù)的子照射之間，射線敏感層和陣列在最多等于形成在射線敏感層中的斑點(diǎn)尺寸的距離內(nèi)彼此相對(duì)地進(jìn)行位移。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，特征在于使圖像輪廓邊沿處的斑點(diǎn)強(qiáng)度適應(yīng)于這個(gè)輪廓邊沿和相鄰輪廓之間的距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的方法，構(gòu)成用于在基底上生成器件的光刻過(guò)程的部分，特征在于該射線敏感層是設(shè)置在基底上的抗蝕劑層，并且該圖像圖案對(duì)應(yīng)于將要生產(chǎn)的器件的輪廓圖案。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，特征在于將該圖像分成子圖像，每個(gè)子圖像屬于將要生產(chǎn)的器件的不同層，并且在形成不同子圖像的過(guò)程中，將該抗蝕劑層表面設(shè)定在與折射透鏡陣列相距不同距離的地方。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的方法，構(gòu)成了用于打印一張紙的處理的部分，特征在于該射線敏感層是一層靜電材料。
9根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的方法，特征在于使光閥陣列位于直接面對(duì)折射透鏡陣列的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的方法，特征在于將光閥陣列成像到折射透鏡陣列上。
11.一種用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法的設(shè)備，該設(shè)備包括-射線源；-定位裝置，用于將射線敏感層相對(duì)于從光源發(fā)出的射線束進(jìn)行定位；-可獨(dú)立控制的光閥的二維陣列，其設(shè)置在光源和射線敏感層的位置之間；-成像元件，其包括設(shè)置在光閥陣列和射線敏感層的位置之間的射線會(huì)聚單元陣列，使得每個(gè)會(huì)聚單元對(duì)應(yīng)于一個(gè)不同的光閥，并且用于將來(lái)自相應(yīng)光閥的射線會(huì)聚到抗蝕劑層中的斑點(diǎn)區(qū)域內(nèi)，特征在于該會(huì)聚單元是折射透鏡。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，用于在基底上的抗蝕劑層上形成圖像，該圖像包括與將要配置在所述基底上的器件輪廓相對(duì)應(yīng)的輪廓，特征在于該射線敏感層是設(shè)置在基底上的抗蝕劑層，并且該定位設(shè)備是由基底臺(tái)承載的基底支架。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，特征在于其包括用于當(dāng)形成不同的子圖像時(shí)調(diào)整抗蝕劑層表面和折射透鏡陣列之間的距離的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，用于在一張紙上打印數(shù)據(jù)，特征在于該射線敏感層是一層靜電射線敏感材料，并且該定位設(shè)備是用于使所述層相對(duì)于光閥陣列和折射透鏡陣列移動(dòng)并且將所述層保持在這些陣列的圖像場(chǎng)位置的設(shè)備。
15.根據(jù)權(quán)利要求11到14中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，特征在于該成像元件設(shè)置在光閥陣列后面，不對(duì)成像裝置產(chǎn)生干擾。
16.根據(jù)權(quán)利要求11到14中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，特征在于投影透鏡設(shè)置在光閥陣列和折射透鏡陣列之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，特征在于折射透鏡陣列和抗蝕劑層之間的距離為大于250μm。
18.一種用于在基底的至少一個(gè)處理層上制造器件的方法，該方法包括以下步驟-在設(shè)置在該處理層上的抗蝕劑層中形成圖像，該圖像包括與將要配置在該處理層中的器件輪廓相對(duì)應(yīng)的輪廓；-從該處理層的區(qū)域上除去材料或者向該區(qū)域添加材料，該區(qū)域是以形成在抗蝕劑層中的圖像為界的，特征在于利用根據(jù)權(quán)利要求1到7、9和10中任一項(xiàng)所述的方法形成該圖像。
全文摘要
通過(guò)多個(gè)子照射在射線敏感層(5)中形成光學(xué)圖像，在每個(gè)子照射中，將光閥陣列(21－25)和對(duì)應(yīng)的會(huì)聚單元陣列(91－95)用于根據(jù)子圖像圖案在抗蝕劑層上形成斑點(diǎn)圖案(111－115)。在子照射之間，該抗蝕劑層相對(duì)于該陣列移動(dòng)。通過(guò)將折射透鏡(43)用作會(huì)聚單元獲得了明亮并且良好限定的斑點(diǎn)。該射線敏感層可以是在基底上的抗蝕劑層，其中利用打印機(jī)中使用的光刻方法或者靜電層構(gòu)成了該器件。
文檔編號(hào)H01L21/027GK1646992SQ03808418
公開(kāi)日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2003年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月15日
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