光点格栅阵列光刻机制造技术

本发明专利技术提供了一种高分辨率、高数据速率点格栅阵列光刻机系统，其中通过在涂布了光刻胶的衬底上扫描点格栅阵列光束，形成图像。通过变迹该光束以提供窄主瓣，实现高分辨率。通过确保主瓣不包括光刻胶阈值之上的能量，使用无记忆光刻胶以及通过使用适合用于点格栅阵列图形和无记忆特性光刻胶的倾斜、隔行扫描，可以防止在衬底上进行不希望的旁瓣记录。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用大量平行光束阵列直接在光刻层上图形化高清晰度图像的无掩膜方法和设备。该设备用于制造半导体器件、微电子电路、微系统、薄膜器件以及用于显微光刻应用的掩膜和衬底的结构。要求临时专利申请的优先权本专利申请要求第60/331,029号美国临时专利申请的优先权。
技术介绍
光刻法是一种用于将图像转印到半导体或其他衬底上的技术。有两种基本类型的光刻系统。第一种被称为图像投影光刻技术，它采用被称为掩膜或标线的主图形和用于将图像投影到掩膜或衬底上的投影系统。第二种类型的系统被称为无掩膜系统或直接写系统，它通过在衬底上扫描(或“写”)光束，直接在衬底上成像。无掩膜系统用于产生用于图像投影光刻技术的掩膜。然而，与直接写系统相比，具有掩膜的系统通常速度快，而且更适于大批量商业应用。在图像投影光刻技术中，利用投影装置将在掩膜上形成的图像转印到衬底上。在被称为晶片步进器(wafer stepper)的一种类型的图像投影系统中，一次性将整个掩膜图形投影到衬底上，图形化一部分衬底。然后，使该掩膜相对于衬底移动(“步进”)，然后图形化另一部分衬底。在被称为步进扫描光刻装置(step-and-scan apparatus)的另一种类型的光刻投影装置中，通过利用投影光束渐进扫描掩膜，同时平行于该方向同步扫描衬底，辐照衬底上的各部分。在这两种类型的系统中，将图像投影到被称为光刻胶、被涂布在衬底表面上的光敏层上。每个掩膜均包括与一层要形成在衬底上的电路部件对应的图形。为了建立三维结构的集成电路，对大量图形进行曝光和处理。曝光之后，显影光刻胶，仅在对应于曝光图像的晶片上留下选择的光刻胶图形。由于光刻胶“阻止”蚀刻它们下面的衬底，所以利用后续蚀刻步骤，可以将光刻胶中显影的图形转印到衬底上。根据在显影步骤使被曝光的光刻胶选择保留在晶片上还是从晶片上清除的情况，光刻胶可以是正类型的或负类型的。不幸的是，因为缺少设计规则而且广泛使用诸如OPC(近光校正(Optical Proximity Correction))和PSM(移相掩膜)的RET(分辨率增强技术)，所以用于图像投影系统的掩膜越来越困难，而且制造昂贵。由于形成制造集成电路所需的多个图形，需要许多掩膜，所以制造掩膜的时间延迟和掩膜本身的花费是半导体制造过程中的显著成本。对于其中不能将掩膜的成本分摊到大量器件的小批量器件的情况，尤其如此。因此，最好提供一种不需要昂贵掩膜制造半导体芯片的快速光刻装置。此外，最好提高光刻技术可实现的分辨率。此外，这种装置最好用于直接图形化少量衬底，例如运行原型装置，而且用于制造掩膜。在UV thermoresistssub-100-nm imaging without proximity effects，Gelbart，Dan，Karasyuk，Valentin A.，Creo Products Inc.，Proc.SPIEVol.3676，p.786-793，Emerging Lithographic Technologies III，YuliVladimirsky；Ed.6/1999中描述了一种提高利用传统掩膜可实现的分辨率的方法。在该方法中，与图像投影系统组合使用微透镜阵列，将图像分解为高分辨率点阵列，传统步进器中，在脉冲之间扫描该高分辨率点阵列，形成全像。由于将各点互相分离开，所以这种系统消除了近光效应。利用热光致光刻胶的组合，这种方法利用传统掩膜提供改进的分辨率。然而，它仍需要使用掩膜或标线。在“A Microlens Direct-Write Concept for Lithography”，Davidson，Mark，SPIE VOL.3048，PP.346-355，1997(Spectel Company，MountainView CA)中，建议了一种不需要掩膜的方法。在该系统中，为了获得高分辨率和更高吞吐量，建议在直接写系统中与平行光束组合使用微透镜阵列。射束分裂器产生平行光束阵列，利用平行阵列迈克尔逊干涉仪调制器内的压电介质片阵列单独调制该平行光束。利用微透镜将调制的光束以多点格栅图形的形式成像到衬底上。在2000年10月17日授予Kenneth C.Johnson的第6,133,986号美国专利“Microlens scanner for microlithography and wide-fieldconfocal microscopy”中，对采用微透镜阵列的另一种直接写光刻技术进行了描述。在该系统中，数字微反射镜器件(DMD)提供平行阵列的调制光束，J.B.Samsell在“An Overview of the Performance Envelopeof Digital Micromirror Device(DMD)Based Prejection DisplaySystems”，Society for Information Display 1994 InternationalSymposium(San Jose，Jun.12-17，1994)对该数字微反射镜器件进行了描述。通过微透镜阵列中的相应单元，以多点格栅图形的形式，将每条光束成像到衬底上。尽管Davidson和Johnson的系统均不需要掩膜，但是它们未提高基于光的光刻技术获得的分辨率。因此，最好提供一种对改进的掩膜制造过程和晶片光刻技术提高分辨率和吞吐量的、切实可行的无掩膜直接写系统。
技术实现思路
本专利技术是提供了一种适合用于快速掩膜制造和晶片光刻的高分辨率、高数据速率直接写点格栅阵列光刻系统。根据本专利技术，通过在衬底上扫描二维阵列光束，在衬底上曝光图像。通过选择性地调制光束，形成图像，在衬底上扫描该光束阵列。在变换实施例中，空间光线调制器提供灰度级调制，在灰度级调制过程中，可以使用不是“接通”和“断开”电平的中间电平的信号。可以从Franhaufer Institute，Dresden，Germany获得这样一种调制器，而且将它称为悬臂光束微反射镜空间光线调制器。上面引用的Davidson，Mark，SPIE VOL.3048，PP.346-355，1997描述了利用提供灰度级调制的另一种方法。该方法使用迈克尔逊干涉仪产生灰度级调制。正如在此所述，“接通”和“断开”调制是灰度级调制的特殊情况，在灰度级调制中，只可能有两种灰度级，“0”和“1”。通过对每条选择的光束进行整形以通过窄主瓣，从而确定窄光束，增强分辨率。然后，窄光束在衬底上聚焦为小点，该衬底上涂布了光刻胶(还被称为光致光刻胶)。通过防止旁瓣利用其曝光阈值以上的能量曝光光刻胶，可以防止窄光束的旁瓣产生不希望的曝光。这是通过使用热光致光刻胶、曝光策略以及设备体系结构实现的，该曝光策略和设备体系结构对已经对旁瓣曝光的光刻胶部分提供时间以在该部分被进一步曝光之前被冷却。该曝光策略进一步包括在曝光光刻胶的相邻点之间提供足够时间以在连续曝光之间对光刻胶进行冷却的扫描技术。本专利技术提供的光刻方法包括步骤产生基本平行的光束阵列；调制对应于要记录到光刻胶上的预定图像的基本平行光束阵列中的多条光束；对每条光束进行整形，以提供具有窄主瓣和相应旁瓣的窄光束；沿从该阵列的法向轴线稍许偏转的轴线，相对于窄光束位移光刻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适合用于涂布了无记忆光刻胶的衬底的光刻机，该光刻机包括：可编程光学辐射源，用于提供基本平行的光束阵列，响应输入信号单独调制该光束；射束成形器，用于使该光束变窄；聚焦光学器件，其被定位为接收窄调制光束，并用于聚焦该窄调制光束；以及可移动工作台，用于在衬底与聚焦的窄调制光束之间实现线性运动，该位移实现倾斜扫描。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉拉德艾茂基，
申请(专利权)人：应用材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]