投影式斜坡曝光光刻机装置与方法

摘要

一种投影式斜坡曝光光刻机装置，沿光传播方向依序包括：照明系统，用以出射具有宽带光谱的光束；掩模，该掩模上形成有多数组标记图案；物镜；以及基底，该基底具有斜坡；在该掩模和该照明系统之间设有滤波系统，该宽光谱的光束经该滤波系统后出射具有不同的波长的光束分别照射该掩模上的不同位置，该不同波长的光经该掩模衍射后经过该物镜会聚至该基底的斜坡的不同的高度，以在该斜坡表面形成斜坡状的空间像。

权利要求

1.一种投影式斜坡曝光光刻机装置，沿光传播方向依序包括：照明系统，用以出射具有宽带光谱的光束；

掩模，该掩模上形成有多数组标记图案；

物镜，以及

基底，该基底具有斜坡；

其特征在于，在该掩模和该照明系统之间设有滤波系统，该宽光谱的光束经该滤波系统后出射具有不同的波长的光束分别照射该掩模上的不同位置，该不同波长的光经该掩模衍射后经过该物镜会聚至该基底的斜坡的不同的高度，以在该斜坡表面形成斜坡状的空间像。

2.根据权利要求1所述的投影式斜坡曝光光刻机装置，其特征在于，该滤波系统为渐变滤色片。

3.根据权利要求1所述的投影式斜坡曝光光刻机装置，其特征在于，该掩模上形成有四组互不相同且间隔一定距离的标记图案，该四组标记图案分别成像至该斜坡的不同的高度上。

4.根据权利要求3所述的投影式斜坡曝光光刻机装置，其特征在于，该物镜的放大倍率为1X，该基底的斜坡结构的斜坡角度为30度，斜坡高度为500um，该四组标记之间的距离为100um，该四组标记图案中的每一组标记图案内的标记图案之间的距离为50um。

5.根据权利要求2所述的投影式斜坡曝光光刻机装置，其特征在于，该照明系统包括具有宽带光谱的光源及照明镜组。

6.根据权利要求1所述的投影式斜坡曝光光刻机装置，其特征在于，该滤波系统为一色散系统。

7.根据权利要求6所述的投影式斜坡曝光光刻机装置，其特征在于，该照明系统包括具有宽带光谱的光源、可变狭缝及照明镜组。

8.根据权利要求1所述的投影式斜坡曝光光刻机装置，还包括用于承载该掩模的掩模台。

9.根据权利要求1所述的投影式斜坡曝光光刻机装置，还包括用于承载该基底的工件台。

10.根据权利要求9所述的投影式斜坡曝光光刻机装置，还包括装配于该工件台的空间传感器。

11.利用权利要求1-10中任一项权利要求所述的投影式斜坡曝光光刻机装置进行斜坡曝光的方法，具体步骤如下：(1)于掩模的同一区域上形成多数组标记图案，该些标记图案互不相同，形成在掩模上不同位置且相互间隔；

(2)上载该掩模、基底和滤波系统；

(3)测量斜坡空间像；

(4)移动该基底，进行斜坡曝光；

(5)下载该基底。

说明书

投影式斜坡曝光光刻机装置与方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光刻领域，尤其涉及投影式斜坡曝光光刻机装置及方法。

背景技术

[0002] 在微机电系统MEMS的加工工艺中，表向硅工艺是采用与集成电路工艺相似的表向加工手段，以单晶硅或多晶硅薄膜来制作机械结构。采用的工艺方法包括外延、渗杂、溅射、化学气相沉积、光刻、氧化等。该方法缺点是立体结构不如前两种强。但优点是沿用许多IC工艺，工艺成熟，产率高成本低。因此表面硅技术是最容易产业化的技术。

[0003] 采用表面硅工艺时候，典型的一道程序为光刻。为了能够加工各种复杂的立体结构，工艺上对传统的IC光刻提出了更多的要求，包括大焦深、斜面曝光、斜坡曝光等等。大焦深方便加工高深宽比的器件，斜面曝光可以加工倾斜的立体结构，斜坡曝光则可以在斜坡上加工器件，节约面积。对于斜面曝光，采用传统的Mask Aligner的接触式或接近式曝光即可，只需要倾斜掩模和基底，或倾斜平行照明光即可实现(如美国专利US2007/0003839A1中所公开的)(图1)。对于大焦深，可以在投影光刻机上减小物镜NA和增大CD实现。但是，对于斜坡曝光(图2)，传统上采用激光在坡度上加工，精度不高，或者采用X射线、电子束或离子束刻蚀(如“激光刻蚀技术的应用”，南开大学王宏杰等，红外与激光工程，2004年10月，33卷第5期；“电子束曝光微纳加工技术”，出版社：北京工大，ISBN：9787563913008，出版日期：2004-07-01；以及“Focused Ion Beam fabrication of large and complex nanopatterns”，O.Wilhelmi，L.Roussel，P.Anzalone，D.J.Stokes，P.Faber，S.Reyntjens，FEI Company，PO Box 80066，5600KA Eindhoven，The Netherlands；等)，或LIGA方法，成本高，产率很低，严重影响产业化。因为坡度高度常常高达几百微米，Mask Aligner的衍射效应难以消除，所以难以用接近式曝光实现；而对于传统的投影式光刻机，因为坡度较大(～0.01rad-1rad)，工件台掩模台难以倾斜如此大的角度，所以也难以实现，另外，有US6866976B2的专利采用改变剂量分布和掩模标记分布的方法来实现斜坡曝光，该方法操作十分困难。

[0004] 针对传统光刻机难以实现斜坡曝光的缺点，本发明提出的投影式光刻机利用色差引起焦面变化的特点，用不同频率的光给斜坡不同高度的标记曝光，实现斜坡曝光，从而利用斜坡做一部分结构，节约基底面积，使得MEMS器件体积更小，而且产率更高。

发明内容

[0005] 本发明提出的投影式斜坡曝光光刻机装置，沿光传播方向依序包括：

[0006] 照明系统，用以出射具有宽带光谱的光束；

[0007] 掩模，该掩模上形成有多数组标记图案；

[0008] 物镜，以及

[0009] 基底，该基底具有斜坡；

[0010] 其特征在于，在该掩模和该照明系统之间设有滤波系统，该宽光谱的光束经该滤波系统后出射具有不同的波长的光束分别照射该掩模上的不同位置，该不同波长的光经该掩模衍射后经过该物镜会聚至该基底的斜坡的不同的高度，以在该斜坡表面形成斜坡状的空间像。

[0011] 其中，该滤波系统为渐变滤色片。

[0012] 其中，该掩模上形成有四组互不相同且间隔一定距离的标记图案，该四组标记图案分别成像至该斜坡的不同的高度上。

[0013] 其中，该物镜的放大倍率为1X，该基底的斜坡结构的斜坡角度为30度，斜坡高度为500um，该四组标记图案之间的距离为100um，该四组标记图案中的每一组标记图案内的标记图案之间的距离为50um。

[0014] 其中，该照明系统包括具有宽带光谱的光源及照明镜组。

[0015] 其中，该滤波系统为一色散系统。

[0016] 其中，该照明系统包括具有宽带光谱的光源、可变狭缝及照明镜组。

[0017] 其中，还包括用于承载该掩模的掩模台。

[0018] 其中，还包括用于承载该基底的工件台。

[0019] 其中，还包括装配于该工件台的空间传感器。

[0020] 本发明还提供了一种利用上述光刻机装置进行斜坡曝光的方法，具体步骤如下：

[0021] (1)于掩模的同一区域上形成多数组标记图案；

[0022] (2)上载该掩模、基底和滤波系统；

[0023] (3)测量斜坡空间像；

[0024] (4)移动该基底，进行斜坡曝光；

[0025] (5)下载该基底。

[0026] 相比传统的激光、X射线、电子束、离子束等直写式方法，本方法具有成本低、产率高等一系列优点。

附图说明

[0027] 图1所示为现有技术中典型的斜面曝光的示意图；

[0028] 图2所示为斜坡曝光的示意图；

[0029] 图3所示为根据本发明的第一实施方式的投影式斜坡曝光光刻机装置的结构示意图；

[0030] 图4所示为掩模结构和斜坡结构的示意图；

[0031] 图5所示为光刻机不同位置的波谱图；

[0032] 图6所示为根据本发明的第二实施方式的投影式斜坡曝光光刻机装置的结构示意图；

[0033] 图7所示为根据本发明的第一实施方式进行斜坡曝光的方法的流程图；

[0034] 图8所示为根据本发明的第二实施方式进行斜坡曝光的方法的流程图。

具体实施方式

[0035] 下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。为了便于描述和突出显示本发明，附图中省略了现有技术中已有的相关部件，并将省略对这些公知部件的描述。

[0036] 第一实施方式

[0037] 图3为本发明改进型投影式斜坡曝光光刻机装置的第一实施方式的结构示意图。如图3所示，该装置包括具有宽带光谱的光源1、照明镜组2的照明系统，放置掩模4的掩模台5，物镜6，放置基底(于本实施例中，以基底为硅片进行图示说明，但并非以此限制本发明)7和空间传感器8的工件台9。其中，硅片7上带有斜坡，并且在掩模4和照明系统之间设有渐变滤色片3。

[0038] 图4所示为本实施方式中掩模的斜坡图案和曝光所得的硅片斜坡标记的示意图。在本实施方式中，物镜6的放大倍率为1X，硅片7的斜坡角度为30度，斜坡高度为500um，具有四层标记(即四个曝光区域)。掩模4上具有与硅片7的四层标记分别对应的四组标记图案，该四组标记图案互不相同，且该四组标记图案之间的距离为100um，每一组标记图案中的标记图案之间的距离为50um。

[0039] 图5所示为光刻机不同位置处的波谱图，其中示出了本实施方式中光源发出的光，照明镜组后的光，以及渐变滤光片后的光的各自波谱。可以看出照明镜组起到了匀光作用。本例中，光源1采用Xe灯产生宽波谱照明光(图5-a)，经照明镜组2滤光和匀光后，波谱只剩下所需要的范围，并且光强被均匀(图5-b)。渐变滤色片3是根据斜坡标记位置参数计算而定制的，宽波谱的光经过它后，在不同的位置上选择不同波长的光经过(图5-c)。如图3，不同波长的光经过掩模衍射后经过物镜汇聚于不同的高度，从而形成了斜坡状的空间像，根据图7所示的流程，测量斜坡标记的空间像位置，就可以移动工件台给硅片的斜坡曝光。

[0040] 图7所示为本发明的第一实施方式进行斜坡曝光的方法的流程，具体步骤如下：

[0041] (1)将对应于硅片的斜坡上不同高度的标记的图案加工到掩模的同一区域上；

[0042] (2)上掩模、硅片和渐变滤色片；

[0043] (3)测量斜坡空间像；

[0044] (4)移动硅片，进行斜坡曝光；

[0045] (5)下硅片。

[0046] 第二实施方式

[0047] 图6为根据本发明的改进型投影式斜坡曝光光刻机装置的第二实施方式的结构示意图。该装置包括具有宽带光谱的光源11、可变狭缝12、照明镜组13的照明系统，放置掩模15的掩模台16，物镜17，放置硅片18和空间传感器19的工件台20。其中，硅片18上带有斜坡，并且在掩模15和照明系统之间设有色散系统14，该色散系统可以为棱镜或光栅。如图6中的光路所示，不同波长的混合光通过色散系统后根据波长被分开到不同的空间位置，从而为掩模15的不同位置照明(掩模的结构与第一实施方式中的掩模结构类似)。掩模不同位置受到不同波长光线照明，成像到硅片面不同高度上，从而形成斜坡状的空间像。

[0048] 本实施方式中硅片斜坡标记及其对应的掩模图案与第一实施方式类似，具体可见图4。在本实施方式中，物镜的放大倍率为1X，斜坡角度为30度，斜坡高度为500um，具有4层标记(即四个曝光区域)。掩模4上具有与硅片7的四层标记分别对应的四组标记图案，该四组标记图案互不相同，且该四组标记图案之间的距离为100um，每一组标记图案中的标记图案之间的距离为50um。

[0049] 图8所示为本发明的第二实施方式进行斜坡曝光的方法的流程，具体步骤如下：

[0050] (1)将对应于硅片的斜坡上不同高度的标记的图案加工到掩模的同一区域上；

[0051] (2)上掩模、硅片和色散系统(色散棱镜或色散光栅)；

[0052] (3)测量斜坡空间像；

[0053] (4)移动硅片，进行斜坡曝光；

[0054] (5)下硅片。

[0055] 本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。