專利名稱：采用數(shù)字相移的無掩模光刻方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種涉及增強(qiáng)光刻分辨率方法，特別是使用空間光調(diào)制器的無掩模光 刻機(jī)的相移掩模分辨率增強(qiáng)方法及其裝置。
背景技術(shù)：
光刻技術(shù)是用于在襯底表面印刷具有特征的構(gòu)圖，這樣的襯底可包括用于制造平 面顯示器(例如液晶顯示器)、半導(dǎo)體器件、各種集成電路、電路板、生物芯片、微機(jī)械電子 芯片、光電子器件芯片等的基片。經(jīng)常使用的基片是表面涂有感光介質(zhì)的半導(dǎo)體晶圓或玻
璃基片ο在光刻期間，芯片放置在芯片臺上，通過曝光光學(xué)裝置，將圖像投射到芯片表面， 所投射的圖像引起涂覆在芯片表面的感光層(例如光刻膠層)的特征變化。投影式光刻系統(tǒng)中，為了在芯片上制造器件，需要多個分劃板(又稱為掩模)。隨 著特征尺寸的減小以及對于較小特征尺寸的精確公差需求等原因，這些分劃板對于生產(chǎn)而 言成本很高，并且耗時很長，從而使利用分劃板的投影式光刻系統(tǒng)制造成本越來越昂貴。為克服上述這些缺陷，出現(xiàn)了無掩模光刻系統(tǒng)，其相對于使用分劃板的光刻系統(tǒng)， 在成本和靈活性上提供了很多益處。一種無掩模光刻系統(tǒng)使用空間光調(diào)制器(SLM)來代替 分劃板，空間光調(diào)制器(SLM)包括數(shù)字微鏡裝置(DMD)、液晶顯示器(LCD)和光柵閥(GLV) 等。SLM包括一個可以獨(dú)立尋址和控制的像素陣列，每個像素可以處在ON或OFF的狀態(tài)，以 代替分劃板形成所需的圖案。對于無掩模光刻系統(tǒng)來說，由于對象特征尺寸的持續(xù)縮小，存在提高分辨率的需 求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種無掩模光刻方法和裝置，采用數(shù)字相移的 方式來提高系統(tǒng)的光刻分辨率。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提出一種采用數(shù)字相移的無掩 模光刻裝置，包括照明系統(tǒng)、分束器、第一空間光調(diào)制器和一第二空間光調(diào)制器、以及投影 光學(xué)系統(tǒng)。照明系統(tǒng)用以提供照明光。分束器將照明光分成第一光束和第二光束，分別投 向第一空間光調(diào)制器和第二空間光調(diào)制器。第一空間光調(diào)制器將第一光束調(diào)制成所需要形 成的曝光圖案的第一子圖案，再經(jīng)分束器投射至一投影光學(xué)系統(tǒng)。第二空間光調(diào)制器將第 二光束調(diào)制成所需要形成的曝光圖案的第子圖案，再經(jīng)分束器投射至投影光學(xué)系統(tǒng)，其中 第一子圖案和第二子圖案交錯。投影光學(xué)系統(tǒng)將第一光束和第二光束投影至一光刻對象， 以在光刻對象上組合形成所述曝光圖案，其中投射到光刻對象的第一子圖案和第二子圖案 的相鄰結(jié)構(gòu)的相位差為180度。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述裝置還包括曝光控制系統(tǒng)用以控制照明系統(tǒng)的照明光。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述裝置還包括第一光學(xué)裝置，設(shè)置在分束器和第一空 間光調(diào)制器之間。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述裝置還包括第二光學(xué)裝置，設(shè)置在分束器和第二空 間光調(diào)制器之間。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述裝置還包括掃描平臺，用以承載光刻對象；以及掃 描控制系統(tǒng)，用以移動掃描平臺，以轉(zhuǎn)換曝光場。本發(fā)明另提供一種采用上述裝置的無掩模光刻方法，包括以下步驟首先，將所需 要形成的曝光圖案按相位分解成第一子圖案和第二子圖案，分別輸入第一空間光調(diào)制器和 第二空間光調(diào)制器，其中第一子圖案和第二子圖案交錯；其次，分別在第一空間光調(diào)制器和 第二空間光調(diào)制器上控制像素點(diǎn)，以形成表示第一子圖案和第二子圖案的光束，之后確保 投射到光刻對象的第一子圖案和第二子圖案的相鄰結(jié)構(gòu)的相位差為180度。本發(fā)明的上述技術(shù)方案，由于在無掩模光刻系統(tǒng)中使用相移技術(shù)，使兩個相鄰結(jié) 構(gòu)的電磁場變得彼此異相，因?yàn)楣獾膹?qiáng)度與電磁場振幅的矢量和的平方成正比，所以相移 的使用增大了在兩個相鄰結(jié)構(gòu)之間存在最小強(qiáng)度點(diǎn)的可能性，使得可以區(qū)分彼此。由此，系 統(tǒng)從整體上大大提高了成像的對比度，增強(qiáng)了光刻的分辨率。


為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具 體實(shí)施方式作詳細(xì)說明，其中圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的無掩模光刻系統(tǒng)示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的曝光圖案示意圖。圖3是圖1所示系統(tǒng)的一空間光調(diào)制器所形成的圖案。圖4是圖1所示系統(tǒng)的另一空間光調(diào)制器所形成的圖案。圖5是圖1所示系統(tǒng)的兩組空間光調(diào)制器通過投影系統(tǒng)組合而成的圖案。
具體實(shí)施例方式圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的無掩模光刻系統(tǒng)示意圖。請參照圖1所示，本實(shí)施例的 光掩模光刻系統(tǒng)包括曝光控制系統(tǒng)10、照明系統(tǒng)20、分束器30、投影光學(xué)系統(tǒng)40、掃描平臺 50、掃描控制系統(tǒng)60、第一光學(xué)裝置70、第一空間光調(diào)制器80、第一控制器90、第二光學(xué)裝 置100、第二空間光調(diào)制器110、第二控制器120。曝光控制系統(tǒng)10用來控制照明系統(tǒng)20的照明光。第一光學(xué)裝置70和第二光學(xué)裝置100是透鏡的組合，分別設(shè)置在分束器30與第 一空間光調(diào)制器80之間、分束器30與第二空間光調(diào)制器110之間、按需要起到導(dǎo)引光束、 擴(kuò)束等作用。第一空間光調(diào)制器80和第二空間光調(diào)制器110分別在第一控制器90和第二控制 器120的控制下對入射光進(jìn)行調(diào)制，以產(chǎn)生所需的圖案。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將所需要形 成的曝光圖案(參照圖2所示)按相位分解成第一子圖案(圖2中白色部分)和第二子圖 案(圖2中陰影部分)，這兩個子圖案是相互交錯，交錯的單位可為圖案的最小特征尺寸。 第一子圖案和第二子圖案可分別輸入第一控制器90和第二控制器120，據(jù)此控制第一空間
4光調(diào)制器和第二空間光調(diào)制器上的各個像素點(diǎn)，以形成表示第一子圖案(參照圖3所示) 和第二子圖案(參照圖4所示)的光束。應(yīng)當(dāng)注意，需要確保投射到光刻對象200上的第一子圖案和第二子圖案的相鄰結(jié) 構(gòu)的波前相位差為180度。掃描平臺50用以承載光刻對象200，例如半導(dǎo)體晶圓或玻璃基片。掃描控制系統(tǒng) 60可移動掃描平臺50以轉(zhuǎn)換曝光場。在本發(fā)明的實(shí)施例中，光刻所使用的光包括但不限于，可見光、紅外光、紫外光、射線等。在圖1所示的無掩模光刻系統(tǒng)中，照明系統(tǒng)20在曝光控制系統(tǒng)10的控制下，將照 明光通過分束器30分成第一光束和第二光束。第一光束通過第一光學(xué)裝置70投向第一空 間光調(diào)制器80，第二光束通過光學(xué)裝置100投向第二空間光調(diào)制器110。第一空間光調(diào)制 器80在第一控制器90的控制下將入射光調(diào)制后形成圖3所示的第一子圖案后投射出去， 再經(jīng)過分束器30和投影光學(xué)系統(tǒng)40投影到光刻對象200上；第二空間光調(diào)制器110在第 二控制器120的控制下將入射光調(diào)制后形成圖4所示的第二子圖案投射出去，經(jīng)過分束器 30和投影光學(xué)系統(tǒng)40投影到光刻對象200上。并且，經(jīng)由第一空間光調(diào)制器80和經(jīng)由第 二空間光調(diào)制器110投影到光刻對象200上的圖案的相鄰結(jié)構(gòu)相互之間相差為180度，共 同組合成圖5所示的圖案進(jìn)行曝光。曝光結(jié)束后，掃描控制系統(tǒng)60控制掃描平臺50帶動光刻對象200移植下一曝光 場，進(jìn)行下一場的曝光。上述系統(tǒng)采用相移技術(shù)，對光波相位的調(diào)制來改善成像對比度，以增強(qiáng)光刻分辨 率。由于衍射的存在，兩個相鄰特征的電磁場分布?xì)w并到一起，使得很難區(qū)分一個特征結(jié)構(gòu) 和另一個特征結(jié)構(gòu)。通過使用相移技術(shù)，使兩個相鄰結(jié)構(gòu)的電磁場變得彼此異相，因?yàn)楣獾?強(qiáng)度與電磁場振幅的矢量和的平方成正比，所以相移的使用增大了在兩個相鄰結(jié)構(gòu)之間存 在最小強(qiáng)度點(diǎn)的可能性，使得可以區(qū)分彼此。由此，系統(tǒng)從整體上大大提高了成像的對比 度，增強(qiáng)了光刻的分辨率。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技 術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本發(fā)明的保護(hù)范 圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種采用數(shù)字相移的無掩模光刻裝置，包括 照明系統(tǒng)，用以提供照明光；分束器，將所述照明光分成第一光束和第二光束，分別投向一第一空間光調(diào)制器和一 第二空間光調(diào)制器；所述第一空間光調(diào)制器，將第一光束調(diào)制成所需要形成的曝光圖案的第一子圖案，且 經(jīng)所述分束器投射至一投影光學(xué)系統(tǒng)；所述第二空間光調(diào)制器，將第二光束調(diào)制成所需要形成的曝光圖案的第二子圖案，且 經(jīng)所述分束器投射至一投影光學(xué)系統(tǒng)，其中第一子圖案和第二子圖案交錯；投影光學(xué)系統(tǒng)，將所述第一光束和第二光束投影至一光刻對象，以在光刻對象上組合 形成所述曝光圖案，其中投射到光刻對象的第一子圖案和第二子圖案的相鄰結(jié)構(gòu)的相位差 為180度。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括 曝光控制系統(tǒng)，用以控制所述照明系統(tǒng)的照明光。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括第一光學(xué)裝置，設(shè)置在所述分束器和所述第一空間光調(diào)制器之間。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括第二光學(xué)裝置，設(shè)置在所述分束器和所述第二空間光調(diào)制器之間。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括 掃描平臺，用以承載所述光刻對象；以及掃描控制系統(tǒng)，用以移動所述掃描平臺，以轉(zhuǎn)換曝光場。
6.一種采用如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的裝置的無掩模光刻方法，包括將所需要形成的曝光圖案按相位分解成第一子圖案和第二子圖案，分別輸入第一空間 光調(diào)制器和第二空間光調(diào)制器，其中第一子圖案和第二子圖案交錯；分別在第一空間光調(diào)制器和第二空間光調(diào)制器上控制像素點(diǎn)，以形成表示第一子圖案 和第二子圖案的光束；以及確保投射到光刻對象的第一子圖案和第二子圖案的相鄰結(jié)構(gòu)的相位差為180度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用數(shù)字相移的無掩模光刻裝置和方法，該裝置包括照明系統(tǒng)、分束器、第一空間光調(diào)制器和一第二空間光調(diào)制器、以及投影光學(xué)系統(tǒng)。分束器將照明系統(tǒng)提供的照明光分成第一光束和第二光束，分別投向第一空間光調(diào)制器和第二空間光調(diào)制器。第一空間光調(diào)制器和第二空間光調(diào)制器分別將第一光束和第二光束調(diào)制成所需要形成的曝光圖案的相互交錯的第一子圖案和第二子圖案，再經(jīng)分束器投射至投影光學(xué)系統(tǒng)。投影光學(xué)系統(tǒng)將第一光束和第二光束投影至一光刻對象，以在光刻對象上組合形成所述曝光圖案，其中投射到光刻對象的第一子圖案和第二子圖案的相鄰結(jié)構(gòu)的相位差為180度。
文檔編號G03F7/20GK102117015SQ20091024793
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者周成剛, 程謨嵩 申請人:上海科學(xué)院