恆定光源步進掃描實現大面積光刻方法及其光刻裝置的製作方法
2023-05-10 04:30:11
專利名稱：恆定光源步進掃描實現大面積光刻方法及其光刻裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種恆定光源步進掃描實現大面積光刻方法及光刻裝置。
背景技術：
近年來，隨著微機電系統(Micro Electro Mechanical System)的發展，大面積微細加工已越來越得到廣泛的應用，基本都是採用光學光刻的方法。目前，日本YANSEN(YANSEN AUTOMATIC TECHNOLOGY CO LTD)公司用於大於12寸的樣片光刻的MA-2400光刻機，其光源採用折射、反射式光學系統，其體積為2000mm×1900mm×1950mm，重量為800kg，最大曝光面積400mm×400mm，照明均勻度為±6％，分辨力為10μm，這種光刻裝置光刻不均勻，分辨力不高，且光源體積大，重量大，光學系統結構複雜，研製工藝難度大，造價昂貴，不適用於大面積光刻。
發明內容
本發明的目的技術解決問題是提供一種恆定光源步進掃描實現大面積光刻方法及光刻裝置，利用該方法及裝置所得到的大面積光刻具有高的均勻度和分辨力，從而克服大面積光源的不足，且裝置結構簡單、造價低。
本發明的技術解決方案是恆定光源步進掃描實現大面積光刻方法，其特點在於採用光源步進掃描，掃描單元為高均勻度、恆定功率小光源，沿X方向掃描，沿Y方向實現步進拼接來實現。
恆定光源步進掃描實現大面積光刻的裝置，特點在於它由電機、傳動機構、掃描頭、導軌、機架構成，電機軸與傳動機構中的光杆連接，掃描頭置於導軌上，掃描頭採用閉環開關電源控制其光源，整個裝置固定在機架上。
採用光源步進掃描，掃描的過程中不會對掩摸和樣片的相對位置產生影響，掃描單元採用閉環開關電源控制光源，保證功率恆定，掃描單元為高均勻度小光源，其形狀採為平行四邊形光欄，使出射面為一對銳角小於60度的平行四邊形，可以保證掃描步進的拼接部分任意一點的能量累加和其他部分相等，進而保證整個掃描面的均勻度。
本發明由於是用小面積的、高均勻度的、穩定的光源步進掃描，得到一個大的、高均勻度的照明面，因此與現有技術相比有以下優點1.掃描單元為小面積光源，均勻度和衍射平滑方面容易實現；2.掃描單元為恆功率光源，視場為一對銳角小於60度的平行四邊形結構，保證了步進掃描重疊部分的照度與其他部分相等；3.掃描過程為多擋勻速掃描，可以根據不同要求來選擇掃描速度；還可通過快速多次掃描，進一步提高均勻度；4.視場面積靈活可變，可以根據要求來確定掃描範圍的大小，不受均勻度和解析度的限制；5.本方法原理簡單，結構及控制容易實現，體積小，成本遠低於現有的大面積光刻設備。
圖1為步進掃描的軌跡；圖2為掃描單元掃描拼接；圖3為掃描單元形狀；圖4為掃描裝置示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，掃描單元為高均勻度、恆定功率小光源，利用光源步進掃描，沿X方向掃描，沿Y方向步進拼接，通過多次掃描完成一次曝光。
如圖2所示，掃描單元為平行四邊形，1為掃描的面積，2為掃描的平行四邊形單元，3為另一個掃描的平行四邊形單元，掃描單元本身有高的均勻度，每次掃描步進距離為D，拼接部分2、3恰好相互補償，掃描單元功率恆定，這樣，拼接部分掃過的面積內任意點的能量累加和等於未拼接部分1掃過的面積內任意點的能量累加和，通過多次掃描完成一次曝光，此外，掃描過程可為多擋勻速掃描，可以根據不同要求來選擇掃描速度；還可通過快速多次掃描，進一步提高均勻度。為了保證了大面積內高均勻度的要求，光刻分辨力由掃描單元的性能和掩摸—樣片間隙決定。
如圖3所示，掃描單元為銳角δ＝60度的平行四邊形，掃描單元中間部分寬度W＝30mm，長度H＝40mm，整個掃描單元內的均勻度為3％，光源穩定度為1％。對於一個確定的掃描單元，Y方向步進的步距D(如圖2)為1部分的邊長和2部分的一條直角邊長的和。如假設掃描面積為400mm×400mm，則X方向掃描的勻速部分行程就為400mm，Y方向n次步進的行程nD≥400mm。掃描速度v和掃描次數m可由公式J/v＝E/m確定其中，J為光源照度，E為曝光劑量。掃描單元按圖1所示的軌跡步進掃描，按照圖2的方式拼接完成。設完成一次掃描曝光面達到均勻度為σ，由統計學可得到m次掃描曝光面的均勻度為σ/m0.5。
以16時樣品為例，首先，根據所需曝光劑量來確定掃描速度和掃描次數，如所需曝光量為5mW/cm2，掃描單元單位長度沿掃描方向(X方向)能量積分和為10mW，以40mm/S的速度掃描，這樣掃描一次樣片上的光能量為I＝10/4＝2.5mW/cm2，需掃描兩次即能達到所需的曝光量5mW/cm2。如均勻度有特殊要求，可改變掃描速度和掃描次數來匹配。根據樣品的尺寸來確定掃描的行程和步進的步數，對於16時樣品，掃描的行程為S＝25.4×16＝406.4mm；假設每次掃描的步距D＝100mm，那麼，步進的步數n＝406.4/100＝4.064≈5，nxD≥S。將這些參數確定後輸入計算機，由計算機控制完成掃描曝光。
如圖4所示，掃描裝置由驅動電機4，傳動機構5，掃描頭6，導軌7及機架8構成，電機軸與傳動機構中的光杆連接，掃描頭6架在導軌7上，整個裝置固定在機架8上。掃描與步進均採用驅動電機4驅動，傳動機構5採用滾柱光槓結構，這種傳動方式具有空回小，運動平穩精度高等優點，導軌7採用C級精度(輕預壓)的滾動直線導軌，掃描與步進運動行程均為500mm，掃描速度勻速，10-100mm/s可調，掃描面積400mm×400mm矩形。
掃描工件臺實現的技術指標X、Y方向運動偏擺Φ≤10″全行程X方向掃描速度的平穩性≤0.5％Y方向步進定位精度±1um由掃描工件臺偏擺角Φ引起的重疊部分照明不均勻度為0.14％，X方向掃描速度平穩度引起的照明不均勻度為0.5％，Y方向步進定位精度引起的重疊部分照明不均勻度為0.003％，這樣，完成一次掃描達到均勻度3％+1％+2×0.14％+0.003％+0.5％＝4.783％，分辨力由公式R＝15×(λS/200)0.5得出，設曝光波長λ＝0.365um，最大間隙S＝60um，這時，分辨力R＝4.96。
本發明適用於大面積，高精度的集成電路、聲表器件、液晶顯示器件等的光學刻劃。
權利要求
1.恆定光源步進掃描實現大面積光刻方法，其特徵在於利用光源步進掃描，掃描單元為高均勻度、恆功率小光源，沿X方向掃描，沿Y方向步進拼接來實現。
2.根據權利要求1所述的恆定光源步進掃描實現大面積光刻的方法，其特徵在於掃描單元的形狀為一對銳角小於60度的平行四邊形。
3.根據權利要求1所述的恆定光源步進掃描實現大面積光刻的方法，其特徵在於掃描單元的均勻度小於3％。
4.恆定光源步進掃描實現大面積光刻的裝置，其特徵在於它由電機、傳動機構、掃描頭、導軌、機架構成，電機軸與傳動機構中的光杆連接，掃描頭架在導軌上，掃描頭採用閉環開關電源控制光源，整個裝置固定在機架上。
全文摘要
恆定光源步進掃描實現大面積光刻的方法，利用光源步進掃描，掃描單元為高均勻度、恆功率小光源，沿X方向掃描，沿Y方向步進拼接來實現，掃描單元的形狀為一對銳角小於60度的平行四邊形。恆定光源步進掃描實現大面積光刻的裝置由電機、傳動機構、掃描頭、導軌、機架構成，電機軸與傳動機構中的光杆連接，掃描頭架在導軌上，掃描頭採用閉環開關電源控制光源，整個裝置固定在機架上。採用光源步進掃描，掃描的過程中不會對掩模和樣片的相對位置產生影響；掃描裝置採用閉環開關電源控制光源，保證功率恆定。本發明的優點在於所得到的大面積光刻具有高的均勻度和分辨力，從而克服大面積光源的不足，且裝置結構簡單、造價低。
文檔編號H01L21/02GK1503063SQ02153269
公開日2004年6月9日 申請日期2002年11月26日 優先權日2002年11月26日
發明者趙立新, 胡松, 王肇志, 陳興俊 申請人:中國科學院光電技術研究所