專利名稱：恒定光源步進(jìn)掃描實(shí)現(xiàn)大面積光刻方法及其光刻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種恒定光源步進(jìn)掃描實(shí)現(xiàn)大面積光刻方法及光刻裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical System)的發(fā)展，大面積微細(xì)加工已越來越得到廣泛的應(yīng)用，基本都是采用光學(xué)光刻的方法。目前，日本YANSEN(YANSEN AUTOMATIC TECHNOLOGY CO LTD)公司用于大于12寸的樣片光刻的MA-2400光刻機(jī)，其光源采用折射、反射式光學(xué)系統(tǒng)，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(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，研制工藝難度大，造價(jià)昂貴，不適用于大面積光刻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的技術(shù)解決問題是提供一種恒定光源步進(jìn)掃描實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是恒定光源步進(jìn)掃描實(shí)現(xiàn)大面積光刻方法，其特點(diǎn)在于采用光源步進(jìn)掃描，掃描單元為高均勻度、恒定功率小光源，沿X方向掃描，沿Y方向?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)拼接來實(shí)現(xiàn)。
恒定光源步進(jìn)掃描實(shí)現(xiàn)大面積光刻的裝置，特點(diǎn)在于它由電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、掃描頭、導(dǎo)軌、機(jī)架構(gòu)成，電機(jī)軸與傳動機(jī)構(gòu)中的光桿連接，掃描頭置于導(dǎo)軌上，掃描頭采用閉環(huán)開關(guān)電源控制其光源，整個(gè)裝置固定在機(jī)架上。
采用光源步進(jìn)掃描，掃描的過程中不會對掩摸和樣片的相對位置產(chǎn)生影響，掃描單元采用閉環(huán)開關(guān)電源控制光源，保證功率恒定，掃描單元為高均勻度小光源，其形狀采為平行四邊形光欄，使出射面為一對銳角小于60度的平行四邊形，可以保證掃描步進(jìn)的拼接部分任意一點(diǎn)的能量累加和其他部分相等，進(jìn)而保證整個(gè)掃描面的均勻度。
本發(fā)明由于是用小面積的、高均勻度的、穩(wěn)定的光源步進(jìn)掃描，得到一個(gè)大的、高均勻度的照明面，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn)1.掃描單元為小面積光源，均勻度和衍射平滑方面容易實(shí)現(xiàn)；2.掃描單元為恒功率光源，視場為一對銳角小于60度的平行四邊形結(jié)構(gòu)，保證了步進(jìn)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(jù)不同要求來選擇掃描速度；還可通過快速多次掃描，進(jìn)一步提高均勻度；4.視場面積靈活可變，可以根據(jù)要求來確定掃描范圍的大小，不受均勻度和分辨率的限制；5.本方法原理簡單，結(jié)構(gòu)及控制容易實(shí)現(xiàn)，體積小，成本遠(yuǎn)低于現(xiàn)有的大面積光刻設(shè)備。


圖1為步進(jìn)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(shí)施例方式
如圖1所示，掃描單元為高均勻度、恒定功率小光源，利用光源步進(jìn)掃描，沿X方向掃描，沿Y方向步進(jìn)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(gè)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(jìn)距離為D，拼接部分2、3恰好相互補(bǔ)償，掃描單元功率恒定，這樣，拼接部分掃過的面積內(nèi)任意點(diǎn)的能量累加和等于未拼接部分1掃過的面積內(nèi)任意點(diǎn)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(jù)不同要求來選擇掃描速度；還可通過快速多次掃描，進(jìn)一步提高均勻度。為了保證了大面積內(nèi)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(gè)掃描單元內(nèi)的均勻度為3％，光源穩(wěn)定度為1％。對于一個(gè)確定的掃描單元，Y方向步進(jìn)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(shè)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(jìn)的行程nD≥400mm。掃描速度v和掃描次數(shù)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(jìn)掃描，按照圖2的方式拼接完成。設(shè)完成一次掃描曝光面達(dá)到均勻度為σ，由統(tǒng)計(jì)學(xué)可得到m次掃描曝光面的均勻度為σ/m0.5。
以16時(shí)樣品為例，首先，根據(jù)所需曝光劑量來確定掃描速度和掃描次數(shù)，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(dá)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(shù)來匹配。根據(jù)樣品的尺寸來確定掃描的行程和步進(jìn)的步數(shù)，對于16時(shí)樣品，掃描的行程為S＝25.4×16＝406.4mm；假設(shè)每次掃描的步距D＝100mm，那么，步進(jìn)的步數(shù)n＝406.4/100＝4.064≈5，nxD≥S。將這些參數(shù)確定后輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)控制完成掃描曝光。
如圖4所示，掃描裝置由驅(qū)動電機(jī)4，傳動機(jī)構(gòu)5，掃描頭6，導(dǎo)軌7及機(jī)架8構(gòu)成，電機(jī)軸與傳動機(jī)構(gòu)中的光桿連接，掃描頭6架在導(dǎo)軌7上，整個(gè)裝置固定在機(jī)架8上。掃描與步進(jìn)均采用驅(qū)動電機(jī)4驅(qū)動，傳動機(jī)構(gòu)5采用滾柱光杠結(jié)構(gòu)，這種傳動方式具有空回小，運(yùn)動平穩(wěn)精度高等優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)軌7采用C級精度(輕預(yù)壓)的滾動直線導(dǎo)軌，掃描與步進(jìn)運(yùn)動行程均為500mm，掃描速度勻速，10-100mm/s可調(diào)，掃描面積400mm×400mm矩形。
掃描工件臺實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)X、Y方向運(yùn)動偏擺Φ≤10″全行程X方向掃描速度的平穩(wěn)性≤0.5％Y方向步進(jìn)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(wěn)度引起的照明不均勻度為0.5％，Y方向步進(jìn)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(dá)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(shè)曝光波長λ＝0.365um，最大間隙S＝60um，這時(shí)，分辨力R＝4.96。
本發(fā)明適用于大面積，高精度的集成電路、聲表器件、液晶顯示器件等的光學(xué)刻劃。
權(quán)利要求
1.恒定光源步進(jìn)掃描實(shí)現(xiàn)大面積光刻方法，其特征在于利用光源步進(jìn)掃描，掃描單元為高均勻度、恒功率小光源，沿X方向掃描，沿Y方向步進(jìn)拼接來實(shí)現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒定光源步進(jìn)掃描實(shí)現(xiàn)大面積光刻的方法，其特征在于掃描單元的形狀為一對銳角小于60度的平行四邊形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒定光源步進(jìn)掃描實(shí)現(xiàn)大面積光刻的方法，其特征在于掃描單元的均勻度小于3％。
4.恒定光源步進(jìn)掃描實(shí)現(xiàn)大面積光刻的裝置，其特征在于它由電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、掃描頭、導(dǎo)軌、機(jī)架構(gòu)成，電機(jī)軸與傳動機(jī)構(gòu)中的光桿連接，掃描頭架在導(dǎo)軌上，掃描頭采用閉環(huán)開關(guān)電源控制光源，整個(gè)裝置固定在機(jī)架上。
全文摘要
恒定光源步進(jìn)掃描實(shí)現(xiàn)大面積光刻的方法，利用光源步進(jìn)掃描，掃描單元為高均勻度、恒功率小光源，沿X方向掃描，沿Y方向步進(jìn)拼接來實(shí)現(xiàn)，掃描單元的形狀為一對銳角小于60度的平行四邊形。恒定光源步進(jìn)掃描實(shí)現(xiàn)大面積光刻的裝置由電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、掃描頭、導(dǎo)軌、機(jī)架構(gòu)成，電機(jī)軸與傳動機(jī)構(gòu)中的光桿連接，掃描頭架在導(dǎo)軌上，掃描頭采用閉環(huán)開關(guān)電源控制光源，整個(gè)裝置固定在機(jī)架上。采用光源步進(jìn)掃描，掃描的過程中不會對掩模和樣片的相對位置產(chǎn)生影響；掃描裝置采用閉環(huán)開關(guān)電源控制光源，保證功率恒定。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于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(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)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(yōu)先權(quán)日2002年11月26日
發(fā)明者趙立新, 胡松, 王肇志, 陳興俊 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所