專利名稱：形成光學(xué)圖像的方法、本方法用的衍射部件、實(shí)行所述方法的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在抗蝕劑層上形成光學(xué)圖像的方法，所述方法包括以下步驟-提供輻射光源；-形成抗蝕劑層；-在輻射源和抗蝕劑層之間設(shè)置逐一受控的光閥的二維陣列；-在光閥陣列和抗蝕劑層之間設(shè)置衍射透鏡的二維陣列，使得每個(gè)衍射透鏡對(duì)應(yīng)于一個(gè)不同的光閥；-通過依次的子照射，依次照射抗蝕劑層的不同部分，每次子照射包括以下步驟接通光閥選擇；接通輻射源；斷開光閥和輻射光源；以及彼此相對(duì)地移動(dòng)抗蝕劑層和所述陣列，使得要照射的下一個(gè)抗蝕劑層部分與所述陣列對(duì)齊。
本發(fā)明還涉及供本方法使用的包括衍射單元陣列的衍射部件、實(shí)行本方法的設(shè)備和用于利用本方法制造器件的方法。
光閥或光閘陣列是指可在兩種狀態(tài)之間切換的可控元件的陣列。在一種狀態(tài)下，入射在這樣的元件上的輻射被隔斷，而在另一狀態(tài)下，入射的輻射被透射或反射，沿著所述陣列構(gòu)成其一部分的設(shè)備中規(guī)定的光路行進(jìn)。
這樣的陣列可以是透射或反射液晶顯示器(LCD)或數(shù)字反射鏡器件(DMD)?？刮g劑層是一種對(duì)光刻所用的輻射敏感的材料層。
本方法和裝置還可以用在諸如液晶顯示(LCD)面板、用戶化IC(集成電路)和印刷電路板(PCB)等器件的制造。目前，在這樣的器件的制造中采用接近式曝光。接近式曝光是在器件基片上的輻射敏感層上形成圖像的快速而廉價(jià)的方法，所述圖像包括與要在基片層上形成的器件特征對(duì)應(yīng)的特征。采用設(shè)置在離基片短距離(稱作接近隙)的大型光掩模，用例如，紫外線(UV)輻射透過所述光掩模照射基片。所述方法的一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是成像場(chǎng)大，使得可以在一次成像步驟中將大型器件的圖案成像。用于接近式曝光的傳統(tǒng)光掩模的圖案是基片上所需圖像的真實(shí)的、一對(duì)一的拷貝，就是說，所述圖像的每個(gè)像素與掩模圖案中的相應(yīng)像素是相同的。
接近式曝光的分辨率，亦即復(fù)制作為基片上抗蝕劑層中的獨(dú)立實(shí)體的掩模圖案中的點(diǎn)、線等一般特征的能力有限。這是由于當(dāng)所述特征尺寸相對(duì)于成像所用的輻射波長縮小時(shí)出現(xiàn)的衍射效應(yīng)的緣故。例如，對(duì)于近UV范圍的波長和100μm的接近隙寬度，分辨率是10μm，這意味著彼此相距10μm的圖案特征可以作為獨(dú)立元素成像。
要提高光刻的分辨率，必須采用實(shí)像投影設(shè)備，亦即具有象透鏡投影系統(tǒng)或反射鏡投影系統(tǒng)那樣的實(shí)像投影系統(tǒng)的設(shè)備。這樣的設(shè)備的實(shí)例是圓片分檔器或圓片逐級(jí)掃描器。在圓片分檔器中，通過透鏡投影系統(tǒng)一次將整個(gè)掩模圖案，例如IC圖案成像在基片的第一IC區(qū)域上。然后，彼此相對(duì)地移動(dòng)(分檔)掩模和基片，直至把第二IC區(qū)域定位在投影透鏡下面。然后在第二IC區(qū)域?qū)⒀谀D案成像。重復(fù)這些步驟直至基片的所有IC區(qū)域都形成有掩模圖案的圖像為止。由于移動(dòng)、對(duì)準(zhǔn)和照射的子步驟的緣故，這是一個(gè)很費(fèi)時(shí)間的過程。在逐級(jí)掃描器中，一次只照射掩模圖案的一小部分。在照射過程中，掩模和基片都要相對(duì)于照射光束同步移動(dòng)，直至照射整個(gè)掩模圖案并且在基片的IC區(qū)域上形成這個(gè)圖案的整個(gè)圖像為止。然后掩模和基片彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)直至下一個(gè)IC定位在投影透鏡下，再次對(duì)掩模圖案進(jìn)行掃描照射，使在下一個(gè)IC區(qū)域上形成掩模圖案的整個(gè)圖像。重復(fù)這些步驟，直至基片的所有IC區(qū)域都形成有掩模圖案的整個(gè)圖像。逐級(jí)掃描過程甚至比分檔過程更費(fèi)時(shí)間。
若用1:1的分檔器，亦即放大倍數(shù)為1的分檔器來印制IC圖案，則可以獲得3μm的分辨率，但是，其代價(jià)是成像花費(fèi)很長時(shí)間。另外，若圖案大又必須分成單獨(dú)成像的子圖案，則會(huì)出現(xiàn)打補(bǔ)丁的問題，這意味著相鄰子場(chǎng)不能準(zhǔn)確地裝配在一起。
光掩模的制造是一個(gè)費(fèi)時(shí)間又麻煩的過程，結(jié)果這樣的掩模成本高昂。若必須對(duì)光掩模進(jìn)行多次重復(fù)設(shè)計(jì)或在用戶化的特定器件，亦即須要制造同一器件數(shù)目相對(duì)較少的情況下，則利用光掩模的光刻制造方法是一種昂貴的方法。
D.Gil等人發(fā)表在J.Vac.Sci.Technology B 18(6)，Nov/Dec2000，2881-2885頁上的”使用區(qū)板的光刻圖案形成和聚焦成像”一文中描述一種光刻方法，其中不用光掩模，而用DMD陣列和區(qū)板陣列的組合。若照射區(qū)板陣列(亦稱Fresnel透鏡)，則在所述文章所描述的試驗(yàn)中，會(huì)在基片上產(chǎn)生輻射光點(diǎn)陣列3×3 X射線光點(diǎn)陣列。光點(diǎn)的尺寸大致等于區(qū)板的最小特征尺寸，亦即外區(qū)寬度。用DMD的微型機(jī)械裝置接通和斷開對(duì)每一塊區(qū)板的照射并通過區(qū)板的單位單元對(duì)基片進(jìn)行光柵掃描，即可寫出任何圖案。這樣，無掩模光刻的好處便與利用光點(diǎn)陣列進(jìn)行的并行寫入帶來的高產(chǎn)量結(jié)合起來。所述陣列的區(qū)板是傳統(tǒng)的相位區(qū)板，就是說，它們包括交變的第一環(huán)和第二環(huán)，所有的第一環(huán)和第二環(huán)都分別處在恒定的第一水平和恒定的第二水平。通過第一環(huán)的輻射相對(duì)于通過第二環(huán)的輻射發(fā)生了180°的相移。在所述文章中指出，必須用級(jí)次分離孔徑來減小非聚焦衍射級(jí)次造成的背景輻射。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種準(zhǔn)確的輻射效率高的光刻成像方法。所述方法的特征在于，使用具有至少兩個(gè)透射電平和至少三個(gè)相位等級(jí)的相同的衍射單元形式的衍射透鏡。
衍射單元一般是相同的，但并不必須是相同的。衍射單元的振幅電平和相位等級(jí)分別用衍射單元改變?nèi)肷涞剿鰡卧墓馐糠值恼穹拖辔坏某潭葋砹慷?。衍射單元一個(gè)區(qū)域的相位等級(jí)，例如由所述區(qū)域相對(duì)于總陣列表面的高度或深度來確定。
利用每個(gè)單元的兩個(gè)以上的相位等級(jí)，衍射效率，亦即在所需衍射級(jí)次上，例如第一級(jí)上衍射的入射輻射的百分比增大。這意味著，可用的輻射最佳地用于抗蝕劑層中的成像，而且背景輻射，例如零級(jí)或非衍射輻射的量小到無需用級(jí)次濾光器來阻斷所述輻射。
單元的衍射效率和由這些單元形成的光點(diǎn)的清晰度隨著單元中相位階梯數(shù)增加而提高。用有限的相位階梯數(shù)，例如，彼此相差90°的4步可以得出合理的結(jié)果。一般，每個(gè)衍射單元有兩個(gè)振幅電平就夠。單元的主要部分是”白色的”，而且只在單元邊界是黑色的，以便區(qū)分兩個(gè)相鄰的單元。”白色”是指把入射的輻射透射或反射到抗蝕劑層，而”黑色”是指不讓入射的輻射透射或反射到所述層。所有衍射單元的黑色部分都可以由一個(gè)例如鉻金屬層構(gòu)成，所述層具有相對(duì)較寬的開孔，以便適應(yīng)具有所述相位結(jié)構(gòu)的白色部分。鉻已經(jīng)廣泛用于光刻?？梢岳秒x子束技術(shù)把所述相位結(jié)構(gòu)蝕刻到例如石英的衍射單元中。
本方法的第一實(shí)施例的特征在于，采用這樣的衍射單元陣列，其中每個(gè)衍射單元呈現(xiàn)一系列上升的相位階梯和一系列下降的相位階梯。
本方法的第二實(shí)施例的特征在于，采用這樣的衍射單元陣列，其中每個(gè)衍射單元包括若干個(gè)順序的相位結(jié)構(gòu)，每個(gè)相位結(jié)構(gòu)包括從基準(zhǔn)級(jí)上升到頂級(jí)然后從頂級(jí)下降到基準(zhǔn)級(jí)的若干個(gè)相位階梯。
本方法的第三實(shí)施例的特征在于，采用這樣的衍射單元陣列，其中每個(gè)衍射單元包括若干個(gè)順序的相位結(jié)構(gòu)，每個(gè)相位結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)從基準(zhǔn)級(jí)到頂級(jí)的連續(xù)上升和從頂級(jí)到基準(zhǔn)級(jí)的突然下降。
這些實(shí)施例的特征還在于，采用這樣的陣列，所述陣列包括衍射單元的若干集合，所述集合彼此的差異在于每個(gè)集合的衍射單元的焦平面不同于其他集合的焦平面。
本方法允許在基片的不同平面上進(jìn)行印刷。
本方法的特征還在于，在順序的子照射之間，輻射敏感層和所述陣列彼此相對(duì)移動(dòng)一段最多等于抗蝕劑層上形成的光點(diǎn)的尺寸的距離。
這樣，可以橫跨整個(gè)特征以恒定的強(qiáng)度寫入圖像(亦即圖案)、特征。光點(diǎn)可以具有圓形、正方形、菱形或矩形的形狀，取決于衍射單元的設(shè)計(jì)。光點(diǎn)的尺寸是所述光點(diǎn)內(nèi)最大線度的尺寸。
若要寫入的圖像特征彼此非常接近，則這些特征會(huì)變寬或彼此合并，這種現(xiàn)象稱為接近效應(yīng)。所述方法的一個(gè)防止出現(xiàn)接近效應(yīng)的實(shí)施例，其特征在于，圖像特征邊界處的光點(diǎn)強(qiáng)度適應(yīng)所述特征邊界和相鄰特征之間的距離。
本方法最好具有以下特征所述照射步驟包括用單色輻射照射所述陣列。
單色輻射只有一個(gè)波長并且非常適用于衍射單元，所述衍射單元的衍射特性與波長有關(guān)。激光器可以用來產(chǎn)生單色輻射。
本方法的特征還在于，光閥陣列設(shè)置成直接面向衍射單元陣列。
所述兩個(gè)陣列設(shè)置成彼此靠近，它們之間不設(shè)置成像裝置，所以所述方法可以用緊湊的裝置來執(zhí)行。若光閥陣列是調(diào)制入射輻射偏振的LCD單元陣列，則在所述LCD和衍射單元陣列之間設(shè)置偏振分析器。
另一方面，本方法的特征在于，光閥陣列成像在衍射單元陣列上。
通過投影透鏡把一個(gè)陣列成像在另一個(gè)陣列上，會(huì)在穩(wěn)定性、熱效應(yīng)和串?dāng)_方面提供優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明還涉及供上述方法使用并包括衍射單元陣列的衍射部件。所述衍射部件的特征在于，衍射單元具有至少兩個(gè)振幅電平和至少三個(gè)相位等級(jí)。
所述衍射部件的比較簡(jiǎn)單的實(shí)施例的特征在于，每個(gè)衍射單元具有一系列上升相位階梯和一系列下降相位階梯。
所述實(shí)施例的特征還在于，衍射單元具有彼此相差90°的4個(gè)相位階梯。
用這樣的衍射部件可以獲得滿意的結(jié)果。
采用以下衍射部件的實(shí)施例可以獲得甚至更好的結(jié)果，所述衍射部件的特征在于，每個(gè)衍射單元包括若干個(gè)順序的相位結(jié)構(gòu)，每個(gè)相位結(jié)構(gòu)包括若干個(gè)從基準(zhǔn)級(jí)上升到頂級(jí)然后從頂級(jí)下降到基準(zhǔn)級(jí)的相位階梯。
衍射部件的一個(gè)替代的實(shí)施例的特征在于，每個(gè)衍射單元包括若干個(gè)順序的相位結(jié)構(gòu)，每個(gè)相位結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)從基準(zhǔn)級(jí)到頂級(jí)的連續(xù)上升和從頂級(jí)到基準(zhǔn)級(jí)的突然下降。
所述實(shí)施例與前一個(gè)相比不那么容易制造，但提供較好的結(jié)果。
所述衍射部件的特征還可以在于，它包括衍射單元的若干個(gè)集合，這些集合彼此的差異在于，每個(gè)集合的衍射單元的焦平面不同于其他集合的焦平面。
若要在抗蝕劑層上形成的光點(diǎn)不是非常小，則可以使用所述衍射部件，所述衍射部件允許同時(shí)在抗蝕劑層的不同高度上同時(shí)將圖案特征成像，從而可以節(jié)省時(shí)間。
本發(fā)明還涉及執(zhí)行上述方法的設(shè)備。所述設(shè)備包括-輻射源；-基片支架，用以夾緊設(shè)置有抗蝕劑層的基片；-設(shè)置在光源和基片支架之間的可逐一控制的光閥的二維陣列；和-衍射部件，它包括設(shè)置在光閥陣列和基片支架之間的衍射透鏡的二維陣列，使得每個(gè)衍射單元對(duì)應(yīng)于一個(gè)不同的光閥，而且其特征在于，衍射透鏡是具有至少兩個(gè)振幅電平和至少三個(gè)相位等級(jí)的衍射單元。
采用所述設(shè)備可以通過同時(shí)用若干個(gè)清晰的光點(diǎn)掃描抗蝕劑層來寫入任意圖案，其中可用輻射得到了高效率的利用。
所述設(shè)備第一實(shí)施例的特征在于，每個(gè)衍射單元具有一系列的上升相位階梯和一系列下降相位階梯。
所述實(shí)施例的特征還在于，衍射單元具有四個(gè)彼此相差90°的相位等級(jí)。
用這樣的衍射部件可以獲得滿意的結(jié)果。
所述設(shè)備的第二實(shí)施例的特征在于，每個(gè)衍射單元包括若干個(gè)順序的相位結(jié)構(gòu)，每個(gè)相位結(jié)構(gòu)包括若干個(gè)從基準(zhǔn)級(jí)上升到頂級(jí)然后從頂級(jí)下降到基準(zhǔn)級(jí)的相位階梯。
每個(gè)單元中這樣的相位分布允許在所需的級(jí)次中獲得最大的衍射和最大的光點(diǎn)清晰度。
所述設(shè)備的第三個(gè)實(shí)施例的特征在于，每個(gè)衍射單元包括若干個(gè)順序的相位結(jié)構(gòu)，每個(gè)相位結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)從基準(zhǔn)級(jí)到頂級(jí)的連續(xù)上升和從頂級(jí)到基準(zhǔn)級(jí)的突然下降。
上述所有實(shí)施例的特征還在于，衍射部件包括衍射單元的若干個(gè)集合，每個(gè)集合彼此的差異在于，每個(gè)集合的衍射單元的焦平面不同于其他集合的焦平面。
所述設(shè)備最好還具有以下特征所述輻射源是一種單色輻射源。
在某些情況下，也可以采用諸如發(fā)射幾個(gè)波長帶的傳統(tǒng)汞弧燈的其他光源。
所述設(shè)備的特征還在于，所述衍射部件設(shè)置在光閥陣列的后面，中間不插入成像裝置。
例如氣隙的間隙可以非常小，因此所述實(shí)施例具有分層結(jié)構(gòu)形式。若光閥陣列是LCD，則在光閥陣列和衍射單元陣列之間設(shè)置偏振分析器。
所述設(shè)備的替代分層結(jié)構(gòu)實(shí)施例的實(shí)施例，其特征在于，在光閥陣列和衍射單元之間設(shè)置投影透鏡。
在衍射部件中，投影透鏡把每一個(gè)光閥成像在其相應(yīng)的衍射單元上，使串?dāng)_、光學(xué)像差和溫度效應(yīng)得以消除。此外，衍射部件的基片可以相對(duì)較厚，從而使所述設(shè)備比較穩(wěn)定。
本發(fā)明還涉及在基片的至少一個(gè)工藝層上制造器件的方法，所述方法包括以下步驟-在設(shè)置于所述工藝層上的抗蝕劑層中形成包括與待配置在所述工藝層上的器件特征對(duì)應(yīng)的特征的圖像；-從工藝層的各區(qū)域去除材料或加上材料，所述各區(qū)域是由抗蝕劑層內(nèi)形成的圖像來描繪輪廓的。所述方法的特征在于，借助于上述方法來形成所述圖像。
可以用所述方法制造的器件是液晶顯示器件、用戶化特種IC、電子模塊、印刷電路板等。這樣的器件的實(shí)例是微型光電機(jī)械模塊(MOEM)和集成光學(xué)遠(yuǎn)程通信器件，包括激光二極管和/或檢測(cè)器、光波導(dǎo)，也可能是光波導(dǎo)和激光二極管或檢測(cè)器之間的透鏡。
通過非限制性實(shí)例，并參考下面將要描述的實(shí)施例，本發(fā)明的諸多方面將得到闡述，使其顯而易見，附圖中

圖1簡(jiǎn)要地表示傳統(tǒng)的接近式曝光設(shè)備；圖2表示按照本發(fā)明的成像設(shè)備實(shí)施例；圖3a表示本發(fā)明的衍射部件的實(shí)施例的一部分的振幅結(jié)構(gòu)；圖3b表示所述實(shí)施例的相位結(jié)構(gòu)；圖3c表示借助于所述實(shí)施例形成的光點(diǎn)；圖4表示本發(fā)明的衍射部件的深度結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例；圖5表示這樣的深度結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例；圖6a-6c以抗蝕劑層的剖面圖表示曝光(printing)過程的不同時(shí)刻；圖7a-7c以抗蝕劑層的頂視圖表示曝光(printing)過程的不同時(shí)刻；圖8a-8c表示以衍射部件和抗蝕劑層之間不同間隙寬度形成的光點(diǎn)陣列；圖9表示包括光閥陣列和衍射部件之間的透射透鏡的成像設(shè)備的實(shí)施例。
圖1非常簡(jiǎn)要地表示用于制造例如LCD裝置的傳統(tǒng)的接近式曝光設(shè)備。所述設(shè)備包括基片支架1，用以承載要在其上制造器件的基片3?；贤糠笥袑?duì)輻射敏感的涂層或抗蝕劑層5，其中的圖像具有與要形成的器件特征對(duì)應(yīng)的特征。圖像信息被包含在設(shè)置在掩模支架7上的掩模8中。掩模包括透明的基片9，其下表面設(shè)置透明和不透明的帶條和區(qū)域的代表圖像信息的圖案10。具有約100μm間隙寬度w的小氣隙把圖案10與抗蝕劑層5隔開。所述設(shè)備還包括輻射源12。所述輻射源包括例如汞弧燈的燈13和反射器15。所述反射器反射向后并側(cè)向地朝向掩模發(fā)射的燈輻射。反射器可以是拋物面反射器，而燈可以設(shè)置在所述反射器的焦點(diǎn)上，使得從輻射源發(fā)出的輻射光束17基本上是準(zhǔn)直光束。其他和附加的光學(xué)元件，像一個(gè)或多個(gè)透鏡，可以設(shè)置在輻射源中，以便保證光束17基本上是準(zhǔn)直的。所述光束相當(dāng)寬，照射其尺寸從7.5×7.5cm2到40×40cm2的整個(gè)掩模圖案10。照射步驟，例如，長約10秒。在抗蝕劑層上形成掩模圖案的圖像后，用眾所周知的方法處理，亦即對(duì)所述層顯影和蝕刻，使光學(xué)圖像轉(zhuǎn)移到要處理的基片層的表面結(jié)構(gòu)上。
圖1的設(shè)備具有相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，而且非常適合于在抗蝕劑層上一步形成大面積的掩模圖案的圖像，但是，光掩模是昂貴的組件，只有制造大量同一器件時(shí)，用這樣的掩模制造的器件價(jià)格才能保持合理的低價(jià)。掩模制造是一種專門技術(shù)，掌握在相對(duì)少數(shù)的掩模制造公司手中。器件制造商制造一種新器件或修改現(xiàn)有器件所需的時(shí)間嚴(yán)重依賴于掩模制造商的供貨時(shí)間。尤其是在一種器件的研制階段上，往往需要經(jīng)常重新設(shè)計(jì)掩模，掩模便成了限制能力的要素。對(duì)于小批量客戶專用器件，情況也是如此。
直接把圖案寫在抗蝕劑層中，例如，通過電子束寫入器或激光寫入器，本來可以提供所需的靈活性，但是由于這個(gè)過程太花時(shí)間，故并非現(xiàn)實(shí)的替代方案。
圖2表示無掩模方法的原理和設(shè)備，借助于該無掩模方法可以在抗蝕劑層上在合理的時(shí)間內(nèi)形成任意的可輕易改變的圖像圖案。圖2非常簡(jiǎn)要地用垂直剖面圖表示用來完成所述方法并構(gòu)成所述設(shè)備一部分的裝置的一小部分。所述設(shè)備包括基片支架1，用以承載涂敷有抗蝕劑層5的基片。標(biāo)號(hào)20表示光閥器件，例如，液晶顯示器(LCD)，所述液晶顯示器目前用以顯示或者直接觀看或者投影的信息。器件20包括大量光閥，亦稱像素(圖像元素)，圖2中只顯示其中一小部分，21-26。光閥器件由計(jì)算機(jī)配置30控制，其中要在基片層上配置的圖案用軟件引入。于是，計(jì)算機(jī)在寫入過程的任何時(shí)刻針對(duì)每個(gè)光閥決定該光閥是斷開(亦即阻斷照射光束17的一部分)，還是讓這部分光束透射到抗蝕劑層。衍射部件40設(shè)置在光閥陣列20和抗蝕劑層5之間，該衍射部件包括透明基片41和衍射結(jié)構(gòu)42。所述衍射結(jié)構(gòu)包括與光閥的數(shù)目相對(duì)應(yīng)的大量的衍射單。衍射單元陣列與光閥陣列對(duì)齊，使得每一個(gè)衍射單元屬于一個(gè)不同的光閥。
因?yàn)檩椛湓础⒒Ъ芎脱谀ＶЪ軐?duì)理解這個(gè)新的方法關(guān)系不大，圖2中沒有示出這些元件。
按照本發(fā)明，衍射單元具有兩個(gè)振幅電平和4個(gè)相位等級(jí)。圖3a表示16個(gè)單元的振幅結(jié)構(gòu)50，而圖3b表示它們的相位結(jié)構(gòu)55。振幅結(jié)構(gòu)是黑和白的結(jié)構(gòu)；每個(gè)衍射單元的中心主要部分52都是白色的或透明的并讓入射輻射透過，而所述單元的邊緣部分54是黑色的或輻射被阻斷。如圖3a所示，單元的邊緣部分與相鄰單元的邊緣部分溶合。所有單元的邊緣部分可以由輻射吸收或反射層構(gòu)成，所述輻射吸收或反射層配備有相對(duì)較大的開孔，所述開孔中容納圖3b所示的相位結(jié)構(gòu)。所述單元的相位結(jié)構(gòu)57應(yīng)該在通過所述單元的光束部分的子部分之間引入相位差，使得在通過所述單元的光束部分出現(xiàn)相長和相消干涉，結(jié)果在抗蝕劑層上形成小光點(diǎn)。衍射單元的利用使光點(diǎn)的形狀能夠適應(yīng)所需的用途。通過修改所述單元中相位結(jié)構(gòu)的輪廓線，例如，可以產(chǎn)生圓形、矩形、正方形或菱形形狀的光點(diǎn)?？刮g劑層中光點(diǎn)的尺寸是由所述單元的相位結(jié)構(gòu)決定的。衍射單元的振幅結(jié)構(gòu)適合于光閥陣列的幾何結(jié)構(gòu)，而衍射部件設(shè)置在離所述陣列一段距離的地方，使得來自光閥的輻射盡可能多地通過相關(guān)衍射單元的透明部分52。以這樣的方式設(shè)置衍射單元的相位結(jié)構(gòu)57，即，使入射在一個(gè)單元上的輻射最大量地集中在由所述單元產(chǎn)生的光點(diǎn)上，而且出現(xiàn)最小數(shù)量的背景輻射。
若光閥陣列的相應(yīng)部分用波長為365nm的輻射照射、衍射結(jié)構(gòu)42和抗蝕劑層5之間是距離44為50μm而且全部光閥斷開，則圖3c表示由一個(gè)具有4個(gè)相位等級(jí)的圖3a，3b的衍射結(jié)構(gòu)的實(shí)施例獲得的光點(diǎn)62的陣列60。光點(diǎn)尺寸約為1μm2。
衍射單元的相位結(jié)構(gòu)可以是任何一種在相關(guān)光束部分引入所需的相位差的相位結(jié)構(gòu)。從制造的觀點(diǎn)看，相位結(jié)構(gòu)最好是深度或水平結(jié)構(gòu)。
圖4用垂直剖面圖表示四相位等級(jí)結(jié)構(gòu)的這種深度結(jié)構(gòu)。圖4表示衍射單元之一和它相鄰的兩個(gè)單元的一部分。水平軸代表衍射部件的長度或?qū)挾确较?，而沿著垂直軸畫出給定位置上相對(duì)于所述單元的表面的所述各相位等級(jí)的深度或高度。每個(gè)單元有四個(gè)不同的幾何層次70-73，它們分別引入0°、90°、180°和270°4個(gè)不同的相移φ。360°相移的作用與0°的相移相同。用具有這樣的相位結(jié)構(gòu)的單元的衍射部件獲得圖3a所示的質(zhì)量良好的光點(diǎn)。
圖5a也以垂直剖面圖表示具有4個(gè)相位等級(jí)的衍射單元的另一個(gè)推薦的實(shí)施例。所述單元具有相對(duì)較寬的中心部分80和中心部分左側(cè)的兩個(gè)側(cè)部81、82和中心部分右側(cè)的兩個(gè)側(cè)部83，84。所有部分80-84都具有不同的幾何層次85-88。若衍射單元須要產(chǎn)生圓形光點(diǎn)，則中心部分80的層次88的區(qū)域是圓的，而該中心部分的層次85-87和側(cè)部分81-84的層次85-87的區(qū)域是環(huán)形的。單元的厚度d1可以約為0.5μm。實(shí)際上，圖5a所示類型的單元可以具有若干部分，所述部分的數(shù)目可以大于圖中所示的5部分(80-84)。這將提高由所述單元產(chǎn)生的光點(diǎn)的質(zhì)量。
衍射單元的相位階梯數(shù)越多，所述單元產(chǎn)生的光點(diǎn)就越細(xì)越亮。對(duì)階梯數(shù)的限制可能是由具有這樣的單元的衍射部件的可制造性產(chǎn)生的。圖5的衍射單元的相位結(jié)構(gòu)已經(jīng)接近圖5a所示的Fresnel透鏡的相位結(jié)構(gòu)。與Fresnel透鏡的相似性隨著單元中相位等級(jí)的數(shù)目增加而增加。若所述單元具有無限多個(gè)相位階梯，亦即單元的側(cè)翼部分從0°到360°連續(xù)增大，則可以獲得理想的光點(diǎn)。鑒于相對(duì)于成像輻射的波長，其小到約為1μm的外尺寸和甚至更小的部分區(qū)域尺寸，這樣的單元仍舊是衍射單元。
在某些情況下，衍射單元中的相位階梯數(shù)可以小于4，例如，3。在大多數(shù)情況下，一個(gè)衍射單元有兩個(gè)振幅電平便足夠，但在某些特殊情況下，衍射單元可以配備有3個(gè)或更多的振幅電平。
借助于已知的光刻技術(shù)可以制造具有多等級(jí)相位結(jié)構(gòu)的衍射部件。例如，借助于電子束圖案發(fā)生器，可以把單元的圖案寫入對(duì)電子敏感的抗蝕劑中，而借助于選擇性離子蝕刻技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)不同的高度。也可以采用所謂Canyon技術(shù)。按照這種技術(shù)，采用對(duì)電子束敏感的玻璃，該玻璃隨電子束強(qiáng)度而定地改變其透射率。單元圖案作為灰度圖案，亦即振幅圖案寫入這種玻璃。然后，利用所述灰度圖案作為掩模，在覆蓋于石英基片上的抗蝕劑層中形成三維單元圖案。利用反應(yīng)性離子蝕刻技術(shù)，把抗蝕劑圖案轉(zhuǎn)移到石英基片上。掩?；砻?0已經(jīng)設(shè)有多級(jí)相位結(jié)構(gòu)之后，選擇性地用鉻覆蓋所述表面，使所述掩模具有所需的振幅結(jié)構(gòu)。
可以采用其他非透明材料代替鉻，用作掩模的選擇性涂層。掩?？梢圆捎貌煌恼穹娖?，而不是100％透射率和0％透射率。
正如上面舉例說明的，用具有兩個(gè)振幅電平和4個(gè)相位等級(jí)的衍射掩模結(jié)構(gòu)和尺寸為1×1μm2的衍射單元，獲得了良好的結(jié)果。但是，上述掩模結(jié)構(gòu)和其他應(yīng)用，可以具有三個(gè)或4個(gè)以上相位等級(jí)和/或兩個(gè)以上的振幅電平和/或不同尺寸的衍射單元區(qū)域。一般說來，隨著單元區(qū)域尺寸的縮小和振幅和相位階梯數(shù)的增大，印制的圖像質(zhì)量提高。
如圖3c所示，每個(gè)光點(diǎn)62只占據(jù)屬于決定所述光點(diǎn)存在與否的光閥的抗蝕劑層區(qū)域的針尖般的小部分。在下文中，針尖般的抗蝕劑區(qū)域被稱為光點(diǎn)區(qū)域，而屬于光閥的抗蝕劑區(qū)域被稱作光閥區(qū)域。為了獲得與要產(chǎn)生的器件特征對(duì)應(yīng)的圖像圖案的全部特征，亦即線和區(qū)域，帶有抗蝕劑層的基片和所述兩陣列應(yīng)該彼此相對(duì)位移。換句話說，每個(gè)光點(diǎn)應(yīng)該在其相應(yīng)的光閥區(qū)域內(nèi)移動(dòng)，以便完全地掃描所述區(qū)域并在規(guī)定的，亦即特征所決定的位置上照射。最實(shí)際的是，這可以通過按網(wǎng)格似的圖案逐步移動(dòng)基片來實(shí)現(xiàn)。位移步距約為光點(diǎn)的尺寸，例如，約為1μm或更小。以閃光的方式照射屬于給定光點(diǎn)的被指定給圖像特征或其一部分的光閥區(qū)域部分。為了以1μm或更小的步距，以所需的精度移動(dòng)基片支架，可以使用光刻投影設(shè)備用的伺服控制基片平臺(tái)，它以遠(yuǎn)低于1μm，例如，100nm的精度工作。
圖6a-6c中舉例說明閃光和分級(jí)的照射過程，所述圖示出光閥陣列的一小部分、衍射單元和抗蝕劑層。在這些附圖中，標(biāo)號(hào)17表示入射到光閥21-25的照射光束。標(biāo)號(hào)101-105表示通過打開的光閥的并被相應(yīng)的衍射單元91-95會(huì)聚的子光束。圖6a表示在全部光閥打開的情況下進(jìn)行了第一次子光束照射之后的狀態(tài)。已經(jīng)照射了第一組光點(diǎn)區(qū)域111-115(每個(gè)光閥區(qū)域一個(gè)光點(diǎn)區(qū)域)。圖6b表示基片向右移動(dòng)一步并在全部光閥打開的情況下進(jìn)行了第二次子光束照射之后的狀態(tài)。已經(jīng)照射了第二組光點(diǎn)區(qū)域121-125。圖3c表示基片移動(dòng)5步并進(jìn)行了6次子光束照射之后的狀態(tài)。在第四次子照射過程中，光閥23和25關(guān)閉，使得光點(diǎn)區(qū)域133和135不被照射。在第五次子照射過程中，光閥24和25關(guān)閉，使得光點(diǎn)區(qū)域144和145不被照射。其他所有的區(qū)域均被照射。
圖7a-7c表示在后續(xù)的各子照射步驟過程中抗蝕劑層的頂視圖。在這些附圖中，暗的光點(diǎn)區(qū)域已經(jīng)在以前的照射步驟中照射了，而亮的光點(diǎn)區(qū)域要在本次照射步驟中照射。正在照射的抗蝕劑層部分包括5個(gè)光閥區(qū)域的兩行。在圖7a所描述的狀態(tài)下，上行的較多的光點(diǎn)區(qū)域數(shù)和下行較少的光點(diǎn)區(qū)域數(shù)已經(jīng)照射。在第一子照射過程中，屬于上行的光閥區(qū)域的5個(gè)光閥中的4個(gè)打開，而第五個(gè)，最右的一個(gè)關(guān)閉，使得光點(diǎn)區(qū)域151-154被瞬間照射，而光點(diǎn)區(qū)域155不被照射。屬于下行光閥區(qū)域的所有5個(gè)光閥都打開，使得光點(diǎn)區(qū)域156-160被瞬間照射。圖7b表示基片移動(dòng)一步并正在進(jìn)行第二次子照射之后的狀態(tài)，再次屬于上行的5個(gè)光閥中的4個(gè)打開，而所述行的第五個(gè)光閥關(guān)閉，使得光點(diǎn)區(qū)域161-164被瞬間照射，而光點(diǎn)165不被照射。下行所有5個(gè)光閥都打開，使得光點(diǎn)區(qū)域166-170被瞬間照射。圖7c表示在第六子照射過程中(故在基片移動(dòng)了5步之后)的狀態(tài)。在6次子照射過程中，上行的第五個(gè)光閥關(guān)閉。在第四子照射過程中，上行的第三個(gè)光閥和下行的第三和第四光閥關(guān)閉，使得光點(diǎn)區(qū)域181、182和183都沒有照射。在第五子照射過程中，下行的第五和第六光閥關(guān)閉，使得光點(diǎn)區(qū)域184和185沒有被照射。在第六子照射過程中，除上行的第六個(gè)光閥關(guān)閉外，所有光閥都打開，使得除光點(diǎn)區(qū)域195外，所有光點(diǎn)區(qū)域191-200都被瞬間照射。
圖6a-6c和7a-7c表示抗蝕劑層上的10個(gè)光閥區(qū)域如何在順序的移動(dòng)抗蝕劑層的步驟中同時(shí)被照射，并打開和關(guān)閉10個(gè)對(duì)應(yīng)的光閥。所述陣列的全部光閥的光閥區(qū)域用同一方法同時(shí)被照射。如圖7a的右上部所示，可以以螺旋線方式利用光點(diǎn)62進(jìn)行對(duì)光閥區(qū)域150的掃描。所述區(qū)域的第一條線從右向左掃描，第二條線從左向右掃描，第三條線再次從右向左掃描等等。
圖6a-6c和7a-7c舉例說明可以不用分步方式，而采用掃描方式來產(chǎn)生所需的圖像圖案。在掃描方式下，抗蝕劑層和光閥及衍射單元的陣列彼此相對(duì)地連續(xù)移動(dòng)，當(dāng)光閥面對(duì)抗蝕劑層上的預(yù)定位置時(shí)閃光。閃光時(shí)間，亦即光閥的打開時(shí)間，應(yīng)該小于相關(guān)光閥面對(duì)所述位置的時(shí)間。結(jié)果，照射光束的強(qiáng)度和掃描方式下光閥陣列的切換頻率應(yīng)該大于分步方式。
在圖2所示的接近式曝光設(shè)備的實(shí)際實(shí)施例中，幾個(gè)參數(shù)具有以下數(shù)值照射場(chǎng)10×10mm2；輻射源 汞弧燈；照射光束強(qiáng)度 20mW/cm2；光束準(zhǔn)直角0.5度光閥透射率50％；光閥的快門速度1ms；抗蝕劑層中光點(diǎn)的尺寸 1×1μm2；光點(diǎn)到光點(diǎn)的距離 100μm；光閥數(shù)1,000,000；光點(diǎn)強(qiáng)度 100W/cm2；曝光劑量 100mJ/cm2；總曝光時(shí)間10sec；間隙寬度 100μm；掃描速度 1mm/sec；曝光劑量是抗蝕劑光點(diǎn)區(qū)域中照射輻射能量的數(shù)量。照射光束的強(qiáng)度和光閥的打開時(shí)間決定所述劑量。
汞弧放電燈發(fā)出的輻射，40％具有365nm的波長，20％具有405nm的波長，而40％具有436nm的波長。由于抗蝕劑層的吸收，所述燈輻射對(duì)圖像形成的貢獻(xiàn)，60％由365nm分量形成，15％由405nm分量形成，而25％由436nm分量形成。衍射部件的一般問題是性能與波長有關(guān)。對(duì)于本方法和設(shè)備，這意味著，具有不同波長的汞弧燈的光束分量會(huì)聚焦在不同的平面上。但是，在某些允許采用較寬的光點(diǎn)的情況下，仍舊保留衍射單元的某些設(shè)計(jì)自由度。這個(gè)自由度可以用來校正對(duì)波長的依賴關(guān)系，并以這樣的方式設(shè)計(jì)衍射單元，使得具有不同波長的光束分量將會(huì)聚焦在同一平面上。這允許采用汞弧燈，它被證明對(duì)傳統(tǒng)的接近式曝光，也對(duì)新的方法和設(shè)備是有利的。
盡管如此，最好采用單色光源，例如，釔鋁石榴石(YAG)激光器發(fā)出的波長為350nm的輻射，因?yàn)椴槐匦ＵㄩL。
本發(fā)明還可以用其他輻射源實(shí)現(xiàn)，最好是激光器，特別是在圓片分檔器和圓片逐級(jí)掃描器上目前使用的激光器，或不久將來要使用的激光器，分別在248、193和157nm波長下發(fā)出輻射。激光器提供的好處是它們發(fā)出被準(zhǔn)直到所需角度的光束。對(duì)于本成像方法重要的是，照射光束是一個(gè)基本上準(zhǔn)直的光束。用完全準(zhǔn)直的光束，亦即孔徑角度為0°的光束得到了最好的結(jié)果。但是，用孔徑角度小于1°的光束也可以獲得令人滿意的結(jié)果。
一方面是抗蝕劑層，另一方面是光閥和衍射部件的陣列，所需的彼此相對(duì)移動(dòng)最實(shí)際是用基片平臺(tái)移動(dòng)完成。在圓片分檔器上目前采用的基片平臺(tái)非常適用于這個(gè)目的，因?yàn)樗鼈兊木染b綽有余。很清楚，不論對(duì)于分步方式，還是對(duì)于掃描方式，基片平臺(tái)的移動(dòng)都應(yīng)該與光閥的開關(guān)同步。為此，平臺(tái)的移動(dòng)可以受圖2的計(jì)算機(jī)30(控制光閥陣列的計(jì)算機(jī))的控制。
可以通過用軟件把圖案分割為子圖案并依次把子圖案轉(zhuǎn)移到相鄰的具有圖像場(chǎng)尺寸的抗蝕劑區(qū)域來產(chǎn)生大于一個(gè)光閥陣列和一個(gè)衍射單元陣列的照射場(chǎng)的圖像圖案。利用精確的基片平臺(tái)，可以把子圖像圖案準(zhǔn)確地放在一起，以便獲得一個(gè)無中斷的大圖像。
大圖像圖案還可以利用復(fù)合光閥陣列和復(fù)合衍射單元陣列產(chǎn)生。復(fù)合光閥陣列包括，例如，5個(gè)LCD，每個(gè)具有1000×1000個(gè)光閥。LCD排列成一列，覆蓋例如要產(chǎn)生的圖像圖案的寬度。復(fù)合衍射部件以相應(yīng)的方式構(gòu)造，以便適合于復(fù)合光閥陣列。圖像圖案由第一次掃描并照射具有由單個(gè)光閥陣列覆蓋的長度和由一系列光閥陣列覆蓋的寬度。隨后，使帶有抗蝕劑層的基片和所述系列的陣列縱向彼此相對(duì)移動(dòng)一個(gè)由單個(gè)陣列覆蓋的距離。對(duì)現(xiàn)在面對(duì)復(fù)合陣列的第二抗蝕劑區(qū)域進(jìn)行掃描和照射等，直至產(chǎn)生整個(gè)圖像圖案為止。
成像過程的一個(gè)重要參數(shù)是間隙寬度44(圖2)。間隙寬度對(duì)計(jì)算衍射部件結(jié)構(gòu)而言是一個(gè)輸入?yún)?shù)，并由所需的圖像分辨率決定。若衍射部件結(jié)構(gòu)是針對(duì)一個(gè)給定的間隙寬度和分辨率計(jì)算和制造的，則所述分辨率只能在所述給定的間隙寬度下獲得。在實(shí)際情況下，若間隙寬度偏離所述給定的間隙寬度，則無法達(dá)到所需的分辨率。這舉例示于圖8a，8b和8c。這些附圖表示用針對(duì)50μm間隙寬度設(shè)計(jì)的相同的衍射部件在相同的照射條件下，但以不同的間隙寬度在抗蝕劑層中形成的。圖8a表示以40μm間隙寬度獲得的光點(diǎn)62’的圖案210，圖8b表示以50μm間隙寬度獲得的光點(diǎn)62的圖案220，圖8c表示以60μm間隙寬度獲得的光點(diǎn)62”的圖案230。從這些附圖可以清楚看出，只有以等于設(shè)計(jì)間隙寬度的間隙寬度獲得的光點(diǎn)才具有所需的清晰度和強(qiáng)度。
對(duì)于具有較大設(shè)計(jì)間隙寬度，例如，250μm的設(shè)備，對(duì)實(shí)際間隙寬度的要求可以放寬。采用增大的間隙寬度，從衍射單元發(fā)出的子光束的數(shù)值孔徑(NA)(圖6a的101-105)減小。由于焦深與正方形NA成反比，所以焦深隨著設(shè)計(jì)間隙寬度增大而增大。這意味著，對(duì)于較大的設(shè)計(jì)間隙寬度，與比較小的設(shè)計(jì)間隙寬度相比，允許較大的間隙寬度偏差。從允許誤差的觀點(diǎn)看，與較小的間隙寬度，例如，50μm相比，寧可采用較大的間隙寬度，例如，250μm。
光點(diǎn)的最小尺寸也與間隙寬度相關(guān)。若間隙寬度縮小，則所述尺寸可以縮小，例如，小于1μm。較小的間隙寬度要求較好的間隙寬度控制。
本衍射部件的特征在于，它允許在單一圖像場(chǎng)中建立多個(gè)焦平面。所述衍射部件的輪廓允許它在逐單元進(jìn)行設(shè)計(jì)或計(jì)算，其中衍射部件和抗蝕劑層之間的距離或焦距可以作為輸入?yún)?shù)讀入。這允許其中一個(gè)或多個(gè)區(qū)域包括若干衍射單元的衍射部件的設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備針對(duì)不同于衍射部件其余部分的不同焦距。這種多重焦點(diǎn)衍射部件可以用于包括定位于不同層次上的子器件的器件的制造。這樣的器件可以是純電子器件或包含來自若干種電氣、機(jī)械或光學(xué)系統(tǒng)的兩個(gè)或多個(gè)不同類型的特征。這樣的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例是微型光學(xué)-電氣-機(jī)械(MOEM)組件或包含二極管激光器和光波導(dǎo)的器件，可能還有透鏡裝置把來自激光器或光波導(dǎo)的光耦合到檢測(cè)器。透鏡裝置可以是平面衍射裝置。為了制造多層器件，使用帶有淀積在不同層次上的抗蝕劑層的基片。利用多焦點(diǎn)衍射部件，所有子圖像都可以同時(shí)印制在相關(guān)的層次上，從而得以節(jié)省許多時(shí)間。
多重衍射部件只可以用于呈現(xiàn)與衍射部件的多焦點(diǎn)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的多層結(jié)構(gòu)的器件的生產(chǎn)。但是，成像裝置可以設(shè)計(jì)成使衍射部件可以輕易地放入或從所述設(shè)備移走。這允許用不同的適當(dāng)?shù)亩嘟裹c(diǎn)衍射部件生產(chǎn)不同的多層器件。
多層器件也可以用一般的單焦點(diǎn)衍射部件生產(chǎn)。用軟件把總的圖像圖案分成若干個(gè)子圖像，每一個(gè)都屬于要生產(chǎn)的器件的不同層次。在第一子成像過程中，用在第一層次上的抗蝕劑層生產(chǎn)第一子圖像。第一子成像過程按照掃描或分步方法并用上述裝置完成。然后，把抗蝕劑層定位在第二層次，在第二子成像過程中生產(chǎn)屬于第二層次的子圖像。在Z方向上移動(dòng)抗蝕劑層，并重復(fù)所述子成像過程，直至多層器件的所有子圖像都轉(zhuǎn)移到抗蝕劑層為止。
本發(fā)明的方法可以用健壯的設(shè)備進(jìn)行，此外，與分檔器或分步掃描光刻投影設(shè)備相比，所述設(shè)備還相當(dāng)簡(jiǎn)單。
在所述設(shè)備中，圖2簡(jiǎn)要地示出光快門21-25陣列，亦即LCD，設(shè)置在盡可能靠近包括衍射單元陣列91-95的衍射部件的位置上。所述LCD的光閥或像素的尺寸可以相對(duì)較大，例如，100×100μm2。在LCD器件中，需要用偏振分析器，亦稱分析器把由光閥引入的偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換成強(qiáng)度。若采用商售的目前以可見光工作于視頻投影器的LCD面板，則應(yīng)從所述面板摘除所述可見光分析器，并在光閥和衍射部件之間設(shè)置單獨(dú)的紫外線(UV)或遠(yuǎn)紫外線(DUV)分析器。此外，衍射部件40的基片41有一定的厚度。結(jié)果，在光閥和衍射部件的衍射單元之間有一定的距離。當(dāng)設(shè)計(jì)所述設(shè)備以便防止在衍射單元上形成光閥的不清晰的圖像和在光閥之間由于所述距離和衍射效應(yīng)而出現(xiàn)串?dāng)_時(shí)，對(duì)這個(gè)距離應(yīng)該加以考慮。
為了縮小光閥和衍射單元之間的距離并防止煩人的串?dāng)_，衍射部件可以設(shè)置在偏振器下表面上和/或所述偏振器可以設(shè)置在光閥結(jié)構(gòu)上。
圖9表示所述設(shè)備的一個(gè)替代方案，鑒于上述問題這是有吸引力的。所述設(shè)備包括把光閥成像在衍射部件陣列上的投影透鏡，其中每個(gè)光閥與相應(yīng)的衍射單元配對(duì)。使用投影透鏡可以使設(shè)計(jì)具有比圖2設(shè)備的多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有更多的自由。
圖9的左側(cè)表示也可以用在圖2設(shè)備上的照射系統(tǒng)。所述照射系統(tǒng)包括輻射源，例如，汞燈13和可以具有半球形的反射器15。可以相對(duì)于燈這樣設(shè)置所述反射器，使得照射光束不出現(xiàn)中心遮斷。燈13和反射器15可以用激光器代替。來自輻射源13、15的光束入射到對(duì)波長敏感的反射器或衍射鏡246，后者只反射所需的波長，例如UV或DUV輻射的光束分量，去除其他波長，例如，IR(紅外線)或可見輻射。若輻射源是激光器，則不必用選擇性反射器，任何中性反射器都可以設(shè)置在反射器246的位置上，或可以把激光器與光路的其他部分設(shè)置在一條直線上。第一聚光透鏡系統(tǒng)，例如包括分別設(shè)置在反射器246前面的第一聚光透鏡247和第二聚光透鏡248，把照射光束17會(huì)聚在輻射快門252上。所述快門設(shè)置了光闌253，其形狀決定了在抗蝕劑層5上形成的光點(diǎn)的形狀。第二聚光透鏡系統(tǒng)254、255把通過光瞳261中的光闌253或投影透鏡260的光闌的輻射集中，亦即它把光闌253成像在投影透鏡260的光瞳平面上。通過聚光透鏡255的光束照射LCD 20，后者設(shè)置在聚光透鏡255和投影透鏡260之間。所述透鏡把LCD成像在上述衍射部件40上，使得LCD的每個(gè)光閥(像素)與衍射部件對(duì)應(yīng)的衍射單元配對(duì)。若光閥打開，則來自所述光閥的輻射只入射到配對(duì)的衍射單元。衍射部件可以設(shè)置在離LCD 600nm的距離上。衍射部件和抗蝕劑層1之間的距離可以約為100-300μm。
LCD 20可以具有20μm的像素尺寸，而投影透鏡可以把LCD的像素結(jié)構(gòu)以5倍的放大倍數(shù)成像在衍射部件上。為了進(jìn)行這樣的成像，投影透鏡不必使用大的數(shù)字孔徑(NA)。為了做到使入射衍射部件的照射光束是平行光束，在所述衍射部件前面設(shè)置準(zhǔn)直透鏡262。例如，1mm的光闌開孔將由投影透鏡和衍射單元成像為尺寸1μm的光點(diǎn)。由于LCD的操作是基于入射輻射偏振狀態(tài)的改變，所以需要給予所述輻射要求初始偏振狀態(tài)的偏振器和把偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度的偏振分析器。所述偏振器和偏振分析器分別用標(biāo)號(hào)250和258表示。所述偏振器和偏振分析器適合于照射光束的波長。它們?cè)趫D2中沒有示出，但是所述偏振器和偏振分析器也存在于按照所述圖的設(shè)備中出現(xiàn)。
因?yàn)長CD像素結(jié)構(gòu)聚焦在衍射部件上，實(shí)際上在帶有投影j透鏡的設(shè)備上不出現(xiàn)串?dāng)_。此外，衍射部件可以包括厚基片，使其更穩(wěn)定。使用時(shí)，LCD快門吸收輻射并產(chǎn)生熱，這會(huì)在所述設(shè)備內(nèi)引起熱效應(yīng)。用投影透鏡在所述設(shè)備內(nèi)顯著減小這樣的效應(yīng)，因?yàn)長CD設(shè)置在離開衍射部件相對(duì)較大的距離上。此外，所述設(shè)計(jì)允許單獨(dú)冷卻LCD。LCD光閥陣列可以包括采取小的，例如，4μm聚合材料球形式的填隙器。這種球可能產(chǎn)生光擾動(dòng)。在具有投影透鏡的設(shè)備中，由于NA相對(duì)較小的投影透鏡對(duì)高頻干擾起空間濾波器的作用，這種球的影響會(huì)減小。
當(dāng)使用投影透鏡時(shí)，很容易用諸如反射式LCD或數(shù)字反射鏡器件的反射陣列代替透射光閥陣列。
圖9的裝置只是帶有投影透鏡的設(shè)備的一個(gè)示例而已。圖9設(shè)備可以有許多變形。
實(shí)際上，本方法和設(shè)備可以作為制造在基片至少一個(gè)工藝層中具有器件特征的器件的過程的一個(gè)步驟。把圖像印制在所述工藝層頂部的抗蝕劑層之后，從工藝層的區(qū)域去除材料，或添加材料，所述區(qū)域的輪廓由印制的圖像勾畫出來。對(duì)所有的工藝層重復(fù)成像的這些工藝層和材料去除或添加，直至整個(gè)器件完成為止。在子器件要在不同的層次上形成并利用多層基片的這些情況下，多焦點(diǎn)衍射部件可以用于圖像印制。
本發(fā)明可以用于印制象LCD、等離子顯示面板和PolyLed顯示器的顯示器件、印刷電路板(PCB)和微型多功能系統(tǒng)(MOEM)的圖案，因而可以用于象LCD、等離子顯示面板和PolyLed顯示器的顯示器件、印刷電路板(PCB)和微型多功能系統(tǒng)(MOEM)的制造。
權(quán)利要求
1.一種在抗蝕劑層內(nèi)形成光學(xué)圖像的方法，所述方法包括以下步驟-提供輻射源；-形成抗蝕劑層；-在所述輻射源和所述抗蝕劑層之間設(shè)置可逐一控制的光閥的二維陣列；-在所述光閥陣列和所述抗蝕劑層之間設(shè)置衍射透鏡的二維陣列 使得每個(gè)衍射透鏡對(duì)應(yīng)于一個(gè)不同的光閥；-通過順序的子照射，依次照射所述抗蝕劑層的不同部分，每個(gè)子照射包括以下步驟接通光閥選擇；接通所述輻射源；斷開所述光閥和所述輻射源；以及使所述抗蝕劑層和所述陣列彼此相對(duì)移動(dòng)，使得要照射的下一個(gè)抗蝕劑層部分與所述陣列對(duì)齊；其特征在于使用具有至少兩個(gè)振幅電平和至少三個(gè)相位等級(jí)的相同的衍射單元形式的衍射透鏡。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于采用這樣的衍射單元陣列，其中每個(gè)衍射單元呈現(xiàn)一系列上升的相位階梯和一系列下降的相位階梯。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于采用這樣的衍射單元陣列，其中每個(gè)衍射單元包括若干個(gè)順序的相位結(jié)構(gòu)，每個(gè)所述相位結(jié)構(gòu)包括從基準(zhǔn)級(jí)上升到頂級(jí)然后從頂級(jí)下降到基準(zhǔn)級(jí)的若干個(gè)相位階梯。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于采用這樣的衍射單元陣列，其中每個(gè)衍射單元包括若干個(gè)順序的相位結(jié)構(gòu)，每個(gè)相位結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)從基準(zhǔn)級(jí)到頂級(jí)的連續(xù)上升和從頂級(jí)到基準(zhǔn)級(jí)的突然下降。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于采用這樣的陣列，所述陣列包括衍射單元的若干集合，所述集合的彼此差異在于每個(gè)集合衍射單元的焦平面不同于其他集合的焦平面。
6.如權(quán)利要求1至5中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于在順序的子照射之間，所述輻射敏感層和所述陣列彼此相對(duì)移動(dòng)一段最多等于所述抗蝕劑層上形成的光點(diǎn)的尺寸的距離。
7.如權(quán)利要求1至6中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于圖像特征邊界處的光點(diǎn)強(qiáng)度適應(yīng)所述特征邊界和相鄰特征之間的距離。
8.如權(quán)利要求1至7中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于所述照射步驟包括用單色輻射照射所述陣列。
9.如權(quán)利要求1至8中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于所述光閥陣列設(shè)置成直接面向所述衍射單元陣列。
10.如權(quán)利要求1至8中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于將所述光閥陣列成像在所述衍射單元陣列上。
11.一種供權(quán)利要求1中所述的方法使用并包括衍射單元陣列的衍射部件，其特征在于所述衍射單元具有至少兩個(gè)振幅電平和三個(gè)相位等級(jí)。
12.如權(quán)利要求11所述的衍射部件，其特征在于每個(gè)衍射單元具有一系列上升的相位階梯和一系列下降的相位階梯。
13.如權(quán)利要求12所述的衍射部件，其特征在于所述衍射單元具有彼此相差90°的4個(gè)相位等級(jí)。
14.如權(quán)利要求12所述的衍射部件，其特征在于每個(gè)衍射單元包括若干個(gè)順序的相位結(jié)構(gòu)，每個(gè)相位結(jié)構(gòu)包括從基準(zhǔn)級(jí)上升到頂級(jí)然后從頂級(jí)下降到基準(zhǔn)級(jí)的若干個(gè)相位階梯。
15.如權(quán)利要求11所述的衍射部件，其特征在于每個(gè)衍射單元包括若干個(gè)順序的相位結(jié)構(gòu)，每個(gè)相位結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)從基準(zhǔn)級(jí)到頂級(jí)的連續(xù)上升和從所述頂級(jí)到所述基準(zhǔn)級(jí)的突然下降。
16.如權(quán)利要求11至15中任何一個(gè)所述的衍射部件，其特征在于所述衍射部件包括衍射單元的若干集合，所述集合的彼此差異在于每個(gè)集合的衍射單元的焦平面不同于其他集合的焦平面。
17.一種執(zhí)行權(quán)利要求1中所述的方法的設(shè)備，所述設(shè)備包括-輻射源；-基片支架，用以夾緊設(shè)置有抗蝕劑層的基片；-設(shè)置在所述光源和所述基片支架之間的可逐一控制的光閥的二維陣列；和-衍射部件，它包括設(shè)置在所述光閥陣列和所述基片支架之間的衍射透鏡的二維陣列，使得每個(gè)衍射單元對(duì)應(yīng)于一個(gè)不同的光閥，其特征在于所述衍射透鏡是具有至少兩個(gè)振幅電平和至少三個(gè)相位等級(jí)的衍射單元。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于每個(gè)所述衍射單元具有一系列上升的相位階梯和一系列下降的相位階梯。
19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征在于所述衍射單元具有彼此相差90°的4個(gè)相位等級(jí)。
20.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于每個(gè)衍射單元包括若干個(gè)順序的相位結(jié)構(gòu)，每個(gè)相位結(jié)構(gòu)包括從基準(zhǔn)級(jí)上升到頂級(jí)然后從所述頂級(jí)下降到所述基準(zhǔn)級(jí)的若干個(gè)相位階梯。
21.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于每個(gè)衍射單元包括若干個(gè)順序的相位結(jié)構(gòu)，每個(gè)相位結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)從基準(zhǔn)級(jí)到頂級(jí)的連續(xù)上升和從所述頂級(jí)到所述基準(zhǔn)級(jí)的突然下降。
22.如權(quán)利要求17至21中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于所述衍射部件包括衍射單元的若干集合，所述集合的彼此差異在于每個(gè)集合的衍射單元的焦平面不同于其他集合的焦平面。
23.如權(quán)利要求17至22中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于所述輻射源是一種單色輻射源。
24.如權(quán)利要求17至23中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于所述衍射部件設(shè)置在所述光閥陣列的后面，中間不插入成像部件。
25.如權(quán)利要求17至23中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于在所述光閥陣列和所述衍射部件之間設(shè)置投影透鏡。
26.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征在于帶有所述衍射結(jié)構(gòu)的衍射部件的表面和所述抗蝕劑層之間的距離為大約250μm。
27.一種在基片的至少一個(gè)工藝層上制造器件的方法，所述方法包括以下步驟-在設(shè)置于所述工藝層上的抗蝕劑層中形成包括與待配置在所述工藝層上的器件特征對(duì)應(yīng)的特征的圖像；和-從所述工藝層的區(qū)域去除材料或加上材料，所述區(qū)域由所述抗蝕劑層內(nèi)形成的所述圖像描繪輪廓，其特征在于借助于權(quán)利要求1至10中任何一個(gè)所述的方法來形成所述圖像。
全文摘要
通過若干子照射在抗蝕劑層(5)上形成光學(xué)圖像，在每個(gè)子照射中，光閥陣列(21－25)和對(duì)應(yīng)的衍射單元陣列(91－95)用以按照子圖像在抗蝕劑層上形成光點(diǎn)圖案(111－115)。在各子照射之間，所述抗蝕劑層相對(duì)于所述陣列移動(dòng)。利用具有至少兩個(gè)振幅電平和至少三個(gè)相位等級(jí)的衍射單元獲得了明亮的邊緣清晰的光點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L21/027GK1605047SQ02825084
公開日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2002年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月17日
發(fā)明者A·J·M·內(nèi)里森 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司