專利名稱：投影式光刻機(jī)三維掩模曝光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻領(lǐng)域，尤其涉及投影式光刻機(jī)三維掩模曝光方法。
背景技術(shù)：
在微機(jī)電系統(tǒng)MEMS的加工工藝中，表面硅工藝是采用與集成電路工藝相似的表面加工手段，以單晶硅或多晶硅薄膜來制作機(jī)械結(jié)構(gòu)。采用的工藝方法包括外延、滲雜、濺射、化學(xué)氣相沉積、光刻、氧化等。該方法缺點(diǎn)是立體結(jié)構(gòu)不如前兩種強(qiáng)。但優(yōu)點(diǎn)是沿用許多IC工藝，工藝成熟，產(chǎn)率高成本低。因此表面硅技術(shù)是最容易產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)。采用表面硅工藝時(shí)候，典型的一道程序?yàn)楣饪?。為了能夠加工各種復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)，工藝上對(duì)傳統(tǒng)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寬比的器件，斜面曝光可以加工傾斜的立體結(jié)構(gòu)，斜坡曝光則可以在斜坡上加工器件，節(jié)約面積。對(duì)于斜面曝光，采用傳統(tǒng)的Mask Aligner的接觸式或接近式曝光即可，只需要傾斜掩模和基底，或傾斜平行照明光即可實(shí)現(xiàn)(如美國專利 US2007/0003839A1中所公開的)(圖1)。對(duì)于大焦深，可以在投影光刻機(jī)上減小物鏡NA 和增大CD實(shí)現(xiàn)。但是，對(duì)于斜坡曝光(圖幻，傳統(tǒng)上采用激光在坡度上加工，精度不高，或者采用X射線、電子束或離子束刻蝕(如“激光刻蝕技術(shù)的應(yīng)用”，南開大學(xué)王宏杰等，紅外與激光工程，2004年10月，33卷第5期；“電子束曝光微納加工技術(shù)”，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，，，0. 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，產(chǎn)率很低，嚴(yán)重影響產(chǎn)業(yè)化。因?yàn)槠露雀叨瘸３８哌_(dá)幾百微米， MaskAligner的衍射效應(yīng)難以消除，所以難以用接近式曝光實(shí)現(xiàn)；而對(duì)于傳統(tǒng)的投影式光刻機(jī)，因?yàn)槠露容^大( 0. Olrad-lrad)，工件臺(tái)掩模臺(tái)難以傾斜如此大的角度，所以也難以實(shí)現(xiàn)，另外，有US6866976B2的專利采用改變劑量分布和掩模標(biāo)記分布的方法來實(shí)現(xiàn)斜坡曝光，該方法操作十分困難。針對(duì)傳統(tǒng)光刻機(jī)難以實(shí)現(xiàn)斜坡曝光的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了投影式光刻機(jī)進(jìn)行斜坡曝光的方法，不僅可以進(jìn)行傳統(tǒng)的平面曝光，還能實(shí)現(xiàn)斜坡曝光，從而利用斜坡做一部分器件，節(jié)約基底面積，使得MEMS器件體積更小。相對(duì)傳統(tǒng)方法，本發(fā)明方法產(chǎn)率高。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種利用傳統(tǒng)的投影光刻機(jī)進(jìn)行三維曝光的方法。具體步驟如下(1)根據(jù)工件上需要加工的圖案，加工三維掩模，該三維掩模具有包括傾斜部分與非傾斜部分，且該傾斜部分與非傾斜部分形成有需要曝光的掩模圖案；(2)上載該三維掩模，上載該工件；(3)全局對(duì)準(zhǔn)；
(4)在該工件上整場曝光該掩模圖案。其中，該傾斜部分為斜坡結(jié)構(gòu)。其中，該傾斜部分為臺(tái)階結(jié)構(gòu)。其中，采用激光、電子束、離子束、或LIGA技術(shù)加工該三維掩模。本發(fā)明還提供了一種三維掩模結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于投影式光刻機(jī)中，其中，該該三維掩模具有包括傾斜部分與非傾斜部分，且該傾斜部分與非傾斜部分形成有需要曝光的掩模圖案。其中，該傾斜部分為斜坡結(jié)構(gòu)。其中，該傾斜部分為臺(tái)階結(jié)構(gòu)。相比傳統(tǒng)的激光、X射線、電子束、離子束等直寫式方法，本方法具有成本低、不需要改變光刻機(jī)結(jié)構(gòu)，并且不影響產(chǎn)率等一系列優(yōu)點(diǎn)。


圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中典型的斜面曝光的示意圖；圖2所示為斜坡曝光的示意圖；圖3所示為實(shí)施本發(fā)明的方法使用的光刻機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4所示為本發(fā)明使用的斜坡掩模的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5所示為曝光三維掩模形成三維硅片的光路圖；圖6所示為本發(fā)明的方法的流程圖；圖7所示為硅片的臺(tái)階結(jié)構(gòu)的示意圖；圖8所示為與圖7的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的掩模結(jié)構(gòu)，及利用該掩模形成的硅片的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。為了便于描述和突出顯示本發(fā)明，附圖中省略了現(xiàn)有技術(shù)中已有的相關(guān)部件，并將省略對(duì)這些公知部件的描述。需要說明的是，盡管在下面的內(nèi)容中只敘述了硅片作為基底作為實(shí)施例，但是也可使用其它基底材料。本發(fā)明使用的是傳統(tǒng)的投影式光刻機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括照明部分1、用于放置掩模2的掩模臺(tái)3、物鏡4和用于放置硅片5的工件臺(tái)6。照明部分包括光源，用于限制視場大小的狹縫以及位于狹縫前后的照明光學(xué)組件。圖4所示為本發(fā)明使用的帶斜坡圖案的三維掩模的示意圖。其中，斜坡的斜坡角度為30度，高500um，不僅斜坡上有標(biāo)記圖案(即需要曝光的掩模圖案)，非斜坡的其它區(qū)域也有標(biāo)記圖案，整個(gè)掩模共有7行標(biāo)記圖案，物鏡4的放大倍率為IX。各層標(biāo)記圖案之間沿著所在平面的距離為50um，同層各標(biāo)記圖案之間的距離為lOOum。該三維掩模加工方式有多種，例如，可以用Mask Aligner光刻機(jī)在玻璃上傾斜曝光(如圖1所示的背景技術(shù))， 然后刻蝕得到斜坡，再在掩模上蒸鍍長鉻，再涂膠，用電子束在斜坡上和非斜坡的其它區(qū)域直寫各種標(biāo)記圖案，再作后續(xù)處理，得到三維掩模。圖5所示為曝光三維掩模形成三維硅片的光路圖。從照明部分發(fā)出的照明光通過三維掩模2后，經(jīng)由物鏡4成像于硅片5上，形成與三維掩模2的形狀相反的硅片標(biāo)記。通過這種方法，不僅能夠一次形成斜坡圖形，同時(shí)也能形成非斜坡圖形。因此，本方法的產(chǎn)率和普通掩模曝光一樣高。圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的斜坡曝光方法的流程，具有如下步驟(1)根據(jù)斜坡圖案，采用激光、電子束、離子束、LIGA等技術(shù)加工帶斜坡的三維掩模得到帶斜坡圖案的掩模；(2)上帶斜坡圖案的掩模，上帶斜坡的硅片；(3)全局對(duì)準(zhǔn)；(4)在硅片上整場曝光掩模圖案；(5)下硅片，下掩模。其中第(4)步中，不僅斜坡圖形被曝光，其它非斜坡圖形也被同時(shí)曝光，因此本方
法的產(chǎn)率很高。本發(fā)明還可用于形成如圖7所示的臺(tái)階結(jié)構(gòu)的硅片。其中使用的掩模及對(duì)應(yīng)形成的硅片的結(jié)構(gòu)如圖8所示。其中，臺(tái)階部分高800um，共有4個(gè)高度均為200um的臺(tái)階，每個(gè)臺(tái)階的寬均為600um，不僅臺(tái)階上有標(biāo)記圖案(即需要曝光的掩模圖案0，非臺(tái)階的其它區(qū)域也有標(biāo)記圖案，各臺(tái)階標(biāo)記圖案之間的距離為50-300um，物鏡的放大倍率為IX，因此掩模的結(jié)構(gòu)和硅片的結(jié)構(gòu)為如圖8所示的相反的結(jié)構(gòu)。該三維掩模加工方式有多種，例如，用激光直寫得到含臺(tái)階的3維玻璃，再在掩模上蒸鍍長鉻，再涂膠，用電子束在斜坡上和非斜坡的其它區(qū)域直寫各種標(biāo)記圖案，再作后續(xù)處理，得到三維掩模。加工這種臺(tái)階結(jié)構(gòu)的曝光方法的流程與實(shí)施例2類似，其步驟為(1)根據(jù)臺(tái)階圖案，采用激光、電子束、離子束、LIGA等技術(shù)加工帶臺(tái)階的三維掩模，得到帶臺(tái)階圖案的掩模；(2)上帶臺(tái)階圖案的掩模，上帶臺(tái)階的硅片；(3)全局對(duì)準(zhǔn)；(4)在硅片上整場曝光掩模圖案；(5)下硅片，下掩模。其中第4步中，不僅臺(tái)階圖形被曝光，其它非臺(tái)階圖形也被同時(shí)曝光，因此，本方法的產(chǎn)率和普通掩模曝光一樣高。本說明書中所述的只是本發(fā)明的幾種較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、 推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種投影式光刻機(jī)的三維掩模曝光方法，具有如下步驟(1)根據(jù)工件上需要加工的圖案，加工三維掩模，該三維掩模具有包括傾斜部分與非傾斜部分，且該傾斜部分與非傾斜部分形成有需要曝光的掩模圖案；(2)上載該三維掩模，上載該工件；(3)全局對(duì)準(zhǔn)；(4)在該工件上整場曝光該掩模圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該傾斜部分為斜坡結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該傾斜部分為臺(tái)階結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，采用激光、電子束、離子束、或LIGA技術(shù)加工該三維掩模。
5.一種三維掩模結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于投影式光刻機(jī)中，其特征在于，該該三維掩模具有包括傾斜部分與非傾斜部分，且該傾斜部分與非傾斜部分形成有需要曝光的掩模圖案。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維掩模結(jié)構(gòu)，其中，該傾斜部分為斜坡結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維掩模結(jié)構(gòu)，其中，該傾斜部分為臺(tái)階結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種投影式光刻機(jī)的三維掩模曝光方法，具有下述步驟(1)根據(jù)工件上需要加工的圖案，加工三維掩模，該三維掩模具有包括傾斜部分與非傾斜部分，且該傾斜部分與非傾斜部分形成有需要曝光的掩模圖案；(2)上載該三維掩模，上載該工件；(3)全局對(duì)準(zhǔn)；(4)在該工件上整場曝光該掩模圖案。
文檔編號(hào)G03F7/20GK102540747SQ20101060631
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者張俊, 楊志勇, 陳勇輝 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司