空间光调制器直接写入器的制作方法

专利名称：空间光调制器直接写入器的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光光刻技术，特别地涉及利用空间光调制器(SLM)直接写入图案的一种方法和一种装置。
背景技术：
现代紫外线(UV)光刻技术正在寻求新的高度并行写入方案。具有可选的微机电系统(MEMS)的空间光调制器(SLM)提供了这种可能性。SLM芯片可包括上面具有几百万个可单独寻址的像素的DRAM类的CMOS电路。由于反射镜单元和寻址电极之间的静电力差异，所述像素被偏转。在转让于本发明的受让人的US 6373619中描述了一种利用空间光调制器的图案发生器。该专利简短地公开了一种小场步进器(small field stepper)，其曝光空间光调制器的一组图像。工件被设置在一个连续移动的操作台上，并且一脉冲电磁辐射源(其可为脉冲激光器、闪光灯、来自同步加速器光源的闪光等)闪光并将该空间光调制器的图像固化(freeze)到该工件上。在每次闪光之前，以新图案对该空间光调制器重编程，从而在该工件上构成连续的图像。
过去，或多或少地仅通过利用多个包括集成电路中的层的图案的掩膜或调制盘(reticle)来制造集成电路。在当今的集成电路中，层的数量可大于30。可通过利用比如电子束或激光束，将一层对所选类型的射束敏感的材料曝光，以光刻方式来制备所述掩膜或调制盘。所述掩膜材料通常为透射型的，在其一个侧面上附着有一不透明材料薄层。在所述薄层材料中产生所述集成电路一个层的图案。该掩膜通常具有比将被印制在半导体衬底上、用于形成所述集成电路的图案大N倍的图案。尺寸的缩小是在一个步进器中实施的，它利用该掩膜以形成所述集成电路。
最近，借助于利用常规掩膜之外的方法来制造集成电路的需求已有增长，这是由于多种原因，例如制造掩膜的价格已经增加，这是由于其制造的复杂性、需要很小的集成电路组的小规模开发等因素造成的。
但是，所有目前已知的、不使用常规掩膜或调制盘的、用于形成集成电路的技术都具有缺点和局限性。
例如，本领域中已知的大多数直接写入器基于电子束，即通常所谓的成形射束，其中图案由多次闪光组合而成，每次闪光限定了一个简单的几何图形。已知有利用高斯射束的光栅扫描的其它系统。使用电子束或激光束以在工件上形成图案的常规掩膜写入器被限制到相对较低的扫描速度，并且，也许最糟的是，仅能扫描单一维度。
公开于其它专利申请，例如由本发明受让人之一提交的、并在此作为参考被引入的WO 01/18606和美国专利申请号09/954,721中的空间光调制器写入器涉及允许位案光栅扫描，但其独特性在于在一次闪光中印制整帧图案，而不是由单独的像素来构建图案。
空间光调制器(SLM)包括多个调制器单元，其可以一种所需方式被设定以形成所需图案。反射型SLM可被曝光于任何类型的电磁辐射，例如DUV或EUV，以用于在掩膜或任何其它工件上形成所需图案。
用于直接利用数据在半导体设计中写入特定层的直接写入图案发生器对工业有很高价值。然而，现代芯片的复杂性极高，且随着每一代新技术而更复杂。直接写入器必须在300mm晶片上不是一次而是100次地写入复杂图案。
我们所需要的是一种方法和装置，其比现有技术更快和/或更灵活地在工件上生成图案。

发明内容
相应地，本发明的一个目的是提供一种直接写入方法和装置，其比现有技术更快和/或更灵活地在工件上印制图案。
根据本发明的第一方面，本目的是通过一种用于对工件构图的装置来实现的，如权利要求1和权利要求56中所述。
本发明还涉及一种用于对工件构图的方法，如权利要求28中所述。
本发明更多特征及其优点将通过下文给出的本发明优选实施例的详细描述以及附图1-6变得显而易见，它们仅以示例性方式给出，因而并非对本发明的限制。


图1描绘了根据本发明的第一实施例的示意图。
图2描绘了根据本发明的第二实施例的示意图。
图3示意性地描绘了由一遍写入(one writing pass)形成在工件上的SLM印记(stamp)的第一实施例。
图4示意性地描绘了SLM印记的另一实施例，其中在一遍物理写入中，第一和第二遍写入的SLM印记彼此偏移。
图5示出了第一扇出(fan out)装置。
图6示出了另一扇出装置。
具体实施例方式
以下详细描述是参照附图进行的。描述优选实施例是为了阐释本发明，而非限制其由权利要求规定的范围。本领域技术人员将认识到以下描述的多种等价的变化。
此外，优选实施例是参照模拟空间光调制器来描述的。显然对于本领域技术人员来说，可存在除模拟空间光调制器之外的其它空间光调制器也同样适用的情形；例如像由德州仪器制造的数字微镜装置(DMD)那样的数字空间光调制器。另外，SLM可由反射型或透射型像素组成。此外，优选实施例是参照受激准分子激光源来描述的。显然对于本领域技术人员来说，本发明方法可使用除受激准分子激光器之外的脉冲电磁辐射源，例如Nd-YAG激光器、离子激光器、掺钛蓝宝石激光器、自由电子激光器或其它脉冲基频激光器、闪光灯、激光等离子体源、同步加速器光源等。
图1描绘了根据本发明的图案发生器100的第一实施例。所述图案发生器包括视场光阑105、第一透镜装置110、照明光瞳(illuminator pupil)112、分束装置114、半透明分束器116、第一中继透镜118、第一空间光调制器120a、第二空间光调制器120b、系统光瞳122、第二中继透镜124、中间像面126、镜筒透镜128、末级孔径(aperture)130、末级透镜132、工件134、电磁束150、150a、150b、152a以及光轴160、170。
来自电磁辐射源(未示出)的电磁辐射束150经由所述视场光阑105，被引导至第一透镜装置110上。该视场光阑105具有大致为一个空间光调制器的尺寸和形式。使用该视场光阑105是为了阻止光/辐射入射到该空间光调制器之外的其它构形上。
该电磁辐射源可为具有输出波长为248nm、193nm或157nm的受激准分子激光器。然而比所述波长更长或更短的波长也可适用。所述电磁辐射被所述第一透镜装置引导至位于照明光瞳面处的照明光瞳112。所述照明光瞳112将所述电磁辐射过滤至所需程度。在设置有空间光调制器(SLMs)的物面处的数值孔径(NA)确定了该照明光瞳的尺寸。该照明光瞳112限制了电磁辐射穿过视场光阑105的入射角。
然后，该射束将穿过分束装置114，该分束装置114将所述分束成两束或更多束。例如，所述分束装置114可为衍射光学元件。衍射光学元件的例子如体(volume)全息元件(HOE)、开诺全息照片(kinoform)、菲涅耳带片、或二元光学元件(BOE)。取代用于将所述光束成两束或更多束的衍射光学元件，可用部分反射光学元件。所述部分反射光学元件可为棱镜或组合反射镜(facetted mirror)。
该分束装置可被设置在介于所述照明光瞳和所述空间光调制器之间的光学平面上，其中调制器被设置在物面上。然而，透镜系统例如中继透镜系统使得可将所述分束装置设置在另一共轭面上。所述共轭面可为一个光学等效面(optical equivalent plane)，这意味着在各面之间有1∶1的成像。在一个实施例中，在未示出的电磁辐射源和所述视场光阑105之间可设置中继透镜系统，因而产生一个更加远离该空间光调制器的共轭照明孔径面。
仅为清晰起见，在图1中，所述射束被分离成两束150a、150b。所述射束可通过一个或多个依次排列的分束装置分离成更多的射束。然后射束150a、150b将经由半透明分束器传递，当所述射束来自电磁辐射源的方向时，该半透明分束器允许所述射束穿过，当所述射束来自空间光调制器的方向时，该半透明分束器反射所述射束。
通过所述半透明分束器116后，所述射束150a、150b将被引导通过第一中继透镜118。所述中继透镜将使所述空间光调制器上的射束150a、150b远心。
然后射束150a将被引导至空间光调制器120a，而射束150b将被引导至空间光调制器120b。在本实施例中，该空间光调制器被示例为反射型空间光调制器。所述反射型空间光调制器可包括所述调制器中的作为像素的微镜，然而其它反射型空间光调制器也可适用，例如基于粘弹性层的空间光调制器和光栅光阀。所述反射型空间光调制器可分为两类，即偏转型空间光调制器和衍射型空间光调制器，其中偏转型空间光调制器工作在数字模式下，而衍射型空间光调制器工作在模拟模式下。另一类亦可用于本发明中的空间光调制器为透射型空间光调制器，例如基于液晶的空间光调制器。
在一个实施例中，所有空间光调制器是相同的。在另一个实施例中，某些空间光调制器可为透射型的，而其它空间光调制器可为反射型的。在另外一个实施例中，该空间光调制器工作在不同模式下，即至少一个工作在模拟模式下而至少一个工作在数字模式下。在又一个实施例中，一个空间光调制器中像素的尺寸不同于另一个空间光调制器中像素的尺寸。该空间光调制器还可包括不同数量的像素单元。
然后，来自空间光调制器120a、120b的中继射束再次通过所述第一中继透镜118被传输，然后被所述半透明分束器116反射，从而将所述射束引导至具有光轴170的光路中，该光轴垂直于在像面处的所述工件134。光轴160垂直于在物面处的所述空间光调制器。图1中的点线152b表示边缘射束(marginal beam)。
当所述射束被所述半透明分束器116反射后，所述射束150a、150b将被引导至系统光瞳122。该系统光瞳位于傅立叶面上，同照明光瞳112和所述末级孔径130。通过模拟空间光调制器，第一和更高衍射级被该系统光瞳滤出，该系统光瞳也被称为傅立叶孔径。
然后该射束将穿过第二中继透镜124，其将在空间像面(aerial imageplane)处产生中间图像126。然后射束被引导至镜筒透镜128和所述末级透镜132，该末级透镜132包括所述末级孔径130。该镜筒透镜128和该末级透镜可使得像面处的照明(illumination)远心。确定末级孔径130、230的尺寸和形状，以控制像面处的杂散光。
来自不同空间光调制器120a、120b的射束将终止于所述工件134上不同位置处，这些不同位置相邻或不相邻，依所选写入方案而定。图3示出了在单次曝光中，形成在工件300上的、来自10个空间光调制器的印记的一个可能的排列。单次曝光被定义为这些空间光调制器在工件上的一次成像。
所述单次曝光可足够强烈以曝光对所采用波长敏感的层，即单遍写入方案。在一个多遍写入方案中，单次曝光本身不具有足够将所述敏感层曝光的强度，但它们组合起来将曝光所述敏感层。在图3中，第一次曝光以填充的矩形表示，其中矩形代表空间光调制器的印记。在下一次曝光中，其上设置有所述工件的操作台被移动等于在所述工件上的所述印记的宽度的距离，所述下一次曝光在图3中以虚线矩形表示。重复移动操作台和曝光工件的动作，将完成整个工件的曝光。在两次曝光之间，该空间光调制器被重新载入新的图案。
在一个实施例中，在物面中空间光调制器之间的距离大于像面中相应的印记。在物面中分开空间光调制器的原因是为每个空间光调制器的操纵器提供空间。所述操纵器可在任何方向上倾斜该空间光调制器，使每个空间光调制器平行并彼此对齐。
在多遍写入方案中，印记可为非重叠的或部分重叠的。部分重叠可为整数个空间光调制器像素，或为空间光调制器像素的一部分加上可能的整数个空间光调制器像素。图4中表示，单次曝光可包括形成在工件400上的属于第一遍写入和第二遍写入的图案。这里，所述一次曝光中的第一和第二遍写入以填充的矩形表示。第一遍写入的印记被表示为相对于第二遍写入中的印记部分地偏移，即部分地重叠。在接下来的下一次曝光中，属于不同遍写入的印记可部分地互相重叠。在图4中，另一次曝光中的第二遍写入以虚线矩形表示，其部分地与属于前一次曝光中的第一遍写入相重叠。为清晰起见，所述另一次曝光中的第一遍写入被省去。
例如，在两遍写入方案中，第一遍写入可用工作在模拟模式下的空间光调制器来写入，而第二遍写入用工作在数字模式下的空间光调制器来写入。也可对一遍写入使用反射型空间光调制器，而对另一遍写入使用透射型空间光调制器。在图4中，第一遍写入可用工作在数字模式下的空间光调制器来写入，而第二遍写入用工作在数字模式下的空间光调制器来写入。也可使用形成线宽的能力不同的空间光调制器。在图4中，与进行第二遍写入所用的空间光调制器相比，可利用具有大像素和/或较少像素的空间光调制器，以粗糙的图案精度来进行所述第一遍写入。第二遍写入可使用高性能的空间光调制器，以调节待构图的线的尺寸，并/或在掩膜图案中产生图案增强构形。该图案增强构形通常具有比其对应的构形更小的尺寸。通过将待写入的图案分离成图案本身和图案增强构形，可增加写入速度。图案增强构形可例如为用于增加棱角锐度以及以散射条(scatter bar)的形式进行光学接近似修正的棱角增强构形或其它考虑了图案密度的构形。
在一个实施例中，来自不同空间光调制器的辐射强度可不同，以增强临界尺寸控制(CDC)。在至少一个空间光调制器之前引入衰减器，可改变所述强度。在一个多遍写入方案的实施例中，在工件上，以第一强度进行第一遍写入，而以另一强度进行第二遍写入，其中所述第一遍写入和第二遍写入可属于同一次曝光，如图4中所示。
图2示出了根据本发明的另一实施例。图1和图2的不同在于空间光调制器的排列和所述空间光调制器的数量，图1和图2中的其它部分都相同，因而描述相同特征的参考标记的编号在图1中从1开始，在图2中从2开始。
在图2中示出，该图案发生器包括四个空间光调制器220a、220b、220c、220d。射束通过扇出装置被扇出到所述空间光调制器。
图5示出了一个反射型八边形500，其将入射束510a、510b、510c和510d扇出到四个不同方向X、Y、Z、W。沿所述方向X、Y、Z、W上某处，设置另一个扇出装置或空间光调制器。图6示出了棱镜600，其将入射束610a、610b、610c和610d扇出到两个不同方向A、B。这里再次在沿所述方向A、B上某处，设置另一个扇出装置或空间光调制器。该扇出装置可被设置在介于所述中继透镜118、218和所述空间光调制器120、220(在图1或图2中未示出)之间的光路中。
图2中每个空间光调制器可被安装在一个模块上，该模块提供数据、吹扫气体、冷却并进行机械对准。这样的模块经常需要一些空间，该空间可容易地由所述扇出装置建立。
一个操作台图像检测器可测量所述空间光调制器的焦点、平移、转动、倾斜和曲率/平直度。可通过恰当地调节该操作台和/或设置在所述空间光调制器和所述工件之间的透镜装置来调节所述焦点、平移、转动、倾斜和曲率/平直度的要求的规格的偏差。所述空间光调制器的一部分的对准也可在承载有将被装入不同空间光调制器的图案信息的数据途径(data path)中进行。例如，一个或多个所述空间光调制器的一个转动误差可通过转动对一个或更多空间光调制器的将被印制在所述工件上的图案的数字描述来进行。
尽管本发明是参照以上详述的优选实施例和例子而公开的，但应理解这些例子旨在示例性而非限制性的意义。可以预料，本领域技术人员容易地想到将落入本发明的精神和下述权利要求的范围中的修改和组合。
权利要求
1.一种装置(100)，其用于对设置在一像面处且对电磁辐射敏感的工件构图，该装置包括发射电磁辐射至物面上的一辐射源，至少两个空间光调制器，每个空间光调制器包括多个目标像素，所述目标像素适于在所述物面处接收所述电磁辐射并将所述电磁辐射转送到所述工件，其中所述电磁辐射被分离成至少两个射束，通过设置在介于所述空间光调制器和一照明光瞳之间的光学面或共轭光学面上的分束装置，所述射束入射到不同的空间光调制器上。
2.根据权利要求1的装置，其中，所述分束装置为一衍射光学元件。
3.根据权利要求1的装置，其中，所述至少两个空间光调制器的转送图像在所述工件上呈现为不相邻。
4.根据权利要求1的装置，其中，至少一个空间光调制器包括为反射型微镜的像素单元。
5.根据权利要求4的装置，其中，所述反射型空间光调制器包括工作在模拟模式下的微镜单元。
6.根据权利要求4的装置，其中，所述反射型空间光调制器包括工作在数字模式下的微镜单元。
7.根据权利要求1的装置，其中，至少一个所述空间光调制器为包括工作在模拟模式下的液晶单元的透射型空间光调制器。
8.根据权利要求5的装置，其中，至少一个所述空间光调制器为包括工作在数字模式下的液晶单元的透射型空间光调制器。
9.根据权利要求1的装置，其中，在所述至少两个空间光调制器的用于对所述工件构图的至少一个单次曝光中，所述至少两个空间光调制器中的至少一个属于第一遍写入，且所述至少两个空间光调制器的至少其中一个属于第二遍写入。
10.根据权利要求1的装置，其中，在单次曝光中，所述至少两个空间光调制器的至少两个转送图像包括互不相同的图案。
11.根据权利要求1的装置，其中，所述分束元件为至少部分反射元件。
12.根据权利要求2的装置，其中，所述衍射光学元件为以下元件组中的一个体全息元件(HOE)、开诺全息照片、菲涅耳带片、或二元光学元件(BOE)。
13.根据权利要求11的装置，其中，所述至少部分反射光学元件为以下元件组中的一个棱镜或组合反射镜。
14.根据权利要求1的装置，其中，所述电磁辐射发射源为一受激准分子激光器。
15.根据权利要求15的装置，其中，所述激光器的输出具有以下波长组中的一个波长248nm、193nm、157nm、13nm。
16.根据权利要求1的装置，其中，所述空间光调制器为一光栅光阀。
17.根据权利要求1的装置，其中，还包括适于在傅立叶空间中过滤所述电磁辐射的一傅立叶滤波器。
18.根据权利要求1的装置，其中，在单次曝光中，所述至少两个空间光调制器的至少两个转送图像属于至少第一遍写入和第二遍写入。
19.根据权利要求1的装置，其中，与属于另一个空间光调制器的像素相比，在一个所述空间光调制器中的像素具有不同的尺寸。
20.根据权利要求1的装置，其中，与属于另一个空间光调制器的像素相比，在一个所述空间光调制器中的像素具有不同的形状。
21.根据权利要求1的装置，其中，所述空间光调制器被设置在彼此独立操作的操纵器上。
22.根据权利要求1的装置，其中，所述空间光调制器以比在所述像面中相应的图像更大的距离彼此分隔。
23.根据权利要求1的装置，其中，空间光调制器的在第一遍写入中的至少一个图像相对于空间光调制器的在另一遍写入中的图像偏移。
24.根据权利要求23的装置，其中，所述偏移图像来自不同的空间光调制器。
25.根据权利要求23的装置，其中，所述偏移图像来自一个空间光调制器。
26.根据权利要求23的装置，其中，所述图像被偏移整数个空间光调制器像素。
27.根据权利要求23的装置，其中，所述图像被偏移空间光调制器像素的至少一部分。
28.一种方法，用于对设置在一像面处且对电磁辐射敏感的工件构图，该方法包括以下步骤发射电磁辐射至物面上，通过分束装置将所述电磁辐射分离成至少两个射束，所述分束装置被设置在介于物面和照明光瞳之间的光学面或任何其它共轭光学面上，将所述至少两个射束入射到不同的空间光调制器上，由至少两个空间光调制器在所述物面处接收所述电磁辐射，每个所述空间光调制器包括多个目标像素，将所述电磁辐射从所述至少两个空间光调制器引导至所述工件。
29.根据权利要求28的方法，其中，所述分束装置为一衍射光学元件。
30.根据权利要求28的方法，其中，所述至少两个空间光调制器的转送图像将在所述工件上呈现为不相邻。
31.根据权利要求28的方法，其中，所述至少两个空间光调制器包括为反射型微镜的像素单元。
32.根据权利要求28的方法，其中，所述至少两个空间光调制器中的至少一个为反射型空间光调制器，且所述至少两个空间光调制器中的至少一个为透射型空间光调制器。
33.根据权利要求32的方法，其中，所述反射型空间光调制器包括工作在模拟模式下的微镜单元。
34.根据权利要求32的方法，其中，所述反射型空间光调制器包括工作在数字模式下的微镜单元。
35.根据权利要求32的方法，其中，所述透射型空间光调制器包括工作在模拟模式下的液晶单元。
36.根据权利要求32的方法，其中，所述透射型空间光调制器包括工作在数字模式下的液晶单元。
37.根据权利要求28的方法，其中，在所述至少两个空间光调制器的用于对所述工件构图的至少一个单次曝光中，所述至少两个空间光调制器中的至少一个属于第一遍写入，且所述至少两个空间光调制器中的至少一个属于第二遍写入。
38.根据权利要求28的方法，其中，在单次曝光中，所述至少两个空间光调制器的至少两个转送图像包括互不相同的图案。
39.根据权利要求28的方法，其中，所述分束元件为至少一个折射光学元件。
40.根据权利要求28的方法，其中，所述衍射光学元件为以下元件组中的一个体全息元件(HOE)、开诺全息照片、菲涅耳带片或二元光学元件(BOE)。
41.根据权利要求39的方法，其中，所述折射光学元件为以下元件组中的一个棱镜或组合反射镜。
42.根据权利要求28的方法，其中，所述电磁辐射发射源为一受激准分子激光器。
43.根据权利要求42的方法，其中，所述激光器的输出具有以下波长组中的一个248nm、193nm、157nm、13nm。
44.根据权利要求28的方法，其中，所述空间光调制器为一光栅光阀。
45.根据权利要求28的方法，其中，还包括适于在傅立叶空间中过滤所述电磁辐射的一傅立叶滤波器。
46.根据权利要求28的方法，其中，在一个单次曝光中，所述至少两个空间光调制器的至少两个转送图像属于至少第一遍写入和第二遍写入。
47.根据权利要求28的方法，其中，与属于另一个空间光调制器的像素相比，在一个所述空间光调制器中的像素具有不同的尺寸。
48.根据权利要求28的方法，其中，与属于另一个空间光调制器的像素相比，在一个所述空间光调制器中的像素具有不同的形状。
49.根据权利要求28的方法，其中，所述空间光调制器被设置在彼此独立操作的操纵器上。
50.根据权利要求28的方法，其中，所述空间光调制器以比在所述像面中相应的图像更大的距离彼此分隔。
51.根据权利要求28的方法，其中，空间光调制器的在一第一遍写入中的至少一个图像相对于空间光调制器的在另一遍写入中的图像偏移。
52.根据权利要求51的方法，其中，所述偏移图像来自不同的空间光调制器。
53.根据权利要求51的方法，其中，所述偏移图像来自一个空间光调制器。
54.根据权利要求51的方法，其中，所述图像被偏移整数个空间光调制器像素。
55.根据权利要求51的方法，其中，所述图像被偏移空间光调制器像素的至少一部分。
56.一种装置，用于对设置在像面处且对电磁辐射敏感的工件构图，该装置包括发射电磁辐射至一物面上的一辐射源，所述物面包括多个空间光调制器，所述空间光调制器以比在所述像面中相应的图像更大的距离彼此分隔。
57.根据权利要求56的装置，其中，所述图像不互相重叠。
58.根据权利要求56的装置，其中，所述图像部分地互相重叠。
59.根据权利要求57的装置，其中，至少一个图像属于一第一遍写入，且至少一个图像属于一第二遍写入。
全文摘要
本发明涉及一种装置(100)，用于对设置在像面处且对电磁辐射敏感的工件构图，该装置包括发射电磁辐射至物面上的辐射源以及至少两个空间光调制器，每个所述空间光调制器包括多个目标像素，所述像素适于在所述物面处接收所述电磁辐射并将所述电磁辐射转送到所述工件，其中所述电磁辐射被分离成至少两个射束，通过设置在介于所述空间光调制器和照明光瞳之间的光学面或共轭光学面上的分束装置，所述射束入射到不同的空间光调制器上。本发明还涉及一种方法，用于利用多个空间光调制器对工件构图。
文档编号G03F7/20GK1754130SQ200480005102
公开日2006年3月29日 申请日期2004年2月25日 优先权日2003年2月28日
发明者托比约恩·桑德斯特罗姆 申请人:麦克罗尼克激光系统公司