光刻设备、可编程图案形成装置和光刻方法
【专利说明】光刻设备、可编程图案形成装置和光刻方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年8月16日递交的美国临时申请61/866,777的优先权，此处通过引用全文并入。
技术领域
[0003]本发明涉及一种光刻设备、一种可编程图案形成装置和一种器件制造方法。
【背景技术】
[0004]光刻设备是一种将所需图案应用到衬底或衬底的一部分上的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(ICs)、平板显示器和具有精细特征的其他器件或结构的制造中。在传统的光刻设备中，可以将可称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成与1C、平板显示器或其他器件的单个层相对应的电路图案。可以将该图案转移到衬底(例如，硅晶片或玻璃板)(的一部分)上，这例如通过把图案成像到提供到衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行。
[0005]代替电路图案，图案形成装置可以被用于生成其他图案，例如彩色滤光片图案或者点矩阵。代替传统的掩模，图案形成装置可以包括图案形成阵列，所述图案形成阵列包括独立可控元件的阵列，这些独立可控元件的阵列生成电路或其他可应用图案。相比于传统的基于掩模的系统，这种“无掩模”系统的优点在于:图案可以被更快速、更便宜地提供和/或改变。
[0006]因此，无掩模系统包括可编程图案形成装置(例如，空间光调制器、对比度装置，等等)。可编程图案形成装置被编程(例如，用电子学方法或光学方法)，以使用独立可控元件的阵列形成期望的被图案化的束。可编程图案形成装置的类型包括微反射镜阵列、液晶显示(LCD)阵列、光栅光阀阵列，等等。
【发明内容】
[0007]例如，期望提供一种柔性的、低成本的、包括可编程图案形成装置的光刻设备。
[0008]在一实施例中，提供一种光刻设备，包括:衬底保持装置，所述衬底保持装置被构造用于保持衬底；调制器，所述调制器被配置用于将所述衬底的曝光区域由根据期望的图案调制的多个束曝光，所述调制器包括多个垂直外腔表面发射激光器(VECSEL)或多个垂直腔表面发射激光器(VCSEL)，以提供所述多个束;和投影系统，所述投影系统被配置用于将被调制的束投影到所述衬底上。
[0009]在一实施例中，提供一种可编程图案形成装置，包括:多个VECSEL或VCSEL，以提供根据期望的图案调制的多个束;和透镜阵列，所述透镜阵列用于接收所述多个束。
[0010]在一实施例中，提供一种光刻系统，包括多个光刻设备，所述多个光刻设备中的至少一个光刻设备被布置在所述多个光刻设备中的另一个光刻设备上方。
[0011]在一实施例中，提供一种波带片阵列布置，所述波带片阵列布置包括布置成二维阵列的透镜，在所述二维阵列中透镜被布置成三角形布局。
[0012]在一实施例中，提供一种器件制造方法，包括:使用多个VECSEL或VCSEL根据期望的图案调制多个束，其中所述多个VECSEL或VCSEL提供多个束;和将被调制的束投影到衬底的曝光区域上。
【附图说明】
[0013]并入本文中并且形成说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并且与说明书文字描述部分一起进一步用于解释本发明的原理，使得本领域普通技术人员能够制造和使用本发明。
[0014]图1示出根据一实施例的光刻设备的示意性侧视图。
[0015]图2示出根据一实施例的多个光刻设备的支架布置的示意性侧视图。
[0016]图3示出根据一实施例的光刻设备的示意性透视图。
[0017]图4示出根据一实施例的光刻设备的可编程图案形成装置模块的示意性侧视图。
[0018]图5示出根据一实施例的图4所示的多个模块的布置的示意性仰视图。
[0019]图6示出根据一实施例的光刻设备的透镜阵列布置的示意性俯视图。
[0020]图7示出根据一实施例的光刻设备的透镜阵列布置的示意性俯视图。
[0021]图8示出根据一实施例的光刻设备的辐射投影的示意性图示。
[0022]图9(A)_(C)示出根据一实施例的光刻设备的辐射投影的示意性图示。
[0023]图10示出根据一实施例的光刻设备的定位装置的示意性透视图。
[0024]图11示意性示出如何通过使用多个光引擎在单次扫描中曝光整个衬底，其中每个光引擎包括一个或多个可独立寻址的元件。
[0025]图12示出根据一实施例的光刻设备的图像数据路径的示意性视图。
[0026]图13示出根据一实施例的光刻设备的示意性俯视图。
[0027]图14示出根据一实施例的光刻设备的示意性俯视图。
[0028]下面将参考附图描述本发明的一个或多个实施例。在附图中，相同的附图标记指示相同或功能相似的元件。
【具体实施方式】
[0029]本文描述无掩模光刻设备、无掩模光刻方法、可编程图案形成装置以及其他设备、物品制造和方法的一个或多个实施例。在一实施例中，提供一种低成本和/或柔性的无掩模光刻设备。由于是无掩模的，因此不需要用传统的掩模曝光例如IC或平板显示器。类似地，不需要提供一个或多个环用于封装应用，可编程图案形成装置可以提供数字边缘处理“环”，用于封装应用，以避免边缘投影。无掩模(数字图案化)可以使得能够与柔性衬底一起使用。
[0030]在一实施例中，光刻设备可以应用于非临界或临界应用。在一实施例中，光刻设备可以具有< 90nm的分辨率、< 65nm的分辨率、< 45nm的分辨率、< 32nm的分辨率、< 22nm的分辨率、< 14nm的分辨率、< 1nm的分辨率、< 7nm的分辨率或< 5nm的分辨率。在一实施例中，光刻设备可以具有约0.1-50μηι的分辨率。在一实施例中，光刻设备可以具有< 1nm的重叠、< 8nm的重叠、< 5nm的重叠、< 3nm的重叠、< 2nm的重叠或< Inm的重叠。这些重叠和分辨率值可以与衬底尺寸和材料无关。
[0031]在一实施例中，光刻设备可以是非常有柔性的。在一实施例中，光刻设备可以适配不同尺寸、不同类型和不同特性的衬底。在一实施例中，光刻设备具有虚的无限场尺寸。因此，光刻设备能够通过单个光刻设备或通过使用广泛通用的光刻设备平台的多个光刻设备而应用于多种应用(例如，1C，平板显示器、封装等等)。在一实施例中，光刻设备允许自动化作业生成，以提供柔性制造。
[0032]在一实施例中，光刻设备是低成本的。在一实施例中，仅仅或主要使用通用的现有的部件(例如，辐射发射激光器、简单的可移动衬底保持装置和透镜阵列)。在一实施例中，使用像素-栅格成像，使得能够使用简单的投影光学装置。在一实施例中，具有单一扫描方向的衬底保持装置被使用，以减少成本和/或降低复杂性。
[0033]图1示意地示出了根据一实施例的光刻投影设备100。所述设备100包括图案形成装置104、物体保持装置106(例如，物体台，例如衬底台)和投影系统108。
[0034]在一实施例中，图案形成装置104包括多个独立可控元件102，用于调制辐射，以将图案施加至束110。在一实施例中，在用于提供辐射时，多个独立可控元件102的位置能够相对于框架135或投影系统108的至少一部分被固定。在一布置中，多个独立可控元件102可以连接至定位装置(未示出)，以根据特定的参数(例如相对于投影系统108的至少一部分)精确地定位这些元件中的一个或多个。
[0035]在一实施例中，图案形成装置104是自发射对比度装置。这种图案形成装置104消除了对于辐射系统的需要，由此能够例如减少光刻设备的成本和尺寸。例如，每个独立可控元件102可以是辐射发射二极管，诸如发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、聚合物LED(PLED)或者激光二极管(例如，固态激光二极管)。
[0036]在一实施例中，每个独立可控元件102是垂直外腔表面发射激光器(VECSEL)或垂直腔表面发射激光器(VCSEL) JCSEL和VECSEL能够提供优异的光谱纯度、高的功率以及良好的束品质。在一实施例中，VECSEL或VCSEL可以输出772或774nm辐射。然而，提供至衬底上的辐射可以与VECSEL或VCSEL输出的辐射不相同。在一实施例中，VECSEL或VCSEL辐射被转换至大约248nm、大约193nm、大约157nm或大约128nm。在一实施例中，可以提供VECSEL或VCSEL阵列。例如，该阵列可以设置在单个衬底(例如GaAs晶片)上。在一实施例中，阵列是两维的。在一实施例中，阵列可以包括256个VECSEL或VCSEL。
[0037]在一实施例中，VECSEL或VCSEL的辐射输出被频率倍增至大约248nm、大约193nm、大约157nm或大约128nm。在一实施例中，辐射输出是频率4倍增的。在一实施例中，辐射使用两级频率双倍增而实现频率4倍增。在一实施例中，使用BBO(P-BaB2O4)实现频率倍增，其中周期性地接入铌酸锂(PPLN)和/或KBBF(KBe2BO3F2)非线性光学装置。在一实施例中，在第一级使用BBO或PPLN并且在第二级使用KBBF，由此实现频率4倍增。在一实施例中，转换效率可以是大约1%。在一实施例中，对于使用两级频率双倍增的频率4倍增来说，第一级可以具有大约20%的转换效率，第二级可以具有大约5%的转换效率。在一实施例中，频率双倍增可以在腔内实施。例如，第一级频率双倍增可以是使用BBO或PPLN的内腔频率双倍增。
[0038]在一实施例中，在衬底水平位置处可以提供达20mJ/cm2的剂量。这个剂量水平可以是比所需要的剂量水平多100倍或更多的倍数。该剂量水平可以经得住非放大抗蚀剂的使用，从而可以减小线边缘粗糙度和/或放松后处理需求。在一实施例中，VECSEL或者VCSEL可以产生3mW功率的束。在一实施例中，该束可以在衬底水平位置处具有4yW的功率，以提供例如达20mJ/cm2的曝光剂量。
[0039]在一实施例中，可以通过在VECSEL或VCSEL阵列上应用“脉冲”操作以及使用1x(10倍)束缩减器来获得束强度，其中所述1x束缩减器在波长双倍增和准直被实施之后进一步将束强度增大100倍。因此，通过被增大100倍的初始剂量以及在0.75处的第二级波长双倍增转换，可以提供100倍或更大倍数的剂量水平。通过波带片(zone plate)阵列的大约40%的效率，应该有大约30倍的倍数留在衬底水平位置处。
[0040]潜在的改进在于模式锁定VECSEL或者VCSEL，以生成短的皮秒脉冲。在一实施例中，有源模式锁定可以用于产生与10MHz的曝光频率同步的脉冲。
[0041 ]在一实施例中，基于掺杂钛的蓝宝石晶体的再生式放大器可以被用于使脉冲达到期望的能级，其中所述基于掺杂钛的蓝宝石晶体的再生式放大器是被栗浦激光器外部栗浦的。YAG栗浦激光器可以放置在“外部”世界(如此后所描述的)，并且从YAG栗浦激光器提供的福射被光束引导装置引导至VECSEL或者VCSEL。能级可以通过腔倾剂量(cavity dumpingthe dose)和使用Pockels或者Kerr盒的q开关而被进一步提高，从而以10MHz的相同同步在飞秒时间框架内释放期望的剂量。
[0042]在一实施例中，来自VECSEL或者VCSEL的辐射脉冲的开始和终止时刻应该集中在10纳秒像素曝光时间框架内。这帮助防止临界尺寸均匀性损失。
[0043]在一实施例中，VECSEL或者VCSEL阵列可以被调整以改善或者最大化剂量性能。例如，VECSEL或者VCSEL的孔径可以被增大。在一实施例中，控制VECSEL或者VCSEL的输出(例如“打开”或“关断”)的最终的开关控制器可以与VECSEL或者VCSEL集成，例如集成到与VECSEL或者VCSEL相同的(GaAs)衬底上。这能够允许增大或最大化所应用的脉冲的上升和下降时间。附加地或者可选地，这种集成可以简化VECSEL或者VCSEL与如下所述的波发生器装置之间的连接。
[0044]在一实施例中，自发射对比度装置包括比在一个独立可控元件102不能工作或者不能正确地工作时允许另一个“冗余”的独立可控元件102被使用的情况中所需使用的可独立寻址元件102更多的可独立寻址元件102。附加地或者可选地，额外的可移动的可独立寻址元件可以具有控制可独立寻址元件上的热负载的优点，因为第一组可独立寻址元件可以被用于特定时间段，然后在第一组冷却的同时第二组可以被用于另一时间段。
[0045]在一实施例中，可独立寻址元件102被嵌入包括低热导率的材料中。例如，所述材料可以是陶瓷，例如堇青石或者基于堇青石的陶瓷和/或微晶玻璃(Zerodur)陶瓷。在一实施例中，可独立寻址元件102被嵌入包括高热导率的材料中，例如金属，诸如具有相对轻的重量的金属，例如铝或钛，使得热能够被导离然后被去除/冷却。
[0046]在一实施例中，可独立寻址元件102的阵列可以包括温度控制布置。在一实施例中，VECSEL或者VCSEL设置有冷却系统。例如，可独立寻址元件102的阵列可以具有流体(例如，液体)传导通道，用于将冷却流体传输到阵列上、传输到阵列附近或者传输通过阵列，以冷却所述阵列。所述通道可以连接至适当的热交换器和栗，以使流体循环通过通道。连接在通道与热交换器和栗之间的供给和返回装置能够促进流体的循环和温度控制。传感器可以设置在阵列中、阵列上或阵列附近，以测量阵列的参数，参数测量结果可以用于控制例如由热交换器和栗提供的流体流的温度。在一实施例中，传感器可以测量阵列主体的膨胀和/或收缩，测量结果可以用于控制由热交换器和栗提供的流体流的温度。这种膨胀和/或收缩可以是温度的取代物。在一实施例中，传感器可以与阵列集成和/或可以与阵列分离。
[0047]光刻设备100包括物体保持装置106。在该实施例中，物体保持装置包括物体台106，用于保持衬底114(例如，涂覆有抗蚀剂的硅晶片或者玻璃衬底)ο物体台106可以是可移动的，并且可以连接至定位装置106，以根据特定参数精确地定位衬底114。例如，定位装置116可以相对于投影系统108和/或图案形成装置104精确地定位衬底114。在一实施例中，定位装置可以包括一个或多个压电致动器。在一实施例中，定位装置116可以以大约lmm/s的速度、多于或等于2mm/s的速度、多于或等于5mm/s的速度、多于或等于大约10mm/s的速度扫描衬底。在一实施例中，定位装置116可以以小于或等于大约150mm/s的速度、小于或等于大约100mm/s的速度、小于或等于大约50mm/s的速度、小于或等于大约10mm/s或者小于或等于大约5mm/s的速度扫描衬底。
[0048]在一实施例中，可以通过包括长行程模块(粗定位)和可选的短行程模块(精细定位)的定位装置116实现物体台106的移动，这在图1中未清楚地示出。在一实施例中，所述设备至少缺少用于移动物体台106的短行程模块。类似系统可以用于定位独立可控元件102和/或投影系统104的至少一部分。束110可以可选地/附加地是可移动的，而物体台106和/或独立可控元件102可以具有固定的位置以提供所需的相对移动。在例如可以应用于平板显示器的制造中的实施例中，物体台106可以是固定的，定位装置116被配置成相对于物体台106 (例如，在物体台106之上)移动衬底114。例如，物体台106可以设置有以大致恒定的速度扫描整个衬底114的系统。在这种情况下，物体台106可以在平坦的最上表面上设置有大量的开口，气体通过开口被供给，以提供能够支撑衬底114的气垫。这传统上被称为气体轴承布置。使用一个或多个致动器(未示出)在物体台106上移动衬底114，这些致动器能够相对于束路径110精确地定位衬底114。可选地，通过选择性地开始和停止气体通过开口而相对于物体台106移动衬底114。在一实施例中，物体保持装置106可以是卷动系统，衬底在卷动系统上被卷动，定位装置116可以是电机，使得卷动系统转动，以将衬底提供至物体台106上。
[0049]投影系统108(例如，石英和/或CaF2透镜系统)可以被用于将由独立可控元件102所调制的图案化束投影到衬底114的目标部分120(例如一个或多个管芯)上。在一实施例中，投影系统108可以将由多个独立可控元件102提供的图案投影成像，使得图案相干地形成在衬底114上。在一实施例中，投影系统108可以投影次级光源的图像，多个独立可控元件102的元件用作次级光源的遮光器。
[0050]在该方面，投影系统可以包括一聚焦元件148(例如参见图4、6和7)，或者多个聚焦元件(文中一般称为透镜阵列)，例如微透镜阵列(已知为MLA)、波带片阵列或者菲涅耳透镜阵列，以例如形成次级光源和将光斑成像到衬底114上。因此，在一实施例中，曝光基于惠更斯-菲涅耳衍射透镜的阵列。这种类型的曝光涉及来自衍射光学元件阵列的轴上焦点光斑的不相干相加，诸如在波带片上的布置。波带片可以具有高数值孔径值。曝光方法可以产生Kl因数低于0.3且在密集的图案中具有充分的对比度的图案。在一实施例中，多个等离振子透镜(plasmonic lens)可以用于提供超过所述Kl因数且低至例如5nm分辨率的近场成像。虽然本文公开的内容将聚焦在波带片阵列作为聚焦元件148，然而聚焦元件148可以是不同的布置。
[0051]在一实施例中，透镜阵列(例如MLA)包括至少10个聚焦元件、至少100个聚焦元件、至少256个聚焦元件、至少300个聚焦元件、至少400个聚焦元件或者至少1000个聚焦元件。在一实施例中，图案形成装置中的独立可控元件的数量等于或大于透镜阵列中聚焦元件的数量。在一实施例中，透镜阵列包括在光学上与独立可控元件