[发明专利]投影式斜坡曝光光刻机装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及光刻领域，尤其涉及投影式斜坡曝光光刻机装置及方法。

背景技术

微电子机械系统(MEMS：Micro-electro-mechanical-system)的三类主流工艺是：表面硅加工工艺、体硅加工工艺、以LIGA为代表的三维非硅材料加工工艺。第一，“LIGA”是德语单词Lithographie，Galvanoformung，Abformung的缩写，它包括同步辐射光刻、微电铸、微塑铸三个过程。LIGA技术是80年代初由德国Karlsruhe原子核研究中心首先提出并发展起来的。其特点是微结构可做到很大的纵向深度，高深宽比，而且精度高，平行度好。但X射线源的实际利用率低，注塑复制时的速度受到很大的影响，导致生产效率低，而且其设备庞大和昂贵，用于光刻的掩模版制备相当困难而且制作周期长，导致新产品的开发要经过一个相当漫长的过程，在工业化大生产上受到很大的限制。第二，体硅加工工艺是一种典型的微机械加工方法。为了形成完整的微结构，往往在加工的基础上还用到键合或粘结技术。将硅的键合技术和体硅加工方法结合起来，是利用体硅工艺实现微结构的一大特色。它使得可活动的部位加大，MEMS器件分辨率和灵敏度等性能得以提高。但是体硅加工工艺过程比硅表面加工要复杂，体积大而且成本高。第三，表面硅工艺采用与集成电路工艺相似的表面加工手段，以单晶硅或多晶硅薄膜来制作机械结构。采用的工艺方法包括外延、渗杂、溅射、化学气相沉积、光刻、氧化等。该方法缺点是立体结构不如前两种强。但优点是沿用许多IC工艺，工艺成熟，产率高成本低。因此表面硅技术是最容易产业化的技术。

采用表面硅工艺时候，典型的一道程序为光刻。为了能够加工各种复杂的立体结构，工艺上对传统的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宽比的器件，斜面曝光可以加工倾斜的立体结构，斜坡曝光则可以在斜坡上加工器件，节约面积。对于斜面曝光，采用传统的Mask Aligner的接触式或接近式曝光即可，只需要倾斜掩模和基底，或倾斜平行照明光即可实现(如美国专利US2007/0003839A1中所公开的)(如图1所示)。对于大焦深，可以在投影光刻机上减小物镜NA和增大CD实现。但是，对于斜坡曝光(如图3所示的本发明涉及的斜坡曝光)，传统上采用激光在坡度上加工，精度不高，或者采用X射线、电子束或离子束刻蚀(如“激光刻蚀技术的应用”，南开大学王宏杰等，红外与激光工程，2004年10月，33卷第5期；“电子束曝光微纳加工技术”，出版社：北京工大，ISBN：9787563913008，出版日期：2004-07-01；以及“Focused Ion Beam fabricationof large and complex nanopatterns”，O.Wilhelmi，L.Roussel，P.Anzalone，D.J.Stokes，P.Faber，S.Reyntjens，FEI Company，PO Box 80066，5600 KA Eindhoven，The Netherlands；等)，或LIGA方法，成本高，产率很低，严重影响产业化。因为坡度高度常常高达几百微米，Mask Aligner的衍射效应难以消除，所以难以用接近式曝光实现；而对于传统的投影式光刻机，因为坡度较大(～0.01rad-1rad)，工件台掩模台难以倾斜如此大的角度，所以也难以实现，另外，有US6866976B2的专利采用改变剂量分布和掩模标记分布的方法来实现斜坡曝光(如图2所示)，该方法操作十分困难。

针对传统光刻机难以实现斜坡曝光的缺点，本发明提出了一种改进型的投影式光刻机，不仅可以进行传统的平面曝光，还能实现斜坡曝光，从而利用斜坡做一部分结构，节约基底面积，使得MEMS器件体积更小。

发明内容

针对传统光刻机的上述缺点，本发明提出了一种投影式斜坡曝光光刻机，沿光传播方向依次包括：

照明系统，用以出射一光束；

掩模，该掩模上形成有标记图案，该光束照射该掩模上的标记图案产生包含有该标记图案信息的出射光；

倾斜光学镜组；

物镜；以及

基底，该基底具有斜坡；

其中，该出射光经该倾斜光学镜组、该物镜在该基底斜坡上方形成斜坡空间像，并利用该斜坡空间像对该基底斜坡进行曝光。

其中，倾斜光学镜组为楔形玻璃。

其中，倾斜光学镜组为透镜或透镜组。

其中，该掩模的标记图案经该倾斜光学组镜成斜坡空间像，且该斜坡空间像的水平分量或垂向分量存在偏移、缩放。