[发明专利]一种干涉曝光装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装备制造技术领域，尤其涉及一种应用于大范围周期图形加工的干涉曝光装置及方法。

背景技术

干涉光刻技术利用光的干涉和衍射特性，通过特定的光束组合方式，对干涉场内的光强分布进行调制，并用感光材料记录下来，产生光刻图形。

干涉光刻兼具高分辨率(可以相对容易地达到曝光波长的1/4)、大焦深(接近光源的相干长度)的优点，可用于几十纳米～几个微米尺寸的周期性图形加工。

目前，大范围周期性图形结构，如超长光栅、图形化蓝宝石衬底、光子晶体、太阳能吸收器、FED(Field Emmition Display)等，都需要在2英寸～6英寸的衬底上，制造均匀密布的周期性结构。这些结构不仅包含一维结构，还有二维结构。如何保证这些特征图形在较大面积的衬底上做到均匀分布(即很高的拼接精度)是一个很关键的技术问题。

现有技术的解决方案之一是美国专利US6285817提出了一种基于球面波的多光束干涉光刻技术方案，该方案使用若干个放置在离待曝光衬底很远处的点光源，产生扩散球面波，以一定传播角度会聚在涂胶衬底之上，形成大面积的干涉图形。由于球面波本身具有波前畸变，因此会导致衬底中心和边缘处图形分布不均匀。

现有技术的解决方案之二是美国专利US7561252中提出了“Scan Beam Interference Lithography(SBIL)”的概念，称为Doppler Writing。使用该方法，可在最大为12英寸的衬底上制造超长光栅，线宽可达100nm，同时具有很好的均匀性，但该方法的局限在于结构复杂，且无法应用于二维图形的加工。

现有技术的解决方案之三是美国专利US6882477及文献《使用塔尔博特冷静干涉仪实现193nm浸没式光刻》Proc.SPIE 5377，“Immersion microlithography at193 nm with a Talbot prisminterferometer中公开了基于平面波的Talbot干涉曝光方案，相对球面波，平面波的波前畸变要小得多，但如果曝光场过大的话，各光学元件、环境介质引起的位相误差将对曝光图形均匀性产生影响。通过减小单个曝光场面积，采用逐场曝光的方式，可减小这一影响，但会带来另外的问题：因为干涉曝光图形的方向与运动承载单元的运动方向不一致(如图1)，从而将导致图形产生拼接问题，如图2所示。

综上所述，现有技术中出现了不同的基于光束干涉的光刻技术，但是都具有一个至关重要的技术问题有待突破，即如何解决应用于大范围的微纳米周期图形加工的问题。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种干涉曝光装置及方法，能够实现大面积高均匀性的图形拼接，且兼容于多种类别的周期性图形结构。

为实现上述发明目的，本发明公开一种干涉曝光装置，包括：

一光源，用于提供曝光光束；

一干涉头，用于将该曝光光束形成至少两束干涉光束并会聚于基底表面形成一干涉曝光图形，所述干涉头沿垂向做一维运动；

一运动承载单元，用于承载所述基底，并提供所述基底至少三自由度运动；

一测量单元，用于获得该干涉头坐标系与该运动承载单元坐标系的夹角，以便在所述基底曝光前依据所述测量单元的测量结果对所述运动承载单元的曝光位置进行调整。

更进一步地，该干涉头包括至少两组闪耀光栅和至少两个测量单元识别标记。该干涉头包括三组正六边型光栅，该光栅之间呈120度排列。该干涉头包括两组距型光栅，该光栅平行排列。该干涉曝光装置还包括一匀光准直单元，该匀光准直单元用以将光源出射光束均匀准直。该运动承载单元包括一运动承载单元。该运动承载单元还包括一激光干涉仪。该运动承载单元上包括一运动承载单元标记。该运动承载单元与该基底之间还放置一光阑。该匀光准直单元与该干涉头之间还包括一反射镜。干涉头可替换。干涉头的光栅区域与曝光场形状相同。

本发明同时公开一种干涉曝光方法，其特征在于，包括：

加载干涉头，及加载待曝光基底于运动承载单元上；

利用一测量单元测得所述干涉头坐标系与所述运动承载单元坐标系之间的夹角；以及

根据所述夹角及设定的曝光场位置更新所述运动承载单元的曝光位置；

将所述运动承载单元运动至所述更新后的曝光位置；以及

将光源发出的光束经所述干涉头形成的至少两束干涉光束会聚于所述基底表面，逐场曝光所述基底。

更进一步地，该运动承载单元的曝光位置使用的计算公式为：