[发明专利]光刻机及其扫描曝光方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光刻机及其扫描曝光方法。

背景技术

集成电路(Integrated Circuit，IC)是集精密机械、微电子技术、计算机技术、控制技术、激光技术和精密测量技术等于一体的高科技产物。光刻工艺(Lithography Technology)是IC制造中最为关键的一个工艺环节，它是一个非常复杂的工艺过程，简单来说它可看作由九个步骤组成：气相成底膜处理、旋转涂胶、软烘、对准、曝光、曝光后烘烤、显影、坚膜烘焙、显影后检查。其中，曝光是一个至关重要的工艺步骤。

自半导体技术发展以来，光刻技术经历了从接触式光刻技术、接近式光刻技术、扫描投影光刻技术、分步重复光刻技术到目前普遍采用的步进扫描光刻技术的发展历程。步进扫描光刻技术是IC光刻加工的一项前沿技术，它利用掩模台(reticle stage)和硅片台(wafer stage)的同步运动，将掩模版上的图形通过微缩光学系统投影到涂有光刻胶的硅片的单个曝光场(exposure shot，一个硅片的曝光区域可被划分为多个曝光场，一个曝光场包括硅片上的一个或多个芯片)上，一个曝光场的扫描曝光过程完成后，硅片台步进到硅片的另一个曝光场上并重复扫描曝光动作，直至硅片上的所有曝光场扫描曝光完毕，再经过定型、显影等工艺最终在硅片上复制出具有缩小倍率的图形。即，整个硅片的扫描曝光过程由两个运动交替循环构成：步进运动和扫描曝光运动，硅片台步进到一个曝光场后，硅片台和掩模台对一个曝光场进行同步扫描曝光，然后，硅片台步进到另一个曝光场并开始重复扫描曝光过程。

图1是硅片上单个曝光场的扫描曝光运动中硅片台及掩模台的速度曲线示意图，如图1所示，硅片上单个曝光场的扫描曝光运动可以分为三个明显的阶段，即开始阶段(包括加速阶段和稳定阶段)、扫描曝光阶段(匀速阶段)、结束阶段(减速阶段)。硅片台和掩模台首先从静止状态开始加速，加速一段时间t_ac后硅片台的速度达到Vw、掩模台的速度达到Vr(假设掩模版上的图形尺寸是硅片上最终形成图形尺寸的4倍，则Vw＝4Vr)，待稳定一段时间t_st之后，硅片台和掩模台才开始匀速扫描曝光，经过一段时间t_sc的匀速扫描曝光之后，硅片台和掩模台开始作减速运动，减速一段时间t_de之后，硅片台和掩模台的速度缩减至零。

由此可见，单个曝光场的扫描曝光运动过程中，只有当硅片台和掩模台的速度真正达到匀速状态时才能对曝光场进行扫描曝光。换言之，在单个曝光场的整个扫描曝光时间段t(t＝t_ac+t_st+t_sc+t_de)内，只有在t_sc时间段内才能产生曝光效率，在其它时间段(t_ac、t_st、t_de)内均不能产生曝光效率，即，只有t_sc是有效率时间，t_ac、t_st、t_de是无效率时间。事实证明，现有技术中单个曝光场的整个扫描曝光时间一般为0.26s，而真正能用于扫描曝光的时间只有0.06s，即有效率的扫描曝光时间仅占20％左右，无效率的扫描曝光时间却占了80％左右，无效率的扫描曝光时间增加了硅片制造的总时间，限制了硅片的生产率。

针对上述出现的问题，现有技术提出了多种解决方案。其中的一个解决方案是增加扫描曝光运动过程中匀速扫描曝光的速度。但是，一旦匀速扫描曝光的速度增加，加速阶段的加速度及减速阶段的加速度须增大，这也意味着整个扫描曝光过程需浪费更多的稳定时间(t_st)、减速时间(t_de)。而且，当匀速扫描曝光的速度增加时，由于受到多种物理限制，扫描曝光速度的增长空间有限，即扫描曝光的速度不能增加过大。例如当扫描曝光的速度增加过大时，扫描曝光所需的时间变短，曝光扫描所需的光的强度也增强，更高光强的曝光光源会增加光刻机的成本和降低光刻机的可靠性。而且，增加扫描曝光速度意味着增加硅片台、掩模台驱动电机的电流，这样会增加硅片台和掩模台的散热需求，并增加光刻机对热胀冷缩的控制，这时需在光刻机上增设更多、更复杂的温度控制设备，不仅导致光刻机的总体质量增加，限制扫描曝光的速度的增加，而且还导致光刻机的设置更为复杂。因此，这种解决方案不可行。