CN117406554A - 光刻装置及光刻方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光刻装置，其包括：光源；控制系统，所述控制系统包括控制单元，所述控制单元用于控制所述光源出射光线；原子力显微镜，所述原子力显微镜包括探针组件，所述探针组件包括具有通孔的探针，所述通孔用于将所述光源出射的光线聚集到被光刻样品上。本发明还提供了一种光刻方法。本发明使用镂空探针(即具有通孔的探针)对柔性衬底实现很好的光能量控制和曝光时间，避免掩膜的使用，提高器件设计的自由度。

Description

光刻装置及光刻方法

技术领域

本发明属于光刻技术领域，具体地讲，涉及一种光刻装置及光刻方法。

背景技术

随着集成电路技术的不断发展，光刻技术逐渐成为现代半导体制造的关键工艺。在光刻工艺中，紫外线光源照射到衬底表面的光刻胶上，被照射过的光刻胶发生化学反应，性质发生变化，接着进行显影以在衬底表面形成特定的图案。然而，在曝光过程中，掩模的质量和准确性对光刻质量影响很大，掩模表面或表面下的材料受到损伤或变形，都会导致掩模的几何形状、尺寸或表面质量发生变化，带来掩模损伤，对光刻过程产生不良影响，例如使芯片图案失真或变形，降低芯片制造的可靠性和性能。

对于硅晶圆衬底来说，其表面比较平整，对于光刻胶的附着性和均匀性要求不高，而且材料硬度高，耐受光刻胶的压力和热量，受掩膜板的影响比较小，然而对于柔性衬底(例如塑料薄膜等)很难实现光刻，因为柔性衬底不像硅晶圆那样具有坚硬的表面，而是柔软、易变形的。由于光刻技术通常需要使用掩膜来控制曝光的区域，从而制造出所需的微纳米结构，然而柔性衬底的表面不平整，使用掩膜板压力不均匀容易导致柔性衬底变形、破损或光刻图案失真等问题，从而影响器件质量。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种无需掩膜即可对被光刻样品进行光刻的光刻装置及光刻方法。

根据本发明的实施例的一方面提供的一种光刻装置包括：光源；控制系统，所述控制系统包括控制单元，所述控制单元用于控制所述光源出射光线；原子力显微镜，所述原子力显微镜包括探针组件，所述探针组件包括具有通孔的探针，所述通孔用于将所述光源出射的光线聚集到被光刻样品上。

在上述一方面提供的光刻装置的一个示例中，所述探针组件还包括：悬臂、压力传感器以及压电陶瓷器，所述压力传感器和所述探针设置于所述悬臂的面向所述被光刻样品的正面上，所述压电陶瓷器设置于所述悬臂的背向所述被光刻样品的背面上。

在上述一方面提供的光刻装置的一个示例中，所述探针组件还包括：聚光器件，所述聚光器件用于将所述光源出射的光线汇聚到所述通孔中。

在上述一方面提供的光刻装置的一个示例中，所述原子力显微镜还包括：安装盘，多个所述探针组件阵列排布地安装在所述安装盘上。

在上述一方面提供的光刻装置的一个示例中，所述控制系统还包括：数据采集单元，用于采集所述压力传感器的监测到的所述探针与所述被光刻样品之间的接触压力的压力传感信号，并将所述压力传感信号发送至所述控制单元。

在上述一方面提供的光刻装置的一个示例中，所述控制系统还包括：反馈控制单元，用于从所述控制单元接收反馈信号，并根据所述反馈信号来控制所述压电陶瓷器调整所述探针的位置；其中，所述反馈信号由所述控制单元响应所述压力传感信号生成。

在上述一方面提供的光刻装置的一个示例中，所述光刻装置还包括：样品台，用于承载所述被光刻样品，且所述样品台被配置为可移动的。

在上述一方面提供的光刻装置的一个示例中，所述控制系统还包括：样品台驱动单元，用于根据所述控制单元提供的移动控制信号来驱动所述样品台进行移动。

在上述一方面提供的光刻装置的一个示例中，所述光刻装置还包括：显示单元，用于根据所述控制单元提供的显示信号进行显示。

根据本发明的实施例的另一方面提供的一种光刻方法是利用上述的光刻装置来执行的。

有益效果：根据本发明的实施例的光刻装置使用镂空探针(即具有通孔的探针)对柔性衬底实现很好的光能量控制和曝光时间，避免掩膜的使用，提高器件设计的自由度。进一步地，根据本发明的实施例的光刻装置将原子力显微镜技术与光刻技术结合起来，在同时实现不同探针与被光刻样品表面之间相互作用的稳定控制下，使用探针组件阵列提高制造速度，实现晶圆尺寸光刻的目标。更进一步地，根据本发明的实施例的光刻装置在图案化光刻的扫描横向移动过程中，使样品台进行移动，而不是使探针进行横向移动，避免探针相对光源运动而导致聚焦偏移，提高系统的稳定性，从而能够实现高分辨率和高精度的光刻。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1根据本发明的实施例的原子力显微镜的探针组件的结构示意图；

图2是根据本发明的实施例的光源出射的光线汇聚到探针中的示意图；

图3是根据本发明的实施例的安装有多个图1所示的探针组件的安装盘的俯视图；

图4是根据本发明的实施例的光刻装置的示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的具体实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。

图1根据本发明的实施例的原子力显微镜的探针组件的结构示意图。图2是根据本发明的实施例的光源出射的光线汇聚到探针中的示意图。在图1和图2中，仅示出了原子力显微镜的探针组件，应当可以理解，原子力显微镜还包括其他必须的器件。

参照图1，根据本发明的实施例的原子力显微镜的探针组件包括探针压力传感器1、悬臂2、压电陶瓷器3以及探针4。

具体地，压力传感器1和探针4设置于悬臂2的面向被光刻样品(未示出)的正面上，而压电陶瓷器3设置于悬臂2的背向被光刻样品的背面上。

此外，根据本发明的实施例的原子力显微镜的探针组件还包括电池5，该电池5用于向压电陶瓷器3提供电场。

压力传感器1通常由铁电或压电材料制成，例如锆钛酸铅和氧化锌等，其集成在悬臂2的面向被光刻样品的正面上。压力传感器1的制作材料对压力表现出高度的敏感性，因此当压力传感器1受到微小的振动或变形时，压力传感器1内部电势差会发生变化，进而产生并输出压力传感信号。

压电陶瓷器3通常采用钛酸锂(LiTaO₃)，集成在悬臂2的背向被光刻样品的背面上。在由电池5施加的电场的作用下，压电陶瓷器3能够产生机械应力和形变，从而使得悬臂2发生弯曲。因此，通过控制压电陶瓷器3的伸缩，能够实现对悬臂2的微调，进而控制探针4的相对被光刻样品的远离或靠近(即上下)运动。

探针4中具体通孔(未标号)，该通孔沿光路方向贯穿探针4。如图2所示，光源LS出射的光线被通过聚光器件CD汇聚到探针4的通孔中，从而该通孔用于将汇聚到其中的光线聚集到被光刻样品上，以对被光刻样品直接进行曝光。如此，无需使用掩膜即可对被光刻样品直接进行图案化曝光，从而可以避免传统光刻技术中所面临的掩模缺陷等问题，实现比传统光刻技术更高的分辨率和更精细的图案加工。

图3是根据本发明的实施例的安装有多个图1所示的探针组件的安装盘的俯视图。

参照图3，根据本发明的实施例的原子力显微镜还包括安装盘6，安装盘6上具有阵列排布的多个安装通孔61。探针组件的数量与安装通孔61的数量相同，并且是一一对应的。

因此，多个探针组件阵列排布地安装在安装盘6上。具体地，每个探针组件安装在相应的安装通孔61处，并且至少探针4正对安装通孔61。

图4是根据本发明的实施例的光刻装置的示意图。其中，为了方便描述，图4中示出了一个探针组件，应当理解的是，其余探针组件的作用与该一个探针组件完全相同。

参照图4，根据本发明的实施例的光刻装置包括：光源(未示出)、控制系统(未标示)、原子力显微镜(未标示)以及样品台8。

具体地，控制系统包括控制单元71，该控制单元71用于控制光源出射光线。原子力显微镜包括图1所示的探针组件。样品台8用于承载被光刻样品。

此外，控制系统还包括数据采集单元72、反馈控制单元73、样品台驱动单元74以及显示单元75。显示单元75，用于根据所述控制单元71提供的显示信号进行光刻过程中的实时影像，其余单元的功能作用将在下面进行描述。

以下，将对图4所示的光刻装置对被光刻样品进行曝光处理的工作过程进行详细描述。

步骤一：将柔性衬底置于样品台8上。其中，柔性衬底表面的杂质和残留物被去除干净，使其达到恰当的平坦度和干燥度，在柔性衬底上涂布光刻胶，并使用旋涂机使光刻胶均匀分布在柔性衬底的整个表面上，接着进行前烘。这里，可以将涂布有光刻胶的柔性衬底作为被光刻样品。

步骤二：安装盘下降到接近被光刻样品的表面处，此时探针4接近被光刻样品表面，位于悬臂2上的压力传感器1感测到探针4与被光刻样品表面之间的相互作用力(即接触压力)，压力传感器1的内部电势差会发生变化，从而产生相应的压力传感信号，该压力传感信号被压力传感器1发送至数据采集单元72。

步骤三：控制单元71响应数据采集单元72采集的压力传感信号而产生反馈信号，并将反馈信号发送至反馈控制单元73，反馈控制单元73根据该反馈信号来控制压电陶瓷器3调整悬臂2的弯曲状态，从而控制探针4的运动(即上下运动)，以使探针4和被光刻样品表面之间的相互作用力保持在一个恒定的值，从而实现探针4与柔性衬底之间长时间的高精度地对准状态。

步骤四：使用原子力显微镜定位和标记被光刻样品需要刻蚀的区域，以确保探针4和被光刻样品精准对准，保证加工的精度。

步骤五：使用探针4将光源出射的光线聚焦在探针4针尖周围的区域，以对被光刻样品进行光刻。

步骤六：在光刻过程中，使用原子力显微镜进行跟踪，以确保光刻区域与所需图案准确对应。同时也可以使用原子力显微镜进行局部微小结构的制备。这里，在光刻过程中，控制单元71产生移动控制信号，并将移动控制信号发送给样品台驱动单元74，样品台驱动单元74响应移动控制信号而驱动样品台8进行扫描移动，从而带动被光刻样品来相对探针4进行移动。也就是说，本申请的光刻过程中，探针4并不横向移动，或者说探针4并不跟随图案进行扫描横向移动，而是样品台驱动单元74驱动样品台8携带被光刻样品进行扫描横向移动，从而完成被光刻样品的图案化光刻。

另外，需要说明的是，在图1至图4中，图中的箭头表示光线方向。

综上所述，根据本发明的实施例的光刻装置以及光刻方法，使用镂空探针(即具有通孔的探针)对柔性衬底实现很好的光能量控制和曝光时间，避免掩膜的使用，提高器件设计的自由度。进一步地，根据本发明的实施例的光刻装置以及光刻方法，将原子力显微镜技术与光刻技术结合起来，在同时实现不同探针与被光刻样品表面之间相互作用的稳定控制下，使用探针组件阵列提高制造速度，实现晶圆尺寸光刻的目标。更进一步地，根据本发明的实施例的光刻装置以及光刻方法，在图案化光刻的扫描横向移动过程中，使样品台进行移动，而不是使探针进行横向移动，避免探针相对光源运动而导致聚焦偏移，提高系统的稳定性，从而能够实现高分辨率和高精度的光刻。

本说明书内容的上述描述被提供来使得本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本说明书内容。对于本领域普通技术人员来说，对本说明书内容进行的各种修改是显而易见的，并且，也可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，将本文所定义的一般性原理应用于其它变型。因此，本说明书内容并不限于本文所描述的示例和设计，而是与符合本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

Claims (10)

1.一种光刻装置，其特征在于，所述光刻装置包括：

光源；

控制系统，所述控制系统包括控制单元，所述控制单元用于控制所述光源出射光线；

原子力显微镜，所述原子力显微镜包括探针组件，所述探针组件包括具有通孔的探针，所述通孔用于将所述光源出射的光线聚集到被光刻样品上。

2.根据权利要求1所述的光刻装置，其特征在于，所述探针组件还包括：悬臂、压力传感器以及压电陶瓷器，所述压力传感器和所述探针设置于所述悬臂的面向所述被光刻样品的正面上，所述压电陶瓷器设置于所述悬臂的背向所述被光刻样品的背面上。

3.根据权利要求1或2所述的光刻装置，其特征在于，所述探针组件还包括：聚光器件，所述聚光器件用于将所述光源出射的光线汇聚到所述通孔中。

4.根据权利要求2所述的光刻装置，其特征在于，所述原子力显微镜还包括：安装盘，多个所述探针组件阵列排布地安装在所述安装盘上。

5.根据权利要求2所述的光刻装置，其特征在于，所述控制系统还包括：

数据采集单元，用于采集所述压力传感器的监测到的所述探针与所述被光刻样品之间的接触压力的压力传感信号，并将所述压力传感信号发送至所述控制单元。

6.根据权利要求4所述的光刻装置，其特征在于，所述控制系统还包括：

反馈控制单元，用于从所述控制单元接收反馈信号，并根据所述反馈信号来控制所述压电陶瓷器调整所述探针的位置；

其中，所述反馈信号由所述控制单元响应所述压力传感信号生成。

7.根据权利要求1所述的光刻装置，其特征在于，所述光刻装置还包括：

样品台，用于承载所述被光刻样品，且所述样品台被配置为可移动的。

8.根据权利要求7所述的光刻装置，其特征在于，所述控制系统还包括：

样品台驱动单元，用于根据所述控制单元提供的移动控制信号来驱动所述样品台进行移动。

9.根据权利要求1所述的光刻装置，其特征在于，所述光刻装置还包括：

显示单元，用于根据所述控制单元提供的显示信号进行显示。

10.一种光刻方法，其特征在于，利用权利要求1至9任一项所述的光刻装置执行所述光刻方法。