[发明专利]投影式光刻机三维掩模曝光方法

说明书

技术领域

本发明涉及光刻领域，尤其涉及投影式光刻机三维掩模曝光方法。

背景技术

在微机电系统MEMS的加工工艺中，表面硅工艺是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)(图1)。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(图2)，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 fabrication of large and complex nanopatterns”，O.Wilhelmi，L.Roussel，P.Anzalone，D.J.Stokes，P.Faber，S.Reyntjens，FEI Company，PO Box 80066，5600KA 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，MaskAligner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，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，本发明提出了投影式光刻机进行斜坡曝光的方法，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器件，节约基底面积，使得MEMS器件体积更小。相对传统方法，本发明方法产率高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种利用传统的投影光刻机进行三维曝光的方法。具体步骤如下：

(1)根据工件上需要加工的图案，加工三维掩模，该三维掩模具有包括倾斜部分与非倾斜部分，且该倾斜部分与非倾斜部分形成有需要曝光的掩模图案；

(2)上载该三维掩模，上载该工件；

(3)全局对准；

(4)在该工件上整场曝光该掩模图案。

其中，该倾斜部分为斜坡结构。

其中，该倾斜部分为台阶结构。

其中，采用激光、电子束、离子束、或LIGA技术加工该三维掩模。

本发明还提供了一种三维掩模结构，应用于投影式光刻机中，其中，该该三维掩模具有包括倾斜部分与非倾斜部分，且该倾斜部分与非倾斜部分形成有需要曝光的掩模图案。

其中，该倾斜部分为斜坡结构。

其中，该倾斜部分为台阶结构。

相比传统的激光、X射线、电子束、离子束等直写式方法，本方法具有成本低、不需要改变光刻机结构，并且不影响产率等一系列优点。

附图说明

图1所示为现有技术中典型的斜面曝光的示意图；

图2所示为斜坡曝光的示意图；

图3所示为实施本发明的方法使用的光刻机的结构示意图；

图4所示为本发明使用的斜坡掩模的结构示意图；

图5所示为曝光三维掩模形成三维硅片的光路图；

图6所示为本发明的方法的流程图；

图7所示为硅片的台阶结构的示意图；

图8所示为与图7的结构对应的掩模结构，及利用该掩模形成的硅片的结构。

具体实施方式

下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。为了便于描述和突出显示本发明，附图中省略了现有技术中已有的相关部件，并将省略对这些公知部件的描述。