通過掃描實現高精度灰度曝光的方法

2023-11-01 22:48:32

專利名稱：通過掃描實現高精度灰度曝光的方法
技術領域：
本發明 涉及直寫式光刻機曝光控制領域，具體為通過掃描實現高精度灰度曝光的方法。
背景技術：
半導體行業使用的傳統分步重複式或分步掃描式光刻工具，將分劃板的特徵構圖在各個場一次性的投影或掃描到晶片上，一次曝光或掃描一個場。然後通過移動晶片來對下一個場進行重複性的曝光過程。傳統的光刻系統通過重複性曝光或掃描過程，實現高產出額的精確特徵構圖的印刷。為了在晶片上製造器件，需要多個分劃板。由於特徵尺寸的減小以及對於較小特徵尺寸的精確公差需求的原因，這些分劃板對於生產而言成本很高，耗時很長，從而使利用分劃板的傳統晶片光刻製造成本越來越高，非常昂貴。無掩膜(如直接寫或數字式等)光刻系統相對於使用傳統分劃板的方法，在光刻方面提供了許多益處。無掩膜系統使用空間光調製器(SLM，Special Light Modulator)來代替分劃板。空間光調製器包括數字微鏡裝置(DMD)或液晶顯示器(LCD)，空間光調製器包括一個可獨立尋址和控制的像素陣列，每個像素可以對透射、反射或衍射的光線產生包括相位、灰度方向或開關狀態的調製。空間光調製器對每個像素灰度的調製實質上是對各像素單元的輸出光強度的調製。目前，空間光調製器(如DMD、LCD等)可以實現256級的灰度調製。通過無掩膜光刻技術減輕了半導體行業中傳統光刻工具使用分劃板所帶來的成本，但不斷提升無掩膜光刻機的產能對成本的控制也是非常關鍵的。而對空間光調製器灰度的控制是提升無掩膜光刻機的產能及成本控制的重要部分。

發明內容
本發明的目的是提供一種通過掃描實現高精度灰度曝光的方法，以提高對空間光調製器灰度的控制精度，從而更有效的調製空間光調製器輸出光強度。為了達到上述目的，本發明所採用的技術方案為
一種通過掃描實現高精度灰度曝光的方法，其特徵在於在使用空間光調製器(SLM， Special Light Modulator)作為圖形發生器的無掩模光刻系統中，通過FPGA實現空間光調製器中掃描軸方向上的一行1024個微鏡各代表一個灰度，即實現1024級灰階的灰度。 由精密平臺控制掃描軸勻速運動，FPGA控制空間光調製器上每個微鏡在單位時間內翻轉一次，在基底上掃描過1024個微鏡後，經過1024個微鏡的灰度組合累加，實現高精度的灰度曙光ο所述空間光調製器與掃描軸平行。其包括一個可獨立尋址和控制的像素陣列，每個像素可以對透射、反射或衍射的光線產生包括相位、灰度方向或開關狀態的調製。所述一行1024個微鏡，是指空間光調製器中與掃描運動方向平行的1024個像素點的集合。所述的單位時間為精密平臺移動一個微鏡的時間。所述1024個微鏡的灰度 組合累加，這個過程是指掃描過程中基底上曝光區域中一行像素的實際灰度值是在變化的，其結果表現為一條上下浮動的灰度曲線。本發明提高了對空間光調製器灰度的控制精度，從而更有效的調製空間光調製器輸出光強度。


圖1是與本發明相關的無掩模光刻系統的模型圖。圖2是本發明實現1024級灰度的掃描曝光過程圖。
具體實施例方式如圖1所示。光源1發出的光束2經過光路到達空間光調製器3，經過空間光調製器3反射後變成與空間光調製器3上圖形相對的光束4，該光束經過光路到達待曝光基底5 表面，利用化學反應將圖形轉移到待曝光基底5的表面。掃描式曝光系統是指空間光調製器3上的圖形與待曝光基底5之間做相對運動，待曝光基底的運動方向6以及空間光調製器3上的圖形運動方向7，達到曝光整個待曝光基底5的目的。如圖2所示。圖2示意了實現1024級灰度的掃描曝光過程。圖中A是空間光調製器3的平面示意圖，每個方框代表一個微鏡，B為待曝光基底，C是待曝光基底上某一像素點(與圖形發生器一個像素點的投影大小相等)，D是待曝光基底的運動方向，E是空間光調製器上同一行1024個微鏡依次打開的方向。在掃描過程中，待曝光基底B朝方向D做勻速運動。空間光調製器A上與待曝光基底B平行的一行微鏡各代表一個從0到1023的灰度 (通過FPGA實現)。空間光調製器3上的一行1024個微鏡沿方向E間隔單位時間依次翻轉微鏡(單位時間為曝光基底移動一個微鏡距離的時間)。
權利要求
1.一種通過掃描實現高精度灰度曝光的方法，包括有使用空間光調製器(SLM，Spatial Light Modulator)作為圖形發生器的無掩模光刻系統，其特徵在於通過FPGA實現空間光調製器中掃描運動方向上的一行1024個微鏡各代表一個灰度，即實現1024級灰階的灰度， 在基底的掃描曝光過程中，由精密平臺控制基底沿掃描運動方向勻速運動，所述空間光調製器上掃描運動方向上一行的每個微鏡從頭至尾依次間隔相同的單位時間各翻轉一次，所述的單位時間為基底移動一個微鏡距離所需的時間；當基底掃描過一行1024個微鏡後，經過1024個微鏡的灰度組合累加，實現高精度的灰度曝光。
2.根據權利要求1所述一種通過掃描實現高精度灰度曝光的方法，其特徵在於所述空間光調製器與掃描運動方向平行，其包括一個可獨立尋址和控制的微鏡陣列，每個微鏡構成一個像素點，其掃描運動方向上每一行具有1024個微鏡，每個像素點可以對透射、反射或衍射的光線產生包括相位、灰度方向或開關狀態的調製。
3.根據權利要求1所述一種通過掃描實現高精度灰度曝光的方法，其特徵在於所述一行1024個微鏡，是指空間光調製器中與掃描運動方向平行的1024個像素點的集合。
4.根據權利要求1所述一種通過掃描實現高精度灰度曝光的方法，其特徵在於所述 1024個微鏡的灰度組合累加，這個過程是指掃描過程中基板上曝光區域中一行像素的實際灰度值是在變化的，其結果表現為一條上下浮動的灰度曲線。
全文摘要
本發明公開了通過掃描實現高精度灰度曝光的方法，包括有使用空間光調製器(SLM，SpatialLightModulator)作為圖形發生器的無掩模光刻系統，通過FPGA實現空間光調製器中掃描運動方向上的一行1024個微鏡各代表一個灰度，即實現1024級灰階的灰度，在基底的掃描曝光過程中，由精密平臺控制基底沿掃描運動方向勻速運動，所述空間光調製器上掃描運動方向上一行的每個微鏡從頭至尾依次間隔相同的單位時間各翻轉一次，所述的單位時間為基底移動一個微鏡距離所需的時間；當基底掃描過一行1024個微鏡後，經過1024個微鏡的灰度組合累加，實現高精度的灰度曝光。
文檔編號G03F7/20GK102323726SQ20111027657
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月19日 優先權日2011年9月19日
發明者彭丹花, 李顯傑 申請人:合肥芯碩半導體有限公司