[发明专利]通过扫描实现高精度灰度曝光的方法

说明书

技术领域

本发明涉及直写式光刻机曝光控制领域，具体为通过扫描实现高精度灰度曝光的方法。

背景技术

半导体行业使用的传统分步重复式或分步扫描式光刻工具，将分划板的特征构图在各个场一次性的投影或扫描到晶片上，一次曝光或扫描一个场。然后通过移动晶片来对下一个场进行重复性的曝光过程。传统的光刻系统通过重复性曝光或扫描过程，实现高产出额的精确特征构图的印刷。

为了在晶片上制造器件，需要多个分划板。由于特征尺寸的减小以及对于较小特征尺寸的精确公差需求的原因，这些分划板对于生产而言成本很高，耗时很长，从而使利用分划板的传统晶片光刻制造成本越来越高，非常昂贵。

无掩膜（如直接写或数字式等）光刻系统相对于使用传统分划板的方法，在光刻方面提供了许多益处。无掩膜系统使用空间光调制器(SLM，Special Light Modulator)来代替分划板。空间光调制器包括数字微镜装置（DMD）或液晶显示器（LCD），空间光调制器包括一个可独立寻址和控制的像素阵列，每个像素可以对透射、反射或衍射的光线产生包括相位、灰度方向或开关状态的调制。空间光调制器对每个像素灰度的调制实质上是对各像素单元的输出光强度的调制。目前，空间光调制器（如DMD、LCD等）可以实现256级的灰度调制。

通过无掩膜光刻技术减轻了半导体行业中传统光刻工具使用分划板所带来的成本，但不断提升无掩膜光刻机的产能对成本的控制也是非常关键的。而对空间光调制器灰度的控制是提升无掩膜光刻机的产能及成本控制的重要部分。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过扫描实现高精度灰度曝光的方法，以提高对空间光调制器灰度的控制精度，从而更有效的调制空间光调制器输出光强度。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种通过扫描实现高精度灰度曝光的方法，其特征在于在使用空间光调制器(SLM，Special Light Modulator)作为图形发生器的无掩模光刻系统中，通过FPGA实现空间光调制器中扫描轴方向上的一行1024个微镜各代表一个灰度，即实现1024级灰阶的灰度。由精密平台控制扫描轴匀速运动，FPGA控制空间光调制器上每个微镜在单位时间内翻转一次，在基底上扫描过1024个微镜后，经过1024个微镜的灰度组合累加，实现高精度的灰度曝光。

所述空间光调制器与扫描轴平行。其包括一个可独立寻址和控制的像素阵列，每个像素可以对透射、反射或衍射的光线产生包括相位、灰度方向或开关状态的调制。

所述一行1024个微镜，是指空间光调制器中与扫描运动方向平行的1024个像素点的集合。

所述的单位时间为精密平台移动一个微镜的时间。

所述1024个微镜的灰度组合累加，这个过程是指扫描过程中基底上曝光区域中一行像素的实际灰度值是在变化的，其结果表现为一条上下浮动的灰度曲线。

本发明提高了对空间光调制器灰度的控制精度，从而更有效的调制空间光调制器输出光强度。

附图说明

图1是与本发明相关的无掩模光刻系统的模型图。

图2是本发明实现1024级灰度的扫描曝光过程图。

具体实施方式

如图1所示。光源1发出的光束2经过光路到达空间光调制器3，经过空间光调制器3反射后变成与空间光调制器3上图形相对的光束4，该光束经过光路到达待曝光基底5表面，利用化学反应将图形转移到待曝光基底5的表面。扫描式曝光系统是指空间光调制器3上的图形与待曝光基底5之间做相对运动，待曝光基底的运动方向6以及空间光调制器3上的图形运动方向7，达到曝光整个待曝光基底5的目的。

   如图2所示。图2示意了实现1024级灰度的扫描曝光过程。图中A是空间光调制器3的平面示意图，每个方框代表一个微镜，B为待曝光基底，C是待曝光基底上某一像素点（与图形发生器一个像素点的投影大小相等），D是待曝光基底的运动方向，E是空间光调制器上同一行1024个微镜依次打开的方向。在扫描过程中，待曝光基底B朝方向D做匀速运动。空间光调制器A上与待曝光基底B平行的一行微镜各代表一个从0到1023的灰度（通过FPGA实现）。空间光调制器3上的一行1024个微镜沿方向E间隔单位时间依次翻转微镜（单位时间为曝光基底移动一个微镜距离的时间）。