CN101226343A - 一种采用灰度补偿制提高光刻曝光能量均匀性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用灰度补偿制提高光刻曝光能量均匀性的方法，适用于使用空间光调制器件作为图形发生器的无掩模光刻机，使用空间光调制器件作为图形发生器的无掩模光刻机中利用空间光调制器的灰度调制能力，依据CCD采集得到光刻物镜像面光强分布信息，通过调制空间光调制器各像素单元的光输出，来改变光刻物镜像面的出射光场分布：由一定微小时间内积分测量出来的光强分布，或者在一定曝光时间内各个像面位置点所发出的光的能量分布，使之像面各位置曝光能量一致，它有效的降低了传统光刻机照明系统的设计、装调难度，能够轻易达到优异的曝光能量均匀性。

Description

一种采用灰度补偿制提高光刻曝光能量均匀性的方法
技术领域
本发明属于光刻机的曝光能量均匀性校正方法，特别是使用空间光调制器的无掩模光刻机的曝光能量均匀性校正方法。
背景技术
光刻技术是用于在衬底表面上印刷具有特征的构图，这样的衬底可包括用于制造半导体器件、多种集成电路、平面显示器(例如液晶显示器)、电路板、生物芯片、微机械电子芯片、光电子线路芯片等的基片。经常使用的基片为表面图有光敏感介质的半导体晶片或玻璃基片。
在光刻过程中，晶片放置在晶片台上，通过处在光刻设备内的曝光装置，将特征构图投射到晶片表面。尽管在光刻过程中使用了投影光学装置，还可依据具体应用，使用不同的类型曝光装置。例如X射线、离子、电子或光子光刻的不同曝光装置，这已为本领域技术人员所熟知。
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。由于特征尺寸的减少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图形发生器(SLM)来代替分划板。SLM包括数字微镜系统(DMD)或液晶显示器(LCD)，SLM包括一个可独立寻址和控制的象素阵列，每个象素可以对透射、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。
传统的光刻图象的制造使用以特定的图象编码的分划板，产生一定的空间光强和相位的调制，聚焦光然后通过分划板投射到光敏感元件上。每一个分划板配置成一个单一的图象。
在无掩膜的光刻系统中，特征图形由空间微反射镜阵列产生，这些微小镜面可以独立寻找址单独受控以不同的倾斜方向反射照射的光束，以产生空间光强调制。通过光学投影元件，这些空间微镜阵列以一定的放大倍率M(通常M＜1)投影到光敏感元件的衬底上，产生特征的构图。
现有光刻机的照明系统通常要求光场均匀性达到1％以内，设计、加工的要求和难度都很严格，很难同时满足光能量利用率和光均匀性的需求，并且照明均匀性的检测要配合成像镜头一起在像面检测，这样也就对装配调整提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用灰度补偿制提高光刻曝光能量均匀性的方法，适用于使用空间光调制器件作为图形发生器的无掩模光刻机，使用空间光调制器件作为图形发生器的无掩模光刻机中利用空间光调制器的灰度调制能力，依据CCD采集得到光刻物镜像面光强分布信息，通过调制空间光调制器各像素单元的光输出，来改变光刻物镜像面的出射光场分布：由一定微小时间内积分测量出来的光强分布，或者在一定曝光时间内各个像面位置点接收到的光的能量分布，使之像面各位置曝光能量一致，它有效的降低了传统光刻机照明系统的设计、装调难度，能够轻易达到优异的曝光能量均匀性。
本发明的技术方案如下：
一种采用灰度补偿制提高光刻曝光能量均匀性的方法，其特征在于在使用空间光调制器件作为图形发生器的无掩模光刻系统中，使用CCD采集光刻物镜像面的光强数据，输入计算机分析CCD所采集的光场强度信息强弱位置分布，并参考当前空间光调制器件的输出情况，调制空间光调制器件各像素单元的输出光强度或时间，使得像面各位置曝光能量趋于一致，并通过重复上述过程，调制空间光调制器件各像素单元的输出光，以使得一次曝光过程中光刻物镜像面上各位置的曝光能量一致。
所述的采用灰度补偿制提高光刻曝光能量均匀性的方法，其特征在于所述的调制空间光调制器件各像素单元的输出光强度与或时间占空比，使得像面各位置曝光能量趋于一致的方法是：调整像素单元输出光强度的方法，或者是改变空间光调制器件的透过率的方法，或者是通过时间脉冲调制方法，或者是通过调制各个曝光点曝光时间的方法，上述方法单独使用或组合使用，来实现像面各位置曝光能量一致。
所述的采用灰度补偿制提高光刻曝光能量均匀性的方法，其特征在于所述的空间光调制器件是一块或者是多块拼接而成的。
所述的采用灰度补偿制提高光刻曝光能量均匀性的方法，其特征在于所述的空间光调制器件是改变透过率的器件，如LCD，或者是通过时间脉冲调制来产生灰度的器件，如DMD。
所述的CCD在本专利描述中应理解为泛指具有探测光强或光功率或光能量的器件。
由于空间光调制器(如DMD、LCD等)可以轻易实现256级的灰度调制，通过分析CCD所采集的光场强度信息可以通过调整空间光调制器各像素点的输出，这种方法可以通过反复的迭代运算来得到最好的空间光调制器出射光强分布，以实现提高曝光均匀性的目的，曝光不均匀性可以达到1/256。
本发明的有益效果是：将空间光调制器件对光强(或曝光能量)的调制能力应用于光刻系统中，采用灰度补偿的方法，在照明系统不做改变的情况下，大幅的提升了曝光能量的一致性，以及曝光的均匀性，曝光不均匀性可以控制到1/256以内；由于空间光调制器对光强(或曝光能量)的控制方法简单，因此大大的减小了照明系统的设计，装配要求，大大的节约了制造成本；所有的调整操作均可以在计算机上完成，大幅缩短了使用空间光调制器件作为图形发生器的无掩模光刻机照明系统的调制、装配时间。
附图说明
图1是本发明的结构原理图
图2是本发明的实现过程图
图1中：1、光刻机照明光源，2、光刻机照明光源聚光镜系统，3、空间光调制器，4、5、远心投影成像系统，6、CCD
图2中：7、照明系统照在空间光调制器件上的光强分布情况，8、空间光调制器产生的灰度调制，9、光刻物镜像面上的光场强度分布。
具体实施方式：
如图1所示，照明光源1发出的光经过聚光镜系统2汇聚、均匀化以后以θ角入射到空间光调制器3上(此图中的空间光调试器以DMD为例，也可以是LCD等其他光调制器件)，入射光经空间光调制器调制以后通过远心成像系统4、5成像在CCD6上，这样CCD就可以采集到像面的光场强度分布情况。
如图1、2所示，本发明的具体实现步骤如下：
(1)将空间光调制器3置于全开状态，照明光源1发出的光经过聚光镜系统汇聚、均匀化以后照射到空间光调制器3上。空间光调制器3将入射光调制后经远心成像光路4、5成像在CCD上面，CCD采集到的图像即像面相对光场强度分布信息a。
(2)将步骤(1)采集到的像面相对光场强度信息a输入计算机，并进行如下计算：将a归一化后得到a’，求出空间光调制器的归一化输出b，使得b*a’＝c，c为常数，且b的最大值应为1。
(3)将b输出到空间光调制器上，并且再次使用CCD6采集像面的相对光场强度分布信息，如果光场强度不均匀性还不能满足需求，则可以再重复步骤(2)，以提高光场均匀性。由于空间光调制器一般可以产生256级以上的灰度，因此光场均匀性可以很容易的达到1％以内，通过精确的测量和调试最高可以达到1/256以内。
(4)在光刻曝光时即可以根据得到的空间光调制器的归一化输出b值做灰度调制，也可以根据b值来确定每个点的开关时间，让b值较小的点提前一点关闭，或者适当延长b值较大点的打开时间。

Claims (5)

1.一种采用灰度补偿制提高光刻曝光能量均匀性的方法，其特征在于在使用空间光调制器件作为图形发生器的无掩模光刻系统中，使用CCD采集光刻物镜像面的光强数据，输入计算机分析CCD所采集的光场强度信息强弱位置分布，并参考当前空间光调制器件的输出情况，调制空间光调制器件各像素单元的输出光强度或时间，使得像面各位置曝光能量趋于一致，并通过重复上述过程，调制空间光调制器件各像素单元的输出光，以使得一次曝光过程中光刻物镜像面上各位置的曝光能量一致。
2.根据权利要求1所述的采用灰度补偿制提高光刻曝光能量均匀性的方法，其特征在于所述的调制空间光调制器件各像素单元的输出光强度与或时间占空比，使得像面各位置曝光能量趋于一致的方法是：调整像素单元输出光强度的方法，或者是改变空间光调制器件的透过率的方法，或者是通过时间脉冲调制方法，或者是通过调制各个曝光点曝光时间的方法，上述方法单独使用或组合使用，来实现像面各位置曝光能量一致。
3.根据权利要求1所述的采用灰度补偿制提高光刻曝光能量均匀性的方法，其特征在于所述的空间光调制器件是一块或者是多块拼接而成的。
4.根据权利要求1所述的采用灰度补偿制提高光刻曝光能量均匀性的方法，其特征在于所述的空间光调制器件是改变透过率的器件，或者是通过时间脉冲调制来产生灰度的器件。
5.根据权利要求1所述的采用灰度补偿制提高光刻曝光能量均匀性的方法，其特征在于所述的CCD用其它泛指具有探测光强或光功率或光能量的器件代替。
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