CN101813893B - 一种采用曝光方式标定曝光能量需求分布的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用曝光方式标定曝光能量需求分布的方法，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，打开图形发生器需要使用的区域并使这些区域各像素单元采用同样的输出光强度参数或时间占空比，将该区域通过光刻系统对有光刻胶的基底进行曝光并显影，在不同的光源能量输出下获得一系列的曝光图形，根据不同能量下各自能够曝光打开的区域获得这些区域对应的能量计数，从而标定所有需要使用区域的达到曝光指标的能量值。它准确有效的高精度的曝光能量分布标定，能够轻易形成自动化的标定功能。
Description
技术领域
本发明属于光刻机的曝光能量需求分布标定方法领域，具体为一种采用曝光方式标定曝光能量需求分布的方法。
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，这就要求对光场的能量需求分布进行有效和快速的标定，再使用图形发生器的工作特性去从而进行灰度补偿修正。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用曝光方式标定曝光能量需求分布的方法，以达到快速、有效的标定出空间光调制器件需要使用的区域中的曝光能量需求的分布情况的目的。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种采用曝光方式标定曝光能量需求分布的方法，采用空间光调制器作为图形发生器，光源发出的光照射至空间光调制器，被空间光调制器反射，产生反射光，所述反射光通过远心投影成像系统，入射至表面覆有光刻胶并放置在平台上的基底上，其特征在于：打开空间光调制器中需要使用的多个区域，光源发出的光照射至空间光调制器上，被空间光调制器中所述多个区域反射至所述基底，移动平台，同时控制光源，使空间光调制器中所述多个区域的反射光的能量强度均匀变化，能量强度均匀变化的反射光入射至所述基底，并在所述基底上进行曝光形成多个与空间光调制器中的区域一一对应的打开区域，通过CCD相机对基底上曝光得到的多个打开区域进行拍摄，并将拍摄到的图像传送至计算机中处理；在计算机中利用图像处理软件，将基底上相邻能量强度各自对应的打开区域的图像进行相减运算，得到在相邻能量强度之间的区间段内刚好被曝光形成的打开区域，将所述打开区域再与空间光调制器中的区域对照，确定空间调制器中多个区域分别各自对应的能量强度区间，完成标定空间光调制器所使用的区域达到曝光指标的能量值。
所述的一种采用曝光方式标定曝光能量需求分布的方法，其特征在于：通过调整光源的能量强度，使光源照射至空间光调制器的入射光的能量强度按固定的时间间隔等比递增或递减，得到能量强度均匀变化的空间光调制器中的区域的反射光；或者保持光源能量强度不变，通过等比调整光源工作的时间，使光源工作的时间等比例递增或等比例递减，得到能量强度均匀变化的空间光调制器中的区域的反射光。
所述的一种采用曝光方式标定曝光能量需求分布的方法，其特征在于：所述的空间光调制器为一块空间光调制器，或者是由多块空间光调制器拼接而成的。
所述的一种采用曝光方式标定曝光能量需求分布的方法，其特征在于：所述的空间光调制器是改变透过率的器件，可选用LCD；或者是通过时间脉冲调制来产生灰度的器件，可选用SLM。
本发明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各像素单元采用相同的输出光强度参数与或时间占空比，调整光源能量输出强度并按照相同的时间打开光源，或者是采用相同的光源能量输出强度调整输出时间的方法，对有光刻胶的基底进行曝光并显影，从而获得一系列曝光图形，根据这些曝光图形中被曝光打开区域的分布，能够快速、有效的标定出空间光调制器件需要使用的区域中的曝光能量需求的分布情况。
由于光源输出能量可以通过改变输出强度，或者是改变打开时间而进行较方便的控制，利用该能量调节可以在有光刻胶的基底上曝光产生一系列的曝光图形，这些图形由于光场不均匀性的存在，会在不同的光源输出情况下产生不同面积的曝光打开区域，将相邻能量值的曝光打开区域进行相减运算就可以获得在该相邻能量区间段内刚好被曝光打开的区域。在无能量输出到全场完全曝光打开之间的能量从理论上是可以无限细分的，那么不均匀的光场相应的不均匀的能量需求的各个区域就可以通过该方法进行很高精度的标定，从而为灰度修正提供精确的标定数据。
本发明的有益效果是：利用局部范围内光刻胶性质的精确一致性和光刻胶涂胶、匀胶工艺的高重复性标定曝光能量的准确度很高；能量划分上通过控制光源输出强度或者输出时间或者两者结合的方法可以按照光场均匀性需求进行足够程度的细分，从而实现高精度的曝光能量需求分布标定；通过曝光打开区域的曝光能量需求分布标定方法可以通过合适的计算机图像处理算法很方便的形成自动化的标定功能，从而节省了标定时间和繁琐的操作步骤。
附图说明
图1是本发明的结构原理图。
图2是本发明具体实施方式原理图。
图3为本发明具体实施方式归一化处理后的全场能量需求分布图。
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SLM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投影成像系统4、5在有光刻胶的基底6上，通过控制光源1的输出强度或者是输出时间，并移动有光刻胶的基底6，在有光刻胶的基底6上形成一系列的曝光图形，这些图形经过显影工艺后可见。
如图2、图3所示，具体实施方式步骤如下：
(1)将空间光调制器3置于全开状态，将照明光源1的能量从0至某个有效值的范围内以曝光能量均匀性要求作为步长进行递增，同时移动有光刻胶的基底6，获取一系列曝光打开图形。
(2)将步骤(1)处理后的有光刻胶的基底6进行显影处理。
(3)对显影后的有光刻胶的基底6进行拍摄获得了图2所示的曝光打开区域的图形7、8、9、10灰色区域，将相邻能量曝光图形进行相减运算，得到相减图形11、12、13，相减图形的有效区域即为分别在能量区间7～8，8～9，9～10内可以被曝光打开的区域。
(4)以全场内光刻胶被完全的打开的图形对应的光源能量作为最大能量对一系列曝光能量进行归一化处理，就得到了如图3所示的相同能量输入时全场能量的需求分布情况图13。
(5)步骤3的能量间隔选取可以按照标定需求做任意的细分，从而更精确的标定曝光能量需求分布情况。
Claims (3)
1.一种采用曝光方式标定曝光能量需求分布的方法，采用空间光调制器作为图形发生器，光源发出的光照射至空间光调制器，被空间光调制器反射，产生反射光，所述反射光通过远心投影成像系统，入射至表面覆有光刻胶并放置在平台上的基底上，其特征在于：打开空间光调制器中需要使用的多个区域，光源发出的光照射至空间光调制器上，被空间光调制器中所述多个区域反射至所述基底，移动平台，同时控制光源，使空间光调制器中所述多个区域的反射光的能量强度均匀变化，能量强度均匀变化的反射光入射至所述基底，并在所述基底上进行曝光形成多个与空间光调制器中的区域一一对应的打开区域，通过CCD相机对基底上曝光得到的多个打开区域进行拍摄，并将拍摄到的图像传送至计算机中处理；在计算机中利用图像处理软件，将基底上相邻能量强度各自对应的打开区域的图像进行相减运算，得到在相邻能量强度之间的区间段内刚好被曝光形成的打开区域，将所述打开区域再与空间光调制器中的区域对照，确定空间调制器中多个区域分别各自对应的能量强度区间，完成标定空间光调制器所使用的区域达到曝光指标的能量值。
2.根据权利要求1所述的一种采用曝光方式标定曝光能量需求分布的方法，其特征在于：通过调整光源的能量强度，使光源照射至空间光调制器的入射光的能量强度按固定的时间间隔等比递增或递减，得到能量强度均匀变化的空间光调制器中的区域的反射光；或者保持光源能量强度不变，通过等比调整光源工作的时间，使光源工作的时间等比例递增或等比例递减，得到能量强度均匀变化的空间光调制器中的区域的反射光。
3.根据权利要求1所述的一种采用曝光方式标定曝光能量需求分布的方法，其特征在于：所述的空间光调制器为一块空间光调制器，或者是由多块空间光调制器拼接而成的。
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