CN103226294A - 一种提高曝光图形位置精度的光刻系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高曝光图形位置精度的光刻系统及方法，通过平台位置同步信号和连续时间周期脉冲信号输出，触发空间光调制器同步图形换行，实现直写扫描式曝光。通过采用这种脉冲信号触发扫描方式的系统能够提高扫描图形的位置精度和减小图形大小误差。
Description
技术领域
本发明涉及直写光刻技术领域，具体涉及到一种提高曝光图形位置精度的光刻系统及方法。
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芯片。在现有技术的直写式扫描光刻机系统中，只是使用位置同步触发，由于平台最小步长导致曝光图形的位置存在累积误差，从而导致图形大小的改变，影响图形的精度。
中国专利申请案201210048747.5介绍了在直写式光刻系统中，通过调整空间光调制器各个像素单元的曝光能量大小来提高图形精度的方法，该方法使得图形中不同位置处对应的曝光能量呈现出能量阶梯(灰度)，通过对这些像素能量进行一定法则的分配，实现精度小于图形发生器像素投影到基底上的尺寸的曝光，从而可以提高曝光图形的精度和分辨率且还能实现对图形轮廓锯齿进行平滑的效果。中国专利申请案201110436380.X公开了一种提高光刻工艺中对准精度的检测方法。中国专利申请案201110344422.7公开了通过采用对紫外光具有高透射性的光刻胶来提高光刻胶的曝光精度的方法。综上，目前未见有通过位置同步脉冲信号和连续时间周期脉冲信号同时触发的扫描方式来提高扫描位置精度和图形大小的精度的方法。
发明内容
为了解决现有的由于扫描位置步长误差，导致扫描图形过程中出现累积误差，影响了图形的大小和图形精度，本发明专利在位置同步信号触发扫描方式的基础上，对触发的模式做了一定的设计，提高了扫描的定位精度和减小平台累积误差的影响，保证图形质量和图形大小。本发明的目的是提供一种提高曝光图形位置精度的系统及方法，以解决现有技术中图像大小发生改变和图形曝光质量差的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种提高曝光图形位置精度的光刻系统，所述光刻系统包括：投影模块、运动控制模块、自动聚焦系统及控制器模块，
所述投影模块包括曝光光源、空间光调制装置、曝光控制装置及曝光基底；所述曝光光源提供曝光光束；
所述运动控制模块，包括精密移动平台及平台控制单元，所述平台控制单元控制所述精密移动平台在X、Y、Z三维方位运动；所述平台控制单元提供单轴位置同步信号的输出和连续时间间隔脉冲信号输出；
所述控制器模块，用于实现曝光数据处理及传输、投影模块的控制、自动聚焦系统的控制；
所述曝光光束经空间光调制装置调节后，经过曝光控制装置的反射投影到曝光基底；所述控制器模块采集并处理曝光基底的信息。
优选的，所述曝光控制装置包括至少一光学分束器、至少一透镜及至少一反射镜，所述曝光光束经过光学分束器分束并穿过透镜传输至曝光基底。所述透镜可采用多个，或多个透镜组成透镜组来使用。
优选的，所述控制器模块包括一面阵相机。所述面阵相机用于系统中对准标记的寻找和机台对准功能的实现。
优选的，所述空间光调制装置包括空间光调制器及空间光调制器控制器。
本发明还公开了一种提高曝光图形位置精度的方法，包括以下步骤：
(1)所述平台控制单元控制所述精密移动平台沿着y轴方向匀速运动和沿x轴方向步进移动，通过空间光调制装置实现在曝光基底上曝光图形；
(2)所述精密移动平台在匀速运动过程中，所述平台控制单元根据设定的同步信号输出模式，沿着y轴方向输出位置同步信号脉冲和连续时间间隔脉冲信号。本发明中所述位置同步信号脉冲间隔距离是1080*PW/M。
(3)所述平台控制单元在位置同步信号脉冲触发后，输出连续时间间隔脉冲信号，实现空间光调制的图形同步换行；
(4)所述精密移动平台沿y轴方向匀速运动，实现平台基底上曝光的图形和空间光调制器的图形一致。
本发明中所述的连续时间脉冲的周期T＝pw/(M×v)，T是指连续时间脉冲的 周期，M是指物镜的放大倍率，v是指精密移动平台的移动速度，pw是指空间光调制器的单个像素的大小。
优选的，所述精密移动平台匀速运动进入所述平台控制单元设定的触发信号窗口后，沿着y轴方向每间隔一张图形大小距离同步输出一个位置同步信号脉冲，同时发出连续时间周期脉冲信号，以实现每隔周期T，图形在空间光调制器中平移一个像素。
优选的，所述每个位置同步信号脉冲触发所述空间光调制器控制器，所述空间光调制器控制器控制所述空间光调制器中的图形平移一个像素。
本发明创新性的通过位置同步脉冲信号和连续时间周期脉冲信号同时触发的扫描方式来提高扫描位置精度和图形大小的精度。
本发明的有益效果是：本发明能够在不影响光刻机曝光产能的前提下，提高扫描位置精度和图形大小精度，提高图形的质量。
附图说明
图1为本发明提高曝光图形位置精度的光刻系统的一较佳实施例的结构示意图；
图2为本发明提高曝光图形位置精度的光刻系统的一较佳实施例的触发信号输出示意图；
图3为本发明提高曝光图形位置精度的光刻系统的一较佳实施例的空间光调制示意图：
图4为本发明提高曝光图形位置精度的方法的误差分析示意图；
图5为本发明提高曝光图形位置精度的方法的一个条带图形曝光的扫描控制模式流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参考图1，本发明实施例：一种提高曝光图形位置精度的光刻系统，所述光刻系统包括：投影模块、运动控制模块、自动聚焦系统及控制器模块，
所述投影模块包括曝光光源、空间光调制装置、曝光控制装置及曝光基底10；所述曝光光源1提供曝光光束；本实施例的曝光控制装置包括光学分束器6、透镜组8及反射镜7，本实施例中所述的曝光光源采用的是激光器，激光器发射的曝光光束经过光学分束器6分束并穿过透镜组8传输至曝光基底10。本实施例中所述的曝光光源还包括照明系统2，照明系统2的作用是将激光器输出的光源投射到空间光调制装置的镜片上。本实施例中采用的是多个透镜组成的透镜组，如图中所示透镜组8。
所述运动控制模块，包括精密移动平台9及平台控制单元，所述平台控制单元控制所述精密移动平台9在X、Y、Z三维方位运动；所述平台控制单元提供单轴位置同步信号的输出和连续时间间隔脉冲信号输出；
所述控制器模块，用于实现曝光数据处理及传输、运动平台的控制、投影模块的控制、自动聚焦系统的控制；
所述曝光光束经空间光调制装置调节后，经过曝光控制装置的反射投影到曝光基底10；所述控制器模块采集并处理曝光基底10的信息。
在本实施例中，所述控制器模块包括面阵相机5，面阵相机5的作用是用于系统中对准标记的寻找和机台对准功能的实现。
在本实施例中，所述空间光调制装置包括空间光调制器3及空间光调制器控制器。
请参考图1及图5，本发明的光刻系统的扫描光刻过程：基底10置于精密移动平台9上，精密移动平台9能在x、y、z三维上移动，在精密移动平台9外还设有投图系统和成像系统。曝光光源1发出的光经过照明系统2后入射至空间光调制器3上，并被空间光调制器3反射至光学分束器6，然后经过所述光学分束器6的投射后再经过透镜组8投射至精密移动平台上的曝光基底10上，曝光基底10上的反射光经过光学波长分束器6反射后，经反射镜7反射至面阵相机5中，并由控制器模块采集晶圆上图形信息并进行分析运输，本实施例中控制器模块采用的是计算机系统。计算机系统对精密移动平台9、空间光调制器3的构图以及图片采集系统等进行控制和处理。
本发明还提供了一种提高曝光图形位置精度的方法，请参考图2，图2表示精密移动平台9输出的同步位置触发信号和连续时间脉冲，图中的T＝pw/(M× v)，T是指脉冲的周期，M是指物镜的放大倍率，v是指精密移动平台9的移动速度，pw是指空间光调制器3的单个像素的大小，pw如图3所示，在一张图的起始点同步位置触发，输出位置同步信号脉冲，每次间隔1080*pw/M距离再次同步输出位置同步信号脉冲。位置同步脉冲输出后，以时间周期T发出连续的连续时间周期脉冲信号，以控制空间光调制器翻转图形。
本发明提高曝光图形位置精度的方法的误差分析如图4所示，图4中a是传统的位置同步触发，每间隔一个像素的距离同步发出一个脉冲，由于平台的最小步长只能精确到1nm，所以每次触发位置会产生0～0.5nm位置误差，一张图y方向有1080个像素，累积误差达到540nm，误差很大。而使用本发明的位置同步触发和连续间隔时间脉冲触发方式，每张图的起始点误差如图4中的b所示，位置误差只有0～0.5nm，相对于仅仅同步位置触发，扫描位置精度和图形大小有了很大的提高。
本发明采用的技术方案为：通过精密移动平台沿着y轴方向匀速运动过程中，每间隔设定的1080*PW/M距离同步输出脉冲信号和时间间隔周期T输出连续脉冲信号，然后空间光调制器接受到信号后自动翻图的技术来实现扫描曝光位置精度的提高和保证图形大小精度。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种提高曝光图形位置精度的光刻系统，其特征在于，所述光刻系统包括：投影模块、运动控制模块、自动聚焦系统及控制器模块，
所述投影模块包括曝光光源、空间光调制装置、曝光控制装置及曝光基底；所述曝光光源提供曝光光束；
所述运动控制模块，包括精密移动平台及平台控制单元，所述平台控制单元控制所述精密移动平台在X、Y、Z三维方位运动；所述平台控制单元提供单轴位置同步信号的输出和连续时间间隔脉冲信号输出；
所述控制器模块，用于实现曝光数据处理及传输、投影模块的控制、自动聚焦系统的控制；
所述曝光光束经空间光调制装置调节后，经过曝光控制装置的反射投影到曝光基底；所述控制器模块采集并处理曝光基底的信息。
2.根据权利要求书1所述的一种提高曝光图形位置精度的光刻系统，其特征在于，所述曝光控制装置包括至少一光学分束器、至少一透镜及至少一反射镜，所述曝光光束经过光学分束器分束并穿过透镜传输至曝光基底。
3.根据权利要求书1所述的一种提高曝光图形位置精度的光刻系统，其特征在于，所述控制器模块包括一面阵相机。
4.根据权利要求书1所述的一种提高曝光图形位置精度的光刻系统，其特征在于，所述空间光调制装置包括空间光调制器及空间光调制器控制器。
5.一种提高曝光图形位置精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)所述平台控制单元控制所述精密移动平台沿着y轴方向匀速运动和沿x轴方向步进移动，通过空间光调制装置实现在曝光基底上曝光图形；
(2)所述精密移动平台在匀速运动过程中，所述平台控制单元根据设定的同步信号输出模式，沿着y轴方向输出位置同步信号脉冲和连续时间间隔脉冲信号；
(3)所述平台控制单元在位置同步信号脉冲触发后，输出连续时间间隔脉冲信号，实现空间光调制的图形同步换行；
(4)所述精密移动平台沿y轴方向匀速运动，实现平台基底上曝光的图形和空间光调制器的图形一致。
6.根据权利要求5所述的提高曝光图形位置精度的方法，其特征在于，所述精密移动平台匀速运动进入所述平台控制单元设定的触发信号窗口后，沿着y轴方向每间隔一张图形大小距离同步输出一个位置同步信号脉冲，同时发出连续时间周期脉冲信号，以实现每隔周期T，图形在空间光调制器中平移一个像素。
7.根据权利要求书5所述的提高曝光图形位置精度的方法，其特征在于，所述每个位置同步信号脉冲触发所述空间光调制器控制器，所述空间光调制器控制器控制所述空间光调制器中的图形平移一个像素。
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