CN105204297B - 倾斜扫描式光刻机在步进式曝光时的二维拼接处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种倾斜扫描式光刻机在步进式曝光时的二维拼接处理方法，包括计算出待曝光图形每次拆分的单色位图大小；将待曝光图形拆分成若干个单色位图，不足部分以黑图填充；旋转单色位图并扩展至图形发生器视场大小；移动精密运动平台，逐行完成曝光。本发明解决了倾斜扫描式光刻机在步进式曝光过程中拼接处无法正常拼接的问题，在拆分曝光图形时，根据图形发生器与精密运动平台的固定夹角对曝光图形进行变换处理，通过控制精密运动平台将各个单色位图组合成一个完整的曝光图形，使最终刻蚀后的图形在所有的拼接位置均达到良好的拼接效果，从而提高了倾斜扫描式光刻机步进式曝光的质量。

Description

倾斜扫描式光刻机在步进式曝光时的二维拼接处理方法

技术领域

本发明涉及倾斜扫描式光刻机步进式曝光控制技术领域，具体是一种倾斜扫描式光刻机在步进式曝光时的二维拼接处理方法。

背景技术

光刻技术是用于在基底表面上印刷具有特征的构图。这样的基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。

倾斜扫描式光刻技术在原有的光刻技术基础上增加了设备运行产能以及线宽精度等关键指标，但是对于一些特殊需要仍然对一些图形进行步进式曝光，如Barcode、序列号等。步进式曝光过程中，基底放置在精密运动平台的基底台上，通过处在光刻设备内的曝光装置和精密运动平台的步进式运动，将特征构图投射到基底表面的指定位置，各个视场之间的二维拼接显得尤其重要。

对于倾斜扫描式光刻机，由于图形发生器宽度方向与精密运动平台的X轴方向具有一个已知的固定夹角，常规的正常图形发生器大小显示单色位图以及移动精密运动平台已经不再适用，需要对单色位图进行特殊的处理。所以，如何对图形发生器中单色位图进行处理，使得拼接区域保持良好的拼接效果就成了倾斜扫描式光刻机步进曝光功能中的主要研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种倾斜扫描式光刻机在步进式曝光时的二维拼接处理方法，以解决倾斜扫描式光刻机在使用单色位图进行步进式曝光时的二维拼接问题。

本发明的技术方案为：

一种倾斜扫描式光刻机在步进式曝光时的二维拼接处理方法，包括以下步骤：

(1)根据图形发生器视场大小以及图形发生器宽度方向与精密运动平台X轴方向的夹角α，计算出待曝光图形每次拆分的单色位图大小；

(2)根据计算出的单色位图大小，将待曝光图形拆分成若干个单色位图，不足部分以黑图填充；

(3)将获得的单色位图以其中心为原点旋转角度α，并将旋转后的单色位图大小扩展至图形发生器视场大小，得到若干个扩展单色位图；

(4)移动精密运动平台至起始曝光位置，查找与所述起始曝光位置对应的扩展单色位图并发送到图形发生器中进行显示，完成所述起始曝光位置的曝光；

(5)将精密运动平台沿X轴方向步进一个单色位图宽度在精密运动平台X轴方向的投影距离作为当前曝光位置，并完成所述当前曝光位置的曝光；

(6)重复步骤(5)，直至待曝光图形的一行曝光完毕；

(7)将精密运动平台沿X轴方向回退到当前行的首个曝光位置，然后沿Y轴方向步进一个单色位图高度在精密运动平台Y轴方向的投影距离作为新的一行的首个曝光位置，并完成所述新的一行的首个曝光位置的曝光；重复步骤(5)～(6)；

(8)重复步骤(7)，直至待曝光图形所拆分的单色位图全部曝光完毕。

所述的倾斜扫描式光刻机在步进式曝光时的二维拼接处理方法，步骤(1)中，所述待曝光图形每次拆分的单色位图大小，采用以下公式计算：

Ws＝(W-H*tanα)cosα

其中，W表示图形发生器视场宽度，也即图形发生器视场平行于图形发生器宽度方向的像素点数量，H表示图形发生器视场高度，也即图形发生器视场平行于图形发生器高度方向的像素点数量，Ws表示单色位图宽度，Hs表示单色位图高度，α表示图形发生器宽度方向与精密运动平台X轴方向的夹角。

所述的倾斜扫描式光刻机在步进式曝光时的二维拼接处理方法，步骤(5)中，所述单色位图宽度在精密运动平台X轴方向的投影距离，采用以下公式计算：

Xs＝ps*Ws*Ls

其中，Xs表示单色位图宽度Ws在精密运动平台X轴方向的投影距离，也即精密运动平台沿X轴方向每次步进的步长，ps表示图形发生器像素矩阵中单个像素的边长，Ls表示当前选用的缩影物镜的倍率。

所述的倾斜扫描式光刻机在步进式曝光时的二维拼接处理方法，步骤(7)中，所述单色位图高度在精密运动平台Y轴方向的投影距离，采用以下公式计算：

Ys＝ps*Hs*Ls

其中，Ys表示单色位图高度Hs在精密运动平台Y轴方向的投影距离，也即精密运动平台沿Y轴方向每次步进的步长，ps表示图形发生器像素矩阵中单个像素的边长，Ls表示当前选用的缩影物镜的倍率。

由上述技术方案可知，本发明解决了倾斜扫描式光刻机在步进式曝光过程中拼接处无法正常拼接的问题，在拆分曝光图形时，根据图形发生器与精密运动平台的固定夹角对曝光图形进行变换处理，通过控制精密运动平台将各个单色位图组合成一个完整的曝光图形，使最终刻蚀后的图形在所有的拼接位置均达到良好的拼接效果，从而提高了倾斜扫描式光刻机步进式曝光的质量。

附图说明

图1是本发明中图形发生器与精密运动平台方向关系图；

图2是本发明中图形发生器显示单色位图时的示意图；

图3是本发明中对拆分的单色位图进行处理过程图；

图4是本发明实现软件拆分曝光图形的逻辑示意图(图中白色方框代表已曝光区域)；

图5是应用本发明的光刻系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。

一种倾斜扫描式光刻机在步进式曝光时的二维拼接处理方法，包括以下步骤：

S1、根据图形发生器视场大小以及图形发生器与精密运动平台的夹角计算出待曝光图形每次拆分的单色位图大小，如图1、图2所示：

Ws＝(W-H*tanα)cosα

其中，Ws表示待曝光图形每次拆分的单色位图宽度，Hs表示待曝光图形每次拆分的单色位图高度，W表示图形发生器视场宽度，H表示图形发生器视场高度，α表示图形发生器宽度方向与精密运动平台X轴方向之间的夹角(由于图形发生器的宽度方向与高度方向垂直，精密运动平台的X轴与Y轴垂直，所以图形发生器的高度方向与精密运动平台的Y轴方向之间的夹角也是α)。

注：图形发生器视场宽度W是指图形发生器视场平行于图形发生器宽度方向的像素点数量，图形发生器视场高度H是指图形发生器视场平行于图形发生器高度方向的像素点数量，因此，Ws、Hs实质上表达的也是像素点数量多少的含义。

S2、将当前待曝光图形拆分成多个宽度为Ws、高度为Hs的单色位图，不足部分以黑图填充，如图3、图4所示。

S3、将步骤S2中获得的单色位图以中心为原点顺时针旋转角度α，并扩展该单色位图大小至图形发生器视场大小，即宽度为W、高度为H，获得扩展单色位图，如图3、图4所示。

注：图1、图2中所示的图形发生器宽度方向平行于逆时针旋转了角度α后的精密运动平台X轴方向，也即可以认为图形发生器宽度方向相对于精密运动平台X轴方向逆时针旋转了角度α。

如果图形发生器宽度方向相对于精密运动平台X轴方向顺时针旋转了角度α，则相应地将步骤S2中获得的单色位图以中心为原点逆时针旋转角度α。

将步骤S2中获得的单色位图顺时针或者逆时针旋转角度α的原因在于，要确保单色位图在图形发生器中显示时，单色位图宽度方向平行于精密运动平台X轴方向。

S4、首先移动精密运动平台到起始曝光位置，从步骤S3的结果中查找与起始曝光位置相对应的图片(扩展单色位图)并发送到图形发生器中显示，打开曝光光源进行单次曝光，完成之后关闭曝光光源，完成起始曝光位置的曝光。

S5、然后将精密运动平台沿X轴方向步进一个步骤S2中单色位图宽度Ws在精密运动平台X轴方向的投影距离作为当前曝光位置，并完成当前曝光位置的曝光。

单色位图宽度Ws在精密运动平台X轴方向的投影距离即精密运动平台沿X轴方向每次步进的步长，采用以下公式计算：

Xs＝ps*Ws*Ls

其中，Xs表示精密运动平台沿X轴方向每次步进的步长，ps表示图形发生器像素矩阵中单个像素的边长，Ls表示当前选用的缩影物镜的倍率。

S6、重复步骤S5，直至待曝光图形的一行曝光完毕。

S7、将精密运动平台沿X轴方向回退到当前行的首个曝光位置，然后沿Y轴方向步进一个步骤S2中单色位图高度Hs在精密运动平台Y轴方向的投影距离作为新的一行的首个曝光位置，并完成曝光；接着重复步骤S5～S6，完成新的一行的曝光。

单色位图高度Hs在精密运动平台Y轴方向的投影距离即精密运动平台沿Y轴方向每次步进的步长采用以下公式计算：

Ys＝ps*Hs*Ls

其中，Ys表示精密运动平台沿Y轴方向每次步进的步长，ps表示图形发生器像素矩阵中单个像素的边长，Ls表示当前选用的缩影物镜的倍率。

S8、重复步骤S7，直至当前待曝光图形所拆分的单色位图全部曝光完毕，当前待曝光图形曝光结束。

S9、重复上述步骤S2～S8，直至完成所有待曝光图形的曝光工作。

本发明中，拆分待曝光图形的软件可以使用任何编程工具进行开发，主要就是按照一定精度和本发明中精密运动平台的运动逻辑将曝光图形拆分成一系列有序的单色位图列表，对每个拆分出来的单色位图都会进行一个特殊的处理过程并保证最后的单色位图都与图形发生器视场大小保持一致。

精密运动平台X轴与Y轴垂直，可由软件驱动实现纳米级定位精度。图形发生器平面与精密运动平台X轴、Y轴所组成的平面在空间上平行，图形发生器宽度方向与精密运动平台X轴方向之间具有一个已知的固定夹角。图形发生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，其像素点的物理大小确定并已知。

本发明可应用于如图5所示的光刻系统中，包括曝光光源1、图形发生器3、安装于精密运动平台6上的基底7，曝光光源1与图形发生器3之间安装有光学集光系统2，图形发生器3的宽度方向与精密运动平台6的X轴方向具有一个已知的固定夹角α，图形发生器3与基底7之间设有倾斜的分束器4和可更换的缩影物镜5，分束器4的反射光再经反射镜8进入CCD相机9，CCD相机9外接计算机10。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种倾斜扫描式光刻机在步进式曝光时的二维拼接处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据图形发生器视场大小以及图形发生器宽度方向与精密运动平台X轴方向的夹角α，计算出待曝光图形每次拆分的单色位图大小；

(2)根据计算出的单色位图大小，将待曝光图形拆分成若干个单色位图，不足部分以黑图填充；

(3)将获得的单色位图以其中心为原点旋转角度α，并将旋转后的单色位图大小扩展至图形发生器视场大小，得到若干个扩展单色位图；

(4)移动精密运动平台至起始曝光位置，查找与所述起始曝光位置对应的扩展单色位图并发送到图形发生器中进行显示，完成所述起始曝光位置的曝光；

(5)将精密运动平台沿X轴方向步进一个单色位图宽度在精密运动平台X轴方向的投影距离作为当前曝光位置，并完成所述当前曝光位置的曝光；

(6)重复步骤(5)，直至待曝光图形的一行曝光完毕；

(7)将精密运动平台沿X轴方向回退到当前行的首个曝光位置，然后沿Y轴方向步进一个单色位图高度在精密运动平台Y轴方向的投影距离作为新的一行的首个曝光位置，并完成所述新的一行的首个曝光位置的曝光；重复步骤(5)～(6)；

(8)重复步骤(7)，直至待曝光图形所拆分的单色位图全部曝光完毕；

步骤(1)中，所述待曝光图形每次拆分的单色位图大小，采用以下公式计算：

Ws＝(W-H*tanα)cosα

<mrow> <mi>H</mi> <mi>s</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>H</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mi>W</mi> <mi>s</mi> <mo>*</mo> <mi>tan</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </mrow>

其中，W表示图形发生器视场宽度，也即图形发生器视场平行于图形发生器宽度方向的像素点数量，H表示图形发生器视场高度，也即图形发生器视场平行于图形发生器高度方向的像素点数量，Ws表示单色位图宽度，Hs表示单色位图高度，α表示图形发生器宽度方向与精密运动平台X轴方向的夹角。

2.根据权利要求1所述的倾斜扫描式光刻机在步进式曝光时的二维拼接处理方法，其特征在于，步骤(5)中，所述单色位图宽度在精密运动平台X轴方向的投影距离，采用以下公式计算：

Xs＝ps*Ws*Ls

其中，Xs表示单色位图宽度Ws在精密运动平台X轴方向的投影距离，也即精密运动平台沿X轴方向每次步进的步长，ps表示图形发生器像素矩阵中单个像素的边长，Ls表示当前选用的缩影物镜的倍率。

3.根据权利要求1所述的倾斜扫描式光刻机在步进式曝光时的二维拼接处理方法，其特征在于，步骤(7)中，所述单色位图高度在精密运动平台Y轴方向的投影距离，采用以下公式计算：

Ys＝ps*Hs*Ls

其中，Ys表示单色位图高度Hs在精密运动平台Y轴方向的投影距离，也即精密运动平台沿Y轴方向每次步进的步长，ps表示图形发生器像素矩阵中单个像素的边长，Ls表示当前选用的缩影物镜的倍率。