CN110531590A - 一种直写式光刻机拼接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直写式光刻机拼接方法，属于半导体光刻机图形图像处理、拼接技术领域，包括在曝光前，设定曝光模式为N行M列DMD同时曝光模式；将光刻版图划分为与N行M列DMD对应的N×M个高度的曝光区，且满足相邻行DMD对应的曝光区域之间的重叠区域为d纳米；利用各DMD进行曝光处理，并对所有输出的曝光图形进行直写式光刻数据的处理，得到灰度叠加数据；将每个DMD与直写式精密平台进行匹配，直写式精密平台利用光学成像原理，进行灰度的拼接，将光刻版图呈现在曝光的基底上。本发明采用N行M列DMD同时曝光，并通过灰度图的拼接提升拼接精度，达到光刻图形分段曝光的可能性，提高产能。

Description

一种直写式光刻机拼接方法
技术领域
本发明涉及半导体光刻机图形图像处理、图形拼接、计算机图形学开发技术领域，特别涉及一种直写式光刻机拼接方法。
背景技术
直写式光刻技术是在感光材料(多为胶或者膜)的表面印刷具有特征的构图的技术，其中无掩膜光刻技术使用数字微镜系统生成构图，通过光学投影元件，图像以一定得倍率投影到光敏感的衬底上，产生特征的构图。
无掩模光刻能有效地降低光刻系统的复杂度(无需掩模台、掩模传输、框架结构简单)和掩模的加工、维护成本，是进行大尺寸基底光刻的发展趋势之一。而基于空间光调制器(Spatial Light Modulator，以下简称SLM)的无掩模光刻方法因其制作灵活、可靠性高和产率较客观等优势越来越多地被用来制作印刷电路板(PCB)、薄膜液晶面板(TFT)、微机电系统(MEMS)。
目前，多数印制电路板(PriNted Circuit Board，简称PCB板)或者半导体光刻领域，其激光直接成像系统都采用精密平台的运动与DMD曝光图形输出的匹配输出图像，用于直写式光刻版图宽度W毫米和高度H毫米(在PCB方面其尺寸在宽24寸高18寸及以上；而半导体方面，光刻版图也达到了12寸的晶圆)。对于这样的尺寸，通常采用一行M个DMD进行曝光(M为大于0的自然数)，但会要求每个DMD要扫描输出整个板子的高度H毫米的图形信息(H为通常光刻版图的高度)，来回进行多次扫描，从而让M个DMD曝光完整个版图的宽度W毫米的图形信息(W为通常光刻版图的宽度)。但是当图形高度越来越高，则同等扫描次数和速度下，扫描需要的时间越久，进而产能很慢，无法满足客户的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提高产能。
为实现以上目的，采用一种直写式光刻机拼接方法，包括如下步骤：
在曝光前，设定曝光模式为N行M列DMD同时模式，其中M、N均为自然数且M＞0，N＞1；
对每个DMD的中心位置进行标定，得到每个DMD相对于坐标原点的位置信息；
根据每个DMD的位置信息，将光刻版图划分为与N行M列DMD对应的N×M个高度的曝光区，且满足相邻行DMD对应的曝光区域之间的重叠区域高度为d纳米，d为自然数且d＞0；
利用各DMD进行曝光处理，输出对应的光刻版图曝光图形，并对所有输出的曝光图形进行直写式光刻数据的处理，得到灰度叠加数据；
将每个DMD与直写式精密平台进行匹配，直写式精密平台利用光学成像原理，进行灰度的拼接，将光刻版图呈现在曝光的基底上。
进一步地，所述在N行DMD对应的曝光区域中，首行和尾行的DMD对应的曝光区域叠加d纳米光刻版图，中间行的DMD对应的曝光区域前后均需叠加d纳米光刻版图。
进一步地，所述利用各DMD进行曝光处理，输出对应的光刻版图曝光图形，并对所有输出的曝光图形进行直写式光刻数据的处理，得到灰度叠加数据，包括：
利用各DMD进行曝光处理，得到曝光图形后，按照设定的灰度产生规则，对所有输出的曝光图形进行直写式光刻数据的处理，生成每行DMD所在曝光区域的重叠区域的灰度；
根据每行DMD所在曝光区域中重叠区域的灰度和光刻系统当前灰度，得到每行中DMD输出的曝光图形的灰度叠加数据。
进一步地，所述中间行DMD所在曝光区域内存在两个重叠区域，对应的灰度分别为U1和U2，首行和尾行DMD所在曝光区域内存在一个重叠区域，对应的灰度分别为U1和U2，其中首行中每个DMD产生的曝光图形的灰度为U+U1，尾行中每个DMD产生的曝光图形的灰度为U+U2，中间行中每个DMD产生的曝光图形的灰度为U1+U+U2，U1+U2＝U，U为光刻系统当前灰度。
进一步地，光刻系统当前灰度U为根据直写式光刻数据在DMD上进行能量叠加得到，光刻系统当前灰度U＝DMD使用行数/数据重组因子G，其中数据重组因子G为非0的自然数。
进一步地，所述按照设定的灰度产生规则，生成每行DMD所在曝光区域的重叠区域的灰度，具体为：
按照灰度递减模式，生成每行DMD所在曝光区域的重叠区域的灰度。
进一步地，所述每行DMD所在曝光区域的重叠区域的尺寸相同或不相同。
进一步地，所述直写式光刻数据在DMD上进行能量叠加，得到是1阶或多阶图形数据。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明采用N行M列DMD同时曝光模式，则扫描曝光的时间可节约1/N，进而提高产能。并通过灰度的拼接提升拼接精度，改善拼接处的图形品质，同时利用灰度可以降低对平台自身精度的需要，从而达到光刻图形分段曝光的可能性。
附图说明
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
图1是一种直写式光刻机拼接方法的流程示意图；
图2是2行3列DMD的排列方式示意图；
图3是2行3列重叠区域示意图；
图4是重叠区灰度叠加示意图；
图5是本发明中两种灰度叠加的对比示意图；
图6是扫描方向进行图形拼接存在误差的示意图。
具体实施方式
为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。
如图1至图4所示，本实施例公开了一种直写式光刻机拼接方法，包括如下步骤S1-S5：
S1、在曝光前，设定曝光模式为N行M列DMD同时曝光模式，其中M、N均为自然数且M＞0，N＞1；
S2、对每个DMD的中心位置进行标定，得到每个DMD相对于坐标原点的位置信息；
S3、根据每个DMD的位置信息，将光刻版图划分为与N行M列DMD对应的N×M个高度的曝光区，且满足相邻行DMD对应的曝光区域之间的重叠区域高度为d纳米，d为自然数且d＞0；
S4、利用各DMD进行曝光处理，输出对应的光刻版图曝光图形，并对所有输出的曝光图形进行直写式光刻数据的处理，得到灰度叠加数据；
S5、将每个DMD与直写式精密平台进行匹配，直写式精密平台利用光学成像原理，进行灰度的拼接，将光刻版图呈现在曝光的基底上。
需要说明的是，本实施例方案采用N行M列DMD进行同时曝光，将对光刻版图进行扫描曝光的时间节约1/N，产能随之提高，但是在扫描方向进行图形拼接时，按照N行DMD将光刻版图分成N段，则每行DMD曝光对应的光刻版图且相互之间不存在叠加，每两行之间，图形直接拼上(类似拼积木)，对于精确度在微纳米级的PCB板来说，这样直接拼上的话，受平台的位置精度和物理属性的因素制约，无法完美拼上，从而导致前后两行DMD，因各自所处的区域的制约因素而不能整齐的拼上，如图6所示，更无法满足微纳米精度的要求。
而本方案在根据每个DMD的位置信息，将光刻版图划分为与N行M列DMD对应的N×M个高度的曝光区时，将相邻行中位置对应的DMD所在的曝光区域之间的重叠区域的高度设置为d纳米，在相邻两行DMD之间通过灰度叠加的原理，形成灰度叠加过渡区，改善拼接处的图形品质。
进一步地，在上述步骤S2中：每一个DMD相对于坐标原点的位置信息P具体如下：
第1列DMD相对于坐标原点的位置信息为：P0,0，P0,1，P0,2，…，P0,M-2，P0,M-1；
第2列DMD相对于坐标原点的位置信息为：P1,0，P1,1，P1,2，…，P1,M-2，P1,M-1；
……
第N-1列DMD相对于坐标原点的位置信息为：PN-2,0，PN-2,1，PN-2,2，…，PN-2,M-2，PN-2,M-1；
第N列DMD相对于坐标原点的位置信息为：PN-1,0，PN-1,1，PN-1,2，…，PN-1,M-2，PN-1,M-1。
需要说明的是，本实施例中根据DMD相对于原点的位置信息P(x,y)，计算某个DMD的曝光区域的宽度和高度。具体计算方式如下：
某行中DMD的位置信息P与相邻行对应DMD的的位置信息P的距离，即可得到曝光区域高度；某列中DMD的位置信息P与相邻列对应DMD的位置信息P的距离，即为曝光区域宽度。对于结尾行列DMD，用直写式光刻版图高度减去结尾行DMD位置信息坐标Y，得到结尾行DMD的曝光区域高度；用直写式光刻版图宽度减去结尾列DMD位置信息X，得到结尾列DMD的曝光区域宽度。
进一步地，如图3所示，在上述步骤S3中，在N行DMD对应的曝光区域中，首行和尾行的DMD对应的曝光区域叠加d纳米光刻版图，中间行的DMD对应的曝光区域前后均需叠加d纳米光刻版图，重叠区域为图3虚线部分所示。具体为：
根据N行DMD之间的中心位置关系(则有N-1个位置关系)，则将高为H毫米的直写式光刻版图分割成N×M个高度的小曝光区，则每排DMD各自对应的曝光区光刻版图的高度为：
第1行DMD对应的曝光区域高度为：H0,0+d，H0,1+d，H0,2+d，…，H0,M-2+d，H0,M-1+d；
第2行DMD对应的曝光区域高度为：H1,0+2d，H1,1+2d，H1,2+2d，…，H1,M-2+2d，H1,M-1+2d；
……
第N-1行DMD对应的曝光区域高度为：HN-2,0+2d，HN-2,1+2d，HN-2,2+2d，…，HN-2,M-2+2d，HN-2,M-1+2d；
第N行DMD对应的曝光区域高度为：HN-1,0+d，HN-1,1+d，HN-1,2+d，…，HN-1,M-2+d，HN-1,M-1+d。
需要说明的是，每一列DMD的曝光区域之和等于光刻版图的高度H，即H0,0+H1,0+H2,0+…+HN-2,0+HN-1,0＝H，每个曝光区的高度根据DMD的位置信息来确定。
进一步地，上述步骤S4：利用各DMD进行曝光处理，然后计算相邻行DMD曝光图形的灰度叠加数据并发送至移动直写式精密平台，具体包括如下步骤S41-S42：
S41、利用各DMD进行曝光处理，得到曝光图形后，按照设定的灰度产生规则，对所有输出的曝光图形进行直写式光刻数据的处理，生成每行DMD所在曝光区域的重叠区域的灰度；
S42、根据每行DMD所在曝光区域中重叠区域的灰度和光刻系统当前灰度，得到每行中DMD输出的曝光图形的灰度叠加数据。
需要说明的是，灰度叠加数据的计算可以在上位机PC中完成，也可以在下位机DMD数据处理模块中完成。
具体地，利用直写式光刻数据通过DMD进行能量叠加，从而形成灰度的原理，数据在DMD叠加的灰度U＝DMD使用行数/数据重组因子G，其中数据重组因子G为非0的自然数，并且直写式光刻数据在DMD上进行能量叠加，得到是1阶或多阶图形数据。
如图4所示，按照灰度递减模式，生成当前排DMD重叠区域的数据灰度为U1，并设定另一相邻排的DMD重叠区域的数据灰度为U2；并且保证两次叠加的灰度为U，即：U1+U2＝U。
需要说明的是，本实施例中灰度生成规则采用递减模式生成仅为举例说明，本领域技术人员也可以根其它的规则产生灰度。
进一步地，每行布置的DMD所在曝光区域的重叠区域的尺寸相同或不相同。重叠区域的具体尺寸可以根据实际曝光效果、工艺参数等进行设定。
如图5所示，本实施例中将相邻行中对应的DMD所在的曝光区域之间有重叠，将重叠区域作为灰度叠加过渡区，进行灰度叠加，改善拼接处的图形品质。本申请中采用的方式包括灰度直接叠加，如果N排DMD将光刻版图分成N段，每段之间相互允许d纳米的叠加(d取大于0的自然数)，那么每段之间的叠加区，即灰度1U+1U，相当于曝光一遍，又曝光一遍，处于一种过度曝光的状态，从而导致曝光之后的版图因能量叠加存在差异而不能满足品质的要求。另外一种方式的叠加是使用灰度的数据进行叠加，两次叠加各进行0.5的叠加，也就是0.5+0.5的叠加。虽然都是d的叠加区，但叠加的灰度却不同，所以就不会造成能量过渡曝光的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种直写式光刻机拼接方法，其特征在于，包括：
在曝光前，设定曝光模式为N行M列DMD同时曝光模式，其中M、N均为自然数且M＞0，N＞1；
对每个DMD的中心位置进行标定，得到每个DMD相对于坐标原点的位置信息；
根据每个DMD的位置信息，将光刻版图划分为与N行M列DMD对应的N×M个高度的曝光区，且满足相邻行DMD对应的曝光区域之间的重叠区域高度为d纳米，d为自然数且d＞0；
利用各DMD进行曝光处理，输出对应的光刻版图曝光图形，并对所有输出的曝光图形进行直写式光刻数据的处理，得到灰度叠加数据；
将每个DMD与直写式精密平台进行匹配，直写式精密平台利用光学成像原理，进行灰度的拼接，将光刻版图呈现在曝光的基底上。
2.如权利要求1所述的直写式光刻机拼接方法，其特征在于，所述在N行DMD对应的曝光区域中，首行和尾行的DMD对应的曝光区域叠加d纳米光刻版图，中间行的DMD对应的曝光区域前后均需叠加d纳米光刻版图。
3.如权利要求1所述的直写式光刻机拼接方法，其特征在于，所述利用各DMD进行曝光处理，输出对应的光刻版图曝光图形，并对所有输出的曝光图形进行直写式光刻数据的处理，得到灰度叠加数据，包括：
利用各DMD进行曝光处理，得到曝光图形后，按照设定的灰度产生规则，对所有输出的曝光图形进行直写式光刻数据的处理，生成每行DMD所在曝光区域的重叠区域的灰度；
根据每行DMD所在曝光区域中重叠区域的灰度和光刻系统当前灰度，得到每行中DMD输出的曝光图形的灰度叠加数据。
4.如权利要求3所述的直写式光刻机拼接方法，其特征在于，所述中间行DMD所在曝光区域内存在两个重叠区域，对应的灰度分别为U1和U2，首行和尾行DMD所在曝光区域内存在一个重叠区域，对应的灰度分别为U1和U2，其中首行中每个DMD产生的曝光图形的灰度为U+U1，尾行中每个DMD产生的曝光图形的灰度为U+U2，中间行中每个DMD产生的曝光图形的灰度为U1+U+U2，U1+U2＝U，U为光刻系统当前灰度。
5.如权利要求3所述的直写式光刻机拼接方法，其特征在于，光刻系统当前灰度U为根据直写式光刻数据在DMD上进行能量叠加得到，光刻系统当前灰度U＝DMD使用行数/数据重组因子G，其中数据重组因子G为非0的自然数。
6.如权利要求3所述的直写式光刻机拼接方法，其特征在于，所述按照设定的灰度产生规则，生成每行DMD所在曝光区域的重叠区域的灰度，具体为：
按照灰度递减模式，生成每行DMD所在曝光区域的重叠区域的灰度。
7.如权利要求1-6任一所述的直写式光刻机拼接方法，其特征在于，所述每行DMD所在曝光区域的重叠区域的尺寸相同或不相同。
8.如权利要求5所述的直写式光刻机拼接方法，其特征在于，所述直写式光刻数据在DMD上进行能量叠加，得到是1阶或多阶图形数据。
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