CN110597019B - 一种直写式光刻机曝光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直写式光刻机曝光方法，属于半导体光刻机图形图像处理技术领域，包括在曝光前，设定曝光模式为N排M列DMD模式，划分每个DMD对应的曝光区域，任意一排DMD曝光图形的总宽度为直写光刻版图的宽度，任意一列DMD曝光图形的总高度为直写光刻版图的高度；利用各DMD进行曝光处理，并输出对应的光刻版图曝光图形；将每个DMD与直写式精密平台进行匹配，将光刻版图呈现在曝光的基底上。本发明利用多排DMD对光刻版图进行曝光区域划分，减少了单次曝光的时间，大幅度提升产能。

Description

一种直写式光刻机曝光方法
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、计算机图形开发技术领域，特别涉及一种直写式光刻机曝光方法。
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，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DMD(亦称：空间光调制器(Spatial Light Modulator))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，通常采用一排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)。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，以节约扫描曝光的时间。
为实现以上目的，采用一种直写式光刻机曝光方法，包括如下步骤：
在曝光前，设定曝光模式为N排M列DMD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，确定每个DMD对应的曝光区域，其中任意一排DMD曝光图形的总宽度为直写光刻版图的宽度，任意一列DMD曝光图形的总高度为直写光刻版图的高度；
利用各DMD进行曝光处理，并输出对应的光刻版图曝光图形；
将每个DMD与直写式精密平台进行匹配，将光刻版图呈现在曝光的基底上。
进一步地，所述每个DMD对应的曝光区域，第i排DMD的曝光区域的宽度之和为：Wi,0+Wi,1+…+Wi,m-2+Wi,m-1＝W，第j列DMD的曝光区域的高度之和为：H0,j+H1,j+…+Hn-2,j+Hn-1,j＝H，W为直写光刻版图宽度，H为直写光刻版图高度0≤i≤N-1，0≤j≤M-1。
进一步地，所述相邻两排或相邻两行的DMD为对齐排布或交错排布。
进一步地，所述根据每个DMD的位置信息，确定每个DMD对应的曝光区域，包括：
根据第一排DMD的位置信息，在所述光刻版图中对第一排中DMD对应的曝光区域进行划分；
根据所述第一排DMD的位置信息，在所述光刻版图中对余下第N-1排中的DMD对应的曝光区域进行划分；
在相邻排中的DMD对应的曝光区域存在交叉区域时，利用无效图对交叉区域进行填补。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明通过采用多排MDM对直写光刻版图进行各自曝光区域的划分，每个空间光调制器光头只需要扫描H/N毫米的图形(假设N排DMD，相互之间的距离接近于图形的N的等分)，那么扫描曝光的时间可节约1/N，则产能可随之较大幅度的提升。
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曝光方法的流程示意图；
图2是2排3列DMD排列方式及编码示意图；
图3是2排3列DMD对应的曝光区域示意图；
图4是DMD曝光图形存在交叉情况示意图；
图5是DMD曝光图形的交叉区域填补示意图。
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3所示，本实施例公开了一种直写式光刻机曝光方法，包括如下步骤S1至S5：
S1、在曝光前，设定曝光模式为N排M列DMD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，确定每个DMD对应的曝光区域，其中任意一排DMD曝光图形的总宽度为直写光刻版图的宽度，任意一列DMD曝光图形的总高度为直写光刻版图的高度；
S4、利用各DMD进行曝光处理，并输出对应的光刻版图曝光图形；
S5、将每个DMD与直写式精密平台进行匹配，将光刻版图呈现在曝光的基底上。
需要说明的是，根据N排DMD之间的中心位置关系(则有N-1个位置关系)，将高度为H毫米的直写式光刻版图(H为正常光刻图形尺寸)分割成N×M个小曝光区，则每排DMD各自对应的曝光区光刻版图的高度为：
第1排DMD对应的曝光区光刻版图的高度：H0,0，H0,1，H0,2，…，H0,M-2，H0,M-1；
第2排DMD对应的曝光区光刻版图的高度：H1,0，H1,1，H1,2，…，H1,M-2，H1,M-1；
……
第N-1排DMD对应的曝光区光刻版图的高度：HN-2,0，HN-2,1，HN-2,2，…，HN-2,M-2，HN-2,M-1；
第N排DMD对应的曝光区光刻版图的高度：HN-1,0，HN-1,1，HN-1,2，…，HN-1,M-2，HN-1,M-1。
根据设定的每排M个DMD曝光模式，将直写式光刻版图宽度W毫米(W为正常光刻图形尺寸)，根据M列DMD之间的中心间距(则有M-1个位置关系)，则将W毫米的光刻版图分割为M×N个宽度的小曝光区，则每列DMD各自对应的曝光区光刻版图的宽度为：
第1列DMD对应曝光区光刻版图的宽度：W0,0，W0,1，W0,2，…，W0,M-2，W0,M-1；
第2列DMD对应曝光区光刻版图的宽度：W1,0，W1,1，W1,2，…，W1,M-2，W1,M-1；
……
第N-1列DMD对应曝光区光刻版图的宽度：WN-2,0，WN-2,1，WN-2,2，…，WN-2,M-2，WN-2,M-1；
第N列DMD对应曝光区光刻版图的宽度：WN-1,0，WN-1,1，WN-1,2，…，WN-1,M-2，WN-1,M-1。
其中，第j列(0≤j≤M-1)DMD的曝光图形宽度相等，即：W0,j＝W1,j＝W2,j＝…＝WN-1,j。
根据设定的N排M列DMD曝光模式，则每个DMD所对应编码则为：
第1排DMD：N0M0，N0M1，N0M2，…，N0MM-1；
第2排DMD：N1M0，N1M1，N1M2，…，N1MM-1；
……
第N-1排DMD：NN-2M0，NN-2M1，NN-2M2，…，NN-2MM-1；
第N排DMD：NN-1M0，NN-1M1，NN-1M2，…，NN-1MM-1。
根据设定的N行M列DMD的曝光模式，则每个DMD所对应的曝光区域为：
则编号N0M0的DMD曝光区域为：宽为W0,0毫米，高为H0,0毫米；
则编号N0M1的DMD曝光区域为：宽为W0,1毫米，高为H0,1毫米；
……
则编号N0MM-1的DMD曝光区域为：宽为W0,m-1毫米，高为H0,m-1毫米；
则编号N1M0的DMD曝光区域为：宽为W1,0毫米，高为H1,0毫米；
……
则编号N1MM-1的DMD曝光区域为：宽为W1,M-1毫米，高为H1,M-1毫米；
……
则编号NN-1M0的DMD曝光区域为：宽为WN-1,0毫米，高为HN-1,0毫米；
……
则编号NN-1MM-1的DMD曝光区域为：宽为WN-1,M-1毫米，高为HN-1,M-1毫米。
第i排(0≤i≤N-1)DMD的曝光区域的宽度之和为：Wi,0+Wi,1+…+Wi,M-2+Wi,M-1＝W，第j列(0≤j≤M-1)DMD的曝光区域的高度之和为：H0,j+H1,j+…+HN-2,j+HN-1,j＝H，且第j列(0≤j≤M-1)DMD的曝光区域的宽度相同，W为直写光刻版图宽度，H为直写光刻版图高度。需要说明的是，相邻两排或相邻两行的DMD为对齐排布或交错排布。在实际应用中，DMD的排列方式为多排，其中N排DMD排列方式，可相互前后排对齐，也可以不用对齐。M列中的DMD排列方式可以对齐也可以不对齐。
应当理解的是，每行或每列中的DMD的放置方式，可以进行任意角度的旋转，也可以水平放置；每个DMD对应曝光所属区域的直写式光刻图形，其区域的大小随着DMD放置的位置不同而不同。
特别地，传统采用单排DMD进行曝光，则每个DMD扫描的图形高度为光刻版图的图形高度H；而使用多排DMD进行曝光时，由于机械结构并不能保证前后两排的DMD在列上严格对齐，无法满足误差在1个微米以下，甚至是纳米的要求；这样前后排DMD因为位置有错位，DMD曝光的图形也会有交叉区域(如图4所示)。
本申请从光刻的版图的角度，对图形进行切割，使得前后DMD曝光图形在列方面上，严格对齐，对齐精度在1um以下，甚至是1纳米的精度。按照第一排DMD的位置关系进行图形切割，后续DMD根据第一排DMD的位置关系进行图形划分，如果遇到图5情况，后排DMD需要增加如图5所示的阴影部分(无效图黑图)进行填补，以此类推，这样保正后一排的DMD出图起始点与前排严格一致。
需要说明的是，通过采用多排MDM对直写光刻版图进行各自曝光区域的划分，每个空间光调制器光头只需要扫描H/N毫米的图形(假设N排DMD，相互之间的距离接近于图形的N的等分)，每个DMD曝光所属区域的直写式光刻图形，然后通过移动直写式精密平台，使得每个DMD的图形与平台进行匹配，通过光学成像原理，将光刻版图呈现在曝光的基底上(PCB板或者硅片上)。通过排与排之间的DMD拼接而成一整面直写式光刻图形，减少其单次曝光的高度，从而减少了单次曝光的时间，使扫描曝光的时间可节约1/N，大幅度提高产能。
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 (3)

1.一种直写式光刻机曝光方法，其特征在于，包括：
在曝光前，设定曝光模式为N排M列DMD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，确定每个DMD对应的曝光区域，其中任意一排DMD曝光图形的总宽度为直写光刻版图的宽度，任意一列DMD曝光图形的总高度为直写光刻版图的高度；
利用各DMD进行曝光处理，并输出对应的光刻版图曝光图形；
将每个DMD与直写式精密平台进行匹配，将光刻版图呈现在曝光的基底上；
其中，所述根据每个DMD的位置信息，确定每个DMD对应的曝光区域，包括：
根据第一排DMD的位置信息，在所述光刻版图中对第一排中DMD对应的曝光区域进行划分；
根据所述第一排DMD的位置信息，在所述光刻版图中对余下第N-1排中的DMD对应的曝光区域进行划分；
在相邻排中的DMD对应的曝光区域存在交叉区域时，利用无效图对交叉区域进行填补。
2.如权利要求1所述的直写式光刻机曝光方法，其特征在于，所述每个DMD对应的曝光区域，第i排DMD的曝光区域的宽度之和为：Wi,0+Wi,1+…+Wi,m-2+Wi,m-1＝W，第j列DMD的曝光区域的高度之和为：H0,j+H1,j+…+Hn-2,j+Hn-1,j＝H，W为直写光刻版图宽度，H为直写光刻版图高度0≤i≤N-1，0≤j≤M-1。
3.如权利要求1所述的直写式光刻机曝光方法，其特征在于，所述相邻两排或相邻两行的DMD为对齐排布或交错排布。
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