CN111367147A - 控制直写光刻机曝光的方法、装置和光刻机 - Google Patents

控制直写光刻机曝光的方法、装置和光刻机 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种控制直写式光刻机曝光的方法、装置和光刻机，该方法包括：获取直写式光刻机数字微镜阵列中实际使用区域的有效列数W和有效行数D；创建灰度模板；根据所述直写式光刻机当前的曝光色差分布调节所述实际使用区域的每个镜片对应所述灰度模板像素的灰度值；读取用于曝光的携带光刻图形信息的曝光数据，并将所述曝光数据与对应的灰度模板像素的灰度值进行运算；将运算获得的数据加载到所述数字微镜阵列，以进行显示。本发明的控制直写式光刻机曝光的方法通过使用灰度模板对微镜阵列进行操作，使曝光平台上呈现的曝光色差达到一致，减小了曝光次数从而增加了产能。

Description

控制直写光刻机曝光的方法、装置和光刻机
技术领域
本发明涉及光刻技术领域，尤其是涉及一种控制直写式光刻机曝光的方法、装置和光刻机。
背景技术
直写式光刻技术是在感光材料的表面印刷具有特征的构图技术，无掩膜光刻技术是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，即无需掩模台、掩模传输且框架结构简单，以及，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、薄膜液晶面板、微机电系统。其中，空间光调制器，又称为DMD(DigitalMicro-mirror Device，数字微镜)是由许多微小镀铝的镜片组成，可以绕轭旋转，旋转角度为±12°，利用镜片在不同的旋转角度将射入的光反射到不同的地方。直写式曝光系统采用准直激光或UV混合光源射入到DMD，然后DMD根据图像数据分别旋转到不同位置，将射入的光反射到物镜镜头上，由物镜缩放图像后投影到移动平台上的曝光面上。在直写光刻机的光源，经过照明光路即照明透镜、准直透镜、复眼等部件到达DMD表面，然后再经过成像光路的几组物镜镜片之后，到达运动平台上的曝光面上。
但是，在成像的过程中，难以避免的出现能量损失以及在成像区域内的照明不均匀的问题，即使使用直写式光刻机的匀光片进行匀光，在整个DMD的每个镜片都参与的情况下也仍然存在不均匀的问题，如图1所示为图像宽度与归一化每列像素灰度值之和的曲线图，在DMD边缘微镜呈现的曝光效果较差。当使用这样的照明均匀性进行直写式光刻机扫描曝光时，曝光结果呈现明显的色差，而这种色差也是能量呈现的不均匀所致，直接导致了线条解析能力降低，无法满足客户量产。而当前为了保证DMD在直写式光刻机的曝光平台上呈现的曝光均匀性，以减少DMD使用的列数来改善，只使用DMD中心比较均匀性区域进行直写式光刻机的曝光，提升极限特征线宽的解析。但是，使用DMD中心比较均匀性区域进行直写式光刻机的曝光，因为减少了DMD数字微镜的列数，导致一次曝光的条带宽度减小，对于同样一副光刻图形，需要曝光次数就增多，进而降低了产能。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种控制直写式光刻机曝光的方法，该方法可以降低直写式光刻机曝光色差，提高直写式光刻机的极限解析线宽和产能。
本发明的第二个目的提出一种控制直写式光刻机曝光的装置。
本发明的第三个目的提出一种光刻机。
为了达到上述目的，本发明的第一方面实施例提出了一种控制直写式光刻机曝光的方法，该方法包括：获取直写式光刻机数字微镜阵列中实际使用区域的有效列数W和有效行数D；创建灰度模板，其中，所述灰度模板包括GM列GN行的像素，所述实际使用区域的每个镜片对应所述灰度模板的一个像素；根据所述直写式光刻机当前的曝光色差分布调节所述实际使用区域的每个镜片对应所述灰度模板像素的灰度值；读取用于曝光的携带光刻图形信息的曝光数据，并将所述曝光数据与对应的灰度模板像素的灰度值进行运算；将运算获得的数据加载到所述数字微镜阵列，以进行显示。
根据本发明实施例的控制直写光刻机曝光的方法，通过创建灰度模板，在进行曝光控制时，根据曝光色差分布调节每个镜片对应的灰度模板像素的灰度值，例如对有效区域的每个镜片进行打开或者关闭的操作，使得照明和强度更加均匀，从而使数字微镜阵列在直写式光刻机的曝光平台上曝光色差降低，进而可以提高对曝光结果的特征线宽解析能力，以及，由于通过灰度模板可以调节照明均匀性，使得数字微镜阵列分布区域的曝光更加均匀，因而无需减少数字微镜阵列的列数，可以避免由于减少数字微镜阵列的列数而导致一次曝光的条带宽度减小，因此，对于同样一副光刻图形，减少了曝光次数，提高了产能。
在一些实施例中，0＜W≤M,0＜D≤N，0＜GM≤(M+G)，0＜GN≤N,G为自然数。
在一些实施例中，所述灰度模板的每个所述像素占据n个bit，每个所述像素的灰度值为[0,2n-1]；n取值为大于0的自然数。
在一些实施例中，所述灰度模板大于或等于所述数字微镜阵列中最大可用区域，或者，所述灰度模板大于或等于所述数字微镜阵列中实际使用区域。
在一些实施例中，根据所述直写式光刻机当前的曝光色差分布调节所述数字微镜阵列中每个镜片对应所述灰度模板像素的灰度值，包括：根据所述直写式光刻机当前的曝光色差分布，按照行或列或区域调节所述灰度模板像素的灰度值。
在一些实施例中，将所述曝光数据与对应的灰度模板像素的灰度值进行运算，包括：将所述曝光数据与对应的灰度模板像素的灰度值进行与运算或者减法运算。
在一些实施例中，所述方法还包括：接收到重组指令，根据所述重组指令按照列或者按照行对所述灰度模板进行重组。
为了达到上述目的，本发明的第二方面实施例提出了一种控制直写式光刻机曝光的装置，该装置包括：至少一个处理器；与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器中存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述至少一个处理器执行所述计算机程序时实现上面实施例提到的控制直写式光刻机曝光的方法。
根据本发明实施例的控制直写式光刻机曝光的装置，通过处理器执行上面实施例提到的控制直写式光刻机曝光的方法，使数字微镜在直写式光刻机的曝光平台上曝光更加均匀，提高了特征线宽的解析能力，同时，由于使用灰度模板，在同样一副光刻图像中需要的曝光次数减少，提高了光刻机的产能。
为了达到上述目的，本发明的第三方面实施例提出了一种光刻机包括：照明系统、数字微镜阵列、成像系统和上面实施例提到的控制直写式光刻机曝光的装置，其中，所述照明系统、所述数字微镜阵列和所述成像系统组成曝光光路，所述装置用于实现对所述曝光光路的曝光控制。
根据本发明实施例的光刻机，控制直写式光刻机曝光的装置可以实现对曝光光路的控制，使数字微镜阵列在曝光平台上呈现的曝光更加均匀，提高了特征线宽的解析能力，以及，由于使用灰度模板，对于同样一副光刻图像，需要的曝光次数更少，提高了光刻机的产能。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是现有技术中DMD中镜片全打开时相机抓取照明均匀性的示意图；
图2是根据本发明一个实施例的控制直写式光刻机曝光的方法的流程图；
图3是根据本发明一个实施例的灰度模板作用下DMD显示效果的示意图；
图4是根据本发明一个实施例的光刻数据加载到DMD上显示的示意图；
图5是根据本发明一个实施例的控制直写式光刻机曝光的装置的框图；
图6是根据本发明一个实施例的光刻机的框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
下面参考图2-图4描述根据本发明第一方面实施例的控制直写式光刻机曝光的方法。如图2所示，本发明实施例的控制直写式光刻机曝光的方法至少包括步骤S1、步骤S2、步骤S3、步骤S4和步骤S5。
步骤S1，获取直写式光刻机数字微镜阵列中实际使用区域的有效列数W和有效行数D。
具体地，数字微镜阵列即DMD阵列是由许多微小镀铝的矩形小镜片呈行列格式排列而成的，每个镜片可以进行独立控制。在应用时，由于使用数字微镜阵列的全部镜片的话，每次刷一屏的时间较长，曝光扫描就比较慢，使用部分镜片的话，就比较快，因而在适应用用中，可能只会使用数字微镜阵列中的一部分镜片，可以设定曝光时实际使用区域有效行列的镜片。
DMD阵列的实际使用区域的有效列数W满足0＜W≤M,有效行数D满足0＜D≤N，并将实际使用区域的有效行数W和有效列数N的使用信息发送至光刻机的处理装置例如FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)进行处理。
步骤S2，创建灰度模板，其中，灰度模板包括GM列GN行的像素，实际使用区域的每个镜片对应灰度模板的一个像素。
具体地，光刻机的处理装置可以创建灰度模板并保存在存储器中，灰度模板可以看作是由很多矩形小栅格组合而成，与棋盘格的排布类似，且每个格均设置有一个像素，每个像素的灰度值可调，每个DMD的小镜片对应灰度模板上的一个像素。灰度模板的列数和行数可以大于或者等于DMD的有效列数和有效行数即灰度模板的列数GM满足0＜GM≤(M+G)，行数GN满足0＜GN≤N。
步骤S3，根据直写式光刻机当前的曝光色差分布调节实际使用区域的每个镜片对应灰度模板像素的灰度值。
具体地，如图3所示，为本发明一个实施例的灰度模板作用下DMD显示效果的示意图。图3中的(a)表示DMD阵列，图3中的(b)表示灰度模板，其中，没有斜线的格栅代表打开镜片，即使得镜片的反射光透过，斜线区域代表关闭镜片，即将镜片反射光遮挡，不允许透过，图3中的(c)表示加载灰度模板后，曝光时DMD阵列的显示效果。由此可以看出，通过设置灰度模板各个像素的灰度值，可以调节DMD阵列不同区域的透光率，使得DMD阵列的照明更加均匀，进而降低曝光结果的色差。
由于曝光分布呈现明显色差，可以按行或列或按区域等方式调节灰度模板的像素值，来降低或者提高对应能量强或弱的DMD阵列区域，例如实际使用区域中的某一块区域能量较强，可以将该区域每个镜片的灰度模块的像素的灰度值降低例如设置为0，即关闭DMD对应区域的每个镜片，减弱该区域的能量，解决能量过强的问题。从而使得DMD整个微镜镜片在直写式光刻机的曝光平台上呈现的曝光效果即能量达到一致而色差降低，即通过调节灰度模板像素的灰度值，实现对DMD实际使用区域的每个镜片进行操作。
步骤S4，读取用于曝光的携带光刻图形信息的曝光数据，并将曝光数据与对应的灰度模板像素的灰度值进行运算。
具体地，携带光刻图形信息的曝光数据即栅格化的光刻数据，栅格化是将向量图形格式表示的图像转换成位图，位图是由称作像素的单个点组成的，这些点可以进行不同的排列以构成图样。当放大位图时，可以看见构成整个图像的无数单个方块。经过栅格化的光刻数据更加便于与灰度模板的像素对应。将灰度模板数据与对应的灰度值发送到FPGA的存储器中，FPGA每次读取需要曝光直写式光刻机的曝光数据时，可以按一行或者多行的方式与灰度模板像素的灰度值进行运算例如与运算或者减运算，其中，存储器可以为RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)或者Flash(flash memory，快闪存储器)等。
步骤S5，将运算获得的数据加载到所述数字微镜阵列，以进行显示。
具体地，如图4所示，为本发明一个实施例的光刻数据加载后DMD阵列显示效果的示意图。其中，图4中的(a)表示携带光刻图形信息的曝光数据，图4中的(b)表示加载灰度模板后，光刻数据进行扫描时，DMD阵列显示效果的示意图。有弧线的部分对应镜片打开的部分，其他没有弧线的部分对应镜片关闭的部分。通过给定一帧M行N列的二维bit数据，可以完成对数字微镜镜片的一次刷新，即按行或者多行加载光刻数据时，可以完成不同帧图形的显示。
根据本发明实施例的控制直写光刻机曝光的方法，通过创建灰度模板，在进行曝光控制时，根据曝光色差分布调节每个镜片对应的灰度模板像素的灰度值，例如对有效区域的每个镜片进行打开或者关闭的操作使得照明和强度更加均匀，从而使数字微镜阵列在直写式光刻机的曝光平台上曝光色差达到一致，提高了特征线宽的解析能力，以及，由于使用了灰度模板可以调节曝光均匀性，无需减少数字微镜阵列使用的镜片列数而只使用数字微镜中心区域镜片来曝光，从而，可以避免由于减少数字微镜阵列的列数而导致一次曝光的条带宽度减小，对于同样一副光刻图形中，减小了曝光次数，提高了产能。
在一些实施例中，灰度模板的每个像素占据n个bit，每个像素的灰度值为[0,2n-1]；n取值为大于0的自然数。
具体地，灰度模板赋值为默认值value,value取值范围为[0,2n-1]，为了方便一般设置为1即可，即默认都是打开状态。且每次申请的内存大小为：GM*GN*n(bit)，一般设置n为1阶，灰度模板的像素是分辨率的尺寸单位，每个像素的灰度值即为某个像素坐标点的值。
在一些实施例中，灰度模板大于或等于数字微镜阵列中最大可用区域，或者，灰度模板大于或等于所述数字微镜阵列中实际使用区域。
具体地，最大可用区域即数字微镜可以支持的最大使用行列数，对曝光色差分布调节时，可能只需要对数字微镜的部分镜片进行调节，就能实现曝光色差的均匀分布，此时，若使用全部镜片，会使曝光时长较长，速度较慢而降低产能。采用较大的灰度模板可以使最大使用区域或者实际使用区域的每个镜片与灰度模板像素的灰度值对应，保证能对每个影响曝光色差分布的数字微镜的镜片进行调节，使曝光进程能够正常进行。
在一些实施例中，根据直写式光刻机当前的曝光色差分布调节数字微镜阵列中每个镜片对应灰度模板像素的灰度值，包括：根据直写式光刻机当前的曝光色差分布，按照行或列或区域调节灰度模板像素的灰度值，增强或者减弱对应的行或列或区域的灰度值相当于增加或者减少对应行或列或区域对应的微镜使用数量，从而使整个微镜镜片在直写式光刻机的曝光平台上呈现的曝光效果例如能量及色差达到一致。
在一些实施例中，控制直写式光刻机曝光的方法还包括：接收到重组指令，根据重组指令按照列或者按照行对灰度模板进行重组。对灰度模板进行重组实现灰度模板对不同图像的调节。
概括来说，根据本发明实施例的控制直写光刻机曝光的方法，通过创建灰度模板，在进行曝光控制时，根据曝光色差分布调节每个镜片对应的灰度模板像素的灰度值，例如对有效区域的每个镜片进行打开或者关闭的操作使得照明和强度更加均匀，从而使数字微镜阵列在直写式光刻机的曝光平台上曝光色差达到一致，提高了特征线宽的解析能力，以及，由于使用了灰度模板可以调节曝光均匀性，无需减少数字微镜阵列使用的镜片列数而只使用数字微镜中心区域镜片来曝光，从而，可以避免由于减少数字微镜阵列的列数而导致一次曝光的条带宽度减小，对于同样一副光刻图形中，减小了曝光次数，提高了产能。
下面参照附图描述根据本发明第二方面实施例的控制直写式光刻机曝光的装置。
图5是根据本发明一个实施例的控制直写式光刻机曝光的装置的框图，如图5所示，本发明实施例的控制直写式光刻机曝光的装置10包括：至少一个处理器110；与至少一个处理器110通信连接的存储器120；其中，存储器120中存储有可被至少一个处理器110执行的计算机程序，至少一个处理器110执行计算机程序时实现上面实施例提到的控制直写式光刻机曝光的方法。
根据本发明实施例的控制直写式光刻机曝光的装置10，通过一个处理器110执行上面实施例提到的控制直写式光刻机曝光的方法，使数字微镜在直写式光刻机的曝光更加均匀，提高了特征线宽的解析能力，由于使用灰度模板，在同样一副光刻图形中需要的曝光次数减少，提高了光刻机的产能。
下面参照附图描述根据本发明第三方面实施例的光刻机。
图6是根据本发明一个实施例的光刻机的框图，如图6所示，本发明实施例的光刻机20包括照明系统210、数字微镜阵列220、成像系统230和上面实施例提到的控制直写式光刻机曝光的装置10，其中，照明系统210、数字微镜阵列220和成像系统230组成曝光光路，控制直写式光刻机曝光的装置10用于实现对曝光光路的曝光控制。
根据本发明实施例的光刻机20，控制直写式光刻机曝光的装置10可以实现对曝光光路的控制，使数字微镜阵列在曝光平台上呈现的更加均匀，提高了特征线宽的解析能力，由于使用灰度模板，对于同样一副光刻图像，需要的曝光次数更少，提高了光刻机的产能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种控制直写式光刻机曝光的方法，其特征在于，包括：
获取直写式光刻机数字微镜阵列中实际使用区域的有效列数W和有效行数D；
创建灰度模板，其中，所述灰度模板包括GM列GN行的像素，所述实际使用区域的每个镜片对应所述灰度模板的一个像素；
根据所述直写式光刻机当前的曝光色差分布调节所述实际使用区域的每个镜片对应所述灰度模板像素的灰度值；
读取用于曝光的携带光刻图形信息的曝光数据，并将所述曝光数据与对应的灰度模板像素的灰度值进行运算；
将运算获得的数据加载到所述数字微镜阵列，以进行显示。
2.根据权利要求1所述的控制直写式光刻机曝光的方法，其特征在于，其中，0＜W≤M,0＜D≤N，0＜GM≤(M+G)，0＜GN≤N,G为自然数。
3.根据权利要求1所述的控制直写式光刻机曝光的方法，其特征在于，所述灰度模板的每个所述像素占据n个bit，每个所述像素的灰度值为[0,2n-1]；n取值为大于0的自然数。
4.根据权利要求1所述的控制直写式光刻机曝光的方法，其特征在于，所述灰度模板大于或等于所述数字微镜阵列中最大可用区域，或者，所述灰度模板大于或等于所述数字微镜阵列中实际使用区域。
5.根据权利要求1所述的控制直写式光刻机曝光的方法，其特征在于，根据所述直写式光刻机当前的曝光色差分布调节所述数字微镜阵列中每个镜片对应所述灰度模板像素的灰度值，包括：
根据所述直写式光刻机当前的曝光色差分布，按照行或列或区域调节所述灰度模板像素的灰度值。
6.根据权利要求1所述的控制直写式光刻机曝光的方法，其特征在于，将所述曝光数据与对应的灰度模板像素的灰度值进行运算，包括：
将所述曝光数据与对应的灰度模板像素的灰度值进行与运算或者减法运算。
7.根据权利要求1所述的控制直写式光刻机曝光的方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收到重组指令，根据所述重组指令按照列或者按照行对所述灰度模板进行重组。
8.一种控制直写式光刻机曝光的装置，其特征在于，包括：
至少一个处理器；
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；
其中，所述存储器中存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述至少一个处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-7任一项所述的控制直写式光刻机曝光的方法。
9.一种光刻机，其特征在于，包括照明系统、数字微镜阵列、成像系统和权利要求8所述的控制直写式光刻机曝光的装置，其中，所述照明系统、所述数字微镜阵列和所述成像系统组成曝光光路，所述装置用于实现对所述曝光光路的曝光控制。
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