CN112596348A - 一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的系统及方法，根据不同的光刻图案，在DMD芯片生成数字掩膜图案前可直接对平行光束进行调制，通过上位机加载编程的像素化相位参数信息，而无需改变投影成像系统；另外，由于DMD生成的数字掩模图案可编程，通过上位机进行控制，可改变传统成像系统中DMD芯片所产生数字掩模图案的相位参数，在相邻像元引入π或π奇数倍的相位差，使得相邻面元投影光产生干涉相消，减小光场分布中暗区光强、增大亮区光场，从而提高成像对比度，既显著提高了投影光刻分辨率，又无需考虑DMD芯片微镜面元上无法沉积移相介质层的问题。

Description

一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的系统及方法
技术领域
本发明涉及无掩膜投影光刻领域，更具体地，涉及一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的系统及方法。
背景技术
光刻技术的发展使得集成电路中器件特征尺寸不断缩小，从微米级到亚微米级，一直到现在的纳米级。传统的光刻技术所达到的分辨率逐渐接近理论极限，随之而来的是掩模制作成本的急剧增加，工艺复杂，以及量产效率不足。近年来，基于空间光调制器(SLM)的无掩模投影光刻技术是解决传统光刻加工成本不断增加的一个潜在的技术方案，是下一代新型光刻技术研究的一个热点。例如，利用数字微反射镜器件(DMD)当作SLM来生成“数字掩模”，不仅能省去掩模板及其制作设备的成本，而且提高了光刻的灵活性和生产效率。尽管目前它还远不能代替当下主流的光刻技术，但是它在一定程度上简化传统光刻技术的复杂的工艺流程，并且成本低、效率高、灵活性好。在微纳米光刻和中小型集成电路的加工中尤为适用，并且还可以用于制作掩模。此外，无掩模投影光刻技术可采用波长为紫外光、深紫外光、甚至极紫外光，激光模式为连续、脉冲、甚至超快飞秒紫外光作为光源，具有很强的技术延伸性和工艺兼容性，更易在高度定制化的光电子学器件光刻中得到应用，具有广泛的应用前景。
为了提高无掩模投影光刻的极限分辨率，近年来常采用短波长(<400nm)相干光源、高密度小面元(d<10m)DMD芯片、大缩小比大数值孔径投影物镜等。由于DMD单个微镜面元大小有限,约为10m左右，一般基于DMD无掩模光刻都采用缩小5-10倍的缩小倍率投影，因此传统的无掩模投影光刻的极限分辨率都在1m量级。然而随着投影物镜缩小比例的增大，例如达到1/100，DMD芯片中每一个微镜像素面元在焦面上的间距约为100nm小于光学衍射极限，而单个像素面元的像尺寸无法突破光学衍射极限的限制约200nm，因此相邻像元或者多个面元必然会产生像重叠，严重降低光刻分辨率，一方面无法有效获得线宽更细的特征线条，另一方面无法增加精细线条单位面积内的密度，因此就无法进一步扩大单个芯片的信息容量及功能。
传统成像光刻工艺中，移相掩模技术常被用来提高光刻系统的分辨率，它通过在相邻透光区引入π相位差，在像的边缘部分产生干涉相消的作用，以提高像的对比度，从而提高成像分辨率。根据这一原理可知，若将移相掩模技术应用于无掩模投影光刻中，也将有效提高光刻分辨率。然而，传统移相掩模的加工需要在每一块设计的掩模图形区域沉积约一个波长、特定厚度的移相层，这对于没有实体掩模板的投影光刻系统来说，要在可编程的“数字掩模”DMD微镜面元上沉积移相介质层显然是不现实的。
在现有技术中，公开号为CN101470354A的中国发明专利，于2009年07月01日公开了一种提高数字掩模光刻的分辨率的方法，包括使该被曝光元件与该聚焦元件阵列之间沿第一方向和第二方向相对步进移动，依次曝光形成多组像素，其中每次移动的步长小于各聚焦元件所形成的光斑的直径，以使各像素点上由一个以上的光斑相互重叠而形成的光强分布中，光强大于一曝光临界值的曝光像素图案形成一个所述的像素。虽然该方案在聚焦元件的分辨率受限的情况下，能在一定程度上提高数字掩模光刻的分辨率，但是并未能解决将移相掩模技术应用于无掩模投影光刻以提高光刻分辨率时，无法在可编程的“数字掩模”DMD微镜面元上沉积移相介质层的问题，因此，急需一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的方法。
发明内容
本发明为解决将移相掩模技术应用于无掩模投影光刻以提高光刻分辨率时，无法在可编程的“数字掩模”DMD微镜面元上沉积移相介质层的问题，提供一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的系统及方法。
本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
首先，一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的系统，包括激光器、相位调制器、DMD芯片、投影物镜、上位机、光刻胶、衬底和位移台；其中：所述上位机用于控制所述相位调制器、DMD芯片、位移台；所述光刻胶涂覆于所述衬底上，所述衬底放置于所述位移台上；所述激光器产生入射平行光束，所述入射平行光束依次经过相位调制器、DMD芯片、投影物镜，其中：所述上位机用于控制所述相位调制器、DMD芯片、位移台；所述衬底上表面涂覆有光刻胶，所述衬底放置在所述位移台上；所述入射平行光束依次经过相位调制器、DMD芯片、投影物镜，其中：所述入射平行光束经过所述相位调制器调制，生成具有可编程像素化相位参数的平行光束；所述具有可编程像素化相位参数的平行光束经过所述DMD芯片，生成可编程像素化数字掩模图案；所述可编程像素化数字掩模图案经过所述投影物镜，生成缩放的像素化数字掩模图案并投影至所述光刻胶中进行曝光。
上述方案中，所述上位机应用二次开发平台编制的人机操作界面，通过控制相位调制器和DMD芯片每一个像素的驱动电压信号，实现可编程的光场信息控制；通过控制位移台运动轴的驱动电压信号，实现位移台复杂的扫描运动过程。
其次，一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的方法，包括以下步骤：S1：使用可编程的相位调制器对入射平行光束进行相位调制，生成具有可编程像素化相位参数的平行光束；S2：将所生成的具有可编程像素化相位参数的平行光束入射至DMD芯片中，并通过上位机控制DMD芯片微镜的开关，生成可编程像素化数字掩模图案；S3：使用投影物镜对所生成的可编程像素化数字掩模图案的像场进行缩放，然后将缩放后的像场投影至衬底上涂覆的光刻胶中进行曝光，最终获得分辨率提高的曝光图案。
上述方案中，对于传统无掩模投影光刻技术，像素化“数字掩模”中的微光束阵列为等相位面的，相位差为0，通过投影物镜后缩放的“数字掩模”在光刻胶中的像光场振幅干涉相加，其光场强度叠加分布，其曝光区域决定了投影光刻的分辨率。而将移相掩模技术应用于无掩模投影光刻技术，其像素化“数字掩模”的位相是可调制的，可根据不同的光刻图案控制微光束阵列为相位面分布，使相邻面元相位差为π或π奇数倍，通过投影物镜后缩放的“数字掩模”在光刻胶中的相邻像光场振幅干涉相消，其光场强度叠加分布在中心出现暗区，其曝光区域仅为加位相调制之前的一半，即减小了光场分布中暗区光强、增大了光场分布中亮区光场，提高了成像对比度，从而提高了投影光刻的分辨率。
优选地，所述步骤S1中的可编程的相位调制器中设置有一个可独立寻址和控制的像素阵列，所述像素阵列中每个像素用于对透射、反射或衍射的平行光束产生包括相位、灰度方向或开关状态的调制，并进行m×n像素的相位编码。
优选地，所述步骤S1中的入射平行光束、所生成的具有可编程像素化相位参数的平行光束以及所述步骤S2中所生成的可编程像素化数字掩模图案空间中像素点(m,n)上的光场分布均为：
Figure BDA0002840068530000041
Am,n(x-md,y-nd)代表像素点(m,n)上光场的振幅，Pm,n(x-md,y-nd)代表像素点(m,n)上光场的相位，d代表像素尺寸；其中：
所述入射平行光束，每个像素点(m,n)的振幅Am,n和相位Pm,n均相同；
所述具有可编程像素化相位参数的平行光束，每个像素点(m,n)的振幅Am,n相同，相位Pm,n信息为：
Figure BDA0002840068530000042
式中ωt和ωt+π为位相因子，ω表示光波频率，t表示沿传播方向的时间因子，其中根据设计可编程像素化数字掩模图案的需要，在特定像素点(m,n)选择情况case1或case2；
所述可编程像素化数字掩模图案，每个像素点(m,n)的归一化振幅Am,n为
Figure BDA0002840068530000043
其中根据设计可编程像素化数字掩模图案的需要，在特定像素点(m,n)对所述步骤S2中DMD芯片微镜进行“ON”或“OFF”控制，选择情况case1或case2；
每个像素点(m,n)的相位Pm,n信息为：
Figure BDA0002840068530000044
式中ωt和ωt+π为位相因子，ω表示光波频率，t表示沿传播方向的时间因子，其中根据设计可编程像素化数字掩模图案的需要，在特定像素点(m,n)选择情况case1或case2，以确保相邻像元产生的相位相差π。
上述方案中，需要生成特定的数字掩模图案时，在某些像素点处，Am,n＝0，则意味着该像素点为暗像素；在其他像素点处，Am,n＝1，则意味着该点为亮像素；投影光刻的目标是选择适当的Am,n和Pm,n，使得曝光的像素图案尽量接近所需的设计图案。
优选地，步骤S2中所生成的可编程像素化数字掩模图案具有像素化的微型光束阵列，阵列最大像素为5000×5000，阵列间距d为0.5μm-5000μm。
优选地，所述步骤S3中的投影物镜为高倍率远心镜头，其缩放比为1/0.5×-1/200×。
上述方案中，在DMD像素面元相同的情况下，为提高投影光刻的分辨率，采用较高缩放比的投影物镜，一般来说，缩放比越高，分辨率就越高。但是，相邻面元投影间距小于聚焦的光斑(其近似为圆形)的直径，由于相邻面元相位相同，曝光所形成的光斑强度就会干涉相加，因而其曝光区域的尺寸就会大于单一光斑的直径，从而所获得的光刻图像尺寸将不能小于单一光斑的直径，无法获取更加密集的线阵列光刻结构。
优选地，所述步骤S3中的衬底为半导体基片。
优选地，所述步骤S3中的衬底位于可编程控制的位移台上，所述位移台使衬底相对于投影物镜步进移动。
优选地，所述步骤S3中的光刻胶为正性光刻胶或负性光刻胶。
优选地，在正性光刻胶曝光之后，对强度为1的区域显影后进行清洗，对强度为0的区域显影后进行保留；在负性光刻胶曝光之后，对强度为1的区域显影后进行保留，对强度为0的区域显影后进行清洗。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明根据不同的光刻图案，在DMD芯片生成数字掩膜图案前可直接对平行光束进行调制，通过上位机加载编程的像素化相位参数信息，而无需改变投影成像系统；另外，由于DMD生成的数字掩模图案可编程，通过上位机进行控制，可改变传统成像系统中DMD芯片所产生数字掩模图案的相位参数，在相邻像元引入π或π奇数倍的相位差，使得相邻面元投影光产生干涉相消，减小光场分布中暗区光强、增大亮区光场，从而提高成像对比度，既显著提高了投影光刻分辨率，又无需考虑DMD芯片微镜面元上无法沉积移相介质层的问题。
附图说明
图1为本发明所述系统结构示意图；
图2为本发明所述方法流程示意图；
图3为本发明所述方法与传统无掩模投影光刻技术对比图；
图4为实施例1相邻像元相位调制前后光场强度对比图；
图5为实施例2点阵排布图形相邻点相位调制前后光场强度对比图；
图6为实施例3双线图形相邻亮像元相位调制前后光场强度对比图
图7为实施例4“L”形排线分布图形相邻亮像元相位调制前后光场强度对比图；
其中图1标号分别代表：1～激光器；2～相位调制器；3～DMD芯片；4～投影物镜；5～上位机；6～光刻胶；7～衬底；8～位移台。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的系统，包括激光器1、相位调制器2、DMD芯片3、投影物镜4、上位机5、光刻胶6、衬底7和位移台8；其中：所述上位机5用于控制所述相位调制器2、DMD芯片3、位移台8；所述光刻胶6涂覆于所述衬底7上，所述衬底7放置于所述位移台8上；所述激光器1产生入射平行光束，所述入射平行光束依次经过相位调制器2、DMD芯片3、投影物镜4，其中：所述入射平行光束经过所述相位调制器2调制，生成具有可编程像素化相位参数的平行光束；所述具有可编程像素化相位参数的平行光束经过所述DMD芯片3，生成可编程像素化数字掩模图案；所述可编程像素化数字掩模图案经过所述投影物镜4，生成缩放的像素化数字掩模图案并投影至所述光刻胶6中进行曝光。
如图2所示，一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的方法，包括以下步骤：S1：使用可编程的相位调制器对入射平行光束进行相位调制，生成具有可编程像素化相位参数的平行光束；S2：将所生成的具有可编程像素化相位参数的平行光束入射至DMD芯片中，并通过上位机控制DMD芯片微镜的开关，生成可编程像素化数字掩模图案；S3：使用投影物镜对所生成的可编程像素化数字掩模图案的像场进行缩放，然后将缩放后的像场投影至衬底上涂覆的光刻胶中进行曝光，最终获得分辨率提高的曝光图案。
上述方案中，如图3所示，对于传统无掩模投影光刻技术，像素化“数字掩模”中的微光束阵列为等相位面的，相位差为0，通过投影物镜后缩放的“数字掩模”在光刻胶中的像光场振幅干涉相加，其光场强度叠加分布，其曝光区域决定了投影光刻的分辨率。而将移相掩模技术应用于无掩模投影光刻技术，其像素化“数字掩模”的位相是可调制的，可根据不同的光刻图案控制微光束阵列为相位面分布，使相邻面元相位差为π或π奇数倍，通过投影物镜后缩放的“数字掩模”在光刻胶中的相邻像光场振幅干涉相消，其光场强度叠加分布在中心出现暗区，其曝光区域仅为加位相调制之前的一半，即减小了光场分布中暗区光强、增大了光场分布中亮区光场，提高了成像对比度，从而提高了投影光刻的分辨率。
进一步地，所述步骤S1中的可编程的相位调制器中设置有一个可独立寻址和控制的像素阵列，所述像素阵列中每个像素用于对透射、反射或衍射的平行光束产生包括相位、灰度方向或开关状态的调制，并进行m×n像素的相位编码。
进一步地，所述步骤S1中的入射平行光束、所生成的具有可编程像素化相位参数的平行光束以及所述步骤S2中所生成的可编程像素化数字掩模图案空间中像素点(m,n)上的光场分布均为：
Figure BDA0002840068530000071
Am,n(x-md,y-nd)代表像素点(m,n)上光场的振幅，Pm,n(x-md,y-nd)代表像素点(m,n)上光场的相位，d代表像素尺寸；其中：
所述入射平行光束，每个像素点(m,n)的振幅Am,n和相位Pm,n均相同；其阵列分布如下：
Figure BDA0002840068530000072
所述具有可编程像素化相位参数的平行光束，每个像素点(m,n)的振幅Am,n相同，相位Pm,n信息为：
Figure BDA0002840068530000073
式中ωt和ωt+π为位相因子，ω表示光波频率，t表示沿传播方向的时间因子，其中根据设计可编程像素化数字掩模图案的需要，在特定像素点(m,n)选择情况case1或case2；
所述可编程像素化数字掩模图案，每个像素点(m,n)的归一化振幅Am,n为
Figure BDA0002840068530000081
其中根据设计可编程像素化数字掩模图案的需要，在特定像素点(m,n)对所述步骤S2中DMD芯片微镜进行“ON”或“OFF”控制，选择情况case1或case2；
每个像素点(m,n)的相位Pm,n信息为：
Figure BDA0002840068530000082
式中ωt和ωt+π为位相因子，ω表示光波频率，t表示沿传播方向的时间因子，其中根据设计可编程像素化数字掩模图案的需要，在特定像素点(m,n)选择情况case1或case2，以确保相邻像元产生的相位相差π。
进一步地，步骤S2中所生成的可编程像素化数字掩模图案具有像素化的微型光束阵列，阵列最大像素为5000×5000，阵列间距d为0.5μm-5000μm。
进一步地，所述步骤S3中的投影物镜为高倍率远心镜头，其缩放比为1/0.5×-1/200×。
进一步地，所述步骤S3中的衬底为半导体基片。
进一步地，所述步骤S3中的衬底位于可编程控制的位移台上，所述位移台使衬底相对于投影物镜步进移动。
进一步地，所述步骤S3中的光刻胶为正性光刻胶或负性光刻胶。
进一步地，在正性光刻胶曝光之后，对强度为1的区域显影后进行清洗，对强度为0的区域显影后进行保留；在负性光刻胶曝光之后，对强度为1的区域显影后进行保留，对强度为0的区域显影后进行清洗。
实施例1
在传统无掩模投影光刻中，由DMD生成的“数字掩模”中不同像元的微型光束在传播过程中本身包含着相位信息，在投影光路系统中光程相同，因此相邻像元光场相干叠加不可分辨。而通过相位调制技术使相邻像元相位差为π，相邻两个区域的光，由原来的相加干涉变为了相消干涉。相消干涉抵消了由于原来因为衍射效应造成的但又是希望避免的光强叠加，从而提高了投影光刻的分辨率。
在本实施例中，曝光的光源是飞秒紫外光，DMD微型反射镜阵列1024×768，其上有多个反射方向可控的微型反射镜，每个微型反射镜可通过改变其反射方向以选择是否将光源照射的光束反射至光学投影装置，即进行“开”和“关”的控制，DMD单个面元尺寸13.68μm，可形成宽度d＝13.68μm左右的微型光束，而整个阵列所反射的光形成图案化的光束阵列，即“数字掩模”。光学投影系统将像素化“数字掩模”图案投射到半导体基片上的光刻胶中，缩放“数字掩模”的像场对光刻胶进行曝光。被光束曝光的区域就成了亮像素，而未被曝光的区域即为暗像素。通过对曝光剂量(曝光光强度W×曝光时间T)的控制，然后再根据不同的曝光结构和不同投影系统，曝光形成的光刻胶纳米线宽度可以从几十nm到几千μm。
在本实施例中，投影物镜系统的投影比例为：1/90×，物镜数值孔径NA＝1.45。目的是为了在保持DMD像素宽度一定的条件下，降低密集线阵列中纳米线的宽度和间距。投影到像面上的单像素强度，单点近似高斯分布，光腰处宽度FW1/e2M＝180nm，可根据衍射极限公式FWHM＝sqrt(ln2/2)×0.61λ/NA)＝104nm，计算FW1/e2M＝FWHM/sqrt(ln2/2)，根据投影缩放比例，可得两个像素点间距为d/90＝13.68μm/90＝152nm，这两个特征参数都小于衍射极限半个波长200nm。
在本实施例中，DMD生成的“数字掩模”由1024×768像素组成，其中有两个孤立的亮像素点，其他全部为暗像素点。为便于表达，将中间第512列像素定义为列序号i，将中间第384行像素定义为列序号j。因此，在阵列中心区域，第384行、第511列和513列像素打开，状态“ON”，其他像素全部关闭，状态“OFF”，其DMD生成的“数字掩模”振幅Am,n阵列分布如下：
Figure BDA0002840068530000091
对于传统的无相位调制的无掩模投影光刻来说，入射到DMD上的平面光相位相同，经过DMD之后其像素化的相位
Figure BDA0002840068530000092
参数
Figure BDA0002840068530000093
阵列分布如下：
Figure BDA0002840068530000101
对于增加相位调制的无掩模投影光刻来说，入射到DMD上的平面光经过相位调制器进行像素化相位编码，每一个像素化微型平面光源具有可编程的独立相位参数，然后再经过DMD加载“数字掩模”图案，其像素化的相位
Figure BDA0002840068530000102
参
Figure BDA0002840068530000103
数分布如下：
Figure BDA0002840068530000104
在传统无掩模投影光刻中，由DMD生成的“数字掩模”中不同像元的微型光束在传播过程中光程相同，第i-1列和第i+1列投影像的光强相位一致，因此相邻像元光场相干叠加，如图4(左图)所示，曝光图形两个点空间距离304nm其叠加在一起不可分辨。而通过相位调制技术使相邻像元第i-1列和第i+1列相位差为π，相邻两个区域的光，由原来的相加干涉变为了相消干涉。如图4(右图)所示，曝光图形两个点叠加时相消干涉抵消了由于原来因为衍射效应造成的但又是希望避免的光强叠加，从而提高了投影光刻的分辨率。
实施例2
在本实施例中，DMD生成的“数字掩模”为二维点阵分布，亮、暗像素点交叉排布,相邻亮像素中间为暗像素点。亮像素点状态“ON”，暗像素点状态“OFF”，其DMD生成的“数字掩模”振幅Am,n阵列分布如下：
Figure BDA0002840068530000111
对于传统的无相位调制的无掩模投影光刻来说，入射到DMD上的平面光相位相同，经过DMD之后其像素化的相位
Figure BDA0002840068530000112
参数
Figure BDA0002840068530000113
阵列分布如下：
Figure BDA0002840068530000114
对于增加相位调制的无掩模投影光刻来说，入射到DMD上的平面光经过相位调制器进行像素化相位编码，每一个像素化微型平面光源具有可编程的独立相位参数，然后再经过DMD加载“数字掩模”图案，其像素化的相位
Figure BDA0002840068530000115
参
Figure BDA0002840068530000116
数分布如下：
Figure BDA0002840068530000117
在传统无掩模投影光刻中，由DMD生成的点阵排列的“数字掩模”中相邻亮像元的光束在传播过程中光程相同，因此相邻像元光场相干叠加，如图5(左图)所示，曝光图形中每一个阵列点叠加在一起不可分辨。而通过相位调制技术使空间任意相邻两个亮像元的相位差为π，这两个相邻区域的光束在焦面的像由原来的相加干涉变为了相消干涉。如图5(右图)所示，曝光图形中任意相邻两个点叠加时相消干涉抵消了由于原来因为衍射效应造成的但又是希望避免的光强叠加，从而提高了投影光刻的分辨率。
实施例3
在本实施例中，DMD生成的“数字掩模”为双线图案，两个亮像素线阵列，其他全部为暗像素点，通过光场强度分布结果来模拟投影光刻的极限分辨率，即光刻图形中密集线阵列的线宽及线间距。同样为便于表达，将中间第512列像素定义为列序号i，将中间第384行像素定义为列序号j。因此，在阵列中心区域，第384行、385行像素全部打开，状态“ON”，其他像素全部关闭，状态“OFF”，其DMD生成的“数字掩模”双线阵列的像场光振幅Am,n阵列分布如下：
Figure BDA0002840068530000121
依次加载4种不同的“数字掩模”图案，使第j行和j+2行像素、第j行和j+3行像素、第j行和j+4行像素全部打开，状态“ON”。
对于传统的无相位调制的无掩模投影光刻来说，入射到DMD上的平面光相位相同，经过DMD之后其像素化的相位
Figure BDA0002840068530000122
参数
Figure BDA0002840068530000123
阵列分布如下：
Figure BDA0002840068530000124
对于增加相位调制的无掩模投影光刻来说，入射到DMD上的平面光经过相位调制器进行像素化相位编码，每一个像素化微型平面光源具有可编程的独立相位参数，然后再经过DMD加载“数字掩模”图案，其像素化的相位
Figure BDA0002840068530000125
参
Figure BDA0002840068530000126
数分布如下：
Figure BDA0002840068530000131
依次对不同的“数字掩模”图案加载相位调制信息，使第j行和j+2行像素、第j行和j+3行像素、第j行和j+4行像素相差180度相位。其“数字掩模”两条线图案的像场光强度信息如图6所示，总结如下：
无移相掩模情况：
1)第j和j+2相邻两个点(间距152nm)强度分不开；
2)第j和j+3相邻两个点(间距152nm)强度又可分开，中间强度不为零；
3)第j和j+4相邻两个点(间距152nm)强度又可分开，中间强度为零；
半波长移相掩模情况：
1)j和j+2相邻两个点(间距152nm)强度分可分开，中间强度为零；
2)j和j+3相邻两个点(间距152nm)强度又可分开，中间强度为零；
3)j和j+4相邻两个点(间距152nm)强度又可分开，中间强度为零；
在本实施例中，传统无掩模投影光刻，由DMD生成的“数字掩模”中当密集线阵列间距为3个像素时，由光场相干叠加使曝光图形叠加在一起不可分辨。而基于相位调制无掩模投影光刻，由于相邻像元引入相差为π，相邻两个线阵列的曝光光场，因相消干涉避免的光强叠加，即使密集线阵列间距为1个像素，曝光光场仍然是可分辨的，因此该方法可显著提高了无掩模投影光刻的分辨率。
实施例4
在本实施例中，DMD生成的“数字掩模”为‘L’形排线分布，横竖共5排，相邻亮像素中间为暗像素点。亮像素点状态“ON”，暗像素点状态“OFF”，其DMD生成的“数字掩模”振幅Am,n阵列局部分布如下：
Figure BDA0002840068530000141
对于传统的无相位调制的无掩模投影光刻来说，入射到DMD上的平面光相位相同，经过DMD之后其像素化的相位
Figure BDA0002840068530000142
参数
Figure BDA0002840068530000143
阵列分布如下：
Figure BDA0002840068530000144
对于增加相位调制的无掩模投影光刻来说，入射到DMD上的平面光经过相位调制器进行像素化相位编码，每一个像素化微型平面光源具有可编程的独立相位参数，然后再经过DMD加载“数字掩模”图案，其像素化的相位
Figure BDA0002840068530000145
参
Figure BDA0002840068530000146
数分布如下：
Figure BDA0002840068530000147
在传统无掩模投影光刻中，由DMD生成“L”形“数字掩模”中相邻亮像元的光束在传播过程中光程相同，因此相邻像元光场相干叠加，如图7(左图)所示，曝光图形中相邻线条叠加在一起不可分辨。而通过相位调制技术使相邻两条线中的亮像元相位差为π，则焦面上的像由原来的相加干涉变为了相消干涉。如图7(右图)所示，曝光图形中任意相邻两线条是清晰可分辨的。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的系统，其特征在于，包括激光器、相位调制器、DMD芯片、投影物镜、上位机、光刻胶、衬底和位移台；其中：
所述上位机用于控制所述相位调制器、DMD芯片、位移台；
所述光刻胶涂覆于所述衬底上，所述衬底放置于所述位移台上；
所述激光器产生入射平行光束，所述入射平行光束依次经过相位调制器、DMD芯片、投影物镜，其中：
所述入射平行光束经过所述相位调制器调制，生成具有可编程像素化相位参数的平行光束；
所述具有可编程像素化相位参数的平行光束经过所述DMD芯片，生成可编程像素化数字掩模图案；
所述可编程像素化数字掩模图案经过所述投影物镜，生成缩放的像素化数字掩模图案并投影至所述光刻胶中进行曝光。
2.一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：使用可编程的相位调制器对入射平行光束进行相位调制，生成具有可编程像素化相位参数的平行光束；
S2：将所生成的具有可编程像素化相位参数的平行光束入射至DMD芯片中，并通过上位机控制DMD芯片微镜的开关，生成可编程像素化数字掩模图案；
S3：使用投影物镜对所生成的可编程像素化数字掩模图案的像场进行缩放，将缩放后的像场投影至衬底上涂覆的光刻胶中进行曝光，最终获得分辨率提高的曝光图案。
3.根据权利要求2所述的一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的方法，其特征在于，所述步骤S1中的可编程的相位调制器中设置有一个可独立寻址和控制的像素阵列，所述像素阵列中每个像素对透射、反射或衍射的平行光束产生包括相位、灰度方向或开关状态的调制，并进行m×n像素的相位编码。
4.根据权利要求2所述的一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的方法，其特征在于，所述步骤S1中的入射平行光束、所生成的具有可编程像素化相位参数的平行光束以及所述步骤S2中所生成的可编程像素化数字掩模图案空间中像素点(m,n)上的光场分布均为：
Figure FDA0002840068520000021
Am,n(x-md,y-nd)代表像素点(m,n)上光场的振幅，Pm,n(x-md,y-nd)代表像素点(m,n)上光场的相位，d代表像素尺寸；其中：
所述入射平行光束，每个像素点(m,n)的振幅Am,n和相位Pm,n均相同；
所述具有可编程像素化相位参数的平行光束，每个像素点(m,n)的振幅Am,n相同，相位Pm,n信息为：
Figure FDA0002840068520000022
式中ωt和ωt+π为位相因子，ω表示光波频率，t表示沿传播方向的时间因子，其中根据设计可编程像素化数字掩模图案的需要，在特定像素点(m,n)选择情况case1或case2；
所述可编程像素化数字掩模图案，每个像素点(m,n)的归一化振幅Am,n为
Figure FDA0002840068520000023
其中根据设计可编程像素化数字掩模图案的需要，在特定像素点(m,n)对所述步骤S2中DMD芯片微镜进行“ON”或“OFF”控制，选择情况case1或case2；
每个像素点(m,n)的相位Pm,n信息为：
Figure FDA0002840068520000024
式中ωt和ωt+π为位相因子，ω表示光波频率，t表示沿传播方向的时间因子，其中根据设计可编程像素化数字掩模图案的需要，在特定像素点(m,n)选择情况case1或case2，以确保相邻像元产生的相位相差π。
5.根据权利要求2所述的一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的方法，其特征在于，步骤S2中所生成的可编程像素化数字掩模图案具有像素化的微型光束阵列，阵列最大像素为5000×5000，阵列间距d为0.5μm-5000μm。
6.根据权利要求2所述的一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的方法，其特征在于，所述步骤S3中的投影物镜为高倍率远心镜头，其缩放比为1/0.5×-1/200×。
7.根据权利要求2所述的一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的方法，其特征在于，所述步骤S3中的衬底为半导体基片。
8.根据权利要求2所述的一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的方法，其特征在于，所述步骤S3中的衬底位于可编程控制的位移台上，所述位移台使衬底相对于投影物镜步进移动。
9.根据权利要求2所述的一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的方法，其特征在于，所述步骤S3中的光刻胶为正性光刻胶或负性光刻胶。
10.根据权利要求9所述的一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的方法，其特征在于，在正性光刻胶曝光之后，对强度为1的区域显影后进行清洗，对强度为0的区域显影后进行保留；在负性光刻胶曝光之后，对强度为1的区域显影后进行保留，对强度为0的区域显影后进行清洗。
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