CN116819903A - 一种直写式光刻机的曝光及图形补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及直写式光刻机，具体涉及一种直写式光刻机的曝光及图形补偿方法，位置移动模块以设定速度驱动平台移动，并将平台位置信号发送至同步驱动模块；同步驱动模块对平台位置信号处理转换为差分位置信号，并将差分位置信号发送至曝光控制模块；曝光控制模块对差分位置信号处理转换为同步控制信号，并将同步控制信号发送至图形切换模块、激光控制模块；图形切换模块基于同步控制信号确定图形切换周期，并按照图形切换周期完成图形切换，激光控制模块确定图形切换后激光器同步开启的持续时间，结合图形切换周期确定脉冲信号的占空比，并通过脉冲信号控制激光器；本发明提供的技术方案能够有效克服光刻图形质量较低、光刻图形容易失真的缺陷。

Description

一种直写式光刻机的曝光及图形补偿方法

技术领域

本发明涉及直写式光刻机，具体涉及一种直写式光刻机的曝光及图形补偿方法。

背景技术

直写式光刻技术是在感光材料(多为光刻胶)的表面印刷光刻图形的技术。直写式光刻机将曝光光源照射至空间光调制器(Spatial Light Modulator)，通过小镜片反射及物镜缩放，投影至曝光载台上的基底表面，并与基底上的感光材料发生反应，从而将需要曝光的光刻图形转移至基底。

无掩膜光刻能够有效降低光刻系统的复杂度(无需掩膜台、掩膜传输，框架结构简单)和掩膜的加工、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膜光刻技术因其具有灵活性高、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)和微机电系统(MEMS)。

现有的大部分直写式光刻机在曝光的过程中，激光器始终处于开启状态，这就导致光刻图形保持和切换期间，持续有光束照射到基板上，导致曝光的图形产生偏移、模糊，即形成“拖影”，同时还可能因过度曝光而使得图形边缘异常，难以满足光刻图形高质量的要求。此外，因空间光调制器的光学畸变还会导致出现光刻图形失真的情况。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种直写式光刻机的曝光及图形补偿方法，能够有效克服现有技术所存在的光刻图形质量较低、光刻图形容易失真的缺陷。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种直写式光刻机的曝光及图形补偿方法，包括以下步骤：

S1、位置移动模块以设定速度驱动平台移动，并将平台位置信号发送至同步驱动模块；

S2、同步驱动模块对平台位置信号处理转换为差分位置信号，并将差分位置信号发送至曝光控制模块；

S3、曝光控制模块对差分位置信号处理转换为同步控制信号，并将同步控制信号发送至图形切换模块、激光控制模块；

S4、图形切换模块基于同步控制信号确定图形切换周期，并按照图形切换周期完成图形切换，激光控制模块确定图形切换后激光器同步开启的持续时间，结合图形切换周期确定脉冲信号的占空比，并通过脉冲信号控制激光器；

S5、获取初始空间光调制器数据并进行模糊处理与投影处理，得到处理空间光调制器数据；

S6、基于处理空间光调制器数据采用曝光光源进行仿真，得到成像数据和第一场数据；

S7、基于处理空间光调制器数据采用伴随光源进行仿真，得到第二场数据；

S8、计算成像数据与预期成像数据之间的成像误差，并基于第一场数据和第二场数据计算成像误差相对于初始空间光调制器数据的梯度矩阵；

S9、基于梯度矩阵对初始空间光调制器数据进行更新，并利用更新后的初始空间光调制器数据输出补偿图形。

优选地，S4中图形切换模块基于同步控制信号确定图形切换周期，包括：

采用下式确定图形切换周期：

其中，T为图形切换周期，m为扫描倍数，a为光栅尺精度，v为设定速度。

优选地，S4中激光控制模块确定图形切换后激光器同步开启的持续时间，结合图形切换周期确定脉冲信号的占空比，包括：

采用下式确定图形切换后激光器同步开启的持续时间：

其中，t为图形切换后激光器同步开启的持续时间，E为曝光能量，P为激光器功率；

采用下式确定脉冲信号的占空比：

其中，η为脉冲信号的占空比。

优选地，S5中获取初始空间光调制器数据并进行模糊处理与投影处理，得到处理空间光调制器数据，包括：

基于预期成像图形获取初始空间光调制器数据及预期成像数据，对初始空间光调制器数据进行模糊处理与投影处理，得到处理空间光调制器数据。

优选地，所述对初始空间光调制器数据进行模糊处理，包括：

对初始空间光调制器数据进行模糊处理采用下式表示：

其中，d’(g)为模糊处理空间光调制器数据，d(g)为初始空间光调制器数据，Q(g,g')＝max{0,r'-||g-g'||}，g为基于当前空间光调制器数据制造光场中任意点的坐标，/>表示在坐标点g处遍历当前空间光调制器数据中所有坐标点g’进行求和，r’为模糊半径。

优选地，所述对初始空间光调制器数据进行投影处理，包括：

对初始空间光调制器数据进行投影处理采用下式表示：

其中，d”(g)为投影后的模糊处理空间光调制器数据，即处理空间光调制器数据，d’(g)为模糊处理空间光调制器数据，ε为二值化阈值，a为二值化参数。

优选地，S8中计算成像数据与预期成像数据之间的成像误差，包括：

采用下式计算成像数据与预期成像数据之间的成像误差：

其中，e为成像误差，D’(x,y)为处理空间光调制器数据在曝光光源下对应的成像数据，D(x,y)为预期成像数据，(x,y)为成像数据中的坐标，m、n分别为成像数据对应x、y方向上的采样点数。

优选地，S8中基于第一场数据和第二场数据计算成像误差相对于初始空间光调制器数据的梯度矩阵，包括：

采用下式计算成像误差相对于初始空间光调制器数据的梯度矩阵：

其中，H(g)为梯度矩阵，n(g)为当前空间光调制器中的折射率分布，D₁为第一场数据，D₂为第二场数据。

优选地，S9中基于梯度矩阵对初始空间光调制器数据进行更新，包括：

采用下式对初始空间光调制器数据进行更新：

d_r(g)＝d(g)+k*H(g)

其中，d_r(g)为更新后的初始空间光调制器数据，d(g)为初始空间光调制器数据，k为预先设定优化步长。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明所提供的一种直写式光刻机的曝光及图形补偿方法，具有以下有益效果：

1)位置移动模块以设定速度驱动平台移动，并将平台位置信号发送至同步驱动模块，同步驱动模块对平台位置信号处理转换为差分位置信号，并将差分位置信号发送至曝光控制模块，曝光控制模块对差分位置信号处理转换为同步控制信号，并将同步控制信号发送至图形切换模块、激光控制模块，图形切换模块基于同步控制信号确定图形切换周期，并按照图形切换周期完成图形切换，激光控制模块确定图形切换后激光器同步开启的持续时间，结合图形切换周期确定脉冲信号的占空比，并通过脉冲信号控制激光器，根据图形切换周期设置脉冲信号的占空比，从而能够控制激光器在图形切换过程中合适地进行开启、关闭动作，有效避免因曝光时间较长而导致光刻图形质量下降的情况出现，满足光刻图形高质量的要求；

2)获取初始空间光调制器数据并进行模糊处理与投影处理，得到处理空间光调制器数据，基于处理空间光调制器数据采用曝光光源进行仿真，得到成像数据和第一场数据，基于处理空间光调制器数据采用伴随光源进行仿真，得到第二场数据，计算成像数据与预期成像数据之间的成像误差，并基于第一场数据和第二场数据计算成像误差相对于初始空间光调制器数据的梯度矩阵，基于梯度矩阵对初始空间光调制器数据进行更新，并利用更新后的初始空间光调制器数据输出补偿图形，从而能够避免出现因空间光调制器的光学畸变导致光刻图形失真的情况，形成对光刻图形的有效补偿。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明中对直写式光刻机进行曝光控制的信号流向图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种直写式光刻机的曝光及图形补偿方法，如图1和图2所示，①位置移动模块以设定速度驱动平台移动，并将平台位置信号发送至同步驱动模块。

②同步驱动模块对平台位置信号处理转换为差分位置信号，并将差分位置信号发送至曝光控制模块。

③曝光控制模块对差分位置信号处理转换为同步控制信号，并将同步控制信号发送至图形切换模块、激光控制模块。

④图形切换模块基于同步控制信号确定图形切换周期，并按照图形切换周期完成图形切换，激光控制模块确定图形切换后激光器同步开启的持续时间，结合图形切换周期确定脉冲信号的占空比，并通过脉冲信号控制激光器。

1)图形切换模块基于同步控制信号确定图形切换周期，包括：

采用下式确定图形切换周期：

其中，T为图形切换周期，m为扫描倍数，a为光栅尺精度，v为设定速度。

2)激光控制模块确定图形切换后激光器同步开启的持续时间，结合图形切换周期确定脉冲信号的占空比，包括：

采用下式确定图形切换后激光器同步开启的持续时间：

其中，t为图形切换后激光器同步开启的持续时间，E为曝光能量，P为激光器功率；

采用下式确定脉冲信号的占空比：

其中，η为脉冲信号的占空比。

上述技术方案，根据图形切换周期设置脉冲信号的占空比，从而能够控制激光器在图形切换过程中合适地进行开启、关闭动作，有效避免因曝光时间较长而导致光刻图形质量下降的情况出现，满足光刻图形高质量的要求。

如图1所示，⑤获取初始空间光调制器数据并进行模糊处理与投影处理，得到处理空间光调制器数据，具体包括：

基于预期成像图形获取初始空间光调制器数据及预期成像数据，对初始空间光调制器数据进行模糊处理与投影处理，得到处理空间光调制器数据。

1)对初始空间光调制器数据进行模糊处理，包括：

对初始空间光调制器数据进行模糊处理采用下式表示：

其中，d’(g)为模糊处理空间光调制器数据，d(g)为初始空间光调制器数据，Q(g,g')＝max{0,r'-||g-g'||}，g为基于当前空间光调制器数据制造光场中任意点的坐标，/>表示在坐标点g处遍历当前空间光调制器数据中所有坐标点g’进行求和，r’为模糊半径。

2)对初始空间光调制器数据进行投影处理，包括：

对初始空间光调制器数据进行投影处理采用下式表示：

其中，d”(g)为投影后的模糊处理空间光调制器数据，即处理空间光调制器数据，d’(g)为模糊处理空间光调制器数据，ε为二值化阈值，a为二值化参数。

本申请技术方案中，对初始空间光调制器数据进行模糊处理与投影处理，能够得到满足实际物理模型的处理空间光调制器数据，确保后续能够利用曝光光源、伴随光源进行有效仿真，获取成像数据、第一场数据和第二场数据。

⑥基于处理空间光调制器数据采用曝光光源进行仿真，得到成像数据和第一场数据。

⑦基于处理空间光调制器数据采用伴随光源进行仿真，得到第二场数据。

本申请技术方案中，第一场数据为基于处理空间光调制器数据采用曝光光源进行仿真时所制造光场的属性分布数据；第二场数据为基于处理空间光调制器数据采用伴随光源进行仿真时所制造光场的属性分布数据。

⑧计算成像数据与预期成像数据之间的成像误差，并基于第一场数据和第二场数据计算成像误差相对于初始空间光调制器数据的梯度矩阵。

1)计算成像数据与预期成像数据之间的成像误差，包括：

采用下式计算成像数据与预期成像数据之间的成像误差：

其中，e为成像误差，D’(x,y)为处理空间光调制器数据在曝光光源下对应的成像数据，D(x,y)为预期成像数据，(x,y)为成像数据中的坐标，m、n分别为成像数据对应x、y方向上的采样点数。

2)基于第一场数据和第二场数据计算成像误差相对于初始空间光调制器数据的梯度矩阵，包括：

采用下式计算成像误差相对于初始空间光调制器数据的梯度矩阵：

其中，H(g)为梯度矩阵，n(g)为当前空间光调制器中的折射率分布，D₁为第一场数据，D₂为第二场数据。

⑨基于梯度矩阵对初始空间光调制器数据进行更新，并利用更新后的初始空间光调制器数据输出补偿图形。

具体地，基于梯度矩阵对初始空间光调制器数据进行更新，包括：

采用下式对初始空间光调制器数据进行更新：

d_r(g)＝d(g)+k*H(g)

其中，d_r(g)为更新后的初始空间光调制器数据，d(g)为初始空间光调制器数据，k为预先设定优化步长。

上述技术方案，获取初始空间光调制器数据并进行模糊处理与投影处理，得到处理空间光调制器数据，基于处理空间光调制器数据采用曝光光源进行仿真，得到成像数据和第一场数据，基于处理空间光调制器数据采用伴随光源进行仿真，得到第二场数据，计算成像数据与预期成像数据之间的成像误差，并基于第一场数据和第二场数据计算成像误差相对于初始空间光调制器数据的梯度矩阵，基于梯度矩阵对初始空间光调制器数据进行更新，并利用更新后的初始空间光调制器数据输出补偿图形，从而能够避免出现因空间光调制器的光学畸变导致光刻图形失真的情况，形成对光刻图形的有效补偿。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种直写式光刻机的曝光及图形补偿方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、位置移动模块以设定速度驱动平台移动，并将平台位置信号发送至同步驱动模块；

S2、同步驱动模块对平台位置信号处理转换为差分位置信号，并将差分位置信号发送至曝光控制模块；

S3、曝光控制模块对差分位置信号处理转换为同步控制信号，并将同步控制信号发送至图形切换模块、激光控制模块；

S4、图形切换模块基于同步控制信号确定图形切换周期，并按照图形切换周期完成图形切换，激光控制模块确定图形切换后激光器同步开启的持续时间，结合图形切换周期确定脉冲信号的占空比，并通过脉冲信号控制激光器；

S5、获取初始空间光调制器数据并进行模糊处理与投影处理，得到处理空间光调制器数据；

S6、基于处理空间光调制器数据采用曝光光源进行仿真，得到成像数据和第一场数据；

S7、基于处理空间光调制器数据采用伴随光源进行仿真，得到第二场数据；

S8、计算成像数据与预期成像数据之间的成像误差，并基于第一场数据和第二场数据计算成像误差相对于初始空间光调制器数据的梯度矩阵；

S9、基于梯度矩阵对初始空间光调制器数据进行更新，并利用更新后的初始空间光调制器数据输出补偿图形。

2.根据权利要求1所述的直写式光刻机的曝光及图形补偿方法，其特征在于：S4中图形切换模块基于同步控制信号确定图形切换周期，包括：

采用下式确定图形切换周期：

其中，T为图形切换周期，m为扫描倍数，a为光栅尺精度，v为设定速度。

3.根据权利要求2所述的直写式光刻机的曝光及图形补偿方法，其特征在于：S4中激光控制模块确定图形切换后激光器同步开启的持续时间，结合图形切换周期确定脉冲信号的占空比，包括：

采用下式确定图形切换后激光器同步开启的持续时间：

其中，t为图形切换后激光器同步开启的持续时间，E为曝光能量，P为激光器功率；

采用下式确定脉冲信号的占空比：

其中，η为脉冲信号的占空比。

4.根据权利要求1所述的直写式光刻机的曝光及图形补偿方法，其特征在于：S5中获取初始空间光调制器数据并进行模糊处理与投影处理，得到处理空间光调制器数据，包括：

基于预期成像图形获取初始空间光调制器数据及预期成像数据，对初始空间光调制器数据进行模糊处理与投影处理，得到处理空间光调制器数据。

5.根据权利要求4所述的直写式光刻机的曝光及图形补偿方法，其特征在于：所述对初始空间光调制器数据进行模糊处理，包括：

对初始空间光调制器数据进行模糊处理采用下式表示：

其中，d’(g)为模糊处理空间光调制器数据，d(g)为初始空间光调制器数据，Q(g,g')＝max{0,r'-||g-g'||}，g为基于当前空间光调制器数据制造光场中任意点的坐标，/>表示在坐标点g处遍历当前空间光调制器数据中所有坐标点g’进行求和，r’为模糊半径。

6.根据权利要求5所述的直写式光刻机的曝光及图形补偿方法，其特征在于：所述对初始空间光调制器数据进行投影处理，包括：

对初始空间光调制器数据进行投影处理采用下式表示：

其中，d”(g)为投影后的模糊处理空间光调制器数据，即处理空间光调制器数据，d’(g)为模糊处理空间光调制器数据，ε为二值化阈值，a为二值化参数。

7.根据权利要求1所述的直写式光刻机的曝光及图形补偿方法，其特征在于：S8中计算成像数据与预期成像数据之间的成像误差，包括：

采用下式计算成像数据与预期成像数据之间的成像误差：

其中，e为成像误差，D’(x,y)为处理空间光调制器数据在曝光光源下对应的成像数据，D(x,y)为预期成像数据，(x,y)为成像数据中的坐标，m、n分别为成像数据对应x、y方向上的采样点数。

8.根据权利要求7所述的直写式光刻机的曝光及图形补偿方法，其特征在于：S8中基于第一场数据和第二场数据计算成像误差相对于初始空间光调制器数据的梯度矩阵，包括：

采用下式计算成像误差相对于初始空间光调制器数据的梯度矩阵：

其中，H(g)为梯度矩阵，n(g)为当前空间光调制器中的折射率分布，D₁为第一场数据，D₂为第二场数据。

9.根据权利要求8所述的直写式光刻机的曝光及图形补偿方法，其特征在于：S9中基于梯度矩阵对初始空间光调制器数据进行更新，包括：

采用下式对初始空间光调制器数据进行更新：

d_r(g)＝d(g)+k*H(g)

其中，d_r(g)为更新后的初始空间光调制器数据，d(g)为初始空间光调制器数据，k为预先设定优化步长。