CN117192913A - 一种基于三维移动曝光提高光刻分辨率的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及DMD器件成像曝光技术领域，尤其涉及一种基于三维移动曝光提高光刻分辨率的系统及方法，通过光刻中三维移动平台的纳米级距离的反复微移动填补DMD像素间隙，从而消减DMD像素量化误差，实现提高曝光图形轮廓的边缘平滑度，提高分辨率，并且通过三维移动平台不同的移动距离和不同的移动路线达到不同程度的优化结果。与子图叠加光刻相比，整个过程更加便捷灵活，与普通的非子图叠加光刻相比，曝光后图形轮廓的边缘光滑度要更加平滑。
Description
技术领域
本发明涉及DMD器件成像曝光技术领域，尤其涉及一种基于三维移动曝光提高光刻分辨率的系统及方法。
背景技术
光刻技术是利用光化学反应原理和化学、物理刻蚀方法将掩模板上的图案传递到晶圆的工艺技术。近年来，光刻技术进步迅速，其光学器件的特征尺寸也不断减小，芯片的性能和集成度也不断提高。在经历了接触/接近、等倍投影、缩小步进投影、步进扫描投影等曝光方式的变革后的光刻技术的技术节点从1978年的1.5微米、1微米、0.5微米、90纳米、45纳米，一直到如今的22纳米。但仍有很多问题没有解决，如效率底下，灵活度差，工艺过程复杂，时间成本高等。
基于DMD数字光刻技术具有低成本，高效率，轻量化等特点，广受国内外学者关注。然而，DMD数字光刻技术在生成动态掩膜图的过程中会产生一个非整数像素误差，称之为DMD像素量化误差，导致光刻后的图形的轮廓边缘会出现锯齿结构。为解决上诉问题，国内外学者进行了相关的科研工作，韩国首尔庆和大学K Kim等提出一种子图错位叠加曝光方式，在保持紫外线曝光面积的同时，采用振荡技术提高了平版印刷分辨率，由于像素之间的间隙被重叠图案填充，微结构的表面粗糙度得到了改善，但是平滑的表面粗糙度有限。南昌航空大学高益庆等通过设计掩模的特征尺寸为DMD像素的整数倍来降低DMD像素误差，但该方法受限于微结构切片层的设计和处理，使得加工的灵活度下降。东北师范大学刘华和郭书平等提出了基于时空协同曝光技术，该技术通过子图的不断重叠填充，使得曝光图案的平滑度提高，但是需要制作大量子图并且过程繁琐，效率低下。可见现有的提高光刻分辨率的技术很难满足目前在高精系统中的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于三维移动曝光提高光刻分辨率的系统及方法，以解决DMD数字光刻技术导致光刻后的图形的轮廓边缘会出现锯齿结构，影响分辨率的问题。
基于上述目的，本发明提供了一种基于三维移动曝光提高光刻分辨率的系统，包括紫外线光源、均光准直元件、DMD芯片、反射镜、投影物镜和三维移动平台，其中，紫外线光源用于提供紫外线光线；
所述均光准直元件用于将紫外线光线处理为均匀光束，打到DMD芯片上；
所述DMD芯片用于将均匀光束反射到反射镜；
所述反射镜用于将均匀光束投射入投影物镜中；
所述投影物镜用于将均匀光束聚焦至三维移动平台；
所述三维移动平台用于放置待光刻的工件，通过不间断的来回反复移动，对曝光图形的边缘进行不同程度的优化。
优选地，三维移动平台来回反复移动的路线由计算终端控制，控制过程包括：
确定三维移动平台移动位置；
确定工序数为N-1，将一个像素的长度平均分为N份，每份距离为n；
确定三维移动步长，设曝光在第m个工序中，x轴的步长为Lx＝mn，y轴的步长为Ly＝mn；
确定曝光时间，设不经过三维移动的图案最佳曝光时间为T，则三维移动曝光在相同步长反复移动的时间为t，t＝T/(N-1)；
在光刻过程的每个工序中，将三维平台的X，Y轴同时分别向左和上方向移动(N-1)n,再回到初始点，重复该过程，时长为t。
优选地，三维移动平台为压电纳米移动平台。
优选地，紫外线光源为405纳米紫外光源。
本发明还提供一种基于三维移动曝光提高光刻分辨率的方法，包括以下步骤：
将DMD光刻系统调试到使紫外光源能够通过DMD光刻系统内的均光准直元件，并依次经过DMD芯片、反射镜和投影物镜，将所需曝光图形精准曝光在三维移动平台上；
将待光刻的工件放置在三维移动平台的精准曝光位置，开启三维移动平台并在光刻过程中，DMD芯片同步三维移动平台工作，使曝光图案在三维移动平台上进行不间断的来回反复移动，通过控制三维移动平台的移动路线，对对曝光图形的边缘进行不同程度的优化。
优选地，控制三维移动平台的移动路线，包括：
确定三维移动平台移动位置；
确定工序，将一个像素的长度平均分为N份，每份距离为n；
确定三维移动步长，设曝光在第m个过程中，x轴的步长为Lx＝mn，y轴的步长为Ly＝mn；
确定曝光时间，设不经过三维移动的图案最佳曝光时间为T，则三维移动曝光在相同步长反复移动的时间为t，t＝T/(N-1)；
在光刻过程的每个工序中，将三维平台的X，Y轴同时分别向左和上方向移动(N-1)n,再回到初始点，重复该过程，时长为t。
优选地，确定三维移动平台移动位置包括使曝光图形的X，Y轴与三维移动平台的X，Y轴平行。
优选地，一个像素的长度为7.56微米。
本发明的有益效果：本发明将三维移动平台与DMD协同工作，产生一种基于三维移动曝光提高光刻分辨率的系统及方法，该系统和方法无需提高投影物镜的倍率，过程简单，通过光刻中三维移动平台的纳米级距离的反复微移动填补DMD像素间隙，从而消减DMD像素量化误差，实现提高曝光图形轮廓的边缘平滑度，提高分辨率，并且通过三维移动平台不同的移动距离和不同的移动路线达到不同程度的优化结果。与子图叠加光刻相比，整个过程更加便捷灵活，与普通的非子图叠加光刻相比，曝光后图形轮廓的边缘光滑度要更加平滑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，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为本发明实施例的基于三维移动曝光提高光刻分辨率的系统示意图；
图2为本发明实施例的基于三维移动曝光技术的示意图；
图3为本发明实施例的经过基于三维移动曝光技术前后的光刻效果对比图。
图中标记为：
1、紫外线光源；2、均光准直元件；3、DMD芯片；4、反射镜；5、三维移动平台；6、DMD控制器；7、计算终端。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如图1所示，本说明书实施例提供一种基于三维移动曝光提高光刻分辨率的系统，包括紫外线光源1、均光准直元件2、DMD芯片3、反射镜4、投影物镜和三维移动平台5，其中，紫外线光源1用于提供紫外线光线；
所述均光准直元件2用于将紫外线光线处理为均匀光束，打到DMD芯片3上；
所述DMD芯片3用于将均匀光束反射到反射镜4；
所述反射镜4用于将均匀光束投射入投影物镜中；
所述投影物镜用于将均匀光束聚焦至三维移动平台5；
所述三维移动平台5用于放置待光刻的工件，通过不间断的来回反复移动，对曝光图形的边缘进行不同程度的优化。
举例来说，DMD芯片3由DMD控制器6进行控制，三维移动平台5由计算终端7进行控制。
作为一种实施方式，三维移动平台5为压电纳米移动平台。
作为一种实施方式，紫外线光源1为405纳米紫外光源，本光源体积小，寿命长，能耗低，并且具有较强的穿透力。
本说明书实施例还提供一种基于三维移动曝光提高光刻分辨率的方法，包括以下步骤：
调试DMD光刻系统，启动紫外线光源1，产生紫外线光线，均光准直元件2将紫外线光线处理为均匀光束，打到DMD芯片3上，DMD芯片3将均匀光束反射到反射镜4，反射镜4再将均匀光速投射入投影物镜中，最后，投影物镜将均匀光束聚焦至三维移动平台5，开启紫外线光源1，通过旋转升降台与三维移动平台5，找到精准的曝光位置；
在计算机上制作曝光图案，将图案导入DMD芯片3；
将洁净的载玻片放在匀胶机上，使用微量移液器在硅基底上滴入适量光刻树脂，设定好匀胶机的转速和时间，进行匀胶；
将制作好的工件放置三维移动平台5上的精准曝光位置，同时开启三维移动平台5和光源，并在光刻过程中，DMD芯片3同步三维移动平台5工作，使曝光图案在三位移动平台上进行不间断的来回反复移动，通过计算机控制三维移动平台5的移动路线，有效的对曝光图形的边缘进行不同程度的优化；
其中，所述控制三位移动平台的移动路线，包括：
步骤1，确定三维移动平台5移动位置；
步骤2，确定工序数为N-1，把一个像素的长度平均分为N份，每份距离为n；
步骤3，确定三维移动步长，设曝光在第m个工序中，x轴的步长为Lx,y轴的步长为Ly；
Lx＝mn
Ly＝mn；
具体来说，本工艺分为N-1个过程，每个过程中三维移动平台5的位移步长都有不同，第m个过程指对三维移动平台5设定的第m次循环运动。
步骤4，确定曝光时间，设不经过三维移动的图案最佳曝光时间为T，则三维移动曝光在相同步长反复移动的时间为t：
t＝T/(N-1)
步骤5，在光刻过程中，将三维平台的X，Y轴同时分别向左和上方向移动1n,再回到初始点，重复这个过程，时长为t，继续将三维平台的X，Y轴同时分别向左和上方向移动2n，再回到初始点，重复这个过程，时长为t；……；继续将三维平台的X，Y轴同时分别向左和上方向移动(N-1)n,再回到初始点，重复这个过程，时长为t，如图2所示。
优选的，所述确定三维移动平台5移动位置是使曝光图形的X，Y轴与三维移动平台5的X，Y轴平行。
优选的，所述三维移动平台5为压电纳米移动平台，本纳米移动平台精度较高，并且可利用计算机对压电陶瓷平台进行编程，自由控制纳米移动平台的三个维度的精密移动。
优选的，所述一个像素的长度为7.56微米。
综上所述，参数N与其他具体参数关系如表1所示：
表1
通过上述方法，光刻中三维移动平台的纳米级距离的反复微移动填补DMD像素间隙，从而消减DMD像素量化误差，使曝光图形轮廓的边缘更加平滑，从而提高光刻分辨率。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、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)
1.一种基于三维移动曝光提高光刻分辨率的系统，其特征在于，包括紫外线光源、均光准直元件、DMD芯片、反射镜、投影物镜和三维移动平台，其中，紫外线光源用于提供紫外线光线；
所述均光准直元件用于将紫外线光线处理为均匀光束，打到DMD芯片上；
所述DMD芯片用于将均匀光束反射到反射镜；
所述反射镜用于将均匀光束投射入投影物镜中；
所述投影物镜用于将均匀光束聚焦至三维移动平台；
所述三维移动平台用于放置待光刻的工件，通过不间断的来回反复移动，对曝光图形的边缘进行不同程度的优化。
2.根据权利要求1所述的基于三维移动曝光提高光刻分辨率的系统，其特征在于，所述三维移动平台来回反复移动的路线由计算终端控制，控制过程包括：
确定三维移动平台移动位置；
确定工序数为N-1，将一个像素的长度平均分为N份，每份距离为n；
确定三维移动步长，设曝光在第m个工序中，x轴的步长为Lx＝mn，y轴的步长为Ly＝mn；
确定曝光时间，设不经过三维移动的图案最佳曝光时间为T，则三维移动曝光在相同步长反复移动的时间为t，t＝T/(N-1)；
在光刻过程的每个工序中，将三维平台的X，Y轴同时分别向左和上方向移动(N-1)n,再回到初始点，重复该过程，时长为t。
3.根据权利要求1所述的基于三维移动曝光提高光刻分辨率的系统，其特征在于，所述三维移动平台为压电纳米移动平台。
4.根据权利要求1所述的基于三维移动曝光提高光刻分辨率的系统，其特征在于，所述紫外线光源为405纳米紫外光源。
5.一种基于三维移动曝光提高光刻分辨率的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将DMD光刻系统调试到使紫外光源能够通过DMD光刻系统内的均光准直元件，并依次经过DMD芯片、反射镜和投影物镜，将所需曝光图形精准曝光在三维移动平台上；
将待光刻的工件放置在三维移动平台的精准曝光位置，开启三维移动平台并在光刻过程中，DMD芯片同步三维移动平台工作，使曝光图案在三维移动平台上进行不间断的来回反复移动，通过控制三维移动平台的移动路线，对对曝光图形的边缘进行不同程度的优化。
6.根据权利要求5所述的基于三维移动曝光提高光刻分辨率的方法，其特征在于，所述控制三维移动平台的移动路线，包括：
确定三维移动平台移动位置；
确定工序，将一个像素的长度平均分为N份，每份距离为n；
确定三维移动步长，设曝光在第m个过程中，x轴的步长为Lx＝mn，y轴的步长为Ly＝mn；
确定曝光时间，设不经过三维移动的图案最佳曝光时间为T，则三维移动曝光在相同步长反复移动的时间为t，t＝T/(N-1)；
在光刻过程的每个工序中，将三维平台的X，Y轴同时分别向左和上方向移动(N-1)n,再回到初始点，重复该过程，时长为t。
7.根据权利要求6所述的基于三维移动曝光提高光刻分辨率的方法，其特征在于，所述确定三维移动平台移动位置包括使曝光图形的X，Y轴与三维移动平台的X，Y轴平行。
8.根据权利要求6所述的基于三维移动曝光提高光刻分辨率的方法，其特征在于，所述一个像素的长度为7.56微米。
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