TWM554999U - 通過掃描實現高精度灰度曝光的裝置 - Google Patents

Description

通過掃描實現高精度灰度曝光的裝置

本創作係關於一種直寫式光刻機曝光控制裝置，更明確地說明，本創作是一種通過掃描實現高精度灰度曝光的裝置。

半導體行業使用的傳統分步重複式或分步掃描式光刻工具，將分劃板的特徵構圖在各個場一次性的投影或掃描到晶片上，一次曝光或掃描一個場。然後通過移動晶片來對下一個場進行重複性的曝光過程。傳統的光刻系統通過重複性曝光或掃描過程，實現高產出額的精確特徵構圖的印刷。

為了在晶片上製造器件，需要多個分劃板。由於特徵尺寸的減小以及對於較小特徵尺寸的精確公差需求的原因，這些分劃板對於生產而言成本很高，耗時很長，從而使利用分劃板的傳統晶片光刻製造成本越來越高，非常昂貴。

無掩膜(如直接寫或數位式等)光刻系統相對于使用傳統分劃板的方法，在光刻方面提供了許多益處。無掩膜系統使用空間光調制器(SLM，Special Light Modulator)來代替分劃板。空間光調制器包括數位微鏡 裝置(DMD)或液晶顯示器(LCD)，空間光調制器包括一個可獨立定址和控制的圖元陣列，每個圖元可以對透射、反射或衍射的光線產生包括相位、灰度方向或開關狀態的調制。空間光調製器對每個圖元灰度的調制實質上是對各圖元單元的輸出光強度的調制。目前，空間光調制器(如DMD、LCD等)可以實現256級的灰度調制。

通過無掩膜光刻技術減輕了半導體行業中傳統光刻工具使用分劃板所帶來的成本，但不斷提升無掩膜光刻機的產能對成本的控制也是非常關鍵的。而對空間光調制器灰度的控制是提升無掩膜光刻機的產能及成本控制的重要部分。

本創作的目的是提供一種通過掃描實現高精度灰度曝光的裝置，以提高對空間光調制器灰度的控制精度，從而更有效的調制空間光調制器輸出光強度。

為了達到上述創作目的，本創作提供的一種通過掃描實現高精度灰度曝光的裝置，包含：一雷射器，提供一光束；一光束整形器，對該光束進行整形；一數位微鏡裝置，提供曝光圖形資訊並反射整形後的光束；一可精密移動的曝光平臺，承載一待曝光基底；以及一成像系統，對包含曝光圖形資訊之光束進行成像，聚焦在放置在該曝光平臺的待曝光基底上；其特徵在於：通過現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)實現該數位微鏡裝置上沿一掃描運動方向的一行1024個微鏡各代表一個灰度，以實現1024級灰階的灰度，在掃描曝光過程中，該曝光平臺承載該待曝光基底沿 該掃描運動方向作等速運動，該數位微鏡裝置上沿該掃描運動方向的一行每個微鏡依次間隔相同的單位時間各翻轉一次，該單位時間為該待曝光基底移動一個微鏡距離所需的時間；當該待曝光基底掃描過一行1024個微鏡後，經過1024個微鏡的灰度組合累加，實現高精度的灰度曝光。

其中，該數位微鏡裝置包括一個可獨立定址和控制的微鏡陣列，每個微鏡構成一個圖元點，沿該掃描運動方向上每一行具有1024個微鏡，每個圖元點能夠對透射、反射或衍射的光線產生包括相位、灰度方向或開關狀態的調制。

其中，一行具有1024個微鏡，是指該數位微鏡裝置中與掃描運動方向平行的1024個圖元點的集合。

其中，該單位時間為可精密移動的曝光平臺移動一個微鏡的時間。

其中所述1024個微鏡的灰度組合累加，是指掃描曝光過程中該基板上曝光區域中一行圖元的實際灰度值是在變化的，其結果表現為一條上下浮動的灰度曲線。

其中不同的灰度等級可以通過對單個鏡片的曝光次數來決定。

其中由現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)下發點陣圖資料來決定是否投圖至該待曝光基底，該點陣圖資料是事先處理好存入記憶體中等待外部觸發信號然後下發到數位微鏡裝置的鏡片中。

本創作裝置提高了對空間光調制器灰度的控制精度，從而更有效的調制了空間光調制器輸出光強度。

1‧‧‧雷射器

2‧‧‧光束整形器

3‧‧‧數位微鏡裝置

4‧‧‧成像系統

5‧‧‧曝光平臺

6‧‧‧待曝光基底

7‧‧‧數位微鏡控制器

8‧‧‧現場可程式化邏輯閘陣列

9‧‧‧個人電腦

10‧‧‧通過掃描實現高精度灰度曝光的裝置

第一圖是本創作裝置的系統架構圖。

第二圖是本創作實現1024級灰度的掃描曝光過程圖。

首先參考第一圖，係顯示本創作通過掃描實現高精度灰度曝光的裝置的系統架構圖。在本創作的較佳實施例中，一種通過掃描實現高精度灰度曝光的裝置10，包括：一雷射器1、一光束整形器2、一數位微鏡裝置(DMD)3、一成像系統4以及一可精密移動的曝光平臺5。該雷射器1為本創作裝置提供一光束。該光束整形器2對該光束進行整形，而將圓形光斑整形成下面光路適合適的光束。該數位微鏡裝置3替代傳統曝光機的掩膜板，為本創作裝置10提供曝光圖形資訊。整形後的光束經數位微鏡裝置3反射，該成像系統4對包含曝光圖形資訊之光束進行成像，聚焦在放置在曝光平臺5的待曝光基底6上，利用化學反應將曝光圖形轉移到待曝光基底6的表面以形成規劃的電路圖形。該曝光平臺5為一精密移動平臺，可實現XY軸聯動，保證電路圖形能規劃到整個待曝光基底6上。

繼續參考第一圖所示，本創作裝置10為一掃描式曝光系統，指數位微鏡裝置3上的圖形與待曝光基底6之間作相對運動，待曝光基底6隨該曝光平臺5的移動運動方向以及數位微鏡裝置3上的圖形運動方向，如虛線箭頭所示，而達到曝光整個待曝光基底6的目的。數位微鏡裝置3由數位 微鏡控制器7所控制，該數位微鏡控制器7包含現場可程式化邏輯閘陣列8(Field Programmable Gate Array，簡稱FPGA)，且數位微鏡控制器7連接一個人電腦9以下載曝光圖形資訊之點陣圖資料存至記憶體，而該FPGA則決定該點陣圖資料是否下發至數位微鏡裝置3。

請參考第二圖，係顯示本創作實現1024級灰度的掃描曝光過程圖。在第二圖中，標示A是數位微鏡裝置的平面示意圖，每個方框代表一個微鏡，標示B為待曝光基底，標示C是待曝光基底上某一圖元點(與成像系統一個圖元點的投影大小相等)，標示D是待曝光基底的運動方向，標示E是數位微鏡裝置3上同一行1024個微鏡依次打開的方向。在掃描過程中，待曝光基底B朝方向D做等速運動。數位微鏡裝置A上與待曝光基底B平行的一行微鏡各代表一個從0到1023的灰度，並通過現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)實現。數位微鏡裝置A上的一行1024個微鏡沿方向E間隔一單位時間依次翻轉每個微鏡(該單位時間為待曝光基底移動一個微鏡距離的時間)。

本創作實現不同的灰度等級可以通過對單個鏡片的曝光次數來決定，一個鏡片曝光投圖1024次表示其灰度等級就是1024，其他依次類推，投圖與否按照下位機FPGA下發點陣圖資料來決定，1為投黑圖，0為不投圖，藉以形成曝光圖形資訊，點陣圖資料是事先處理好存入記憶體中等待外部觸發信號然後由數位微鏡控制器7下發到數位微鏡裝置A的鏡片中。

1‧‧‧雷射器

2‧‧‧光束整形器

3‧‧‧數位微鏡裝置

4‧‧‧成像系統

5‧‧‧曝光平臺

6‧‧‧待曝光基底

7‧‧‧數位微鏡控制器

8‧‧‧現場可程式化邏輯閘陣列

9‧‧‧個人電腦

10‧‧‧通過掃描實現高精度灰度曝光的裝置

Claims (6)

1. 一種通過掃描實現高精度灰度曝光的裝置，包含：一雷射器，提供一光束；一光束整形器，對該光束進行整形；一數位微鏡裝置，提供曝光圖形資訊並反射整形後的光束；一可精密移動的曝光平臺，承載一待曝光基底；以及一成像系統，對包含曝光圖形資訊之光束進行成像，聚焦在放置在該曝光平臺的待曝光基底上；其特徵在於：通過現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)實現該數位微鏡裝置上沿一掃描運動方向的一行1024個微鏡各代表一個灰度，以實現1024級灰階的灰度，在掃描曝光過程中，該曝光平臺承載該待曝光基底沿該掃描運動方向作等速運動，該數位微鏡裝置上沿該掃描運動方向的一行每個微鏡依次間隔相同的單位時間各翻轉一次，該單位時間為該待曝光基底移動一個微鏡距離所需的時間；當該待曝光基底掃描過一行1024個微鏡後，經過1024個微鏡的灰度組合累加，實現高精度的灰度曝光。
2. 如申請專利範圍第1項所述之通過掃描實現高精度灰度曝光的裝置，其中該數位微鏡裝置包括一個可獨立定址和控制的微鏡陣列，每個微鏡構成一個圖元點，沿該掃描運動方向上每一行具有1024個微鏡，每個圖元點能夠對透射、反射或衍射的光線產生包括相位、灰度方向或開關狀態的調制。
3. 如申請專利範圍第1項所述之通過掃描實現高精度灰度曝光的裝置，其中一行具有1024個微鏡，是指該數位微鏡裝置中與掃描運動方向平行的1024個圖元點的集合。
4. 如申請專利範圍第1項所述之通過掃描實現高精度灰度曝光的裝置，其中 該1024個微鏡的灰度組合累加，是指掃描曝光過程中該基板上曝光區域中一行圖元的實際灰度值是在變化的，其結果表現為一條上下浮動的灰度曲線。
5. 如申請專利範圍第1項所述之通過掃描實現高精度灰度曝光的裝置，其中不同的灰度等級可以通過對單個鏡片的曝光次數來決定。
6. 如申請專利範圍第1項所述之通過掃描實現高精度灰度曝光的裝置，其中由現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)下發點陣圖資料來決定是否投圖至該待曝光基底，該點陣圖資料是事先處理好存入記憶體中等待外部觸發信號然後下發到數位微鏡裝置的鏡片中。