專利名稱：通過(guò)掃描實(shí)現(xiàn)高精度灰度曝光的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 涉及直寫式光刻機(jī)曝光控制領(lǐng)域，具體為通過(guò)掃描實(shí)現(xiàn)高精度灰度曝光的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體行業(yè)使用的傳統(tǒng)分步重復(fù)式或分步掃描式光刻工具，將分劃板的特征構(gòu)圖在各個(gè)場(chǎng)一次性的投影或掃描到晶片上，一次曝光或掃描一個(gè)場(chǎng)。然后通過(guò)移動(dòng)晶片來(lái)對(duì)下一個(gè)場(chǎng)進(jìn)行重復(fù)性的曝光過(guò)程。傳統(tǒng)的光刻系統(tǒng)通過(guò)重復(fù)性曝光或掃描過(guò)程，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)出額的精確特征構(gòu)圖的印刷。為了在晶片上制造器件，需要多個(gè)分劃板。由于特征尺寸的減小以及對(duì)于較小特征尺寸的精確公差需求的原因，這些分劃板對(duì)于生產(chǎn)而言成本很高，耗時(shí)很長(zhǎng)，從而使利用分劃板的傳統(tǒng)晶片光刻制造成本越來(lái)越高，非常昂貴。無(wú)掩膜(如直接寫或數(shù)字式等)光刻系統(tǒng)相對(duì)于使用傳統(tǒng)分劃板的方法，在光刻方面提供了許多益處。無(wú)掩膜系統(tǒng)使用空間光調(diào)制器(SLM，Special Light Modulator)來(lái)代替分劃板。空間光調(diào)制器包括數(shù)字微鏡裝置(DMD)或液晶顯示器(LCD)，空間光調(diào)制器包括一個(gè)可獨(dú)立尋址和控制的像素陣列，每個(gè)像素可以對(duì)透射、反射或衍射的光線產(chǎn)生包括相位、灰度方向或開(kāi)關(guān)狀態(tài)的調(diào)制?？臻g光調(diào)制器對(duì)每個(gè)像素灰度的調(diào)制實(shí)質(zhì)上是對(duì)各像素單元的輸出光強(qiáng)度的調(diào)制。目前，空間光調(diào)制器(如DMD、LCD等)可以實(shí)現(xiàn)256級(jí)的灰度調(diào)制。通過(guò)無(wú)掩膜光刻技術(shù)減輕了半導(dǎo)體行業(yè)中傳統(tǒng)光刻工具使用分劃板所帶來(lái)的成本，但不斷提升無(wú)掩膜光刻機(jī)的產(chǎn)能對(duì)成本的控制也是非常關(guān)鍵的。而對(duì)空間光調(diào)制器灰度的控制是提升無(wú)掩膜光刻機(jī)的產(chǎn)能及成本控制的重要部分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種通過(guò)掃描實(shí)現(xiàn)高精度灰度曝光的方法，以提高對(duì)空間光調(diào)制器灰度的控制精度，從而更有效的調(diào)制空間光調(diào)制器輸出光強(qiáng)度。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為
一種通過(guò)掃描實(shí)現(xiàn)高精度灰度曝光的方法，其特征在于在使用空間光調(diào)制器(SLM， Special Light Modulator)作為圖形發(fā)生器的無(wú)掩模光刻系統(tǒng)中，通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)空間光調(diào)制器中掃描軸方向上的一行1024個(gè)微鏡各代表一個(gè)灰度，即實(shí)現(xiàn)1024級(jí)灰階的灰度。 由精密平臺(tái)控制掃描軸勻速運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)PGA控制空間光調(diào)制器上每個(gè)微鏡在單位時(shí)間內(nèi)翻轉(zhuǎn)一次，在基底上掃描過(guò)1024個(gè)微鏡后，經(jīng)過(guò)1024個(gè)微鏡的灰度組合累加，實(shí)現(xiàn)高精度的灰度曙光ο所述空間光調(diào)制器與掃描軸平行。其包括一個(gè)可獨(dú)立尋址和控制的像素陣列，每個(gè)像素可以對(duì)透射、反射或衍射的光線產(chǎn)生包括相位、灰度方向或開(kāi)關(guān)狀態(tài)的調(diào)制。所述一行1024個(gè)微鏡，是指空間光調(diào)制器中與掃描運(yùn)動(dòng)方向平行的1024個(gè)像素點(diǎn)的集合。所述的單位時(shí)間為精密平臺(tái)移動(dòng)一個(gè)微鏡的時(shí)間。所述1024個(gè)微鏡的灰度 組合累加，這個(gè)過(guò)程是指掃描過(guò)程中基底上曝光區(qū)域中一行像素的實(shí)際灰度值是在變化的，其結(jié)果表現(xiàn)為一條上下浮動(dòng)的灰度曲線。本發(fā)明提高了對(duì)空間光調(diào)制器灰度的控制精度，從而更有效的調(diào)制空間光調(diào)制器輸出光強(qiáng)度。


圖1是與本發(fā)明相關(guān)的無(wú)掩模光刻系統(tǒng)的模型圖。圖2是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)1024級(jí)灰度的掃描曝光過(guò)程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示。光源1發(fā)出的光束2經(jīng)過(guò)光路到達(dá)空間光調(diào)制器3，經(jīng)過(guò)空間光調(diào)制器3反射后變成與空間光調(diào)制器3上圖形相對(duì)的光束4，該光束經(jīng)過(guò)光路到達(dá)待曝光基底5 表面，利用化學(xué)反應(yīng)將圖形轉(zhuǎn)移到待曝光基底5的表面。掃描式曝光系統(tǒng)是指空間光調(diào)制器3上的圖形與待曝光基底5之間做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，待曝光基底的運(yùn)動(dòng)方向6以及空間光調(diào)制器3上的圖形運(yùn)動(dòng)方向7，達(dá)到曝光整個(gè)待曝光基底5的目的。如圖2所示。圖2示意了實(shí)現(xiàn)1024級(jí)灰度的掃描曝光過(guò)程。圖中A是空間光調(diào)制器3的平面示意圖，每個(gè)方框代表一個(gè)微鏡，B為待曝光基底，C是待曝光基底上某一像素點(diǎn)(與圖形發(fā)生器一個(gè)像素點(diǎn)的投影大小相等)，D是待曝光基底的運(yùn)動(dòng)方向，E是空間光調(diào)制器上同一行1024個(gè)微鏡依次打開(kāi)的方向。在掃描過(guò)程中，待曝光基底B朝方向D做勻速運(yùn)動(dòng)。空間光調(diào)制器A上與待曝光基底B平行的一行微鏡各代表一個(gè)從0到1023的灰度 (通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn))?？臻g光調(diào)制器3上的一行1024個(gè)微鏡沿方向E間隔單位時(shí)間依次翻轉(zhuǎn)微鏡(單位時(shí)間為曝光基底移動(dòng)一個(gè)微鏡距離的時(shí)間)。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)掃描實(shí)現(xiàn)高精度灰度曝光的方法，包括有使用空間光調(diào)制器(SLM，Spatial Light Modulator)作為圖形發(fā)生器的無(wú)掩模光刻系統(tǒng)，其特征在于通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)空間光調(diào)制器中掃描運(yùn)動(dòng)方向上的一行1024個(gè)微鏡各代表一個(gè)灰度，即實(shí)現(xiàn)1024級(jí)灰階的灰度， 在基底的掃描曝光過(guò)程中，由精密平臺(tái)控制基底沿掃描運(yùn)動(dòng)方向勻速運(yùn)動(dòng)，所述空間光調(diào)制器上掃描運(yùn)動(dòng)方向上一行的每個(gè)微鏡從頭至尾依次間隔相同的單位時(shí)間各翻轉(zhuǎn)一次，所述的單位時(shí)間為基底移動(dòng)一個(gè)微鏡距離所需的時(shí)間；當(dāng)基底掃描過(guò)一行1024個(gè)微鏡后，經(jīng)過(guò)1024個(gè)微鏡的灰度組合累加，實(shí)現(xiàn)高精度的灰度曝光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種通過(guò)掃描實(shí)現(xiàn)高精度灰度曝光的方法，其特征在于所述空間光調(diào)制器與掃描運(yùn)動(dòng)方向平行，其包括一個(gè)可獨(dú)立尋址和控制的微鏡陣列，每個(gè)微鏡構(gòu)成一個(gè)像素點(diǎn)，其掃描運(yùn)動(dòng)方向上每一行具有1024個(gè)微鏡，每個(gè)像素點(diǎn)可以對(duì)透射、反射或衍射的光線產(chǎn)生包括相位、灰度方向或開(kāi)關(guān)狀態(tài)的調(diào)制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種通過(guò)掃描實(shí)現(xiàn)高精度灰度曝光的方法，其特征在于所述一行1024個(gè)微鏡，是指空間光調(diào)制器中與掃描運(yùn)動(dòng)方向平行的1024個(gè)像素點(diǎn)的集合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種通過(guò)掃描實(shí)現(xiàn)高精度灰度曝光的方法，其特征在于所述 1024個(gè)微鏡的灰度組合累加，這個(gè)過(guò)程是指掃描過(guò)程中基板上曝光區(qū)域中一行像素的實(shí)際灰度值是在變化的，其結(jié)果表現(xiàn)為一條上下浮動(dòng)的灰度曲線。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了通過(guò)掃描實(shí)現(xiàn)高精度灰度曝光的方法，包括有使用空間光調(diào)制器(SLM，SpatialLightModulator)作為圖形發(fā)生器的無(wú)掩模光刻系統(tǒng)，通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)空間光調(diào)制器中掃描運(yùn)動(dòng)方向上的一行1024個(gè)微鏡各代表一個(gè)灰度，即實(shí)現(xiàn)1024級(jí)灰階的灰度，在基底的掃描曝光過(guò)程中，由精密平臺(tái)控制基底沿掃描運(yùn)動(dòng)方向勻速運(yùn)動(dòng)，所述空間光調(diào)制器上掃描運(yùn)動(dòng)方向上一行的每個(gè)微鏡從頭至尾依次間隔相同的單位時(shí)間各翻轉(zhuǎn)一次，所述的單位時(shí)間為基底移動(dòng)一個(gè)微鏡距離所需的時(shí)間；當(dāng)基底掃描過(guò)一行1024個(gè)微鏡后，經(jīng)過(guò)1024個(gè)微鏡的灰度組合累加，實(shí)現(xiàn)高精度的灰度曝光。
文檔編號(hào)G03F7/20GK102323726SQ20111027657
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者彭丹花, 李顯杰 申請(qǐng)人:合肥芯碩半導(dǎo)體有限公司