CN110456609B - 一种适用于无掩模数字光刻的邻近效应校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于无掩模数字光刻的邻近效应校正方法，利用数字微镜对光场相位振幅的调制机理，分析不同灰度级次对光场振幅峰值及半峰高宽分布以及最终在光敏介质上线宽线距的影响，在基于经验的邻近效应校正基础上，建立适用于无掩模数字光刻技术的查找表，并在传统数字掩模的像素点上添加灰度信息，从而完成特殊的邻近效应后掩模的设计。本方法能有效弥补无掩模数字光刻技术上因单一像素点尺寸固定从而无法添加或修改掩模图形的缺陷，优化小尺度下的邻近效应如拐角变圆、线宽变动、线端缩短等现象。
Description
技术领域
本发明属于光学原理技术在光刻技术中的应用领域，具体涉及一种适用于无掩模数字光刻的邻近效应校正方法。
背景技术
以光刻技术为代表的微纳尺度加工技术是科技化时代的重点发展方向，其下游应用产品如集成电路芯片、微型传感器、超材料等等是国家现代化的代表体现，与一个国家的综合实力与国防安全等等息息相关。而在传统的光学光刻中，光敏介质层的结构来自于掩模版的图形，这也意味着更换工艺必须更换掩模版，额外增加了物理掩模版制版费用及加工周期。
以无掩模数字光刻技术为代表的微立体光刻技术，采用了数字微镜器件(DMD)代替传统物理掩模，有效的降低了光刻周期与成本，同时也避免了更换掩模版带来的套刻误差，是目前主流的微纳米尺度加工技术手段之一。DMD是由阵列化的数字微棱镜组成，任一微棱镜的旋转角度可由电脑端独立控制。因此，通过载入特定的数字掩模图案，以“0”(纯黑)和“1”(纯白)控制DMD上任一微棱镜的通光状态，从而组合出所需的光场图形。然而，随着光刻技术向着更小尺度方向发展，光学衍射现象带来的光学邻近效应(OpticalProximity Effect，OPE)不可避免，例如拐角变圆、线端缩短、线宽变动等等，这一效应严重影响着光敏介质层上最终图形质量。
国内专利200810023485.0公布了一种用于无掩模数字光刻的邻近效应校正办法，通过增加或删减数字掩模图案中的像素点，优化最终曝光图案的目的。但由于DMD产生的图案是由微棱镜阵列组成，当组成数字掩模图案的像素点数量较少时，添加或删减任一像素点会导致明显的图案畸变。因此，探索一种适用于少量像素点组成的小尺度结构制备中的邻近效应优化技术，对推动无掩模数字光刻技术的技术节点持续发展具有极大的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，优化小尺度下无掩模数字光刻技术中的邻近效应，提升光刻质量。
为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：提供了一种适用于无掩模数字光刻的邻近效应校正方法，包括：DMD器件基于脉冲宽度调制原理识别数字掩模图案中的灰度信息，并实时调整通过微棱镜的光场振幅强度。对单一微棱镜而言，其在像方的光场模型接近高斯分布，改变数字掩模图案上像素点的灰度信息，可有效调整像方光场的振幅峰值及半峰高宽，从而影响光刻线条的特征尺寸及边缘线宽等，最终完成特殊的数字灰度掩模设计并运用于小尺度下的邻近效应优化。
其中，第一步校正无掩模光刻中的非线性效应。包含DMD器件对灰度信息的识别与光场振幅调制的非线性关系，及光敏介质的非线性响应曲线。
第二步，依据基于经验的邻近效应校正办法(Rule-Based Optical ProximityCorrection，RB-OPC)，建立查找表。通过实际的工艺测试，建立关于不同灰度等级、不同疏密度、不同特征尺寸、不同角度线条等条件下的光刻特征尺寸与边缘线宽尺寸变动，最终完善不同工艺条件下的查找表。
第三步，按照上述查找表内容，修改原始掩模图形。通过添加并修改原始掩模图案中的像素点灰度信息，绘制特定的邻近效应校正掩模，实现对小尺度下无掩模数字光刻的邻近效应优化。
本发明通过建立基于经验的邻近效应校正查找表，并在原始数字掩模图案中加入特定灰度信息，有效弥补无掩模数字光刻技术上因单一像素点尺寸固定从而无法添加或修改掩模图形的缺陷，优化小尺度下的邻近效应如拐角变圆、线宽变动、线端缩短等现象。
附图说明
图1为无掩模数字光刻模型图，其中，1为DMD器件，2为光源调整***，3为平面反射镜，4为数字掩模图案，5为投影物镜，6为三轴运动工件台。
图2为前期所测试的数字掩模上部分灰度值在投影物镜像方处所对应的单位面积光功率强度。
图3为本发明中所绘制的其中一副数字掩模图案，包含未经过邻近效应修正的原始掩模图案及修正后的掩模图案。
图4为采用图3所示掩模进行实际阵列化曝光后，在金相显微镜下所采到的其中一幅图案以及与理论图形的对比图，其中，图4(a)为在金相显微镜下所采到的其中一幅图案，图4(b)为理论图形。
具体实施方式
下面结合附图及优选实施例对本发明进一步说明。
优选实施例1：
本例中，主要涉及的零部件包括光源调整***2、DMD器件1、投影物镜5、三轴运动工件台6、计算机控制端、狭缝检焦***等。其中，紫外光源经光源调制***2调制滤波后输出均匀的i线紫外光束(365±5nm)，光束经紫外反射镜3(双面镀膜)并以特殊角度斜入射至DMD器件1，DMD器件1(TI，2048×1600，单一棱镜尺寸为7.56×7.56μm)会自行识别数字掩模图案4中所有像素点灰度值，并旋转非0灰度像素点所对应微棱镜，这一部分微棱镜即可反射紫外光束至投影物镜5(-7.56×)。狭缝检焦***与三轴运动工件台共同运作保证硅片处于最佳焦面处感光。在本实施例中，所采用的记录介质为AZ9260正性光刻胶，配套光刻工艺与其工艺手册相同。
首先向DMD器件1载入特定灰度矩阵图形，并使用紫外辐照计测量投影物镜后工作距处紫外光场振幅峰值。可采用间隔为10灰度级的方式减少测试量，并最终使用插值法拟合数据，得到数字掩模上不同灰度等级所对应的光场振幅峰值及其半峰高宽。
绘制多幅携带不同灰度等级且条纹疏密程度不同的光栅线条，并导入至DMD器件1。对AZ9260正性光刻胶进行多次实际曝光测试，通过台阶仪、金相显微镜等多种检测方式测量不同光场振幅峰值与半峰高宽对应的光刻图形特征尺寸。
多次测试后，按照基于经验的邻近效应校正办法，建立关于数字掩模像素点灰度等级、光刻线条疏密程度、工艺条件等多种因素下的光刻线条特征尺寸与边缘线宽尺寸变动查找表。
绘制二值原始数字掩模图案，计算其中直角部分、线端部分、线条边缘部分是否存在邻近效应。例如，本例中采用统一为160灰度值的数字掩模与一定的曝光时间，使硅片上最终图形尺寸与设计值相符合。随后依据上述查找表，修改部分像素点的灰度信息，绘制携带灰度信息的邻近效应校正后数字掩模图案，例如，本例中，线端处灰度值提高为200以优化线端缩短现象，内拐角处灰度值降低为120以优化冗余现象。
向DMD导入绘制完成的邻近效应校正掩模，在AZ9260正性光刻胶上进行实际曝光验证，进一步修改完善查找表，直至实际曝光图形满足设计要求(图4)，采用修改后的数字掩模曝光得到的图形在拐角处以及线端处明显优于未修改的数字掩模所曝光图形，也更接近于设计图案。
本发明中，基于灰度信息的邻近效应校正方法，在不添加额外工艺成本与工艺周期的条件下，有效弥补了无掩模数字光刻技术上因单一像素点尺寸固定从而无法添加或修改掩模图形的缺陷，显著优化小尺度下的邻近效应如拐角变圆、线宽变动、线端缩短等现象。
Claims (1)
1.一种适用于无掩模数字光刻的邻近效应校正方法，其特征是：包括：
第一步，校正无掩模光刻中的非线性效应，包含DMD器件对灰度信息的识别与光场振幅调制的非线性关系，及光敏介质的非线性响应曲线；
第二步，依据基于经验的邻近效应校正办法(Rule-Based Optical ProximityCorrection，RB-OPC)，建立查找表，通过实际的工艺测试，建立关于不同灰度等级、不同疏密度、不同特征尺寸、不同角度线条条件下的光刻特征尺寸与边缘线宽尺寸变动，最终完善不同工艺条件下的查找表；
第三步，按照上述查找表内容，修改原始掩模图形，通过添加并修改原始掩模图案中的像素点灰度信息，绘制特定的邻近效应校正掩模，实现对小尺度下无掩模数字光刻的邻近效应优化。
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