CN111562725B - 一种基于时空协同变换曝光提高光刻分辨率的方法 - Google Patents

一种基于时空协同变换曝光提高光刻分辨率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于时空协同变换曝光提高光刻分辨率的方法，涉及DMD器件成像曝光领域，包括将平台微移动、DMD图形变换和曝光能量调节三种动态量进行协同匹配,形成时空协同变换的曝光方式提高光刻分辨率，通过将时空协同变换技术应用于DMD投影光刻，可以在不降低DMD微镜尺寸或投影透镜放大率的情况下显著改善光刻图案的边缘平滑度，利用CAD量化图形，再用matlab提取子图，结合压电平台微位移同时控制曝光能量进行子图错位叠加曝光，在提高光刻图形边缘的平滑度的同时，可以准确控制图形线宽。

Description

一种基于时空协同变换曝光提高光刻分辨率的方法
技术领域
本发明涉及DMD器件成像曝光领域，具体为一种基于时空协同变换曝光提高光刻分辨率的方法。
背景技术
基于DMD的无掩模光刻技术能够生产微小的、轻量的、集成的三维微结构器件,在提高光刻效率和精度的同时降低了光刻成本。但是，DMD无掩模光刻***中，通过控制每个微镜翻转，再利用投影镜头生成动态掩膜图。因此无掩模光刻***的分辨率受到投影后的微镜尺寸的严格限制，存在一个非整数像素误差，称为DMD像素量化误差，它将导致刻写图形轮廓边缘存在锯齿结构。
而现有的提高光刻分辨率的技术对于大焦深、低分辨率的光刻***比较容易实现，对于高分辨率、小焦深的***，很难实现在运动过程中实时快速的精细调焦，而且在处理复杂图形时计算量较大，***精度低，操作复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于时空协同变换曝光提高光刻分辨率的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于时空协同变换曝光提高光刻分辨率的方法，包括以下步骤：
步骤1，配置DMD数字光刻***，所述DMD数字光刻***包括LED光源、DMD、管透镜、分光棱镜、反射镜、投影镜头、CCD相机与微位移平台，LED光源发出的光经过准直和匀化后照射到DMD上并反射，再经管透镜、分光棱镜、反射镜后进入到投影镜头中；
步骤2，计算机将光刻图案通过图形生成器输入到DMD上，DMD的每个微镜进行+12°和-12°翻转，进而在投影镜头的像面上形成与所需图形一致的光图像；
步骤3，将基片放置在微位移平台上，通过投影镜头将步骤2中的光图像投影到旋涂有光刻胶的基片上进行曝光，同时通过计算机控制微位移平台进行纳米量级的精确移动，DMD每变换一次图片，微位移平台也进行相应的移动，同时控制曝光能量，有效的平滑图形边缘。
优选的，所述步骤2包括以下子步骤；
步骤2.1，DMD由m×n个单像素尺寸为L的微镜阵列组成，根据图形边缘平滑度的要求，确定图形分辨率的提高倍数N；
步骤2.2，通过CAD量化图形，量化图形所需网格的大小为(m*N)×(n*N)；
步骤2.3，用matlab生成掩膜图，将网格进行移动。
优选的，所述步骤3包括以下子步骤：
步骤3.1，确定微位移平台的移动位置；
步骤3.2，确定子图最佳曝光时间，若N＝1得到的量化图的曝光时间阈值为T，由于子图0不参与叠加，所以曝光时间为T，其余子图最佳曝光时间tp:
tp＝T/N
步骤3.3，确定最终子图曝光时间：子图0曝光时间T不变，改变其余子图的曝光时间t，探究不同N值对应的线宽与曝光时间的关系；
步骤3.4，压电移动一次，加载相应的子图，同时控制曝光时间。
优选的，所述步骤3.3中探究不同N值对应的线宽与曝光时间的关系包括以下子步骤
步骤3.3.1，确定子图曝光时间和线宽的变化量的关系为：
Δt＝ΔDKN
步骤3.3.2，分析实验结果，确定KN
步骤3.3.3，确定图形最终子图曝光时间t：
t＝tp+Δt＝T/N+(D-d理论)KN
步骤3.3.4，子图0曝光时间设置为T，其余子图曝光时间设为t。
优选的，所述DMD由1024×768个单像素尺寸为13.68μm的微镜阵列组成。
优选的，所述网格进行移动的规则包括以下内容，
网格每移动一次，选取量化后图形与网格重叠的区域；
网格不移动即网格在原位置时需要将重叠区域分为不参与错位部分和边缘部分(分别记为子图0、1)；
网格移动到其他位置时只保留重叠区域的边缘部分。
优选的，所述微位移平台为压电平台。
优选的，所述光刻胶的厚度为1μm。
本发明的有益效果是：
本发明将平台微移动、DMD图形变换和曝光能量调节三种动态量进行协同匹配,形成时空协同变换的曝光方式提高光刻分辨率的方法。通过将时空协同变换技术应用于DMD投影光刻，可以在不降低DMD微镜尺寸或投影透镜放大率的情况下显著改善光刻图案的边缘平滑度。同时，这种方法对于不能实时调焦或者不能通过调节平台转角来提高光刻分辨率的实验设备来说，是一种非常有效的方法。与非子图叠加光刻相比，利用CAD量化图形，再用matlab提取子图，结合压电平台微位移同时控制曝光能量进行子图错位叠加曝光，在提高光刻图形边缘的平滑度的同时，可以准确控制图形线宽。验证了基于时空协同变换技术的DMD光刻方法，对于静态曝光方式提升任意光刻图形边缘的平滑度是十分有效的。
附图说明
图1为本发明相关的实验装置示意图；
图2为基于时空协同变换技术的基本策略示意图；
图3为基于时空协同变换技术的基本策略的具体实例；
图4为螺旋线原始掩膜图；
图5为基于时空协同变换技术的光刻结果图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
一种基于时空协同变换曝光提高光刻分辨率的方法，包括以下步骤：
步骤1，配置DMD数字光刻***，如图1所示，所述DMD数字光刻***包括LED光源、DMD、管透镜、分光棱镜、反射镜、投影镜头、CCD相机与微位移平台，LED光源发出的光经过准直和匀化后照射到DMD上并反射，再经管透镜、分光棱镜、反射镜后进入到投影镜头中；
需要说明的是，所述微位移平台为压电平台。
其中，所述光刻胶的厚度为1μm。
步骤2，计算机将光刻图案通过图形生成器输入到DMD上，DMD的每个微镜进行+12°和-12°翻转，进而在投影镜头的像面上形成与所需图形一致的光图像；
其中，所述步骤2包括以下子步骤；
步骤2.1，DMD由m×n个单像素尺寸为L的微镜阵列组成，根据图形边缘平滑度的要求，确定图形分辨率的提高倍数N；
步骤2.2，通过CAD量化图形，量化图形所需网格的大小为(m*N)×(n*N)；
步骤2.3，用matlab生成掩膜图，将网格进行移动，
其中，所述网格进行移动的规则包括以下内容，
网格每移动一次，选取量化后图形与网格重叠的区域；
网格不移动即网格在原位置时需要将重叠区域分为不参与错位部分和边缘部分(分别记为子图0、1)；
网格移动到其他位置时只保留重叠区域的边缘部分。
步骤3，将基片放置在微位移平台上，通过投影镜头将步骤2中的光图像投影到旋涂有光刻胶的基片上进行曝光，同时通过计算机控制微位移平台进行纳米量级的精确移动，DMD每变换一次图片，微位移平台也进行相应的移动，同时控制曝光能量，有效的平滑图形边缘。
其中，所述步骤3包括以下子步骤：
步骤3.1，确定微位移平台的移动位置；
步骤3.2，确定子图最佳曝光时间，设N＝1得到的量化图的曝光时间阈值为T，由于子图0不参与叠加，所以曝光时间为T，其余子图最佳曝光时间tp:
tp＝T/N
步骤3.3，确定最终子图曝光时间：子图0曝光时间T不变，改变其余子图的曝光时间t，探究不同N值对应的线宽与曝光时间的关系；
步骤3.4，压电移动一次，加载相应的子图，同时控制曝光时间。
其中，所述步骤3.3中探究不同N值对应的线宽与曝光时间的关系包括以下子步骤
步骤3.3.1，确定子图曝光时间和线宽的变化量的关系为：
Δt＝ΔDKN
步骤3.3.2，分析实验结果，确定KN
步骤3.3.3，确定图形最终子图曝光时间t：
t＝tp+Δt＝T/N+(D-d理论)KN
步骤3.3.4，子图0曝光时间设置为T，其余子图曝光时间设为t。
需要说明的是，所述DMD由1024×768个单像素尺寸为13.68μm的微镜阵列组成。
综上所述，时空协同变换技术的基本策略为：根据图形边缘平滑要求可以确定N值，再由N值确定子图形式，平台移动方式，以及子图最佳曝光时间tp。再根据光刻图形线宽要求最终确定子图曝光时间,可以得到与预期图形线宽一致的光刻图形，并且边缘锯齿也达到目标要求，具体实验参数如表1所示：
Figure BDA0002525181990000051
其中，想要验证时空协同变换技术的可行性，需要进一步进行复杂图形错位叠加实验，如图4所示，以螺旋线为原图，首先对原图进行多次曝光实验，得到原始掩膜图曝光时间阈值T＝6s。通过实验制作可以准确控制边缘锯齿大小和线宽的复杂螺旋线结构，以此来验证这种方法的可行性，首先确定对光刻结果的具体要求，如表2所示，
Figure BDA0002525181990000052
然后根据时空协同变换技术的基本策略，得到对应的实验参数。
根据表2参数：
①用CAD量化原图
②用matlab确定N为2、4时的子图，
③根据子图确定对应的压电平台移动位置，
④采用参数表中的子图曝光时间进行实验，实验结果如图5。
最后对实验结果进行分析：由表3可知图形线宽与目标要求线宽一致，误差在0.1μm以内。对比锯齿理论值与实际测量值，两者保持一致。
Figure BDA0002525181990000053
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解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做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。本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于时空协同变换曝光提高光刻分辨率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，配置DMD数字光刻***，所述DMD数字光刻***包括LED光源、DMD、管透镜、分光棱镜、反射镜、投影镜头、CCD相机与微位移平台，LED光源发出的光经过准直和匀化后照射到DMD上并反射，再经管透镜、分光棱镜、反射镜后进入到投影镜头中；
步骤2，计算机将光刻图案通过图形生成器输入到DMD上，DMD的每个微镜进行+12°和-12°翻转，进而在投影镜头的像面上形成与所需图形一致的光图像；
步骤3，将基片放置在微位移平台上，通过投影镜头将步骤2中的光图像投影到旋涂有光刻胶的基片上进行曝光，同时通过计算机控制微位移平台进行纳米量级的精确移动，DMD每变换一次图片，微位移平台也进行相应的移动，同时控制曝光能量，有效的平滑图形边缘；
所述步骤2包括以下子步骤；
步骤2.1，DMD由m×n个单像素尺寸为L的微镜阵列组成，根据图形边缘平滑度的要求，确定图形分辨率的提高倍数N；
步骤2.2，通过CAD量化图形，量化图形所需网格的大小为(m*N)×(n*N)；
步骤2.3，用matlab生成掩膜图，将网格进行移动；
所述步骤3包括以下子步骤：
步骤3.1，确定微位移平台的移动位置；
步骤3.2，确定子图最佳曝光时间，设N＝1得到的量化图的曝光时间阈值为T，由于子图0不参与叠加，所以曝光时间为T，其余子图最佳曝光时间tp:
tp＝T/N
步骤3.3，确定最终子图曝光时间：子图0曝光时间T不变，改变其余子图的曝光时间t，探究不同N值对应的线宽与曝光时间的关系；
步骤3.4，压电移动一次，加载相应的子图，同时控制曝光时间；
所述步骤3.3中探究不同N值对应的线宽与曝光时间的关系包括以下子步骤
步骤3.3.1，确定子图曝光时间和线宽的变化量的关系为：
Δt＝ΔDKN
步骤3.3.2，分析实验结果，确定KN
步骤3.3.3，确定图形最终子图曝光时间t：
t＝tp+Δt＝T/N+(D-d理论)KN
步骤3.3.4，子图0曝光时间设置为T，其余子图曝光时间设为t。
2.根据权利要求1所述的一种基于时空协同变换曝光提高光刻分辨率的方法，其特征在于，所述DMD由1024×768个单像素尺寸为13.68μm的微镜阵列组成。
3.根据权利要求2所述的一种基于时空协同变换曝光提高光刻分辨率的方法，其特征在于，所述网格进行移动的规则包括以下内容，
网格每移动一次，选取量化后图形与网格重叠的区域；
网格不移动即网格在原位置时需要将重叠区域分为不参与错位部分和边缘部分(分别记为子图0、1)；
网格移动到其他位置时只保留重叠区域的边缘部分。
4.根据权利要求1所述的一种基于时空协同变换曝光提高光刻分辨率的方法，其特征在于，所述微位移平台为压电平台。
5.根据权利要求1所述的一种基于时空协同变换曝光提高光刻分辨率的方法，其特征在于，所述光刻胶的厚度为1μm。
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