專利名稱：一種采用曝光方式標(biāo)定曝光能量需求分布的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光刻機的曝光能量需求分布標(biāo)定方法領(lǐng)域，具體為一種采用曝光方式標(biāo)定曝光能量需求分布的方法。
背景技術(shù)：
光刻技術(shù)是用于在襯底表面上印刷具有特征的構(gòu)圖，這樣的襯底可包括用于制造 半導(dǎo)體器件、多種集成電路、平面顯示器(例如液晶顯示器)、電路板、生物芯片、微機械電 子芯片、光電子線路芯片等的基片。經(jīng)常使用的基片為表面圖有光敏感介質(zhì)的半導(dǎo)體晶片 或玻璃基片。在光刻過程中，晶片放置在晶片臺上，通過處在光刻設(shè)備內(nèi)的曝光裝置，將特征構(gòu) 圖投射到晶片表面。盡管在光刻過程中使用了投影光學(xué)裝置，還可依據(jù)具體應(yīng)用，使用不同 的類型曝光裝置。例如X射線、離子、電子或光子光刻的不同曝光裝置，這已為本領(lǐng)域技術(shù) 人員所熟知。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。然后通過移動晶片來對 下一個場進行重復(fù)性的曝光過程。傳統(tǒng)的光刻系統(tǒng)通過重復(fù)性曝光或掃描過程，實現(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，需要多個分劃板。由于特征尺寸的減少以及對于較小特 征尺寸的精確公差需求的原因，這些分劃板對于生產(chǎn)而言成本很高，耗時很長，從而使利用 分劃板的傳統(tǒng)晶片光刻制造成本越來越高，非常昂貴。無掩膜(如直接寫或數(shù)字式等)光刻系統(tǒng)相對于使用傳統(tǒng)分劃板的方法，在光刻 方面提供了許多益處。無掩膜系統(tǒng)使用空間圖形發(fā)生器(SLM)來代替分劃板。SLM包括一 個可獨立尋址和控制的象素陣列，每個象素可以對透射、反射或衍射的光線產(chǎn)生包括相位、 灰度方向或開關(guān)狀態(tài)的調(diào)制。傳統(tǒng)的光刻圖象的制造使用以特定的圖象編碼的分劃板，產(chǎn)生一定的空間光強和 相位的調(diào)制，聚焦光然后通過分劃板投射到光敏感元件上。每一個分劃板配置成一個單一 的圖象。在無掩膜的光刻系統(tǒng)中，特征圖形由空間微反射鏡陣列產(chǎn)生，這些微小鏡面可以 獨立尋址單獨受控以不同的傾斜方向反射照射的光束，以產(chǎn)生空間光強調(diào)制。通過光學(xué)投 影元件，這些空間微鏡陣列以一定的放大倍率M(通常M < 1)投影到光敏感元件的襯底上， 產(chǎn)生特征的構(gòu)圖?，F(xiàn)有光刻機的照明系統(tǒng)通常要求光場均勻性達到1 %以內(nèi)，設(shè)計、加工的要求和難 度都很嚴格，很難同時滿足光能量利用率和光均勻性的需求，并且照明均勻性的檢測要配 合成像鏡頭一起在像面檢測，這樣也就對裝配調(diào)整提出了更高的要求，這就要求對光場的 能量需求分布進行有效和快速的標(biāo)定，再使用圖形發(fā)生器的工作特性去從而進行灰度補償 修正。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用曝光方式標(biāo)定曝光能量需求分布的方法，以達到快速、有效的標(biāo)定出空間光調(diào)制器件需要使用的區(qū)域中的曝光能量需求的分布情況的目的。為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種采用曝光方式標(biāo)定曝光能量需求分布的方法，采用空間光調(diào)制器作為圖形發(fā) 生器，光源發(fā)出的光照射至空間光調(diào)制器，被空間光調(diào)制器反射，產(chǎn)生反射光，所述反射光 通過遠心投影成像系統(tǒng)，入射至表面覆有光刻膠并放置在平臺上的基底上，其特征在于打 開空間光調(diào)制器中需要使用的多個區(qū)域，光源發(fā)出的光照射至空間光調(diào)制器上，被空間光 調(diào)制器中所述多個區(qū)域反射至所述基底，移動平臺，同時控制光源，使空間光調(diào)制器中所述 多個區(qū)域的反射光的能量強度均勻變化，能量強度均勻變化的反射光入射至所述基底，并 在所述基底上進行曝光形成多個與空間光調(diào)制器中的區(qū)域一一對應(yīng)的打開區(qū)域，通過CXD 相機對基底上曝光得到的多個打開區(qū)域進行拍攝，并將拍攝到的圖像傳送至計算機中處 理；在計算機中利用圖像處理軟件，將基底上相鄰能量強度各自對應(yīng)的打開區(qū)域的圖像進 行相減運算，得到在相鄰能量強度之間的區(qū)間段內(nèi)剛好被曝光形成的打開區(qū)域，將所述打 開區(qū)域再與空間光調(diào)制器中的區(qū)域?qū)φ?，確定空間調(diào)制器中多個區(qū)域分別各自對應(yīng)的能量 強度區(qū)間，完成標(biāo)定空間光調(diào)制器所使用的區(qū)域達到曝光指標(biāo)的能量值。所述的一種采用曝光方式標(biāo)定曝光能量需求分布的方法，其特征在于通過調(diào)整 光源的能量強度，使光源照射至空間光調(diào)制器的入射光的能量強度按固定的時間間隔等比 遞增或遞減，得到能量強度均勻變化的空間光調(diào)制器中的區(qū)域的反射光；或者保持光源能 量強度不變，通過等比調(diào)整光源工作的時間，使光源工作的時間等比例遞增或等比例遞減， 得到能量強度均勻變化的空間光調(diào)制器中的區(qū)域的反射光。所述的一種采用曝光方式標(biāo)定曝光能量需求分布的方法，其特征在于所述的空 間光調(diào)制器為一塊空間光調(diào)制器，或者是由多塊空間光調(diào)制器拼接而成的。所述的一種采用曝光方式標(biāo)定曝光能量需求分布的方法，其特征在于所述的空 間光調(diào)制器是改變透過率的器件，可選用LCD ；或者是通過時間脈沖調(diào)制來產(chǎn)生灰度的器 件，可選用SLM。本發(fā)明適用于使用空間光調(diào)制器件作為圖形發(fā)生器的無掩模光刻機，使用空間光 調(diào)制器件各像素單元采用相同的輸出光強度參數(shù)與或時間占空比，調(diào)整光源能量輸出強度 并按照相同的時間打開光源，或者是采用相同的光源能量輸出強度調(diào)整輸出時間的方法， 對有光刻膠的基底進行曝光并顯影，從而獲得一系列曝光圖形，根據(jù)這些曝光圖形中被曝 光打開區(qū)域的分布，能夠快速、有效的標(biāo)定出空間光調(diào)制器件需要使用的區(qū)域中的曝光能 量需求的分布情況。由于光源輸出能量可以通過改變輸出強度，或者是改變打開時間而進行較方便的 控制，利用該能量調(diào)節(jié)可以在有光刻膠的基底上曝光產(chǎn)生一系列的曝光圖形，這些圖形由 于光場不均勻性的存在，會在不同的光源輸出情況下產(chǎn)生不同面積的曝光打開區(qū)域，將相 鄰能量值的曝光打開區(qū)域進行相減運算就可以獲得在該相鄰能量區(qū)間段內(nèi)剛好被曝光打 開的區(qū)域。在無能量輸出到全場完全曝光打開之間的能量從理論上是可以無限細分的，那 么不均勻的光場相應(yīng)的不均勻的能量需求的各個區(qū)域就可以通過該方法進行很高精度的標(biāo)定，從而為灰度修正提供精確的標(biāo)定數(shù)據(jù)。本發(fā)明的有益效果是利用局部范圍內(nèi)光刻膠性質(zhì)的精確一致性和光刻膠涂膠、 勻膠工藝的高重復(fù)性標(biāo)定曝光能量的準(zhǔn)確度很高；能量劃分上通過控制光源輸出強度或者 輸出時間或者兩者結(jié)合的方法可以按照光場均勻性需求進行足夠程度的細分，從而實現(xiàn)高 精度的曝光能量需求分布標(biāo)定；通過曝光打開區(qū)域的曝光能量需求分布標(biāo)定方法可以通過 合適的計算機圖像處理算法很方便的形成自動化的標(biāo)定功能，從而節(jié)省了標(biāo)定時間和繁瑣 的操作步驟。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。圖2是本發(fā)明具體實施方式
原理圖。圖3為本發(fā)明具體實施方式
歸一化處理后的全場能量需求分布圖。
具體實施例方式如圖1所示，照明光源1發(fā)出的光經(jīng)過聚光鏡系統(tǒng)2匯聚、均勻化以后以θ角入射 到空間光調(diào)制器3上(此圖中的空間光調(diào)試器以SLM為例，也可以是LCD等其他光調(diào)制器 件)，入射光經(jīng)空間光調(diào)制器調(diào)制以后通過遠心投影成像系統(tǒng)4、5在有光刻膠的基底6上， 通過控制光源1的輸出強度或者是輸出時間，并移動有光刻膠的基底6，在有光刻膠的基底 6上形成一系列的曝光圖形，這些圖形經(jīng)過顯影工藝后可見。如圖2、圖3所示，具體實施方式
步驟如下(1)將空間光調(diào)制器3置于全開狀態(tài)，將照明光源1的能量從0至某個有效值的范 圍內(nèi)以曝光能量均勻性要求作為步長進行遞增，同時移動有光刻膠的基底6，獲取一系列曝 光打開圖形。(2)將步驟(1)處理后的有光刻膠的基底6進行顯影處理。(3)對顯影后的有光刻膠的基底6進行拍攝獲得了圖2所示的曝光打開區(qū)域的圖 形7、8、9、10灰色區(qū)域，將相鄰能量曝光圖形進行相減運算，得到相減圖形11、12、13，相減 圖形的有效區(qū)域即為分別在能量區(qū)間7 8，8 9，9 10內(nèi)可以被曝光打開的區(qū)域。(4)以全場內(nèi)光刻膠被完全的打開的圖形對應(yīng)的光源能量作為最大能量對一系列 曝光能量進行歸一化處理，就得到了如圖3所示的相同能量輸入時全場能量的需求分布情 況圖13。(5)步驟3的能量間隔選取可以按照標(biāo)定需求做任意的細分，從而更精確的標(biāo)定 曝光能量需求分布情況。
權(quán)利要求
一種采用曝光方式標(biāo)定曝光能量需求分布的方法，采用空間光調(diào)制器作為圖形發(fā)生器，光源發(fā)出的光照射至空間光調(diào)制器，被空間光調(diào)制器反射，產(chǎn)生反射光，所述反射光通過遠心投影成像系統(tǒng)，入射至表面覆有光刻膠并放置在平臺上的基底上，其特征在于打開空間光調(diào)制器中需要使用的多個區(qū)域，光源發(fā)出的光照射至空間光調(diào)制器上，被空間光調(diào)制器中所述多個區(qū)域反射至所述基底，移動平臺，同時控制光源，使空間光調(diào)制器中所述多個區(qū)域的反射光的能量強度均勻變化，能量強度均勻變化的反射光入射至所述基底，并在所述基底上進行曝光形成多個與空間光調(diào)制器中的區(qū)域一一對應(yīng)的打開區(qū)域，通過CCD相機對基底上曝光得到的多個打開區(qū)域進行拍攝，并將拍攝到的圖像傳送至計算機中處理；在計算機中利用圖像處理軟件，將基底上相鄰能量強度各自對應(yīng)的打開區(qū)域的圖像進行相減運算，得到在相鄰能量強度之間的區(qū)間段內(nèi)剛好被曝光形成的打開區(qū)域，將所述打開區(qū)域再與空間光調(diào)制器中的區(qū)域?qū)φ?，確定空間調(diào)制器中多個區(qū)域分別各自對應(yīng)的能量強度區(qū)間，完成標(biāo)定空間光調(diào)制器所使用的區(qū)域達到曝光指標(biāo)的能量值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用曝光方式標(biāo)定曝光能量需求分布的方法，其特征在 于通過調(diào)整光源的能量強度，使光源照射至空間光調(diào)制器的入射光的能量強度按固定的 時間間隔等比遞增或遞減，得到能量強度均勻變化的空間光調(diào)制器中的區(qū)域的反射光；或 者保持光源能量強度不變，通過等比調(diào)整光源工作的時間，使光源工作的時間等比例遞增 或等比例遞減，得到能量強度均勻變化的空間光調(diào)制器中的區(qū)域的反射光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用曝光方式標(biāo)定曝光能量需求分布的方法，其特征在 于所述的空間光調(diào)制器為一塊空間光調(diào)制器，或者是由多塊空間光調(diào)制器拼接而成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用曝光方式標(biāo)定曝光能量需求分布的方法，其特征在 于所述的空間光調(diào)制器是改變透過率的器件，可選用LCD ；或者是通過時間脈沖調(diào)制來產(chǎn) 生灰度的器件，可選用SLM。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用曝光方式標(biāo)定曝光能量需求分布的方法，適用于使用空間光調(diào)制器件作為圖形發(fā)生器的無掩模光刻機，打開圖形發(fā)生器需要使用的區(qū)域并使這些區(qū)域各像素單元采用同樣的輸出光強度參數(shù)或時間占空比，將該區(qū)域通過光刻系統(tǒng)對有光刻膠的基底進行曝光并顯影，在不同的光源能量輸出下獲得一系列的曝光圖形，根據(jù)不同能量下各自能夠曝光打開的區(qū)域獲得這些區(qū)域?qū)?yīng)的能量計數(shù)，從而標(biāo)定所有需要使用區(qū)域的達到曝光指標(biāo)的能量值。它準(zhǔn)確有效的高精度的曝光能量分布標(biāo)定，能夠輕易形成自動化的標(biāo)定功能。
文檔編號G03F7/20GK101813893SQ201010143798
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日
發(fā)明者孫金陽, 龐微, 李顯杰 申請人:芯碩半導(dǎo)體(中國)有限公司