一种直写式光刻机光均匀性标定方法及系统

摘要

本发明公开了一种直写式光刻机光均匀性标定方法及系统，属于光刻机光学调制技术领域，包括其用于对图形发生器与光路系统以及移动平台之间的光均匀性误差进行标定，光路系统的光路上布置CCD相机，包括如下步骤：制作用于DMD曝光的单位图形，该单位图形包括标尺图和全白图；对单位图形进行曝光处理，得到初始曝光图形；对初始曝光图形进行整合处理，得到光均匀性灰度模板；利用所述光均匀性灰度模板实现投放任意单位图。本发明通过标定光均匀性灰度模板，并将其加载到曝光系统中，使得最终曝光的图形的光均匀性得到了明显的改善。

权利要求

1.一种直写式光刻机光均匀性标定方法，其特征在于，其用于对图形发生器与光路系统以及移动平台之间的光均匀性误差进行标定，包括如下步骤：制作用于DMD曝光的单位图形，该单位图形包括标尺图和全白图；

对单位图形进行曝光处理，得到初始曝光图形，包括：利用区域对齐方法，在所述全白图周边曝光所述标尺图，以识别所述全白图；利用所述直写式光刻机按照由低到高的曝光剂量对识别出的全白图进行曝光，得到不同能量曝光的图形；

对初始曝光图形进行整合处理，得到光均匀性灰度模板，包括：利用CCD相机采集所述不同能量曝光的图形，并在不同能量曝光的图形中识别出某一曝光打开的区域；利用分类器分类拍摄某一曝光打开的区域的像素，识别出曝光图形的色彩或灰度；将全白图与不同能量曝光的图形进行像素匹配映射，得到DMD各个区域的能量分布；根据DMD各个区域的能量分布与灰度线性比，得到所述光均匀性灰度模板；

利用所述光均匀性灰度模板实现投放任意单位图。

2.如权利要求1所述的直写式光刻机光均匀性标定方法，其特征在于，还包括：

将所述光均匀性灰度模板在X轴方向上进行取反处理，得到取反处理后的图像；

相应地，利用所述取反处理后的图像实现投放任意单位图。

3.如权利要求1所述的直写式光刻机光均匀性标定方法，其特征在于，所述图形发生器所在的平面与所述移动平台所在的平面平行。

4.一种直写式光刻机光均匀性标定系统，其特征在于，包括图形发生器、光路系统、移动平台、CCD相机和中央处理单元，图形发生器、光路系统、移动平台、CCD相机均与中央处理单元连接，移动平台的基底上放置有表面匀有感光材料的晶圆，中央处理单元包括制作模块、曝光模块、整合模块和加载模块，其中：制作模块用于制作用于DMD曝光的单位图形，该单位图形包括标尺图和全白图；

曝光模块用于对单位图形进行曝光处理，得到初始曝光图形，所述曝光模块包括第一曝光单元和第二曝光单元；第一曝光单元用于利用区域对齐方法，在所述全白图周边曝光所述标尺图，以识别所述全白图；第二曝光单元利用所述直写式光刻机按照由低到高的曝光剂量对识别出的全白图进行曝光，得到不同能量曝光的图形；

整合模块用于对初始曝光图形进行整合处理，得到光均匀性灰度模板，所述整合模块包括采集单元、灰度线性比计算单元、能量分布计算单元以及灰度均匀模板计算单元；采集单元利用CCD相机采集所述不同能量曝光的图形，并在不同能量曝光的图形中识别出某一曝光打开的区域；灰度线性比计算单元利用分类器分类拍摄某一曝光打开的区域的像素，识别出曝光图形的色彩或灰度；能量分布计算单元用于将全白图形与不同能量曝光的图形进行像素匹配映射，得到DMD各个区域的能量分布；灰度均匀模板计算单元用于根据DMD各个区域的能量分布与灰度线性比，得到所述光均匀性灰度模板；

加载模块用于利用所述光均匀性灰度模板实现投放任意单位图。

5.如权利要求4所述的直写式光刻机光均匀性标定系统，其特征在于，所述中央处理单元还包括取反模块，用于将所述光均匀性灰度模板在X轴方向上进行取反处理，得到取反处理后的图像。

6.如权利要求4所述的直写式光刻机光均匀性标定系统，其特征在于，所述图形发生器所在的平面、所述移动平台所在的平面以及所述CCD相机所在的平面相互平行。

说明书

一种直写式光刻机光均匀性标定方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及光刻机光学调制技术领域，特别涉及一种直写式光刻机光均匀性标定方法及系统。

背景技术

[0002] 光刻技术是在基底表面上印刷具有特征的构图，其中基底可包括用于制造半导体器件、多种集成电路、平面显示器(例如液晶显示器)、电路板、生物芯片、微机械电子芯片、光电子线路芯片等的芯片。

[0003] 在直写曝光过程中，将基底放置在能精密移动的平台的基底台上，通过处在光刻设备内部的曝光装置和平台的运动，将特征构图投射到基底表面的指定位置。

[0004] 为了实现高精度的曝光，提高产品表面处理质量，对于图形发生器与运动平台X轴、Y轴方向之间角度的确定尤为重要。对于上述直写式光刻机，图形发生器与其相关连的光学控制系统与运动平台之间会有一个固定的角度等误差。如果这个误差值与理论误差值存在一个偏差，则需要对光均匀性进行最终补偿。在进行光均匀性进行补偿之前需要对光均匀性误差进行标定。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种直写式光刻机光均匀性标定方法，以。

[0006] 为实现以上目的，本发明采用一种直写式光刻机光均匀性标定方法，其用于对图形发生器与光路系统以及移动平台之间的光均匀性误差进行标定，包括如下步骤：

[0007] 制作用于DMD曝光的单位图形，该单位图形包括标尺图和全白图；

[0008] 对单位图形进行曝光处理，得到初始曝光图形；

[0009] 对初始曝光图形进行整合处理，得到光均匀性灰度模板；

[0010] 利用所述光均匀性灰度模板实现投放任意单位图。

[0011] 优选地，所述对单位图形进行曝光处理，得到初始曝光图形，包括：

[0012] 利用区域对齐方法，在所述全白图周边曝光所述标尺图，以识别所述全白图；

[0013] 利用所述直写光刻机按照由低到高的曝光剂量对识别出的全白图进行曝光，得到不同能量曝光的图形。

[0014] 优选地，所述对初始曝光图形进行整合处理，得到光均匀性灰度模板，包括：

[0015] 利用所述CCD相机采集所述不同能量曝光的图形，并在不同能量曝光的图形中识别出某一曝光打开的区域；

[0016] 利用分类器分类拍摄某一曝光打开的区域的像素，识别出曝光图形的色彩或灰度；

[0017] 将实际图形与不同能量曝光的图形进行像素匹配映射，得到DMD各个区域的能量分布；

[0018] 根据DMD各个区域的能量分布与灰度线性比，得到所述灰度均匀模板。

[0019] 优选地，还包括：

[0020] 将所述光均匀性灰度模板在X轴方向上进行取反处理，得到取反处理后的图像；

[0021] 相应地，利用所述取反处理后的图像实现投放任意单位图。

[0022] 优选地，所述图形发生器所在的平面与所述移动平台所在的平面平行。

[0023] 另一方面，提供一种直写式光刻机光均匀性标定系统，包括图形发生器、光路系统、移动平台、CCD相机和中央处理单元，图形发生器、光路系统、移动平台、CCD相机均与中央处理单元连接，移动平台的基底上放置有表面匀有感光材料的晶圆，中央处理单元包括制作模块、曝光模块、整合模块和加载模块，其中：

[0024] 制作模块用于制作用于DMD曝光的单位图形，该单位图形包括标尺图和全白图；

[0025] 曝光模块用于对单位图形进行曝光处理，得到初始曝光图形；

[0026] 整合模块用于对初始曝光图形进行整合处理，得到光均匀性灰度模板；

[0027] 加载模块用于利用所述光均匀性灰度模板实现投放任意单位图。

[0028] 优选地，所述曝光模块包括第一曝光单元和第二曝光单元；

[0029] 第一曝光单元用于利用区域对齐方法，在所述全白图周边曝光所述标尺图，以识别所述全白图；

[0030] 第二曝光单元利用所述直写光刻机按照由低到高的曝光剂量对识别出的全白图进行曝光，得到不同能量曝光的图形。

[0031] 优选地，所述整合模块包括采集单元、灰度线性比计算单元、能量分布计算单元以及灰度均匀模板计算单元；

[0032] 采集单元利用所述CCD相机采集所述不同能量曝光的图形，并在不同能量曝光的图形中识别出某一曝光打开的区域；

[0033] 灰度线性比计算单元利用分类器分类拍摄某一曝光打开的区域的像素，识别出曝光图形的色彩或灰度；

[0034] 能量分布计算单元用于将全白图形与不同能量曝光的图形进行像素匹配映射，得到DMD各个区域的能量分布；

[0035] 灰度均匀模板计算单元用于根据DMD各个区域的能量分布与灰度线性比，得到所述灰度均匀模板。

[0036] 优选地，所述图形发生器包括一个可独立寻址的像素阵列，每个像素对透射、反射或衍射的光线进行相位、灰度方向或开关状态的调制。

[0037] 优选地，所述中央处理单元还包括取反模块，用于将所述光均匀性灰度模板在X轴方向上进行取反处理，得到取反处理后的图像。

[0038] 优选地，所述图形发生器所在的平面、所述移动平台所在的平面以及所述CCD相机所在的平面相互平行。

[0039] 与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明首先对晶圆进行曝光处理，对晶圆的曝光结果进行再次曝光处理，对再次曝光的结果进行显影处理，通过采集显影结果，进行整合，得到灰度均匀性的标定模板，将该灰度均匀的模板加载到光刻机系统中，对光均匀性进行补偿，克服在光刻机系统中图形发生器与其相关连的光学控制系统以及运动平台之间会有一个固定的角度误差所带来的能量分布不均匀和曝光场的畸变的问题。

附图说明

[0040] 下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

[0041] 图1是一种直写式光刻机光均匀性标定方法的流程示意图；

[0042] 图2是用于DMD曝光的单位图形示意图；

[0043] 图3是单位图形的曝光结果示意图；

[0044] 图4是对单位图形的曝光结果示意图的标定结果示意图；

[0045] 图5是光均匀性灰度模板示意图；

[0046] 图6是一种直写式光刻机光均匀性标定系统结构示意图；

[0047] 图7是中央处理单元的结构示意图。

具体实施方式

[0048] 为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。

[0049] 如图1所示，本实施例公开了一种直写式光刻机光均匀性标定方法，其用于对图形发生器与光路系统以及移动平台之间的光均匀性误差进行标定，光路系统的光路上布置CCD相机，包括如下步骤S1至S4：

[0050] S1、制作用于DMD曝光的单位图形，该单位图形包括标尺图和全白图；

[0051] S2、对单位图形进行曝光处理，得到初始曝光图形；

[0052] S3、对初始曝光图形进行整合处理，得到光均匀性灰度模板；

[0053] S4、利用所述光均匀性灰度模板实现投放任意单位图。

[0054] 需要说明的是，全白图即DMD有效区域，标尺图为一系列十字图，分布在全白区域外围，用来在标定界面中识别曝开区域前标定DMD有效区域的位置。其中，界面参数包括：DMD宽高；需标定区域的起点和宽高；以及标尺属性：偏离、大小和属性；参数配置可保存，也可导入已有配置。

[0055] 参数设置完毕后，点击预览，则右边图片框会显示与参数配置成比例的图片，包括标尺图及全白图(在同一幅图中)。

[0056] 选择输出位置，点击输出，则系统会在选择路径下保存标尺图、全白图和配置文件，文件名分别为Ruler.bmp，ExposureArea.bmp，config.xml。

[0057] 如图2所示，本实施例中制作的单位图形包括标尺图和全白图，全白图即将数字微反射镜(Digital Micro-mirror Device,DMD)的有效区域，标尺图为一系列十字标记图，分布在全白图区域外围，用来在标定界面中识别曝开区域前标定DMD的有效区域的位置。对单位图形进行曝光处理，得到初始曝光图形结果如图3所示。

[0058] 如图4至图5所示，本实施例通过对单位图形的曝光结果进行显影、整合处理，标定光均匀性灰度模板，并将生成的光均匀性模板(如图5所示)加载到光刻机系统中使用。

[0059] 需要说明的是，在曝光系统中，对DMD正交均匀的成像是形成均匀大小CD的关键，然而在实际的光学系统中，由于光学元器件共轴、平行等要素难以更精准的调节，以及器件本身的光学调制能力并非是理想的，所以会在对DMD的成像中带来能量分布的不均匀和曝光场的畸变。本实施例中通过构建光均匀性灰度模板通过对能量分布的分析将DMD微晶阵列进行部分关闭的方式削弱部分区域的能量，从而达到云光的效果。在构建出光均匀性灰度模板，将其与DMD在曝光的时候进行投图作业，过程中会调用均匀性模板使得DMD部分微晶关闭，从而达到调制光的目的。

[0060] 优选地，上述步骤S2：对单位图形进行曝光处理，得到初始曝光图形，包括如下步骤S21至S22：

[0061] S21、利用区域对齐方法，在所述全白图周边曝光所述标尺图，以识别所述全白图；

[0062] S22、利用所述直写光刻机按照由低到高的曝光剂量对识别出的全白图进行曝光，得到不同能量曝光的图形。

[0063] 需要说明的是，本实施例中通过选取不同能量值对全白图进行曝光，然后采集在不同能量值的情况下的不均匀图片，即获取不同位置的能量，从而得到图形的灰度线性比。一般情况下的操作方法是选择能量由低到高进行不同组能量值的曝光(上线是白图刚刚完全曝开)，能量过大会导致无明显不均匀痕迹。

[0064] 优选地，上述步骤S3：对初始曝光图形进行整合处理，得到光均匀性灰度模板。其包括如下步骤S31至S34：

[0065] S31、利用所述CCD相机采集所述不同能量曝光的图形，并在不同能量曝光的图形中识别出某一曝光打开的区域；

[0066] S32、利用分类器分类拍摄某一曝光打开的区域的像素，识别出曝光图形的色彩或灰度，得到灰度线性比；

[0067] S33、将全白图与不同能量曝光的图形进行像素匹配映射，将每一能量下曝开的区域对应到DMD上不同位置的能量，得到DMD各个区域的能量分布；

[0068] 其中，图2为某一能量(V1机台，91mj)下的曝光图片，图3中，1、2、3区域为这一能量下曝开的区域，对应到DMD上相同位置的能量即91mj。数字微反射镜上的位置即对应的就是曝光图形(全白图)的位置能量。

[0069] S34、根据DMD各个区域的能量分布与灰度线性比，得到所述灰度均匀模板。

[0070] 优选地，本实施例中在计算出灰度均匀模板后，还包括：

[0071] 将所述光均匀性灰度模板在X轴方向上进行取反处理，得到取反处理后的图像；

[0072] 相应地，利用所述取反处理后的图像实现投放任意单位图。

[0073] 需要说明的是，由于获取的光均匀性灰度模板与实际的DMD安装方向是反向的，所以对光均匀性灰度模板进行取反。

[0074] 优选地，所述图形发生器所在的平面与所述移动平台所在的平面平行。

[0075] 需要说明的是，图形发生器的作用是获取计算机命令后实时显示曝光图面，移动平台表面放置被加工对象，只有保证两平面平行，才能有效将正确的曝光图形投射到样品表面。

[0076] 如图6至图7所示，本实施例公开了一种直写式光刻机光均匀性标定系统，包括图形发生器3、光路系统、移动平台6、CCD相机9和中央处理单元10，图形发生器3、光路系统、移动平台6、CCD相机9均与中央处理单元10连接，移动平台6的基底7上放置有表面匀有感光材料的晶圆，中央处理单元10包括制作模块15、曝光模块12、整合模块13和加载模块14，其中：

[0077] 制作模块15用于制作用于DMD曝光的单位图形，该单位图形包括标尺图和全白图；

[0078] 曝光模块12用于对单位图形进行曝光处理，得到初始曝光图形；

[0079] 整合模块13用于对初始曝光图形进行整合处理，得到光均匀性灰度模板；

[0080] 加载模块14用于利用所述光均匀性灰度模板实现投放任意单位图。

[0081] 其中，所述光路系统包括曝光光源1、分束器4、透镜5和反射镜8，图形发生器3布置在曝光光源1的光路上，分束器4布置在图形发生器3反射光的光路上，反射镜8和透镜5布置在分束器4发射光的光路上，所述CCD相机9布置在反射镜8的反射光光路上，所述中央处理单元10分别通过通讯单元11与所述CCD相机9输出端连接、通过通讯单元11与曝光光源1连接、通过通讯单元11与透镜5连接以及通过通讯单元11和运动控制器12与移动平台6连接。

[0082] 具体地，图形发生器所在的平面、移动平台所在的平面以及CCD相机所在的平面相互平行。

[0083] 优选地，本实施例中的CCD相机为半导体器件，其上布置一系列的感光元件矩阵。

[0084] 优选地，本实施例中的图形发生器包括一个可独立寻址和控制的像素阵列，每个像素可以对透射、反射和衍射的光线产生包括相位、灰度方向或开关状态的调制。

[0085] 优选地，曝光模块包括第一曝光单元和第二曝光单元；

[0086] 第一曝光单元用于利用区域对齐方法，在所述全白图周边曝光所述标尺图，以识别所述全白图；

[0087] 第二曝光单元利用所述直写光刻机按照由低到高的曝光剂量对识别出的全白图进行曝光，得到不同能量曝光的图形。

[0088] 优选地，所述整合模块包括采集单元、灰度线性比计算单元、能量分布计算单元以及灰度均匀模板计算单元；

[0089] 采集单元利用所述CCD相机采集所述不同能量曝光的图形，并在不同能量曝光的图形中识别出某一曝光打开的区域；

[0090] 灰度线性比计算单元利用分类器分类拍摄某一曝光打开的区域的像素，识别出曝光图形的色彩或灰度；

[0091] 能量分布计算单元用于将全白图形与不同能量曝光的图形进行像素匹配映射，得到DMD各个区域的能量分布；

[0092] 灰度均匀模板计算单元用于根据DMD各个区域的能量分布与灰度线性比，得到所述灰度均匀模板。

[0093] 优选地，中央处理单元还包括取反模块，用于将所述光均匀性灰度模板在X轴方向上进行取反处理，得到取反处理后的图像。

[0094] 需要说明的是，在曝光系统中，对于DMD正交均匀的成像是形成均匀大小的CD的关键，而在实际的光学系统中，由于光学元器件供轴、平行等要素难以进行更精准的调节，以及器件本身的光学调制能力并非理想，在对DMD的成像中带来能量分布不均匀和曝光场的畸变。本实施例应用曝光系统曝光所需要的标尺以及全白图，获取不同能量状态下全白图的曝光效果截图，并进行整合处理，得到一个DMD翻转的补偿效果图，达到光刻机光学调制的目的。所获取的灰度模板，需要多次现场实验获取。

[0095] 本实施例中在光均匀性灰度模板的标定过程中，在标定区域(即全白图)周边曝光标尺图(即十字框)，通过图像处理方法对齐区域轮廓，提高标定像素的精确性，消除畸变的影响。同时通过对全白图进行不同能量下的曝光处理，整合得到光均匀性灰度模板，加载至光刻机系统中，可提高灰度曝光的光均匀性至±5％，使得最终曝光的图形的光均匀性得到了明显的改善。

[0096] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。