一种无掩膜光刻系统中曝光图形临近效应校正方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无掩膜光刻系统中曝光图形临近效应校正方法，在使用空间光调制器件作为图形发生器的无掩模光刻系统中，入射光入射到空间光调制器件上，空间光调制器上产生设计图形，通过光学投影元件，以一定的放大倍率投影到光敏感元件的衬底上，产生曝光图形，并在曝光图形上产生线尾收缩和内角扩散现象，其特征在于：利用空间光调制器件的灰度调制能力，在空间光调制器上的设计图形外围或边沿加入灰度衬线，和／或将设计图形的局部或全部改变灰度，并通过优化算法进行成像模拟，最终获得较优的曝光图形，以减小因临近效应带来的曝光图形失真。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光刻机的曝光图形临近效应校正方法，特别是使用空间光调制器 的无掩模光刻系统中曝光图形临近效应校正方法。
技术介绍
光刻技术是用于在衬底表面上印刷具有特征的构图，这样的衬底可包括用于 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基片。经常使用的基片为表面图 有光敏感介质的半导体晶片或玻璃基片。在光刻过程中，晶片放置在晶片台上，通过处在光刻设备内的曝光装置，将 特征构图投射到晶片表面。尽管在光刻过程中使用了投影光学装置，还可依据具 体应用，使用不同的类型曝光装置。例如X射线、离子、电子或光子光刻的不 同曝光装置，这已为本领域技术人员所熟知。半导体行业使用的传统分步重复式或分步扫描式光刻工具，将分划板的特征 构图在各个场一次性的投影或扫描到晶片上， 一次曝光或扫描一个场。然后通过 移动晶片来对下一个场进行重复性的曝光过程。传统的光刻系统通过重复性曝光 或扫描过程，实现高产出额的精确特征构图的印刷。为了在晶片上制造器件，需要多个分划板。由于特征尺寸的减少以及对于较 小特征尺寸的精确公差需求的原因，这些分划板对于生产而言成本很高，耗时很 长，从而使利用分划板的传统晶片光刻制造成本越来越高，非常昂贵。无掩膜(如直接写或数字式等)光刻系统相对于使用传统分划板的方法，在 光刻方面提供了许多益处。无掩膜系统使用空间图形发生器(SLM)来代替分划 板。SLM包括数字微镜系统(DMD)或液晶显示器(LCD)等，SLM包括一个 可独立寻址和控制的象素阵列，每个象素可以对透射、反射或衍射的光线产生包 括相位、灰度方向或开关状态的调制。传统的光刻图象的制造使用以特定的图象编码的分划板，产生一定的空间光 强和相位的调制，聚焦光然后通过分划板投射到光敏感元件上。每一个分划板配 置成一个单一的图象。在无掩膜的光刻系统中，特征图形由空间微反射镜阵列产生，这些微小镜面 可以独立寻址单独受控以不同的倾斜方向反射照射的光束，以产生空间光强调 制。通过光学投影元件，这些空间微反射镜阵列以一定的放大倍率M (通常M<1)投影到光敏感元件的衬底上，产生特征的构图。临近效应是由于光刻物镜本身为一个衍射受限成像系统，因此在对掩模成像 过程中会丢失部分高频信息，最终导致曝光图形的失真，降低了曝光图形转移质 量。临近效应校正是采用预畸变掩模图形，来对光刻成像图形校正的方法。所谓 预畸变图形就是在设计图形中加入辅助线条或衬线以补偿光刻过程中高频信息 丢失所带来的图形失真。通常临近效应校正需要在掩模上制作出比最小特征尺寸更小的二值辅助线 条或衬线，加工难度、成本以及风险都很高， 一旦出现设计失误整张掩模就只能 报废。
技术实现思路
鉴于现有的曝光图形临近效应校正方法存在的问题，本专利技术提供一种无掩膜 光刻系统中曝光图形临近效应校正方法，应用在使用空间光调制器件作为图形发生器的无掩模光刻机中，例如中国专利200710022638. 5所述的光刻机形式。本 方法利用了空间光调制器件的灰度调制能力，依据光刻曝光光场计算结果，提供 一种灵活的临近效应校正方法和方式。本方法由于利用了空间光调制器件的灰度 调制能力，将传统光刻临近效应校正中的二值衬线等扩展到了灰度衬线，大大提 高了临近效应校正对曝光图像的优化能力。本专利技术适用于使用空间光调制器件作 为图形发生器的无掩模光刻机的临近效应校正，并且为传统光刻掩模临近效应校 正图案的验证提供了一种低成本高效率的方法。 本专利技术的技术方案如下，在使用空间光调制器件 作为图形发生器的无掩模光刻系统中，入射光入射到空间光调制器件上，空间光调制器上产生设计图形，通过光学投影元件，以一定的放大倍率投影到光敏感元 件的衬底上，产生曝光图形，并在曝光图形上产生衬线、灰度条等辅助图案减小 因衍射受限引起的线尾收縮和内角扩散现象，其特征在于利用空间光调制器件 的灰度调制能力，在空间光调制器上的设计图形外围或边沿加入灰度衬线，和/ 或改变设计图形的局部或全部的灰度，并通过优化算法进行成像模拟，最终获得 较优的曝光图形，以减小因临近效应带来的曝光图形失真。所述的，其特征在于是 在空间光调制器上的设计图形的线尾和内角的外围或边沿加入灰度衬线，以及将 设计图形的局部采用灰度图形，并通过优化算法进行成像模拟，最终获得较优的 曝光图形，以减小因临近效应带来的曝光图形失真。所述的，其特征在于:所 述的空间光调制器件是改变透过率的器件LCD，或者是通过时间脉冲调制来产生 灰度的器件DMD。所述的，其特征在于所 述的临近效应是指由于光刻镜头衍射受限而引起的图像细节丢失，图像变形的现 象。本专利技术提供一种采用空间光调制其产生灰度图形、灰度衬线的方法来进行临 近效应校正，改善曝光图形边沿形貌的方法。光刻的过程是将所需的图形转移到光致抗蚀剂的过程，由于光刻成像镜头是 衍射受限系统，所以其成像时不能完全表现图像的细节。除了镜头的像差所带来 的图形转移失真外，线尾收縮、折边钝化等是常见的由于衍射极限引起的光刻图 像失真，在光刻中通常是采用临近效应校正的方法来对这种失真进行校正。传统 的临近效应校正是在设计图形中加入二值校正图案，图案的设计灵活性和制作难 度都较高，并且由于掩模板制作、修改难度和成本都很高，所以其存在很大的风 险。使用空间光调制器件作为图形发生器的无掩模光刻机中，由于其图形发生器 是由计算机控制，可以即时产生和修改，并且可以提供灰度输出，因此在其上的 临近效应校正图样设计灵活性得到了大大提高，而且风险也较传统掩模大大降 低。附图说明图la、图lb是光刻中的临近效应对T型结构引起的线尾收縮和内角展开。 图2a、图2b是传统的二值衬线对线尾和内角进行的优化。 图3a、图3b是数字光刻中T型结构的线尾收縮和内角展开。 图4a、图4b是数字光刻中的灰度衬线对线尾和内角进行的优化。具体实施方式无掩膜光刻系统中曝光图形的临近效应是由于光刻镜头的衍射受限引起的， 其通常表现为线尾收縮和内角扩散。如图la中的掩模图形，其通过光刻镜头成 像在光致抗蚀剂表面时会损失其频谱高级分量，造成图像失真，如图lb所示的 掩模成像光场分布情况，其线尾会变的匀滑造成收縮11;相反，在内角处，其 转角变的匀滑产生扩散12。为减小掩模图像成像失真，增强图形转移质量，在 半导体制造业中通常采用在设计图中加入二值衬线的方法对其进行校正。图lb 及以后的图中的光刻成像光强分布根据光刻胶的反应阈值做了响应的滤波处理， 在图中暗的部分表示未达到光刻胶感光阈值的区域。如图2a所示，为得到更接 近于设计图形的图像，通常在线尾和内角处加入二值衬线21，这样可以有效改 善临近效应对衍射受限而引起的图像失真，如图2b所示线尾收縮21和内角扩散 22都明显改善。衬线的大小、位置都经过严格的模拟计算，对于整张掩模来说 其计算量是非常大的，而且很难找到全局最优解。传统光刻掩模中，受衬线只能 是二值的限制， 一般情况下衬线的尺寸小于设计图形的特征尺寸，这也使得这种 掩模的加工难度和成本进一步提高。在使用空间光调制器件作为图形发生器的无掩模光刻机中，其不需要固定的 掩模，图形发生器可以根据需要随时产生出所需的图形，并且由于图形发生器可 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无掩膜光刻系统中曝光图形临近效应校正方法，在使用空间光调制器件作为图形发生器的无掩模光刻系统中，入射光入射到空间光调制器件上，空间光调制器上产生设计图形，通过光学投影元件，以一定的放大倍率投影到光敏感元件的衬底上，产生曝光图形，并在曝光图形上产生衬线、灰度条等辅助图案减小因衍射受限引起的线尾收缩和内角扩散现象，其特征在于：利用空间光调制器件的灰度调制能力，在空间光调制器上的设计图形外围或边沿加入灰度衬线，和／或改变设计图形的局部或全部的灰度，并通过优化算法进行成像模拟，最终获得较优的曝光图形，以减小因临近效应带来的曝光图形失真。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明勇，
申请(专利权)人：芯硕半导体中国有限公司，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]