一种基于位移补偿提高DMD无掩模光刻分辨率的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于位移补偿提高DMD无掩模光刻分辨率的方法，在使用LED紫外光源和低倍率投影物镜(如10

【技术实现步骤摘要】
一种基于位移补偿提高DMD无掩模光刻分辨率的方法


[0001]本专利技术属于无掩模投影光刻领域，更具体的，涉及一种基于位移补偿提高DMD无掩模光刻分辨率的方法。

技术介绍

[0002]凭借无需复杂昂贵的掩模版加工的优势，无掩模数字光刻在PCB电路制作、微光机电与生物芯片加工、微纳半导体器件制备等领域有广泛应用前景。特别地，基于数字微镜器件(DMD)的步进式面投影光刻技术，因为其高效率、低成本的特点，吸引了人们的广泛关注。
[0003]DMD由高密度的正方形微反射镜组成，如0.7英寸的DMD微镜集成密度为1024
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768，每一微反射镜边长为13.68μm。为实现较高的分辨率，近年来常采用紫外相干光源(如中心波长为400nm的飞秒激光光源)、高缩小比高数值孔径的投影物镜以及更薄的光刻胶等方法。然而飞秒激光器价格昂贵，尺寸一般较大，使得整个曝光系统的紧凑性将有所下降，同时，高倍率物镜带来的不利后果是曝光系统单次加工的尺寸的减小(以0.7英寸DMD为例，经由缩小倍率为50
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的投影系统曝光后，单次加工的面积仅为280μm
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210μm)，从而导致加工效率的急剧下降。若使用小型的紫外LED非相干光源与低倍率物镜(如10
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物镜)，虽然具有获得结构紧凑、相对较高的加工效率(单次加工的面积大于1mm2等优点)，但其加工的分辨率却难以突破1μm。
[0004]值得注意的是，位移系统作为无掩模投影光刻系统的核心组件，其分辨率根据所选硬件的不同分辨率可以从1nm到数十μm，因此只要选择高分辨率的位移台，即可利用其高分辨率来弥补DMD无掩模光刻系统分辨率的不足。基于以上分析，本专利技术提出一种利用高分辨率位移台如压电纳米位移台来实现DMD无掩模光刻亚微米分辨率的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决在应用小型紫外LED非相干光源与低倍率物镜(如10
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物镜)的背景下，实现DMD无掩模光刻系统亚微米级加工分辨率，提供一种基于位移补偿提高DMD无掩模光刻分辨率的方法。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0007]首先，一种基于位移补偿提高DMD无掩模光刻分辨率的无掩模光刻系统，包括小型紫外LED光源、匀光整形准直模块、光开关、DMD芯片、套筒透镜、物镜、光刻胶、衬底、计算机和压电纳米位移台；其中，所述计算机用于控制所述光开关、DMD芯片、压电纳米位移台；所述小型紫外LED光源用于产生非相干紫外光，所述非相干紫外光经过所述匀光整形准直模块后形成均匀准直的矩形紫外光斑，提高系统的成像质量；所述光开关用于准确控制系统的曝光时间；所述DMD用于生成可编程像素化的数字掩模图案，所述数字掩模图案经过所述套筒透镜和物镜后按照对应比例缩小并投影至所述光刻胶表面进行曝光，所述光刻胶涂覆在所述衬底上；所述套筒透镜和物镜并称为投影微缩组件；所述压电纳米位移台用于实现纳米级分辨率的移动。
[0008]上述方案中，所述DMD芯片、套筒透镜、物镜、光刻胶按照无限远共轭系统进行校正，在保证缩小比例的前提下，实现在所述套筒透镜和所述物镜之间增减光学元件而不改变数字掩模图案的成像质量。
[0009]其次，一种基于位移补偿提高DMD无掩模光刻分辨率的方法，包括以下步骤：S1：使用计算机将处于上述DMD无掩模光刻系统加工极限的数字掩模版图拆分为左数字掩模子版图(下称左子版图)和右数字掩模子版图(下称右子版图)；S2：将左子版图通过计算机加载到DMD芯片中，控制对应微镜的开关；S3：打开光开关，经匀光整形准直之后的矩形非相干紫外光斑照射在DMD上，经DMD上对应微镜反射后形成对应的数字掩模图案，所形成的数字掩模图案经过投影微缩组件缩小后，投影在衬底上的光刻胶上进行第一次曝光；S4：通过计算机控制压电纳米位移台向右移动补偿距离ΔL；S5：将右子版图通过计算机加载到DMD芯片中，控制对应微镜的开关，重复步骤S3进行第二次曝光；S6：显影，最终在所述光刻胶上获得分辨率提高的加工图案进行。
[0010]上述方案中，步骤S1中所述处于DMD无掩模光刻系统加工极限的数字掩模版图的内容、样式、布局方向及拆分方式仅仅是为更清楚地说明上述方案原理，并非对上述数字掩模版图内容、样式、布局方向及拆分方式的限制。
[0011]上述方案中，所述处于DMD无掩模光刻系统加工极限的数字掩模版图中左子版图与右子版图之间的沟道像素数为P，对应于所述DMD上生成的数字掩模图案中的沟道尺寸为：P
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D(D为DMD单个正方形微反射镜的边长)；同时曝光上述左子版图和右子版图，上述沟道尺寸经投影微缩组件缩放后在所述光刻胶上得到的第一加工尺寸为L0；按照上述步骤S1
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S6执行后，所述获得分辨率提高的加工图案的沟道尺寸为第二加工尺寸L。
[0012]优选地，为对上述沟道像素数P、补偿距离ΔL、第一加工尺寸为L0和第二加工尺寸L进行预测和控制，针对所述步骤S3中DMD生成的数字掩模图案经过投影微缩组件在所述光刻胶上的形成的光强分布进行建模分析，简化地，考虑到所述DMD所生成的数字掩模图案具有严格的像素周期性，先面向DMD的单个微镜在光刻胶上的光强分布进行建模分析：
[0013]考虑到单个DMD微镜经低倍率投影微缩系统缩小后在光刻胶上的单边尺寸仅为1到3μm，且投影微缩系统在经过无限远共轭矫正后，单个DMD微镜在光刻胶上的成像为其无限远处的成像，因此可以将单个DMD微镜在光刻胶上的光强分布模型可近似认为是夫琅禾费矩形孔衍射模型：
[0014][0015]其中，
[0016][0017]其中，I0单个DMD微镜在光刻胶上光强分布的归一化光强值，a，b为单个DMD微镜在物镜入瞳处的等效像的长和宽，λ为紫外LED光源的中心波长，f为物镜的焦距，(x，y)为光刻胶上的坐标信息，(m，n)为单个DMD微镜经投影微缩组件缩小后在光刻胶上的位置信息，d为所述DMD芯片两相邻微镜经微缩投影组件缩小后，在光刻胶上成像的中心距；
[0018]简化地，由于所述无掩模光刻系统使用的紫外LED光源为非相干光源，因此可以认为所述DMD上连续多个微镜所生成的数字掩模图形在光刻胶上的光强分布可近似认为是每一微镜在光刻胶上光强分布的叠加：
[0019][0020]其中，M，N为DMD在x，y轴方向的微镜总数，经过实验验证，该光强分布模型仿真结果与实验数据十分匹配，可以用来预测和控制所述无掩模光刻系统的实际加工效果，以指导在所述光刻胶上获得分辨率提高的加工图案。
[0021]优选地，上述步骤S3中投影微缩系统的缩放比例为9/100，其中套筒透镜的焦距为200mm，物镜的焦距为f＝18mm。
[0022]优选地，上述步骤S3中光刻胶为高分辨率光刻胶，其分辨率为所述无掩模光刻系统能够加工的极限分辨率。
[0023]优选地，上述步骤S4中压电纳米位移台的分辨率为1nm，为了将步骤S4中所述补偿距离Δ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于位移补偿提高DMD无掩模光刻分辨率的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：使用计算机将处于DMD无掩模光刻系统加工极限的数字掩模版图拆分为左数字掩模子版图(下称左子版图)和右数字掩模子版图(下称右子版图)；S2：将左子版图通过计算机加载到DMD芯片中，控制对应微镜的开关；S3：打开光开关，经匀光整形准直之后的矩形非相干紫外光斑照射在DMD上，经DMD上相应微镜反射后生成对应的数字掩模图案，所生成的数字掩模图案经过套筒透镜、物镜缩小后，投影在衬底上光刻胶上，并进行第一次曝光；S4：通过计算机控制压电纳米位移台向右移动补偿距离ΔL；S5：将右子版图通过计算机加载到DMD芯片中，控制对应微镜的开关，重复步骤S3进行第二次曝光；S6：显影，最终在所述光刻胶上获得分辨率提高的加工图案。所述步骤S1中，所述处于DMD无掩模光刻系统加工极限的数字掩模版图的内容、样式、布局方向及拆分方式仅仅是为更清楚地说明所述方法的原理，并非对其内容、样式、布局方向及拆分方式的限制。2.根据权利要求1所述的一种基于位移补偿提高DMD无掩模光刻分辨率的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春，杨卓俊，林杰，张秋松，兰长勇，
申请(专利权)人：烟台东仪光电产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：