一种面向DMD无掩模光刻的MBOPC方法技术

本发明专利技术公开了一种面向DMD无掩模光刻的MBOPC方法，一方面，以夫琅禾费衍射理论为基础建立了光刻成像模型，另一方面利用遗传算法作为掩模优化算法，并通过MATLAB实现两者的有机结合，以完成对初始数字掩模图案的像素级灰度优化，来修正其曝光时在光刻胶上的光强分布，即显著提高了在高微缩比例(微缩比大于10:1)的DMD无掩模光刻系统中小尺寸图案图形化的保真度，又极大地解放了掩模优化过程中所需的人工成本。工成本。工成本。

【技术实现步骤摘要】
一种面向DMD无掩模光刻的MBOPC方法


[0001]本专利技术属于无掩模投影光刻领域，更具体的，涉及一种面向DMD无掩模光刻的MBOPC方法。

技术介绍

[0002]光刻作为微纳器件制备中最为关键的工艺流程之一，其重要性不言而喻。在传统的掩模光刻技术中，由于物理掩模版的使用，导致了高昂的制版费用与较长的加工周期，因此，为降低光刻系统的使用成本，无掩模光刻技术成为了较优的替代方案。
[0003]基于数字微镜器件(Digital Micromirror Device，DMD)的无掩模光刻技术，凭借其低成本、优异的数字化掩模特性及灰度调制功能，成为了微纳器件加工领域中的一种常见手段。DMD是一种高度集成的微反射镜阵列器件(通常总的微镜数目在百万量级)，其中每一微反射镜受到对应CMOS单元的二进制信号控制来改变其偏转角度(一般地，信号“1”下微镜偏转+12
°
，信号“0”下微镜偏转
‑
12
°
，在两种偏转状态下入射光被分开48
°
，其中偏转+12
°
的微镜所反射的光束携带了掩模信息被后续投影系统收集完成曝光，而偏转
‑
12
°
的微镜所反射的杂光则被特定介质吸收)，因此，通过加载不同的数字掩模图案，即可通过DMD微镜的反射来获取所需的曝光光场完成图形化加工。此外，得益于DMD极高的微镜偏转频率，研究人员通过引入脉冲宽度调制技术在DMD上实现了对入射光光强的像素级灰度调制，常见的灰度等级为8Bit，即一次曝光过程中，不同微镜反射的光强可以分为256个强度等级，这一技术为DMD无掩模光刻技术应用于灰度光刻、三维微立体光刻建立了良好的基础。
[0004]然而，在高微缩比例的DMD无掩模光刻系统中，由于光学衍射现象的存在导致了光刻成像的畸变，如线端和拐角的圆化、线宽变化等等，这一现象称之为光学邻近效应(Optical Proximity Effect，OPE)，尤其是，当刻写的图形由少量像素点组成时，这一畸变效果将十分明显，严重影响了其在光刻胶上的图形化质量。
[0005]专利CN110456609B公布了一种适用于无掩模数字光刻的光学邻近效应校正(Optical Proximity Correction，OPC)方法，以基于经验的OPC(Rule
‑
based OPC，RBOPC)方法出发，通过建立特定掩模图形的像素级灰度查找表，以实现对曝光图形畸变的优化。但此方法在前期需要进行大量的曝光实验以建立特定掩模图形的灰度查找表，需要付出较大的人工成本，在掩模图形较为复杂时尤为困难。因此，利用DMD的像素级灰度调制功能，探索一种基于智能优化算法的面向DMD无掩模光刻的基于模型的OPC(Mode
‑
based OPC，MBOPC)方法，对解放人工成本及推动DMD无掩模光刻技术节点的发展具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，对DMD无掩模光刻中的图形畸变现象做出优化，提高其图形化加工的保真度。
[0007]为实现本专利技术的目的，本专利技术的技术方案如下：提出一种面向DMD无掩模光刻的MBOPC方法，本方法通过建立正确的光刻成像模型并利用遗传算法作为掩模优化算法完成
对初始数字掩模图案的像素级灰度优化，来修正其曝光时在光刻胶上的光强分布，以提高在高微缩比例(微缩比大于10:1)的DMD无掩模光刻系统中小尺寸图案图形化的保真度。
[0008]所述光刻成像模型的成像理论及具体形式在本专利技术中不做限制，但需保证成像模型本身的正确性及对曝光实验的指导性。优选地，本专利技术所建立的光刻成像模型如下：
[0009]优选地，以本专利技术所使用的DMD无掩模光刻系统为例，所述光刻系统使用DLP7000型DMD(微镜数量为1024
×
768，微镜间距为13.68μm，下文称DLP7000光刻系统)，所述DLP7000光刻系统的微缩比例为100：9，即理论上单个微镜在光刻胶上成像后的单边尺寸约为1.23μm，与曝光波长(405nm)处于同一量级，且投影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：
[0010][0011]其中，
[0012][0013][0014]其中，I0为单个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为曝光光源的中心波长，f为物镜的焦距，(x，y)为光刻胶上的坐标信息，为方便分析，定义DMD全幅面曝光中心的坐标为(0，0)，(m，n)为DMD微镜单元在DMD微镜阵列中的位置信息，d为所述DMD芯片两相邻微镜经投影微缩系统缩小后，在光刻胶上成像的中心距；
[0015]简化地，由于所述DLP7000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：
[0016][0017]其中，M，N为DMD在x，y方向的微镜总数，经过实验验证，该光刻成像模型可以用来预测所述DLP7000光刻系统的实际加工效果。
[0018]所述遗传算法用于数字掩模的像素级灰度优化以实现对DMD无掩模光刻系统的图形畸变修正，其算法实现如下，优选地，以其MATLAB实现为例：
[0019]S1：染色体定义。将待优化数字掩模的像素灰度值矩阵进行列向量化，列向量化后的向量空间即作为一条染色体(优化问题中的一个可行解)，染色体中每一个像素对应的灰度值即为一个基因。在本专利技术中，待优化的数字掩模尺寸为20
×
20像素，一方面为了减少计算量，另一方面线条像素宽度大于20的掩模图形其曝光图形的畸变量可以忽略；
[0020]S2：输入种群大小Num、交叉概率p
acr
、变异概率p
var
、迭代总次数g
all
及光刻胶阈值；
[0021]S3：初始化种群。初始种群中的个体(即一条染色体)按照如下思路设置：为降低计算量，迭代过程的灰度值被限定为(0,1]之间的随机数，等待迭代结束后再将所得到的灰度掩模进行8位灰度量化，在种群初始化过程中，参与光刻成像的掩模区域像素灰度值设置为
1，其它掩模区域像素灰度值设置为0(即不参与优化过程)，这是因为DMD的微镜尺寸远大于投影物镜的极限分辨率，在数字掩模图案中增减像素点会带来更为明显的图案畸变；
[0022]S4：个体的适应度值计算。将迭代过程中产生的新个体(第一代为初始种群中的个体)按照上述光刻成像模型在MATLAB中成像后，其成像结果以光强矩阵I1(光刻阈值以下的光强值归零)的方式储存在计算机内，在本专利技术中光强矩阵的采样步长设置为0.1μm，如在1μm
×
1μm区域内其对应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向DMD无掩模光刻的MBOPC方法，其特征在于，本方法通过建立正确的光刻成像模型并利用遗传算法作为掩模优化算法完成对初始数字掩模图案的像素级灰度优化，来修正其曝光时在光刻胶上的光强分布，以提高在高微缩比例(微缩比大于10:1)的DMD无掩模光刻系统中小尺寸图案图形化的保真度：所述光刻成像模型的成像理论及具体形式在本发明中不做限制，但需保证成像模型本身的正确性及对曝光实验的指导性；所述遗传算法用于数字掩模的像素级灰度优化以实现对DMD无掩模光刻系统的图形畸变修正，其算法的MATLAB实现如下：S1：染色体定义。将待优化数字掩模的像素灰度值矩阵进行列向量化，列向量化后的向量空间即作为一条染色体，染色体中每一个像素对应的灰度值即为一个基因；S2：输入种群大小Num、交叉概率p
acr
、变异概率p
var
、迭代总次数g
all
及光刻胶阈值；；S3：初始化种群。初始种群中的个体(即一条染色体)按照如下思路设置：为降低计算量，迭代过程的灰度值被限定为(0,1]之间的随机数，等待迭代结束后再将所得到的灰度掩模进行8位灰度量化，在种群初始化过程中，参与光刻成像的掩模区域像素灰度值设置为1，其它掩模区域像素灰度值设置为0；S4：个体的适应度值计算。将迭代过程中产生的新个体(第一代为初始种群中的个体)按照上述光刻成像模型在MATLAB中成像后，其成像结果以光强矩阵I1(光刻阈值以下的光强值归零)的方式储存在计算机内，而将初始数字掩模理想成像的结果以光强矩阵(对应区域光强值设为光刻胶阈值)储存在计算机内，进行上述设置后，适应度函数的返回值(即适应度值)fitness由下式决定：其中，以上三式均为MATLAB语言，式
①
中“|”表示将I0与I1按矩阵元素进行或操作，在MAT...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春，杨卓俊，兰长勇，朱子成，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：