[发明专利]一种无掩膜光刻系统中曝光图形临近效应校正方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

鉴于现有的曝光图形临近效应校正方法存在的问题，本发明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。本发明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。

本发明的技术方案如下：

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。

所述的一种无掩膜光刻系统中曝光图形临近效应校正方法，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。