[发明专利]无掩膜直写式光刻机系统中图形数据灰度值的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体行业和印刷电路板行业光刻技术领域，属于光刻机曝光系统图形数据的灰度处理方法，特别是使用空间光调制器的直写式光刻机灰度曝光系统或者激光直写曝光系统（LDI）的数据处理方法。

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）、印刷电路板、生物芯片、微机械电子芯片、光电子线路芯片等的芯片。

在传统的光刻过程中，基底放置在承载台上，通过处在光刻设备内的曝光装置，将特征构图投射到基底表面。传统的掩膜式光刻机为在基底上制作图形，需要事先准备多个掩膜版（mask）或者菲林。由于特征尺寸的减少以及对于较小特征尺寸的精确公差的原因，这些mask对于生产而言成本很高，耗时很长，使传统的掩膜型晶圆光刻制造成本越来越高，非常昂贵。而传统的采用菲林进行电路板印刷制作由于形变而导致精度下降。

无掩膜（如直接写或数字式等）光刻系统相对于使用传统mask或者菲林的方法，可以克服以上在使用mask和菲林所存在的缺陷，在光刻方面提供了许多益处。直写式系统使用空间图形发生器（SLM）来代替分划板后者菲林。SLM包括数字微镜系统（DMD）或液晶显示器（LCD），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。

采用空间图形发生器的直写式光刻系统主要采用计算机控制图形发生器（SLM）精缩排版曝光。主要问题是分辨率较低，并且受到单位象素的形状和有效通光孔径（fill-in factor）的限制，难以制作连续光滑的图形轮廓。通过采用灰度曝光方式，进行图形边缘曝光能量的灰度调制，可以有效的提高曝光图形的精度和光刻机系统的分辨率。灰度曝光需要相应的将光刻设计版图进行解析和处理成灰度模式。灰度处理的精度和速度直接关系到光刻设备的精度和产能。

发明内容

本发明的目的是提供一种直接通过矢量数据进行曝光数据的灰度处理方法，适用于使用空间光调制器作为图形发生器的直写式光刻机灰度曝光系统。

本发明的技术方案如下：

    无掩膜直写式光刻机系统中图形数据灰度值的计算方法，包括有使用空间光调制器（SLM）作为图形发生器的无掩膜直写式光刻机系统，照明光源发出的光经过聚光镜系统汇聚、均匀化以后以特定角度入射到SLM上，SLM接收到数字化的灰度数据后，调制SLM的微镜翻转的占空比或微镜重复曝光的次数，实现曝光能量的灰度调制，得到的不同灰阶的曝光能量通过远心成像系统成像在基底上；其特征在于：所述基底上的曝光图形分为内部区域、边缘区域，内部区域直接曝光白图，边缘区域由灰度来表示，边缘区域的灰度值由图形相应的矢量数据通过精确计算产生，所述的边缘区域的图形包括直线边缘和弧线边缘，还包括有直线边缘或弧线相交所构成的顶点，边缘区域的灰度值的大小等于曝光图形覆盖SLM像素的面积的大小。

所述的一种无掩膜直写式光刻机系统中图形数据灰度值的计算方法，其特征在于：采用反走样算法中利用图形方向来判断SLM像素被覆盖区域和未被覆盖区域，进行灰度值计算的是对应被覆盖部分。

所述的一种无掩膜直写式光刻机系统中图形数据灰度值的计算方法，其特征在于：所述曝光图形覆盖SLM像素的面积是以梯形为基本计算单元。

本发明的原理是：本发明通过对曝光图形的方向进行判断，区分SLM像素中被覆盖的部分和未被覆盖的部分，以梯形为基本单元，计算相应的被覆盖部分的面积大小即为边缘区域的灰度值。

本发明的主要益处在于：

本发明通过一种采用面积覆盖的方式来进行图形反走样灰度的精确计算，提高了图形处理的精度，对于规则图形，理论上计算的灰度是就没有任何信息的丢失。而这种灰度处理算法最大优势还在于它的处理速度，相对于子像素填充的方法来计算灰度，本发明采用矢量数据可直接进行计算，大大减小了图形处理过程中数据量，提高了数据处理数据。

附图说明

图1是本发明的系统原理结构图。（其中，1、光刻机照明光源，2、光刻机照明光源聚光镜系统，3、空间光调制器，4、5、远心投影成像系统，6、基底。）

图2是本发明的曝光图形的边缘区域与内部区域的示意图。（其中，7表示内部区域，8表示需要进行处理的边缘区域。）

图3是本发明的曝光图形的一系列像素网格和对应的各条边的示意图。（其中，A、B、C和D分别表示多边形的顶点。）