專利名稱：一種無掩膜光刻系統中曝光圖形臨近效應校正方法
技術領域：
本發明屬于光刻機的曝光圖形臨近效應校正方法，特別是使用空間光調制器 的無掩模光刻系統中曝光圖形臨近效應校正方法。
背景技術：
光刻技術是用于在襯底表面上印刷具有特征的構圖，這樣的襯底可包括用于 制造半導體器件、多種集成電路、平面顯示器(例如液晶顯示器)、電路板、生 物芯片、微機械電子芯片、光電子線路芯片等的基片。經常使用的基片為表面圖 有光敏感介質的半導體晶片或玻璃基片。在光刻過程中，晶片放置在晶片臺上，通過處在光刻設備內的曝光裝置，將 特征構圖投射到晶片表面。盡管在光刻過程中使用了投影光學裝置，還可依據具 體應用，使用不同的類型曝光裝置。例如X射線、離子、電子或光子光刻的不 同曝光裝置，這已為本領域技術人員所熟知。半導體行業使用的傳統分步重復式或分步掃描式光刻工具，將分劃板的特征 構圖在各個場一次性的投影或掃描到晶片上， 一次曝光或掃描一個場。然后通過 移動晶片來對下一個場進行重復性的曝光過程。傳統的光刻系統通過重復性曝光 或掃描過程，實現高產出額的精確特征構圖的印刷。為了在晶片上制造器件，需要多個分劃板。由于特征尺寸的減少以及對于較 小特征尺寸的精確公差需求的原因，這些分劃板對于生產而言成本很高，耗時很 長，從而使利用分劃板的傳統晶片光刻制造成本越來越高，非常昂貴。無掩膜(如直接寫或數字式等)光刻系統相對于使用傳統分劃板的方法，在 光刻方面提供了許多益處。無掩膜系統使用空間圖形發生器(SLM)來代替分劃 板。SLM包括數字微鏡系統(DMD)或液晶顯示器(LCD)等，SLM包括一個 可獨立尋址和控制的象素陣列，每個象素可以對透射、反射或衍射的光線產生包 括相位、灰度方向或開關狀態的調制。傳統的光刻圖象的制造使用以特定的圖象編碼的分劃板，產生一定的空間光 強和相位的調制，聚焦光然后通過分劃板投射到光敏感元件上。每一個分劃板配 置成一個單一的圖象。在無掩膜的光刻系統中，特征圖形由空間微反射鏡陣列產生，這些微小鏡面 可以獨立尋址單獨受控以不同的傾斜方向反射照射的光束，以產生空間光強調 制。通過光學投影元件，這些空間微反射鏡陣列以一定的放大倍率M (通常M<1)投影到光敏感元件的襯底上，產生特征的構圖。臨近效應是由于光刻物鏡本身為一個衍射受限成像系統，因此在對掩模成像 過程中會丟失部分高頻信息，最終導致曝光圖形的失真，降低了曝光圖形轉移質 量。臨近效應校正是采用預畸變掩模圖形，來對光刻成像圖形校正的方法。所謂 預畸變圖形就是在設計圖形中加入輔助線條或襯線以補償光刻過程中高頻信息 丟失所帶來的圖形失真。通常臨近效應校正需要在掩模上制作出比最小特征尺寸更小的二值輔助線 條或襯線，加工難度、成本以及風險都很高， 一旦出現設計失誤整張掩模就只能 報廢。發明內容鑒于現有的曝光圖形臨近效應校正方法存在的問題，本發明提供一種無掩膜 光刻系統中曝光圖形臨近效應校正方法，應用在使用空間光調制器件作為圖形發生器的無掩模光刻機中，例如中國專利200710022638. 5所述的光刻機形式。本 方法利用了空間光調制器件的灰度調制能力，依據光刻曝光光場計算結果，提供 一種靈活的臨近效應校正方法和方式。本方法由于利用了空間光調制器件的灰度 調制能力，將傳統光刻臨近效應校正中的二值襯線等擴展到了灰度襯線，大大提 高了臨近效應校正對曝光圖像的優化能力。本發明適用于使用空間光調制器件作 為圖形發生器的無掩模光刻機的臨近效應校正，并且為傳統光刻掩模臨近效應校 正圖案的驗證提供了一種低成本高效率的方法。 本發明的技術方案如下一種無掩膜光刻系統中曝光圖形臨近效應校正方法，在使用空間光調制器件 作為圖形發生器的無掩模光刻系統中，入射光入射到空間光調制器件上，空間光調制器上產生設計圖形，通過光學投影元件，以一定的放大倍率投影到光敏感元 件的襯底上，產生曝光圖形，并在曝光圖形上產生襯線、灰度條等輔助圖案減小 因衍射受限引起的線尾收縮和內角擴散現象，其特征在于利用空間光調制器件 的灰度調制能力，在空間光調制器上的設計圖形外圍或邊沿加入灰度襯線，和/ 或改變設計圖形的局部或全部的灰度，并通過優化算法進行成像模擬，最終獲得 較優的曝光圖形，以減小因臨近效應帶來的曝光圖形失真。所述的一種無掩膜光刻系統中曝光圖形臨近效應校正方法，其特征在于是 在空間光調制器上的設計圖形的線尾和內角的外圍或邊沿加入灰度襯線，以及將 設計圖形的局部采用灰度圖形，并通過優化算法進行成像模擬，最終獲得較優的 曝光圖形，以減小因臨近效應帶來的曝光圖形失真。所述的一種無掩膜光刻系統中曝光圖形臨近效應校正方法，其特征在于:所 述的空間光調制器件是改變透過率的器件LCD，或者是通過時間脈沖調制來產生 灰度的器件DMD。所述的一種無掩膜光刻系統中曝光圖形臨近效應校正方法，其特征在于所 述的臨近效應是指由于光刻鏡頭衍射受限而引起的圖像細節丟失，圖像變形的現 象。本發明提供一種采用空間光調制其產生灰度圖形、灰度襯線的方法來進行臨 近效應校正，改善曝光圖形邊沿形貌的方法。光刻的過程是將所需的圖形轉移到光致抗蝕劑的過程，由于光刻成像鏡頭是 衍射受限系統，所以其成像時不能完全表現圖像的細節。除了鏡頭的像差所帶來 的圖形轉移失真外，線尾收縮、折邊鈍化等是常見的由于衍射極限引起的光刻圖 像失真，在光刻中通常是采用臨近效應校正的方法來對這種失真進行校正。傳統 的臨近效應校正是在設計圖形中加入二值校正圖案，圖案的設計靈活性和制作難 度都較高，并且由于掩模板制作、修改難度和成本都很高，所以其存在很大的風 險。使用空間光調制器件作為圖形發生器的無掩模光刻機中，由于其圖形發生器 是由計算機控制，可以即時產生和修改，并且可以提供灰度輸出，因此在其上的 臨近效應校正圖樣設計靈活性得到了大大提高，而且風險也較傳統掩模大大降 低。
圖la、圖lb是光刻中的臨近效應對T型結構引起的線尾收縮和內角展開。 圖2a、圖2b是傳統的二值襯線對線尾和內角進行的優化。 圖3a、圖3b是數字光刻中T型結構的線尾收縮和內角展開。 圖4a、圖4b是數字光刻中的灰度襯線對線尾和內角進行的優化。
具體實施方式
無掩膜光刻系統中曝光圖形的臨近效應是由于光刻鏡頭的衍射受限引起的， 其通常表現為線尾收縮和內角擴散。如圖la中的掩模圖形，其通過光刻鏡頭成 像在光致抗蝕劑表面時會損失其頻譜高級分量，造成圖像失真，如圖lb所示的 掩模成像光場分布情況，其線尾會變的勻滑造成收縮11;相反，在內角處，其 轉角變的勻滑產生擴散12。為減小掩模圖像成像失真，增強圖形轉移質量，在 半導體制造業中通常采用在設計圖中加入二值襯線的方法對其進行校正。圖lb 及以后的圖中的光刻成像光強分布根據光刻膠的反應閾值做了響應的濾波處理， 在圖中暗的部分表示未達到光刻膠感光閾值的區域。如圖2a所示，為得到更接 近于設計圖形的圖像，通常在線尾和內角處加入二值襯線21，這樣可以有效改 善臨近效應對衍射受限而引起的圖像失真，如圖2b所示線尾收縮21和內角擴散 22都明顯改善。襯線的大小、位置都經過嚴格的模擬計算，對于整張掩模來說 其計算量是非常大的，而且很難找到全局最優解。傳統光刻掩模中，受襯線只能 是二值的限制， 一般情況下襯線的尺寸小于設計圖形的特征尺寸，這也使得這種 掩模的加工難度和成本進一步提高。在使用空間光調制器件作為圖形發生器的無掩模光刻機中，其不需要固定的 掩模，圖形發生器可以根據需要隨時產生出所需的圖形，并且由于圖形發生器可 以通過脈沖寬度調制、透過率調制等方法產生出灰度圖形，這使得襯線的設計更 加靈活。文中所述的空間光調制器泛指能夠調制光波光強器件，如德州儀器的數 字微鏡裝置(DMD)，液晶陣列(LCD)等，或調制光波位相的器件，如德國夫朗 和費電子芯片與系統研究所和瑞典Micronic Laser AB公司聯合開發的連續傾斜 微鏡，美國貝爾朗訊公司開發的活塞型微鏡等。其具有空間光調制器一般以像素 為單位對入射光進行調制，配合其他光學系統使得輸出面上得到所需的強度或 位相分布。本發明中所述的臨近效應校正方法亦準尋以像素為單位來設計襯線或改變曝光圖形相對強度。以光強調制器件DMD為例，在使用此種器件作為掩膜發生器的光刻機中，如 圖3所示，當使用空間光調制器件作為圖形發生器的無掩模光刻機對其最小線寬 的T形圖形，圖3a，進行曝光時，由于臨近效應的存在，其曝光圖形除像差等 因素外也存在衍射受限引起的失真，如線尾收縮31，內角擴散32。由于受到空 間光調制器以像素為最小單位的限制，在設計襯線時不能夠使用小于單個像素大 小的襯線。而空間光調制器可以產生出256級甚至更高的灰度，因此除襯線可以 設計成灰度形式外，曝光圖形也可以設計成灰度形式，以提高臨近效應校正方法 的靈活性。如圖4a所示，除了在線尾加入了灰度襯線41夕卜，在內角部位還將設 計圖形由二值改變成了灰度形式，經過優化計算后，如模擬退火算法，其曝光光 場分布如圖4b所示。比較圖3b和圖4b可以看出，在曝光圖形中加入灰度襯線 以及將設計圖形灰度化后曝光圖形中的線尾收縮和內角擴散現象有明顯的改善， 曝光圖形與設計圖形的相似性大幅提升，提高了圖形轉移質量。對于大于最小線 寬的圖形可以采用相似的方法來對線尾收縮和內角擴散現象進行優化。
權利要求
1、一種無掩膜光刻系統中曝光圖形臨近效應校正方法，在使用空間光調制器件作為圖形發生器的無掩模光刻系統中，入射光入射到空間光調制器件上，空間光調制器上產生設計圖形，通過光學投影元件，以一定的放大倍率投影到光敏感元件的襯底上，產生曝光圖形，并在曝光圖形上產生襯線、灰度條等輔助圖案減小因衍射受限引起的線尾收縮和內角擴散現象，其特征在于利用空間光調制器件的灰度調制能力，在空間光調制器上的設計圖形外圍或邊沿加入灰度襯線，和/或改變設計圖形的局部或全部的灰度，并通過優化算法進行成像模擬，最終獲得較優的曝光圖形，以減小因臨近效應帶來的曝光圖形失真。
2、 根據權利要求1所述的一種無掩膜光刻系統中曝光圖形臨近效應校正方法， 其特征在于是在空間光調制器上的設計圖形的線尾和內角的外圍或邊沿加 入灰度襯線，以及將設計圖形的局部采用灰度圖形，并通過優化算法進行成 像模擬，最終獲得較優的曝光圖形，以減小因臨近效應帶來的曝光圖形失真。
3、 根據權利要求1所述的一種無掩膜光刻系統中曝光圖形臨近效應校正方法， 其特征在于所述的空間光調制器件是改變透過率的器件LCD，或者是通過 時間脈沖調制來產生灰度的器件DMD。
4、 根據權利要求1所述的一種無掩膜光刻系統中曝光圖形臨近效應校正方法， 其特征在于所述的臨近效應是指由于光刻鏡頭衍射受限而引起的圖像細節丟失，圖像變形的現象。
全文摘要
本發明公開了一種無掩膜光刻系統中曝光圖形臨近效應校正方法，在使用空間光調制器件作為圖形發生器的無掩模光刻系統中，入射光入射到空間光調制器件上，空間光調制器上產生設計圖形，通過光學投影元件，以一定的放大倍率投影到光敏感元件的襯底上，產生曝光圖形，并在曝光圖形上產生線尾收縮和內角擴散現象，其特征在于利用空間光調制器件的灰度調制能力，在空間光調制器上的設計圖形外圍或邊沿加入灰度襯線，和/或將設計圖形的局部或全部改變灰度，并通過優化算法進行成像模擬，最終獲得較優的曝光圖形，以減小因臨近效應帶來的曝光圖形失真。
文檔編號G03F1/36GK101261441SQ20081002348
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月8日 優先權日2008年4月8日
發明者陳明勇 申請人:芯碩半導體(中國)有限公司