一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的系统及方法，根据不同的光刻图案，在DMD芯片生成数字掩膜图案前可直接对平行光束进行调制，通过上位机加载编程的像素化相位参数信息，而无需改变投影成像系统；另外，由于DMD生成的数字掩模图案可编程，通过上位机进行控制，可改变传统成像系统中DMD芯片所产生数字掩模图案的相位参数，在相邻像元引入π或π奇数倍的相位差，使得相邻面元投影光产生干涉相消，减小光场分布中暗区光强、增大亮区光场，从而提高成像对比度，既显著提高了投影光刻分辨率，又无需考虑DMD芯片微镜面元上无法沉积移相介质层的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的系统及方法
本专利技术涉及无掩膜投影光刻领域，更具体地，涉及一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的系统及方法。
技术介绍
光刻技术的发展使得集成电路中器件特征尺寸不断缩小，从微米级到亚微米级，一直到现在的纳米级。传统的光刻技术所达到的分辨率逐渐接近理论极限，随之而来的是掩模制作成本的急剧增加，工艺复杂，以及量产效率不足。近年来，基于空间光调制器(SLM)的无掩模投影光刻技术是解决传统光刻加工成本不断增加的一个潜在的技术方案，是下一代新型光刻技术研究的一个热点。例如，利用数字微反射镜器件(DMD)当作SLM来生成“数字掩模”，不仅能省去掩模板及其制作设备的成本，而且提高了光刻的灵活性和生产效率。尽管目前它还远不能代替当下主流的光刻技术，但是它在一定程度上简化传统光刻技术的复杂的工艺流程，并且成本低、效率高、灵活性好。在微纳米光刻和中小型集成电路的加工中尤为适用，并且还可以用于制作掩模。此外，无掩模投影光刻技术可采用波长为紫外光、深紫外光、甚至极紫外光，激光模式为连续、脉冲、甚至超快飞秒紫外光作为光源，具有很强的技术延伸性和工艺兼容性，更易在高度定制化的光电子学器件光刻中得到应用，具有广泛的应用前景。为了提高无掩模投影光刻的极限分辨率，近年来常采用短波长(<400nm)相干光源、高密度小面元(d<10m)DMD芯片、大缩小比大数值孔径投影物镜等。由于DMD单个微镜面元大小有限,约为10m左右，一般基于DMD无掩模光刻都采用缩小5-10倍的缩小倍率投影，因此传统的无掩模投影光刻的极限分辨率都在1m量级。然而随着投影物镜缩小比例的增大，例如达到1/100，DMD芯片中每一个微镜像素面元在焦面上的间距约为100nm小于光学衍射极限，而单个像素面元的像尺寸无法突破光学衍射极限的限制约200nm，因此相邻像元或者多个面元必然会产生像重叠，严重降低光刻分辨率，一方面无法有效获得线宽更细的特征线条，另一方面无法增加精细线条单位面积内的密度，因此就无法进一步扩大单个芯片的信息容量及功能。传统成像光刻工艺中，移相掩模技术常被用来提高光刻系统的分辨率，它通过在相邻透光区引入π相位差，在像的边缘部分产生干涉相消的作用，以提高像的对比度，从而提高成像分辨率。根据这一原理可知，若将移相掩模技术应用于无掩模投影光刻中，也将有效提高光刻分辨率。然而，传统移相掩模的加工需要在每一块设计的掩模图形区域沉积约一个波长、特定厚度的移相层，这对于没有实体掩模板的投影光刻系统来说，要在可编程的“数字掩模”DMD微镜面元上沉积移相介质层显然是不现实的。在现有技术中，公开号为CN101470354A的中国专利技术专利，于2009年07月01日公开了一种提高数字掩模光刻的分辨率的方法，包括使该被曝光元件与该聚焦元件阵列之间沿第一方向和第二方向相对步进移动，依次曝光形成多组像素，其中每次移动的步长小于各聚焦元件所形成的光斑的直径，以使各像素点上由一个以上的光斑相互重叠而形成的光强分布中，光强大于一曝光临界值的曝光像素图案形成一个所述的像素。虽然该方案在聚焦元件的分辨率受限的情况下，能在一定程度上提高数字掩模光刻的分辨率，但是并未能解决将移相掩模技术应用于无掩模投影光刻以提高光刻分辨率时，无法在可编程的“数字掩模”DMD微镜面元上沉积移相介质层的问题，因此，急需一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的方法。
技术实现思路
本专利技术为解决将移相掩模技术应用于无掩模投影光刻以提高光刻分辨率时，无法在可编程的“数字掩模”DMD微镜面元上沉积移相介质层的问题，提供一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的系统及方法。本专利技术的首要目的是为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：首先，一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的系统，包括激光器、相位调制器、DMD芯片、投影物镜、上位机、光刻胶、衬底和位移台；其中：所述上位机用于控制所述相位调制器、DMD芯片、位移台；所述光刻胶涂覆于所述衬底上，所述衬底放置于所述位移台上；所述激光器产生入射平行光束，所述入射平行光束依次经过相位调制器、DMD芯片、投影物镜，其中：所述上位机用于控制所述相位调制器、DMD芯片、位移台；所述衬底上表面涂覆有光刻胶，所述衬底放置在所述位移台上；所述入射平行光束依次经过相位调制器、DMD芯片、投影物镜，其中：所述入射平行光束经过所述相位调制器调制，生成具有可编程像素化相位参数的平行光束；所述具有可编程像素化相位参数的平行光束经过所述DMD芯片，生成可编程像素化数字掩模图案；所述可编程像素化数字掩模图案经过所述投影物镜，生成缩放的像素化数字掩模图案并投影至所述光刻胶中进行曝光。上述方案中，所述上位机应用二次开发平台编制的人机操作界面，通过控制相位调制器和DMD芯片每一个像素的驱动电压信号，实现可编程的光场信息控制；通过控制位移台运动轴的驱动电压信号，实现位移台复杂的扫描运动过程。其次，一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的方法，包括以下步骤：S1：使用可编程的相位调制器对入射平行光束进行相位调制，生成具有可编程像素化相位参数的平行光束；S2：将所生成的具有可编程像素化相位参数的平行光束入射至DMD芯片中，并通过上位机控制DMD芯片微镜的开关，生成可编程像素化数字掩模图案；S3：使用投影物镜对所生成的可编程像素化数字掩模图案的像场进行缩放，然后将缩放后的像场投影至衬底上涂覆的光刻胶中进行曝光，最终获得分辨率提高的曝光图案。上述方案中，对于传统无掩模投影光刻技术，像素化“数字掩模”中的微光束阵列为等相位面的，相位差为0，通过投影物镜后缩放的“数字掩模”在光刻胶中的像光场振幅干涉相加，其光场强度叠加分布，其曝光区域决定了投影光刻的分辨率。而将移相掩模技术应用于无掩模投影光刻技术，其像素化“数字掩模”的位相是可调制的，可根据不同的光刻图案控制微光束阵列为相位面分布，使相邻面元相位差为π或π奇数倍，通过投影物镜后缩放的“数字掩模”在光刻胶中的相邻像光场振幅干涉相消，其光场强度叠加分布在中心出现暗区，其曝光区域仅为加位相调制之前的一半，即减小了光场分布中暗区光强、增大了光场分布中亮区光场，提高了成像对比度，从而提高了投影光刻的分辨率。优选地，所述步骤S1中的可编程的相位调制器中设置有一个可独立寻址和控制的像素阵列，所述像素阵列中每个像素用于对透射、反射或衍射的平行光束产生包括相位、灰度方向或开关状态的调制，并进行m×n像素的相位编码。优选地，所述步骤S1中的入射平行光束、所生成的具有可编程像素化相位参数的平行光束以及所述步骤S2中所生成的可编程像素化数字掩模图案空间中像素点(m,n)上的光场分布均为：Am,n(x-md,y-nd)代表像素点(m,n)上光场的振幅，Pm,n(x-md,y-nd)代表像素点(m,n)上光场的相位，d代表像素尺寸；其中：所述入射平行光束，每个像素点(m,n)的振幅Am,n和相位Pm,n均相同；所述具有可编程像素化相位参数的平行光束，每个像素点(m,n)的振幅Am,n相同，相位Pm,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的系统，其特征在于，包括激光器、相位调制器、DMD芯片、投影物镜、上位机、光刻胶、衬底和位移台；其中：/n所述上位机用于控制所述相位调制器、DMD芯片、位移台；/n所述光刻胶涂覆于所述衬底上，所述衬底放置于所述位移台上；/n所述激光器产生入射平行光束，所述入射平行光束依次经过相位调制器、DMD芯片、投影物镜，其中：/n所述入射平行光束经过所述相位调制器调制，生成具有可编程像素化相位参数的平行光束；/n所述具有可编程像素化相位参数的平行光束经过所述DMD芯片，生成可编程像素化数字掩模图案；/n所述可编程像素化数字掩模图案经过所述投影物镜，生成缩放的像素化数字掩模图案并投影至所述光刻胶中进行曝光。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的系统，其特征在于，包括激光器、相位调制器、DMD芯片、投影物镜、上位机、光刻胶、衬底和位移台；其中：
所述上位机用于控制所述相位调制器、DMD芯片、位移台；
所述光刻胶涂覆于所述衬底上，所述衬底放置于所述位移台上；
所述激光器产生入射平行光束，所述入射平行光束依次经过相位调制器、DMD芯片、投影物镜，其中：
所述入射平行光束经过所述相位调制器调制，生成具有可编程像素化相位参数的平行光束；
所述具有可编程像素化相位参数的平行光束经过所述DMD芯片，生成可编程像素化数字掩模图案；
所述可编程像素化数字掩模图案经过所述投影物镜，生成缩放的像素化数字掩模图案并投影至所述光刻胶中进行曝光。


2.一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：使用可编程的相位调制器对入射平行光束进行相位调制，生成具有可编程像素化相位参数的平行光束；
S2：将所生成的具有可编程像素化相位参数的平行光束入射至DMD芯片中，并通过上位机控制DMD芯片微镜的开关，生成可编程像素化数字掩模图案；
S3：使用投影物镜对所生成的可编程像素化数字掩模图案的像场进行缩放，将缩放后的像场投影至衬底上涂覆的光刻胶中进行曝光，最终获得分辨率提高的曝光图案。


3.根据权利要求2所述的一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的方法，其特征在于，所述步骤S1中的可编程的相位调制器中设置有一个可独立寻址和控制的像素阵列，所述像素阵列中每个像素对透射、反射或衍射的平行光束产生包括相位、灰度方向或开关状态的调制，并进行m×n像素的相位编码。


4.根据权利要求2所述的一种基于相位调制提高投影光刻分辨率的方法，其特征在于，所述步骤S1中的入射平行光束、所生成的具有可编程像素化相位参数的平行光束以及所述步骤S2中所生成的可编程像素化数字掩模图案空间中像素点(m,n)上的光场分布均为：



Am,n(x-md,y-nd)代表像素点(m,n)上光场的振幅，Pm,n(x-md,y-nd)代表像素点(m,n)上光场的相位，d代表像素尺寸；其中：
所述入射平行光束，每个像素点(m,n)的振幅Am,n和相位Pm,n均相同；
所述具有可编程像素化...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵圆圆，段宣明，董贤子，郑美玲，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44