基于空間光調(diào)制器的粒度掩模制作

基于空間光調(diào)制器的粒度掩模制作

1基于空間光調(diào)制器的系統(tǒng)設(shè)計灰色覆蓋方法是一種新的二維光學(xué)設(shè)備制造商（見圖1），該方法提供了在襯底平面上的不同位置上可執(zhí)行的透射率。獨特的灰色掩護模型包含了兩個二元結(jié)構(gòu)的所有信息，并在光刻過程之后獲得所需的多個或多個浮雕輪廓。該方法成本較低,無對準誤差,其關(guān)鍵是難以快速地制作一張高精度的帶不同灰度等級的掩模版,以精確控制曝光量。目前灰度掩模根據(jù)制作設(shè)備及原理的不同可分為直寫灰度掩模和模擬灰度掩模兩大類。直寫灰度掩模是指用激光直寫設(shè)備或電子束直寫設(shè)備制作的灰度掩模。美國邁阿密大學(xué)的R.W.Michael和HengSu利用激光直寫設(shè)備在高能離子束轟擊敏感玻璃HEBSG(highenergybeamsensitiveglass)上制作灰度掩模。直寫灰度掩模的設(shè)備十分昂貴,且制作灰度掩模的速度慢、成本高。模擬灰度掩模是通過改變二元掩模透過部分的數(shù)目或面積,利用不同的二元編碼方案,通過投影光刻系統(tǒng)進行空間濾波形成準灰度掩模。德國夫瑯和費硅技術(shù)研究所的K.Reimer等在常規(guī)光學(xué)曝光裝置中使用網(wǎng)板光掩模,調(diào)節(jié)網(wǎng)孔的大小、調(diào)制光強度的變化,產(chǎn)生所需模擬灰度圖形;美國佐治亞工業(yè)技術(shù)研究所的C.O.Donald和S.R.Willie使用簡單的成像系統(tǒng),在精縮過程中對特殊的濃淡點圖進行空間濾波,產(chǎn)生模擬灰度圖形。模擬灰度掩?？山⒃趥鹘y(tǒng)光刻工藝、常規(guī)設(shè)備及材料的基礎(chǔ)上,比較簡單實用。但網(wǎng)板和濃淡點圖的空間頻率限制了最小特征尺寸的進一步縮小。本文提出的基于空間光調(diào)制器的灰度掩模制作方法,采用逐個圖形曝光的方式,可克服直寫灰度掩模速度慢、成本高的缺點。利用空間光調(diào)制器的高分辨率、高灰階數(shù)和高對比度,可使掩模的最小特征尺寸達到微米級。2通過移動二維工作臺來對灰階圖像進行曝光圖2為灰度掩模制作系統(tǒng)原理圖。空間光調(diào)制器通過視頻驅(qū)動器同計算機相連,并由計算機控制和輸入視頻信號。點光源發(fā)出的光束經(jīng)聚光透鏡后成為平行光,垂直照射采用電尋址方式的透射型空間光調(diào)制器,并由空間光調(diào)制器對入射光束進行強度調(diào)制,從而產(chǎn)生高質(zhì)量的灰階圖像,該灰階圖像經(jīng)過精縮投影物鏡成像在感光玻璃上,對感光材料曝光。感光玻璃置于二維氣浮平臺上,高精度的二維工作臺由超精密扭輪摩擦傳動系統(tǒng)驅(qū)動、激光干涉儀精確定位。半反半透鏡和顯微鏡組成的觀察系統(tǒng)可監(jiān)測像所在焦平面是否與感光層完全重合。曝光時每次只能對一小塊面積的感光材料進行曝光,通過移動二維工作臺,并由計算機控制切換空間光調(diào)制器上的顯示圖像,以拼接的方式對整塊感光玻璃進行曝光。再經(jīng)顯影、定影后可得到一張灰階底片,該底片就是所要得到的灰度掩模。3光調(diào)制器和精縮投影物鏡實際系統(tǒng)中,光源采用超高壓球形短弧氙燈,其發(fā)光體的面積僅為0.25mm×0.5mm,且光譜能量分布不隨工作電流和工作時間的變化而變化,是一種比較理想的穩(wěn)定點光源。可在光路中加上濾光片,使照明光成為準單色光,以降低對精縮物鏡的選擇要求。空間光調(diào)制器選擇SVGA(supervideographicsarray),該調(diào)制器采用扭曲向列相模式的液晶材料,并由多晶硅薄膜晶體管驅(qū)動,可獲得較好的溫度穩(wěn)定性和快速響應(yīng)特性。其空間分辨率為800×600個像素,單個像素大小為33μm×33μm,可顯示的灰階數(shù)達256,軸向?qū)Ρ榷瘸^150∶1,且體積小、重量輕,利于集成。精縮投影物鏡選擇Nikkor優(yōu)質(zhì)照相鏡頭,焦距為50mm,F數(shù)為1.4,等效數(shù)值孔徑NA=0.37,理論分辨率為1308l/mm(波長λ=0.546μm)。選擇投影光學(xué)系統(tǒng)的精縮倍率為10∶1,則單次曝光面積為2.64mm×1.98mm。二維精密平臺工作范圍為150mm×150mm,定位精度和拼接精度各為0.5μm。感光材料采用超微粒干版。4元光學(xué)器件模型圖3是利用該灰度掩模制作系統(tǒng)得到的初步實驗結(jié)果,所給出的灰度圖形為一次曝光所得到的面積。圖3(a),(b)的大小為2.64mm×1.98mm,圖3(c),(d),(e),(f),(g)的大小為1.98mm×1.98mm。圖3(a),(c),(e),(g)中的二元光學(xué)器件掩模由2個灰度級別組成,即這些掩模相當于二元掩模。圖3(b),(d),(f)中的二元光學(xué)器件掩模由8個灰度級別組成,也就是說空間光調(diào)制器上顯示的原始圖像是8個灰級的。其中,菲涅耳透鏡及其陣列的8階灰度掩模的最小特征尺寸最小,為6.6μm。由于兩個臺階的二元光學(xué)器件便于利用常規(guī)的大規(guī)模集成電路技術(shù)進行加工,所以較早時提出的Dammann型陣列分束器是一種二值相位型器件,自然其掩模亦為二元掩模。圖3(g)中的Dammann光柵的分束比為5×5,其歸一化周期的一維突變點坐標分別為:0.0,0.03859,0.38588,0.65056,1.0。5提高系統(tǒng)的精縮速率由以上分析和實驗結(jié)果知:1)本文提出的基于空間光調(diào)制器的灰度掩模制作系統(tǒng)采用逐個圖形曝光方式,一次曝光形成灰度掩模的面積達2.64mm×1.98mm,相比于逐點曝光方式的激光直寫或電子束直寫系統(tǒng)而言,可大大提高灰度掩模的制作速度。若加大曝光頻率和提高空間光調(diào)制器的空間分辨率,灰度掩模的制作速度還可進一步提高。2)空間光調(diào)制器的單個像素尺寸為33μm×33μm,經(jīng)投影光學(xué)系統(tǒng)10倍精縮后,每個像素的成像面積為3.3μm×3.3μm。若進一步減小單