基于DMD的扫描光刻系统图案生成质量优化方案的研究

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近年来,随着光学精细加工技术的迅猛发展,基于数字微镜器件(Digital Micromirror Device,DMD)的无掩膜扫描光刻技术,在提高生产效率和降低生产成本方面被认为是继单点激光直写技术之后的一种新的无掩膜光刻技术,在未来的光刻工艺领域中有着广阔的应用远景。尤其是随着DMD驱动技术的提高,可以实现2万以上的高帧频切换,使得高效、连续滚动的扫描曝光刻写方式得以实现。因此,DMD扫描光刻技术在印刷电路板、芯片制造、微流控加工、生物检测、药物传递、细胞载体、组织工程等领域得到了广泛的应用。虽然基于DMD的扫描光刻技术具有刻蚀灵活性强、刻蚀成本低以及刻蚀效率高等优点,但是光刻系统通常由于元件设计难度和系统装调等问题致使光刻工艺由于光刻系统照明的不均匀性而导致刻写出的光刻图形的刻线宽度不一致;同时,DMD扫描光刻在垂直于扫描方向(横向)的分辨率受限于DMD微镜尺寸的限制而难以提高,导致扫描方向(纵向)以外其他方向的刻写线条边缘锯齿严重。因此,本文围绕DMD扫描光刻系统图案的生成质量开展了相应的研究,并针对以上所述的问题提出了相应的解决方案:(1)本文针对DMD扫描光刻工艺中由于系统照明的非均匀性而导致刻写出的光刻图形的刻线宽度不一致的问题,利用DMD的工作特性,通过计算机软件模拟、分区域逐步刻写和光刻图形线宽测试相结合的方法,形成了理想的能量补偿电子掩膜版,使全刻写区域的曝光能量在滚动曝光过程中累计达到平衡,实现了全刻写区域光刻图形刻线宽度的一致性。(2)DMD扫描光刻在垂直于扫描方向(横向)的分辨率由于受限于DMD微镜尺寸而难以提高,导致扫描方向(纵向)以外其他方向的刻写线条边缘锯齿严重。针对这一问题,采用子图错位叠加曝光与扫描平台运动相互配合的方式来提高光刻图形的分辨率。软件模拟仿真的结果表明此种方法可以有效改善刻写图形的线条边缘的流畅性。最后利用实验室DMD扫描光刻系统进行了光刻实验,验证了DMD子图错位扫描叠加曝光技术在减小光刻图形边缘锯齿和提高边缘结构平滑度方面的优越性。
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