解密芯碁微装控制直写式光刻机曝光方法的关键技术

近日，业内人士指出，直写光刻技术无需掩模版，在缩短制程、自动涨缩、多层对位、少量多品种生产、曲面曝光以及一片一码的智能工厂建设方面有着明显的优势。直写光刻将会部分甚至全面替代掩模光刻，扮演起微纳加工领域的主角。国产化浪潮下，芯碁微装立志成为光刻机世界品牌。

直写式光刻技术是在感光材料的表面印刷具有特征的构图技术，在成像的过程中，难以避免的出现能量损失以及在成像区域内的照明不均匀的问题，曝光结果呈现明显的色差，导致了线条解析能力降低，无法满足客户量产。当前为了保证DMD在直写式光刻机的曝光平台上呈现的曝光均匀性，以减少DMD使用的列数来改善，只使用DMD中心比较均匀性区域进行直写式光刻机的曝光，提升极限特征线宽的解析。但这种方法会导致一次曝光的条带宽度减小，对于同样一副光刻图形，需要曝光次数就增多，进而降低了产能。

为此，芯碁微装于2020年2月26日申请了一项名为“控制直写光刻机曝光的方法、装置和光刻机”的发明专利（申请号: 202010119271.4），申请人为合肥芯碁微电子装备股份有限公司。

图1 控制直写式光刻机曝光方法流程图

图1为控制直写式光刻机曝光方法的流程图，主要包括以下步骤。首先，获取直写式光刻机数字微镜阵列中实际使用区域的有效列数W和有效行数D（S1）。数字微镜阵列即DMD阵列是由许多微小镀铝的矩形小镜片呈行列格式排列而成的，每个镜片可以进行独立控制。在应用时，可能只会使用数字微镜阵列中的一部分镜片，因此可以设定曝光时实际使用区域有效行列的镜片。

然后创建灰度模板，其中，灰度模板包括GM列GN行的像素，实际使用区域的每个镜片对应灰度模板的一个像素（S2）。光刻机的处理装置可以创建灰度模板并保存在存储器中，灰度模板可以看作是由很多矩形小栅格组合而成，与棋盘格的排布类似，且每个格均有一个像素，每个像素的灰度值可调，每个DMD的小镜片对应灰度模板上的一个像素。

接着根据直写式光刻机当前的曝光色差分布调节实际使用区域的每个镜片对应灰度模板像素的灰度值（S3）。通过设置灰度模板各个像素的灰度值，可以调节DMD阵列不同区域的透光率，使DMD阵列的照明更加均匀，进而降低曝光结果的色差。

之后读取用于曝光的携带光刻图形信息的曝光数据，并将曝光数据与对应的灰度模板像素的灰度值进行运算（S4）。携带光刻图形信息的曝光数据即栅格化的光刻数据，更加便于与灰度模板的像素对应。将灰度模板数据与对应的灰度值发送到FPGA的存储器中，FPGA每次读取需要曝光直写式光刻机的曝光数据时，可以按一行或者多行的方式与灰度模板像素的灰度值进行运算。

最后，将运算获得的数据加载到所述数字微镜阵列，以进行显示（S5）。

简而言之，芯碁微装的控制直写式光刻机曝光的方法专利，通过使用灰度模板对微镜阵列进行操作，使曝光平台上呈现的曝光色差达到一致，减小了曝光次数从而增加了产能。

芯碁微装专业从事以微纳直写光刻为技术核心的直接成像设备及直写光刻设备的研发和生产，坚持自主研发与创新，拥有完整的自主知识产权。芯碁微装将继续坚持战略创新、技术创新、机制创新和人才创新，用创新和技术创造更多的社会价值和商业价值。