掃描工作臺各速度段進行激光直寫二值圖案的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及激光直接寫入技術領域，特別設及一種掃描工作臺各速度段進行 激光直寫二值圖案的裝置。
【背景技術】
[0002] 為了采用激光直寫技術加工任意圖案的集成電路掩膜版或光學元件，一般先將待 加工圖案W單位像素進行離散化，然后對各像素點進行變劑量曝光。基于二維工作平臺光 柵掃描式逐點曝光是普遍采用的成熟的直寫技術。
[0003] 文南犬[1]M.Haruna,S.Yoshida,Η.Toda,andH.Nishihara,Laser-beamwriting systemforopticalintegratedcir州its[J].Appl.Opt. 26(21) :4587-4592介紹了日本 大阪大學的Μ.Haruna等開發的用于加工光學集成電路的激光直寫設備，其加工方法是在 平臺勻速運動情況下直寫，聚焦激光束通過聲光調制進行開關和光強幅值控制并與二維工 作臺同步。掃描曝光時，位移傳感器對平臺瞬時位置信息進行檢測，得到的反饋脈沖進入一 個計數比較器單元并與來自計算機的24位并行信號進行比較，輸出像素強度數據W驅動 聲光調制器來控制激光束的開關和強度調制。
[0004] 文獻[2]M.T.Gale,M.Rossi,J.Pedersen,andH.Schutz,Fabrication ofcontinuous-reliefmicro-opticalelementsbydirectlaserwritingin 地otoresists[J].Opticallingineering33:3556-3566介紹了瑞:t蘇黎世RCA實驗室的 Μ.Τ.Gale等開發的制作連續浮雕微透鏡的激光直寫系統，其加工方法是：存儲在PC機中線 性緩沖器中的像素強度數據驅動聲光調制器從而控制激光束的強度，其中像素強度數據是 逐行地裝載進緩沖器的，并在每一行勻速掃描時被干設儀脈沖同步實現準確位置上的準確 曝光。
[000引 文獻[3]H.Becker,R.Caspary,C.Toepfer,M.V.Schickfus,and S.Hunklinger,Low-costdirectwritinglithographysystemforthesub-micron range[J].J.Mod.Opt.vol. 44:1715 - 1723介紹了德國海德爾堡大學的H.Becker等開發的 低成本亞微米級分辨力的激光直寫系統，其加工方法是：通過移動固定在二維工作臺上的 基底實現雙向掃描，同時采用電光調制器根據像素信息控制光束的開關和強度。其中換向 計數器是掃描曝光時的一個核屯、電子器件，它有兩種功能模式：一種是曝光模式，此計數器 提供了位置與像素數據的同步信號，使像素數據到達正確的位置而不依賴于工作臺的實際 速度；另一種是換向模式，當一行寫完后，此計數器接到數據終信號，開始由曝光模式進入 換向模式。在運個模式下，電光調制器的輸入被關閉，掃描方向所有的位置脈沖反饋進入此 計數器，在寫完線段的終端其初始值為0,然后開始對工作臺減速段W及工作臺移動到下一 條線進行加速時的位置脈沖計數。當此計數器重新變為0時，自動切換到曝光模式。
[0006] 文獻[4]邱傳凱，杜春雷，侯德勝.激光直寫光刻工藝技術研究[J].光電工 程.1997, 24, 36-40介紹了中國科學院光電技術研究所微細加工光學技術國家重點實驗 室，引進的加拿大ISI-2802型激光直寫系統，其加工方法是：工件臺在X方向W-定速度連 續勻速平動的同時，聚焦光斑在Υ方向寬256μπι的范圍上連續地高頻掃描，完成一個窄帶 的曝光后基片回跡到掃描起點，同時工件臺向Υ方向移動256μm，開始下一個窄帶的掃描 曝光。
[0007] 從W上文獻不難看出，上述激光直寫設備的共同特點是為了獲得均勻的曝光效 果，掃描平臺只在勻速運動情況下進行曝光直寫，加速段和減速段沒有利用，雖然運樣可W 避免在加減速段直寫時速度變化引起的光點崎變W及曝光量變化，但同時也降低了直寫效 率。 【實用新型內容】
[0008] 為解決現有技術存在的不足，本實用新型公開了掃描工作臺各速度段進行激光直 寫二值圖案的方法與裝置，在保證直寫質量的前提下，為了進一步提高直寫效率，本實用新 型針對用強度均勻的方形平頂激光束對光刻膠進行直寫曝光的情況，提出了一種掃描工作 臺各速度段進行激光直寫二值圖案的方法，該方法使得激光直寫過程不僅可W在掃描工作 臺勻速運動時進行，也可W在加速運動或者減速運動時進行，從而大大提高了激光直寫的 效率。
[0009] 為實現上述目的，本實用新型的具體方案如下：
[0010] 掃描工作臺各速度段進行激光直寫二值圖案的方法，包括W下步驟：
[0011] 將待加工元件在二維空間上的二值圖像沿水平和垂直方向上分割成等大的網狀 像素點，像素點各邊長均為Dpp，計算每個像素點對應的曝光時間和曝光強度；
[0012] 根據掃描工作臺掃描行兩端各自的非曝光區長度、待加工元件在掃描直寫曝光方 向上的尺寸W及掃描工作臺的加速度大小規劃掃描工作臺的速度曲線；
[0013] 根據速度曲線和像素點的大小Dpp確定處于加速段、勻速段和減速段的像素點，并 計算待加工元件的每一掃描行對應的各個像素點的坐標位置；
[0014] 對邊界全部或部分位于加速段或減速段且曝光強度不為零的像素點對應的曝光 數據進行補償；
[0015]W聲光調制器最小分辨力為單位量化各個像素點的曝光強度；分區存放像素點的 位置信息和曝光強度，利用曝光強度數據驅動聲光調制器調制直寫激光強度實現對光刻膠 變劑量曝光，在掃描工作臺的加速、減速W及勻速運動過程中均對工作臺上的光刻膠進行 曝光直寫。
[0016] 進一步的，在計算每個像素點對應的曝光時間和曝光強度時所基于的條件是：掃 描工作臺W速度V。。。作勻速直線運動，像素點尺寸大小的強度均勻的方形平頂激光束對光 刻膠進行直寫曝光，W及根據抗蝕材料的顯影特性。
[0017] 進一步的，分區存放像素點的位置信息和曝光強度時，將待加工元件的每一掃描 行上各像素點曝光強度依曝光先后順序按加速段、勻速段和減速段Ξ個區域分類存放到計 算機中，同時存儲的還有各區域首位曝光強度對應的像素點的中屯、坐標位置，W及各區域 存放的曝光數據對應的像素點個數。
[0018] 進一步的，根據掃描工作臺運動一個位移分辨力Spp、掃描工作臺工作加速度曰、時 間At來計算掃描工作臺掃描行兩端各自的非曝光區長度S。，其中，掃描工作臺W勻速V。。。 運動一個位移分辨力Spp所需要的時間為ΔΤ，Ipb是用聲光調制器最小分辨力調制的曝光 強度，網狀像素點對應的光強1"，At是w光強Ipb曝光光刻膠且曝光效果與光強I"曝光 光刻膠AT時間一樣時所需要的時間。
[0019] 進一步的，速度曲線的規劃方法如下：
[0020] 首先判斷％與待加工元件在掃描直寫曝光方向上的尺寸L之間的大 小關系，當2片1,,/2口-&)>￡時，則掃描工作臺工作時W加速度a加速運動，當速度達到 Vm。、時，再W加速度a減速運動直到掃描工作臺速度為零，得到對應的速度曲線；
[0021] 當2(i:i,/2"-5；)< ￡時，則掃描工作臺工作時W加速度a加速運動，當速度達到 ￥。。。時再勻速運動^-2(!<記,/2"-式)距離，然后^加速度3減速運動直到掃描工作臺速度為 零，得到對應的速度曲線。
[00過當巧K.L/ 2。-S。）之別寸，根據方程
[0023] 進一步的，確定處于加速段、勻速段和減速段的像素點個數時：
[0024] 當2於" / 2。- &,) >Z時，計算(Ki/2。- 的值，設所得商的整數部分為N，如 果所得商沒有小數部分，則掃描行上從直寫曝光起點到曝光終點只有依次對應的加速段、 減速段的像素個數分別為：N個，N個；如果所得商有小數部分，則掃描行上從曝光起點到 曝光終點只有依次對應的加速段、同時處于加速段和減速段、減速段的像素個數分別為：N 個，1個，N個。
[00幼當為哈,,/2。-&) <王時，計算把，,/20-5*0)/Αρ的值，設所得商的整數部分為N，如 果所得商沒有小數部分，則掃描行上從直寫曝光起點到曝光終點只有依次對應的加速段、 勻速段、減速段的像素個數分別為：Ν個，（L/Dpp-2腳個，Ν個；如果所得商有小數部分，則掃 描行上從直寫曝光起點到曝光終點只有依次對應的加速段、同時處于加速段和勻速段、勻 速段、同時處于勻速段和減速段、減速段的像素個數分別為：N個，1個，化/Dpp-2N-2)個，1 個，N個。
[0026] 進一步的，計算待加工元件的每一掃描行對應的各個像素點的坐標位置時，當 2把,,/2過-&)>1或者為戶三,/2(/-&)<1時，掃描行上從直寫曝光起點到曝光終點方向上 第i個像素的起始邊界坐標值Sst_i都按照公式Sst_i=S〇+(i-l)Dpp計算，該像素的中屯、坐標 值Scen_i都按照公式Scen_l=S"_1+〇. 5Dpp計算，其中i= 1，2, 3···L/DPP。
[0027] 進一步的，對邊界全部位于加速段或減速段且曝光強度不為零的像素點對應的曝 光數據補償方法如下：
[0028] 首先利用公式Vt"J/Spp并將其結果的小數部分進行四舍五入取整來計算掃描工作 臺W勻速V。。。運動對像素點進行T時間曝光時引起的直寫光點在掃描方向上的崎變長度對 應的位移分辨力的個數η;
[0029] 其次計算掃描工作臺通過上述η個位移分辨力中的每一個位移分辨力所需要的 時間Δtj，j= 1，2, 3···η;
[0030] 最后按照方