工业掩模曝光DMD无掩模数字光刻更新
光刻机中的曝光技术与进展
光刻机中的曝光技术与进展光刻技术是半导体制造过程中不可或缺的关键环节之一，它被广泛应用于集成电路、光学元件和显示器件等领域。
其中，曝光技术是光刻技术中最为核心且关键的一项技术。
本文将介绍光刻机中的曝光技术，并探讨该技术领域的最新进展。
在光刻机中，曝光技术是将光进行模式转移到光刻胶或光刻膜上的过程。
其关键是通过曝光光源投射合成的掩膜图案到芯片上。
曝光技术的核心是光源和掩膜，其质量和精度直接影响着芯片的性能和制造成本。
曝光光源是光刻技术中非常重要的组成部分。
目前，常用的曝光光源包括准分子激光器、放电激光器和脉冲激光器等。
随着半导体工艺的不断进步，曝光光源要求具备更高的功率和更短的脉冲宽度，以适应下一代微电子器件的制造需求。
此外，光源的能量稳定性和波长控制也是制造高质量芯片的关键要素。
掩膜是光刻技术中的另一个重要元素，其作用是将光源投射的模式转移到芯片表面。
随着制造工艺的进一步细化，掩膜图案的复杂度和分辨率要求也越来越高。
当前，传统的光刻技术已经无法满足高分辨率和复杂图案的要求，因此，新型的掩膜制造技术如电子束曝光技术和多光束干涉曝光技术逐渐崭露头角。
电子束曝光技术利用电子束作为曝光光源，通过电子枪发射出的电子束模式来制造掩膜。
相比传统的光刻技术，电子束曝光技术具有更高的分辨率和更精确的控制能力，可以实现更复杂的图案和更小的细节尺寸。
但是，电子束曝光技术的缺点是制造成本高昂和速度较慢，限制了其在实际生产中的应用。
多光束干涉曝光技术是一种结合了多束干涉原理的新型曝光技术。
它通过将光源进行分光束细分，再将分光束模式进行干涉并投射到掩膜上，从而实现高分辨率的曝光。
多光束干涉曝光技术具有高效和高分辨率的特点，可以在短时间内制造复杂的掩膜图案，因此受到了广泛关注。
随着技术的不断进步和成本的不断降低，多光束干涉曝光技术有望在未来的半导体制造过程中得到更广泛的应用。
除了光源和掩膜的技术进展外，光刻胶和光刻膜等材料也在不断演进和改进。
微纳米无掩膜光刻微纳光刻
微纳米无掩膜光刻微纳光刻
微纳米无掩膜光刻微纳光刻，是一种在微米、纳米甚至亚纳米级别
进行制作的技术。
本文将从方法、优势和应用的角度介绍微纳米无掩
膜光刻微纳光刻。
一、方法
传统的光刻技术需要使用掩模（即光刻面板）来实现图形转移，由于
掩模的制作和管理困难，很难应对纳米级别以上的加工需要。
而无掩
膜光刻不需要掩模，通过特殊的光源照射和化学反应，实现了在基片
上直接制作出所需的结构。
其制作过程包括基片处理、预上粘结剂、
光刻图案曝光、显影、表面改性等步骤，大大简化了制作流程，同时
也减小了加工成本。
二、优势
1. 高精度。
由于无掩膜光刻不需要掩模，可以避免掩模的缺陷和误差
对加工精度的影响，因此可以实现亚纳米级别的加工精度。
2. 高效率。
无掩膜光刻制作流程简单，省去了掩模的制作和管理过程，提高了制作效率和加工速度。
3. 低成本。
无掩膜光刻可以避免掩模的使用和管理成本，减小了加工
成本，同时也减小了加工流程对环境的影响。
4. 能够实现多层结构。
无掩膜光刻可以通过重复制作曝光和显影的过程，实现多层结构的加工。
三、应用
无掩膜光刻可以应用于集成电路、纳米器件制备、微流控芯片等领域。
由于其高精度、高效率的优势，可以实现更为精细的器件制备和更加
灵活的设计，为微纳米加工领域的研究和应用提供了有效的手段。
总之，微纳米无掩膜光刻微纳光刻是一项广泛应用于纳米科技领域的
制作技术，它的出现为纳米加工领域提供了无限可能，具有重要的研
究和应用价值。
无掩模光刻降低成本的下一代光刻技术
无掩模光刻:降低成本的下一代光刻技术据国际市场调研公司VLSI报道，尽管浸入式光刻技术似乎为全球半导体工艺路线图又打开了一扇明亮的窗，但是昂贵的价格，又让人望而生畏。
据估计一台浸入式光刻机的价格在0.2～0.3亿美元以上，而一架波音737的飞机价格也仅为0.23亿美元。
因此一个显而易见的问题，有多少客户能买得起。
除了昂贵的价格之外，如果真要建一个能满足下一代技术45 nm/Φ300 mm芯片厂，估计要投资30-35亿美元。
其实，不仅浸入式光刻具有成本高的缺点，如今，随着器件特征尺寸的继续缩小，器件的开发成本都越来越高，已经到了阻碍新品继续开发的地步。
尤其在进入纳米尺度之后，采用光刻掩模已成为各种光刻技术方法中一项可决定其应用前景的关键技术，但同时，掩模成本在整个光刻成本中可占份额也不断攀升。
掩模的价格，也是呈直线上升态势，平均的价格如180nm的掩模，每套为26万美元，130 nm为87万美元，90 nm为150万美元，65nm为300万美元，45 nm为600万美元。
下表给出光刻尺寸在100 nm 以下各种光刻掩模成本的比较，由于掩模版价格日益高涨，全球掩模版厂商竞争更加激烈，2004年整个掩模行业艰难前行。
2004年10月同本凸版印刷（Toppan Printing）同意收购美围杜邦光掩模（Dupont photomasker），收购价近65亿美元。
表：光刻尺寸≤100nm的各种光刻掩模成本(来源：“无掩模光刻技术的前景”，电子工业专用设备，2005（8）1-3)因此，开发无掩模的电子束直接在硅片上的光刻技术成为潮流。
全球业界已经进行了至少10年以上的努力，但成效甚微。
一个主要原因，速度太慢，不能适用于工业化量产。
2005年1月国际半导体联盟International Sematech 主办全球无掩模大会（Maskless Meeting），会上光刻专家讨论了无掩模光刻技术的前景，推出了众多的无掩模光刻工具。
掩模曝光DMD无掩模数字光刻更新
➢计算机将所需的光刻图案通过图形生成器输入到DMD芯片中，根据图形中黑 白像素的分布来改变DMD 中微反射镜的转角，并通过准直光源照射DMD表面 形成与所需图形一致的光图像，利用相应的光刻镜头将该图像投影到基片表面 并通过控制样品台的扫描运动，实现任意形状的大面积微结构制备。
➢投影物镜
➢曝光光源能量分布实际测试图
➢利用特殊的衍射匀光光学元 件和405nm激光，形成高均 匀、高效照明光源
➢丰富的投影光刻物镜光学、光机设 计经验以及成熟的精密装调工艺， 保证每一个投影光刻物镜的成像质 量。 ➢标准物镜： ➢1X：分辨力10.8μm，曝光面积21X10.5mm2
➢数值孔径NA=0.1
（2013.04.17 授权公告日） 授权
数字处理方面: 一种用于数字光刻系统的光强不均匀性测量与校正方法 刘华;卢振武 （已提交）
系统装调方面: DMD光学系统光源位置的定位辅助装置及光源位置装调方法 刘华 谭向全 党博石 发明专利
201510263495 用于定位DMD光刻系统中相机焦平面位置的新型分划板 刘华 谭向全 党博石 卢振武 发明专
利201510316684.0
发表论文：
Xiao-Duo Wang HuaLiu*、 Zhen-WuLu Li-WeiSong Tai-shengWang Bo-Shi Dang XiangQianQuan Yun-PengLi Design of a spectrum-folded Hadamard transform spectrometer in nearinfrared band Opt. Commu. 333. 80-83 (2014)
➢核心技术3——数据处理
（国内同类产品形成固定数据，分块存储，国外同类产品形成滚动数据，分块存储。）
基于DMD扫描光刻系统的光刻图形边缘平滑度优化研究
基于DMD扫描光刻系统的光刻图形边缘平滑度优化研究光学精细加工技术近几年发展较快,在微结构表面加工领域具有广阔发展空间。
光学精细加工技术中,基于数字微反射镜器件(Digital Micro-mirror Device,DMD)的无掩膜扫描光刻技术能够生产微小的、轻量的、集成的三维微结构器件,在提高光刻效率和光刻精度的同时降低了光刻成本,因此DMD扫描光刻技术在军事、生物医药、信息处理等领域均有应用。
DMD扫描光刻系统中的数字微反射镜器件(DMD)帧频转换速度超过2万赫兹,能够完成高效率、连续滚动扫描光刻。
虽然DMD扫描光刻技术实现了高效率、高精度、低成本光刻工艺,但是光刻图形在滚动扫描方向以外刻线边缘有明显锯齿,降低了光刻图形质量和制备器件的性能。
本论文针对光刻图形在扫描方向以外刻线边缘有锯齿的问题,提出解决方案并进行相应工作,工作内容包括以下两部分:(1)针对DMD扫描光刻图形边缘有锯齿的问题,深入分析DMD扫描光刻原理,获得光刻图形刻线边缘有锯齿的原因:DMD微结构限制和单像素光照能量分布不均匀的影响。
对此依据扫描方向单像素光照能量延展累积使该方向能量匀化,最终该方向刻线流畅的现象,提出DMD微反射镜阵列成像在垂直扫描方向线性错位的方法,减小扫描方向以外刻线边缘锯齿。
理论上分析获得微反射镜阵列成像线性错位形式、表达式,Matlab软件仿真微反射镜阵列成像线性错位后“刻线”曝光效果。
仿真结果表明微反射镜阵列成像线性错位的方式,有效减小了刻线边缘锯齿,提高了刻线边缘平滑度。
同时该方式具有匀化光照能量的优势,提高了光照能量利用率。
(2)利用自由曲面光学透镜灵活调控光线空间分布和增加光线空间自由度的性质,用Matlab、Zemax软件设计并优化出自由曲面光学透镜模型,使其安装在DMD窗口表面1mm 位置附近,实现微反射镜阵列成像线性错位。
软件仿真安装该透镜模型前后光刻图形“树”曝光效果,仿真结果表明:在不影响光刻效率和光刻图形尺寸的前提下,提高了光刻图形边缘平滑度。
步进投影数字光刻机在中科院光电所研制成功
作者： 何坤尧 周鹏浩
作者机构： 中国科学院光电技术研究所
出版物刊名： 科技创新与品牌
页码： 29-29页
主题词： 光电技术 光刻机 投影 中国科学院成都分院 中科院 科技成果鉴定 完成情况 研发成果
摘要：近日，由中国科学院光电技术研究所与南昌航空大学研制的“步进投影数字光刻机”，顺利通过中国科学院成都分院主持的科技成果鉴定。
专家们对项目的研发成果和完成情况给予了充分的肯定及高度评价，一致认为，该项目采用数字微镜阵列（DMD）技术，实现了图形与灰度等级均可实时编辑的数字掩模，研制成功了首台实用的微米级步进缩小投影无掩模版数字化光刻设备。
设备功能完整，工艺兼容性强，总体集成技术具有创新性，达到国际先进水平，并具有广泛的应用前景。
DMD介绍——精选推荐
DMD介绍DMD芯⽚显⽰原理的介绍DMD精微反射镜⾯是⼀种整合的微机电上层结构电路单元 (MEMS superstructure cell)，它是利⽤CMOS SRAM记忆晶胞所制成。
DMD上层结构的制造是从完整CMOS内存电路开始，再透过光罩层的使⽤，制造出铝⾦属层和硬化光阻层(hardened photoresist) 交替的上层结构，铝⾦属层包括地址电极 (address electrode)、绞链(hinge)、轭 (yoke) 和反射镜，硬化光阻层则作为牺牲层 (sacrificial layer)，⽤来形成两个空⽓间 (air gaps)。
铝⾦属会经过溅镀沉积 (sputter-deposited)以及电浆蚀刻 (plasma-etched)处理，牺牲层则会经过电浆去灰 (plasma-ashed) 处理，以便制造出层间的空⽓间隙每个微反射镜都能将光线从两个⽅向反射出去，实际反射⽅向则视底层记忆晶胞的状态⽽定；当记忆晶胞处于「ON」状态时，反射镜会旋转⾄+12度，记忆晶胞处于「OFF」状态，反射镜会旋转⾄-12度。
只要结合DMD以及适当光源和投影光学系统，反射镜就会把⼊射光反射进⼊或是离开投影镜头的透光孔，使得「ON」状态的反射镜看起来⾮常明亮，「OFF」状态的反射镜看起来就很⿊暗。
利⽤⼆位脉冲宽度调变可以得到灰阶效果，如果使⽤固定式或旋转式彩⾊滤镜，再搭配⼀颗或三颗DMD芯⽚，即可得到彩⾊显⽰效果。
DMD的输⼊是由电流代表的电⼦字符，输出则是光学字符，这种光调变或开关技术⼜称为⼆位脉冲宽度调变 (binary pulsewidth modulation)，它会把8位字符送⾄DMD的每个数字光开关输⼊端，产⽣28或256个灰阶。
最简单的地址序列 (address sequence) 是将可供使⽤的字符时间 (field time) 分成⼋个部份，再从最⾼有效位(MSB) 到最低有效位(LSB)，依序在每个位时间使⽤⼀个地址序列。
光刻5种曝光模式的原理、区别与缺点
光刻5种曝光模式的原理、区别与缺点摘要：一、光刻曝光模式概述二、五种光刻曝光模式的原理及特点1.接触曝光模式2.投影曝光模式3.透镜曝光模式4.步进曝光模式5.扫描曝光模式三、五种光刻曝光模式的区别四、五种光刻曝光模式的缺点五、总结与应用场景正文：一、光刻曝光模式概述光刻是半导体制造中至关重要的一个步骤，它决定了集成度的提高和芯片性能的提升。
曝光是光刻过程中的关键环节，通过曝光，光刻胶会在紫外光的照射下产生化学变化，进而实现对芯片图案的转移。
本文将介绍五种常见的光刻曝光模式，分析它们的原理、特点及应用场景。
二、五种光刻曝光模式的原理及特点1.接触曝光模式：接触曝光模式是光刻过程中最早采用的一种方式。
其原理是将光刻胶覆盖在芯片表面，然后通过光源与光刻胶直接接触，使光刻胶感光产生变化。
这种曝光模式的特点是操作简单，但曝光效果受限于光源强度和光刻胶的感光度，分辨率较低。
2.投影曝光模式：投影曝光模式通过光学投影系统将掩模上的图案投影到光刻胶上，实现高分辨率图案的转移。
其特点是分辨率高，但设备成本较高，对操作环境要求严格。
3.透镜曝光模式：透镜曝光模式利用透镜聚焦光源，将掩模上的图案精确地投影到光刻胶上。
其优点是曝光效果稳定，分辨率较高，但设备成本较高。
4.步进曝光模式：步进曝光模式通过逐行、逐列地对光刻胶进行曝光，实现整个芯片图案的转移。
其特点是曝光速度快，效率高，但可能出现边缘效应，影响图案精度。
5.扫描曝光模式：扫描曝光模式是将光源扫描掩模与光刻胶之间的区域，实现图案的转移。
其优点是曝光精度高，边缘效应较小，但设备成本较高。
三、五种光刻曝光模式的区别五种光刻曝光模式在曝光原理、分辨率、成本和操作难度等方面存在一定的区别。
接触曝光模式和投影曝光模式较为成熟，适用于低分辨率场景；透镜曝光模式和步进曝光模式在分辨率、速度和精度方面有优势，但成本较高；扫描曝光模式兼具高分辨率和良好边缘效应，但成本较高。
四、五种光刻曝光模式的缺点1.接触曝光模式：分辨率较低，受光源强度和光刻胶感光度限制。
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利201510316684.0
发表论文：
Xiao-Duo Wang HuaLiu*、 Zhen-WuLu Li-WeiSong Tai-shengWang Bo-Shi Dang XiangQianQuan Yun-PengLi Design of a spectrum-folded Hadamard transform spectrometer in nearinfrared band Opt. Commu. 333. 80-83 (2014)
DMD芯片分类
波段：紫外 、近红外、可见的芯片 尺寸：0.95英寸、0.75英寸、0.45英寸、0.2英寸 帧频:高帧频（20kHz）低帧频(1k-3kHz) 匹配不同的控制芯片，利用FPGA进行可编程开发，形成各类驱动。
2.2基于DMD的紫外高速数字光刻设备的特点
相对于掩膜曝光系统：无掩膜
无需加工不同结构的掩模板，极大降低了生产成本，提高 了工作效率和系统稳定性。
5
……
平台扫描方向
4 543
4
平台扫描方向
3 432
3
Video 1. : Number
利用部分数据预制模版来进一步平衡照明的不均匀性。否Leabharlann 差值Dn逐行关闭像素
关闭像素的 灰度值和Gn Gn≥Dn & Gn≤3Dn/2
校正后的均匀度 是否大于95%
否
结束
利用畸变补偿方法，对数据预制处理，以抵消镜头畸变的影响， 降低对镜头的质量的要求。
2.1 DMD的结构特点
DMD芯片是MEMS（Micro Electro Mechanical systems，微电子机械系统）技术 下的产物的，在其芯片表面集成了数十万乃至百万个微反射镜（Micromirror Pitch）。 微反射镜是其DMD芯片的物理像素，微反射镜越多，DMD芯片所能的显示的分辨率 越高, 通过电控每个微反射镜的转动来实现所需要的光图形。
目前的诸如PCB板的加工基本使用掩膜曝光设备。其价格低，但需加工掩 膜版。掩模板制作复杂、周期长、费用昂贵，一旦完成无法修改，这些缺陷 已经严重限制了高端个性化PCB板的加工制作。数字印刷行业也面临同样 转型升级状态，急需无掩膜光刻设备来对其进行更新换代。而单点激光直写 无掩膜设备效率低下，不适合该行业需求。DMD无掩膜光刻设备成为PCB 板、数字印刷行业发展的必然选择。（工业）
投影物镜
曝光光源能量分布实际测试图
利用特殊的衍射匀光光学元 件和405nm激光，形成高均 匀、高效照明光源
丰富的投影光刻物镜光学、光机设 计经验以及成熟的精密装调工艺， 保证每一个投影光刻物镜的成像质 量。 标准物镜： 1X：分辨力10.8μm，曝光面积21X10.5mm2
数值孔径NA=0.1
（2013.04.17 授权公告日） 授权
数字处理方面: 一种用于数字光刻系统的光强不均匀性测量与校正方法 刘华;卢振武 （已提交）
系统装调方面: DMD光学系统光源位置的定位辅助装置及光源位置装调方法 刘华 谭向全 党博石 发明专利
201510263495 用于定位DMD光刻系统中相机焦平面位置的新型分划板 刘华 谭向全 党博石 卢振武 发明专
DAD2000
DMD驱动板
0.7'' DMD
高速信号和电源完整性的PCB仿真； 高帧频（20000Hz），实现灰度图像DMD驱动程序； 基于网络的接口通用协议的VHDL实现，如TCP/IP，UDP/IP。
核心技术2——光学模块
（国内同类产品以卤素灯为主，国外同类产品以LED照明为主）
激光照明系统
2.3核心技术水平
核心技术1——DMD驱动
（国内的DMD帧频在2000以内，效率低。国外DMD帧频在15000以上，效
率高。）
接口
FPGA
内存
TI 芯片组
GigaEthernet Fiber
Camera Link LVDS PAL USB2.0
Virtex5/Kintex7
DDR SDRAM
DDC4100
核心技术3——数据处理
（国内同类产品形成固定数据，分块存储，国外同类产品形成滚动数据，分块存储。）
形成灰度滚动数据处理很存储方式，利用扫描曝光方式提高 设备工作效率。
A
DMD
B
DMD
C
DMD
平台扫描方向
平台扫描方向
平台扫描方向
1
2
1
21
321
1
2
F
DMD
E
DMD
D
DMD
……
平台扫描方向
5 555
二、数字光刻设备研制以及关键技术
计算机将所需的光刻图案通过图形生成器输入到DMD芯片中，根据图形中黑 白像素的分布来改变DMD 中微反射镜的转角，并通过准直光源照射DMD表面 形成与所需图形一致的光图像，利用相应的光刻镜头将该图像投影到基片表面 并通过控制样品台的扫描运动，实现任意形状的大面积微结构制备。
掩模曝光
更 新
DMD无掩模数 字光刻
三维立体光刻（实验室）
2005年，UC Berkeley 的X. Zhang课题组，微投 影立体光刻装置，特征尺 寸达到0.6um
生物芯片制造
高密度DNA芯片 器官芯片 微流控芯片
生物3D打印
打印多孔生物支架，生长 组织，进行移植； 打印立体微环境，进行体 外环境模拟；
相对于单光束扫描曝光系统：多光束扫描曝光
DMD芯片上的每一个微反射镜都可以等效的看作是一处独 立光源，其曝光过程相当于多光束逐点曝光，通过匹配微 反射镜的开关频率与样品台的运行速度，实现DMD的图形 滚动曝光，提高了系统的生产效率。
2.3基于DMD的紫外高速数字光刻设备的应用方向
PCB板工业制造
核心技术4 自动调焦
利用激光三角测量原理形成自动调焦系统，包括激光光 源、光学系统和PSD。
调焦精度: 1um
所持专利和文章
DMD驱动方面： 滚动灰度光刻的DMD动作方法 许家林 孙强 发明专利201410508288.3授权
照明方面: 刘华;卢振武; 实现半导体激光光束匀化的微光学元件 中国发明专利 CN201110272797