專利名稱：具有超高強(qiáng)度led光源的無(wú)掩膜直寫(xiě)光刻機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及在晶片、印刷電路板、掩膜板、平板顯示器、生物晶片、微機(jī)械電 子晶片、光學(xué)玻璃平板等襯底材料上印刷構(gòu)圖的設(shè)備，即直寫(xiě)光刻機(jī)。
背景技術(shù)：
光刻機(jī)曝光光源部分是各種接近式、步進(jìn)重復(fù)式、步進(jìn)掃描式光刻機(jī)的重要部件之 一，其光強(qiáng)度量、壽命、均勻性、發(fā)熱量都直接和其他各部件的設(shè)計(jì)相關(guān)。光源影響著 光刻機(jī)使用的最終關(guān)鍵特征尺寸的質(zhì)量，使用和維護(hù)成本等問(wèn)題。從目前主要光刻機(jī)供 應(yīng)商的產(chǎn)品來(lái)看，在光刻分辨率0.28ixm以上的光刻機(jī)中，主要以超高壓汞燈作為照明 光源， 一般來(lái)說(shuō)都具有2000W以上的耗電功率。
現(xiàn)在光刻機(jī)的超高壓汞燈光源存在主要有如下的問(wèn)題
1、 壽命短。光刻機(jī)用的超高壓汞燈在實(shí)際使用過(guò)程中壽命僅僅為1800小時(shí)左右。 由于光刻機(jī)整機(jī)的預(yù)熱較長(zhǎng)，開(kāi)啟后，汞燈就不能關(guān)閉，這樣就需要每隔二個(gè)多月就更 換一次超高壓汞燈。除此之外，汞燈在光路中的空間位置是非常敏感的，會(huì)直接影響到 曝光的均勻性，這也需要廠家的專業(yè)人員進(jìn)行操作和維護(hù)。這都折算在光刻機(jī)運(yùn)營(yíng)成本 當(dāng)中，也是光刻機(jī)使用費(fèi)用高的一個(gè)方面。如果有一種方法，能夠提高光刻壽命，免除 頻繁的更換的支出費(fèi)用將大大提高持續(xù)工作時(shí)間，就能降低光刻機(jī)的使用成本。
2、 溫度高。在光刻機(jī)使用中，光路的各部件都有著嚴(yán)格的制冷和溫度要求，而汞 燈在使用中溫度高達(dá)上千攝氏度，這個(gè)熱量對(duì)各部件的影響也是非常大的，增加了設(shè)備 內(nèi)的發(fā)熱量。所以在光刻機(jī)照明設(shè)計(jì)中，對(duì)光源的制冷和溫控增加相應(yīng)的系統(tǒng)部件。尤 其是需要水制冷，附加的水泵，真空管等附件更是增加了整機(jī)的復(fù)雜性，限制了設(shè)備加 工精度的提高。
3、 耗電高。超高壓汞燈一般需要2000W以上的功率，屬于一種高耗能非綠色的光源。
4、 體積大。汞燈是立體全方位角度的照射，需要較大的橢圓反射鏡來(lái)收集光束， 光路比較復(fù)雜，再加上汞燈大耗能，高熱量的特點(diǎn)，照明部分需要增加電源供給、水冷散熱、濾鏡等諸多附件， 一臺(tái)光刻機(jī)，照明部分的體積要占到光學(xué)部件的l/2以上。光
刻機(jī)體積難以縮小，給運(yùn)輸和廠房建設(shè)等都帶來(lái)了不利的影響。
另外有的光刻機(jī)采用紫外準(zhǔn)分子激光進(jìn)行照明，該方案也會(huì)由于采用光擴(kuò)束器和消 散斑振鏡等部件造成光路復(fù)雜和昂貴的費(fèi)用。
現(xiàn)在的發(fā)光二極管由于發(fā)光功率低，尤其在紫外波段輸出光功率偏小，單一的發(fā)光 二極管發(fā)光量不能滿足低倍率大視場(chǎng)面積無(wú)掩模光刻機(jī)的照明要求，造成光刻機(jī)產(chǎn)出效 率低下和曝光時(shí)間長(zhǎng)而出現(xiàn)的曝光線條側(cè)壁陡度不高等現(xiàn)象。

實(shí)用新型內(nèi)容
為了解決現(xiàn)今光刻機(jī)用單一發(fā)光二極管作為光源的能量不足的問(wèn)題，本實(shí)用新型提
供一種性價(jià)比高、壽命長(zhǎng)、提供均勻穩(wěn)定的面光源的具有超高強(qiáng)度LED光源的無(wú)掩膜 直寫(xiě)光刻機(jī)。
實(shí)現(xiàn)上述目的技術(shù)解決方案如下
具有超高強(qiáng)度LED光源的無(wú)掩膜直寫(xiě)光刻機(jī)，包括光源、孔徑光欄、中繼物鏡、 反射鏡和數(shù)字掩膜板、投影物鏡和晶圓表面；所述光源為發(fā)光二極管光源，光源、孔徑 光欄和中繼物鏡位于同一軸線上，且與反射鏡對(duì)應(yīng)，反射鏡與一側(cè)上方的數(shù)字掩模板對(duì) 應(yīng)，數(shù)字掩模板通過(guò)其下方的投影物鏡與晶圓表面對(duì)應(yīng)；
所述光源包括兩個(gè)以上的發(fā)光二極管；
每一個(gè)發(fā)光二極管分別對(duì)應(yīng)一個(gè)聚光透鏡，每個(gè)聚光透鏡后部分別連接著耦合光 纖，耦合光纖連接著變芯光纖，變芯光纖對(duì)應(yīng)著相干片，相干片對(duì)應(yīng)著孔徑光欄。
根據(jù)上述的具有超高強(qiáng)度LED光源的無(wú)掩膜直寫(xiě)光刻機(jī)，所述相干片為環(huán)形照明 相干片，所謂環(huán)形相干片是中心部份遮攔，環(huán)帶透光的光學(xué)薄片，當(dāng)照明光通過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn) 生擋掉低頻的照明光，當(dāng)照明光通過(guò)時(shí)會(huì)提高光學(xué)系統(tǒng)對(duì)比度，示意見(jiàn)圖3。
根據(jù)上述的具有超高強(qiáng)度LED光源的無(wú)掩膜直寫(xiě)光刻機(jī)，所述相干片為四極照明 相干片，所謂四極照明相干片是沿幾何中心對(duì)稱分布于對(duì)角線上的四個(gè)方形通光孔的薄 片，當(dāng)照明光通過(guò)時(shí)會(huì)提高光學(xué)系統(tǒng)對(duì)比度，示意見(jiàn)圖4。
根據(jù)上述的具有超高強(qiáng)度LED光源的無(wú)掩膜直寫(xiě)光刻機(jī)，所述相干片為二元光柵 照明相干片，所謂二元光柵照明相千片是由黑白相間光柵構(gòu)成的光學(xué)薄片，當(dāng)照明光通 過(guò)時(shí)會(huì)提高高頻對(duì)成像的貢獻(xiàn)，減低低頻對(duì)成像的貢獻(xiàn)，提高投影系統(tǒng)的對(duì)比度，示意見(jiàn)圖5。
本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果是-
采用多粒發(fā)光二極管同時(shí)發(fā)光，用多束導(dǎo)光光纖分別進(jìn)行光能采集通過(guò)空間排列耦 合，可以成倍提高系統(tǒng)的光能量采集效率，例如當(dāng)使用5X投影物鏡時(shí)，通過(guò)3顆1W 發(fā)光二極管最終在曝光晶圓上獲得50mJ/cm2的曝光劑量，這樣可在不多于1秒內(nèi)完成曝 光，獲得陡度很高的曝光圖像，而單一llV發(fā)光二極管只能獲得25nJ/cni2的光能量。


圖l為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖，
圖2為L(zhǎng)ED光源安裝在銅質(zhì)散熱塊上結(jié)構(gòu)示意圖，
圖3為環(huán)形照明相干片結(jié)構(gòu)示意圖，
圖4為環(huán)四級(jí)照明相干片結(jié)構(gòu)示意圖，
圖5為二元光柵照明相干片結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地說(shuō)明。 實(shí)施例1:
具有超高強(qiáng)度LED光源的無(wú)掩膜直寫(xiě)光刻機(jī)包括光源、孔徑光欄6、中繼物鏡7、 反射鏡8和數(shù)字掩膜板9、投影物鏡10和晶圓臺(tái)面11;光源為發(fā)光二極管光源，光源 孔徑光欄6和中繼物鏡7位于同一軸線上，且與反射鏡8對(duì)應(yīng)，反射鏡8與一側(cè)上方的 DMD數(shù)字掩模板9對(duì)應(yīng)，DMD數(shù)字掩模板9通過(guò)其下方的投影物鏡10與晶圓表面11 對(duì)應(yīng)。
光源包括兩個(gè)發(fā)光二極管1;每一個(gè)發(fā)光二極管分別對(duì)應(yīng)一個(gè)聚光透鏡2，每個(gè)聚 光透鏡2后部分別連接著耦合光纖3，耦合光纖3連接著變芯光纖4，變芯光纖4的另 一端對(duì)應(yīng)著相干片5，相干片5對(duì)應(yīng)著孔徑光欄6。
相干片5為環(huán)形照明相干片，見(jiàn)圖3。
如圖1所示，1W功率的發(fā)光二極管(LED)光源安裝在銅質(zhì)散熱塊上，他們之間是 用PCB電路板固定連接的，見(jiàn)圖2。發(fā)光二極管(LED)驅(qū)動(dòng)控制電路供電電流為350mA， 曝光時(shí)間為100ms 1000ms。曝光計(jì)量的控制精度小于0.2%。發(fā)光二極管(LED)出射 405nm光，每個(gè)發(fā)光二極管(LED)出射光經(jīng)過(guò)聚光透鏡2，再耦合進(jìn)入耦合光纖3的一個(gè)入射端，多束耦合光纖3入射光經(jīng)光纖傳導(dǎo)匯集后均勻混合，再經(jīng)變芯光纖4調(diào)整數(shù) 值孔徑匹配，然后通過(guò)相干片5調(diào)制光再經(jīng)過(guò)一組中繼物鏡7，疊加后的高功率均勻照 明光均勻的投射到DMD數(shù)字掩模板9上，最終通過(guò)5倍放大的投影物鏡10光路，將DMD 數(shù)字掩模板9上的圖形轉(zhuǎn)移到晶圓表面11。晶圓表面11最終的可獲得光強(qiáng)達(dá)到 105mW/cm2，以上，均勻性穩(wěn)定±5%的照明光能，可以滿足光刻工藝的需要。
在直寫(xiě)光刻機(jī)光路中可以沒(méi)有設(shè)置控制曝光時(shí)間的快門機(jī)構(gòu)，這是由于LED具有良 好的快速點(diǎn)亮?xí)r間，在很短的時(shí)間內(nèi)就可以穩(wěn)定光功率的出射，系統(tǒng)的曝光時(shí)間是由驅(qū) 動(dòng)電路的軟件控制的，在非曝光時(shí)間都是關(guān)閉的，這樣可以非常穩(wěn)定和可靠地實(shí)現(xiàn)曝光 劑量的精確控制。
實(shí)施例2:
光源包括三個(gè)發(fā)光二極管l; 相干片5為四極照明相干片，見(jiàn)圖4。 其它結(jié)構(gòu)同實(shí)施例l。 實(shí)施例3:
光源包括四個(gè)發(fā)光二極管l; 相干片5為二元光柵照明相干片，見(jiàn)圖5。 其它結(jié)構(gòu)同實(shí)施例l。
權(quán)利要求1、具有超高強(qiáng)度LED光源的無(wú)掩膜直寫(xiě)光刻機(jī)，包括光源、孔徑光欄、中繼物鏡、反射鏡和數(shù)字掩膜板、投影物鏡和晶圓表面；所述光源為發(fā)光二極管光源，光源、孔徑光欄和中繼物鏡位于同一軸線上，且與反射鏡對(duì)應(yīng)，反射鏡與一側(cè)上方的數(shù)字掩模板對(duì)應(yīng)，數(shù)字掩模板通過(guò)其下方的投影物鏡與晶圓表面對(duì)應(yīng)，其特征在于所述光源包括兩個(gè)以上的發(fā)光二極管；每一個(gè)發(fā)光二極管分別對(duì)應(yīng)一個(gè)聚光透鏡，每個(gè)聚光透鏡后部分別連接著耦合光纖，耦合光纖連接著變芯光纖，變芯光纖對(duì)應(yīng)著相干片，相干片對(duì)應(yīng)著孔徑光欄。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超高強(qiáng)度LED光源的無(wú)掩膜直寫(xiě)光刻機(jī)，其特征在 于所述相干片為環(huán)形照明相干片，環(huán)形照明相干片的中心為遮攔部份，其環(huán)帶為透光 部分。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超高強(qiáng)度LED光源的無(wú)掩膜直寫(xiě)光刻機(jī)，其特征在 于所述相干片為四極照明相干片，所謂四極照明相干片是沿幾何中心對(duì)稱分布于對(duì)角 線上的四個(gè)方形通光孔的薄片。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超高強(qiáng)度LED光源的無(wú)掩膜直寫(xiě)光刻機(jī)，其特征在 于所述相干片為二元光柵照明相干片，所謂二元光柵照明相干片是由黑白相間光柵構(gòu) 成的光學(xué)薄片。
專利摘要本實(shí)用新型涉及在晶片、印刷電路板等襯底材料上印刷構(gòu)圖的具有超高強(qiáng)度LED光源的無(wú)掩膜直寫(xiě)光刻機(jī)。解決了單一的發(fā)光二極管發(fā)光量不能滿足低倍率大視場(chǎng)面積無(wú)掩模光刻機(jī)照明要求的問(wèn)題。該機(jī)光源包括兩個(gè)以上的發(fā)光二極管；每一個(gè)發(fā)光二極管分別對(duì)應(yīng)一個(gè)聚光透鏡，其后部分別連接著耦合光纖，再連接著變芯光纖，變芯光纖對(duì)應(yīng)著相干片。采用多粒發(fā)光二極管作為直寫(xiě)光刻機(jī)光源，多粒發(fā)光二極管同時(shí)發(fā)光，用多束導(dǎo)光光纖分別進(jìn)行光能采集通過(guò)空間排列耦合，提高LED光強(qiáng)度。
文檔編號(hào)G03F7/20GK201159832SQ200820032698
公開(kāi)日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2008年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月27日
發(fā)明者張東濤 申請(qǐng)人:芯碩半導(dǎo)體(中國(guó))有限公司