專利名稱：遠紫外激光光刻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種遠紫外激光光刻裝置。它主要應(yīng)用于三維微結(jié)構(gòu)元件制作工藝(通常稱之為LIGA工藝)中對微結(jié)構(gòu)圖形進行深層光刻，應(yīng)用于微電子以及微電子機械領(lǐng)域中對微小元器件進行激光微細加工。
已有技術(shù)用于LIGA工藝的光刻裝置有二種。一種是以同步輻射軟X射線為曝光光源的X射線光刻裝置(E.W.Becker,W.EEhrfeld,P.Hagmann,A.Maner andD.M√chemyer,“Fabrication of microstructures with high aspect ratios and great structuralheight by synchrotron radiation lithography,galvanoforming and plastic moulding(LIGAProcess)”,Microelctronic engineering,4(1986),p.35-56)，這種軟X射線光刻裝置能夠光刻較厚的光刻膠，且圖形邊緣陡直，但因需要同步輻射X射線作為曝光光源，所以工藝的運轉(zhuǎn)費用較高，裝置龐大，應(yīng)用和推廣受到很大的限制。另一種是準分子激光器的遠紫外激光作為曝光光源的準分子激光光刻裝置(J.Arnold,U.Dasbach,W.Ehrfeld,K.Hesch.H.L
we.“Combination of excimer laser microstructuring and replicationprocesses suited for large scale production”,Applied surface science,86(1995),p.251-258)，這種準分子激光光刻裝置由于以激光替代了X射線，因而工藝的運轉(zhuǎn)成本大大減低，LIGA工藝技術(shù)也有條件能夠得以廣泛的應(yīng)用和推廣。盡管準分子激光光刻裝置與X射線光刻裝置相比有了很大的改進，但作為氣體激光器的準分子激光器其造價仍然比較昂貴，工作氣體需定期更換，器件運行費用相對較高，操作、維護較為復(fù)雜，激光器相對穩(wěn)定性較差，因而光刻裝置的穩(wěn)定工作期較短。
本實用新型的目的是提供一種造價較低，工作性能穩(wěn)定，維修、使用簡便的遠紫外激光光刻裝置，從而解決準分子激光光刻裝置中準分子激光器造價高，運行費用高，操作維護復(fù)雜，穩(wěn)定性較差等問題。
本實用新型遠紫外激光光刻裝置的裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，它包括尾部至頭部均置于防震臺15上，尾部是發(fā)光源1，中部是波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件2，頭部是光刻組件13。本裝置在工作時，首先由尾部發(fā)光源1發(fā)出一束平行激光束I1，該平行激光束I1經(jīng)中部的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件2后產(chǎn)生遠紫外波長的平行激光束，這一遠紫外平行激光束為光刻激光束被導入頭部的光刻組件13后進行光刻工作。
所說的遠紫外激光光刻裝置的尾部發(fā)光源1是由摻釹釔鋁石榴石固體激光器(NdYAG固體激光器)構(gòu)成，NdYAG固體激光器可以是脈沖式的，或者是連續(xù)式的；或者是用燈泵浦的，或者是用半導體激光器泵浦的。
遠紫外激光光刻裝置的中部波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件2為倍頻結(jié)構(gòu)，因為NdYAG固體激光器直接發(fā)射激光束I1的波長是1.064μm，要想獲得遠紫外的激光束需要波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件2將波長縮短。本實用新型通過中部的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件2能夠獲得355nm波長的遠紫外激光束，或者是266nm波長的遠紫外激光束，或者是213nm波長的遠紫外激光束。
所說的能獲得355nm波長的中部的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件2如圖1中的中部所示，它是由沿著尾部的發(fā)光源1發(fā)射的激光束I1前進方向上，依次置有裝在導軌14上調(diào)整架4上的二倍頻晶體3，裝在導軌14上調(diào)整架6上的三倍頻晶體5和裝在導軌14上調(diào)整架8上的分光棱鏡7所構(gòu)成。稱為三倍頻結(jié)構(gòu)。工作過程(平時也稱為倍頻過程)為由尾部發(fā)光源1發(fā)出的波長為1.064μm的基頻激光束I1首先經(jīng)二倍頻晶體3的二次倍頻產(chǎn)生532nm波長的二倍頻激光束I2，然后基頻激光束I1和二倍頻激光束I2經(jīng)第二塊三倍頻晶體5混頻產(chǎn)生三次諧波激光束I3，激光束I3就是所需的波長為355nm的遠紫外激光束。這三束激光束I1、I2、I3經(jīng)分光棱鏡7后因棱鏡的折射效應(yīng)而彼此相互分離，其中三倍頻激光束I3提供給頭部光刻組件13使用。在中部波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件2中，二、三倍頻晶體3、5以及分光棱鏡7各自分別被安裝在調(diào)整架4、6、8上，調(diào)整架4、6、8則安裝在導軌14上以保證光路的準直。調(diào)整架4、6、8可以采用通用的調(diào)整架，或者采用專門設(shè)計的調(diào)整機構(gòu)。導軌14結(jié)構(gòu)可以采用槽型導軌、或三角導軌、或圓柱導軌等各種形式的直線導軌，無特殊的限制。二倍頻晶體3是非線性晶體板有多種選擇磷酸二氫胺(ADP)、或磷酸二氫鉀(KDP)、或磷酸二氘鉀(KD*P)、或砷酸二氫銫(CDA)、或砷酸二氘銫(CD*A)、或鈮酸鋰(LiNbO3)、或碘酸鋰(LiIO3)、或鈮酸鋇鈉(Ba2NaNb5O15)、或偏硼酸鋇(BBO)、或三硼酸鋰(LBO)、或鈦氧磷酸鉀(KTP)的晶體板。三倍頻晶體5的非線性晶體板可以選用磷酸二氘鉀(KD*P)、或偏硼酸鋇(BBO)、或三硼酸鋰(LBO)、或磷酸二氫銣(RDP)、或砷酸二氫銣(RDA)的晶體板。二倍頻晶體3的位置可以放置在如圖1所示的尾部發(fā)光源1的固體激光器的外面，也可以放置在固體激光器的諧振腔內(nèi)，而三倍頻晶體5則必須放置在諧振腔外。分光棱鏡7采用頂角為55°的等腰三角棱鏡，材料可以選用石英，或者選用其他對遠紫外波段透光的光學材料。
對266nm波長的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件2的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由沿著尾部發(fā)光源1發(fā)射的激光束I1前進的方向上，依次置有裝在導軌14上調(diào)整架4上的二倍頻晶體3，裝在導軌14上調(diào)整架17上的分光棱鏡16，裝在導軌14上調(diào)整架6上的四倍頻晶體18以及裝在導軌14上調(diào)整架8上的分光棱鏡7所構(gòu)成。稱為四倍頻結(jié)構(gòu)。其轉(zhuǎn)換過程為尾部發(fā)光源1發(fā)出的波長為1.064μm的基頻激光束I1經(jīng)二倍頻晶體3倍頻產(chǎn)生波長為532nm的二倍頻激光束I2，分光棱鏡16將I1、I2兩束激光束分離，分離后的二倍頻激光束I2經(jīng)四倍頻倍頻晶體18再次倍頻而產(chǎn)生波長為266nm的四倍頻激光束I4，分光棱鏡7將激光束I2、I4分離，其中波長為266nm的四倍頻遠紫外激光束I4被用來作為頭部光刻組件13的曝光光源。調(diào)整架4、17、6、8安裝在導軌14上以保證光路準直，其結(jié)構(gòu)可以采用通用的調(diào)整架結(jié)構(gòu)，或者采用專門設(shè)計的特殊結(jié)構(gòu)。二倍頻晶體3、分光棱鏡7和導軌14的選用和安放方式與上述的三倍頻結(jié)構(gòu)一致，分光棱鏡16可以選用頂角為60°的由K9玻璃制成的等腰三角棱鏡，或者選用其他對可見光波段透光的光學材料制成的棱鏡，四倍頻晶體18可選用磷酸二氫鉀(KDP)、或磷酸二氘鉀(KD*P)、或磷酸二氫胺(ADP)或偏硼酸鋇(BBO)的晶體板。
對獲得213nm波長的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件2的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它是由沿著發(fā)光源1發(fā)射激光束I1前進方向上，依次置有裝在導軌14上調(diào)整架4上的二倍頻晶體3、裝在導軌14上調(diào)整架6上的三倍頻晶體5、裝在導軌14上調(diào)整架20上的濾光鏡19、裝在導軌14上調(diào)整架22上的五倍頻晶體21和裝在導軌14上調(diào)整架8上的分光棱鏡7所構(gòu)成。稱為五倍頻結(jié)構(gòu)。213nm波長的五倍頻結(jié)構(gòu)的工作過程為由尾部發(fā)光源1發(fā)出的波長為1.064μm的基頻激光束I1經(jīng)二、三倍頻晶體3、5三倍頻生成三次諧波激光束I3，濾光鏡19使二倍頻激光束I2和三倍頻激光束I3通過，使基頻激光束I1截止，二倍頻激光束I2和三倍頻激光束I3經(jīng)五倍頻晶體21混頻后生成波長為213nm的五次諧波激光束I5，分光棱鏡7將激光束I5分離出來，作為光刻激光束，供頭部光刻組件13使用。二、三倍頻晶體3、5，分光棱鏡7以及導軌14的選用和安放方式與上述的三倍頻結(jié)構(gòu)一致，五倍頻晶體21可選用偏硼酸鋇(BBO)的非線性晶體板，濾光鏡19可以采用鍍膜或?qū)t外截止而對紫外透過的光學玻璃，調(diào)整架4、6、21、23可選用通用結(jié)構(gòu)的調(diào)整架，或采用專門設(shè)計的調(diào)整機構(gòu)。頭部光刻組件13在工作時可以根據(jù)需求采用不同波長的曝光光束。除了采用355nm，266nm，213nm波長的波長轉(zhuǎn)換組件2來產(chǎn)生遠紫外激光束外，還可以采用參數(shù)振蕩器來產(chǎn)生波長可調(diào)諧的遠紫外激光束。
置于頭部光刻組件13是光刻結(jié)構(gòu)，包括在波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件2射出的光刻激光束前進方向上，依次置有限光板9、鏡頭10、光路轉(zhuǎn)折反射鏡11，以及光刻工作臺12。
上述置于頭部光刻組件13的光刻結(jié)構(gòu)是投影光刻結(jié)構(gòu)，或者是掃描成象光刻結(jié)構(gòu)。其中投影光刻結(jié)構(gòu)含有置于波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件2與光路轉(zhuǎn)折反射鏡11之間的鏡頭10是投影光刻鏡頭，在波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件2與鏡頭10之間置有的限光板9是掩模板。所說的掃描成象光刻結(jié)構(gòu)含有置于波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件2與光路轉(zhuǎn)折反射鏡11之間的鏡頭10是光束聚焦鏡頭，在波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件2與鏡頭10之間置有的限光板9是光闌。
本實用新型的優(yōu)點在于采用了無需定期更換工作氣體的工作性能穩(wěn)定，造價低廉的固體平行發(fā)光源1經(jīng)波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件2產(chǎn)生的遠紫外激光束來作為光刻激光束即為光刻組件13的曝光光束，從而解決了光刻造價高，運行費用大，維護操作工作復(fù)雜，體積龐大等問題，降低了光刻裝置的造價以及工藝運轉(zhuǎn)費用，對操作人員技術(shù)水平的要求也大大降低。操作維護簡單，體積小而適合于規(guī)模生產(chǎn)。


圖1為本實用新型遠紫外激光光刻裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖2為圖1中的為獲取266nm波長四倍頻結(jié)構(gòu)的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件2的示意圖圖3為圖1中的中部波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件2獲取213nm波長的五倍頻結(jié)構(gòu)示意圖實施例根據(jù)圖1所示的遠紫外激光光刻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，尾部的發(fā)光源1選用氙燈泵浦脈沖式NdYAG固體激光器，中部波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件2采用的是如圖2所示的四倍頻結(jié)構(gòu)獲得266nm波長，頭部光刻組件13選用投影光刻結(jié)構(gòu)，為使裝置穩(wěn)定工作，尾部、中部和頭部均放置在防震臺15上。
尾部發(fā)光源1NdYAG固體激光器發(fā)射的平行光束的具體參數(shù)為激光功率 750W激光脈寬 35ns激光器的泵浦方式 高壓氙燈冷卻方式 水冷中部的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件2如圖2所示的四倍頻結(jié)構(gòu)，具體的構(gòu)件是二倍頻晶體3是磷酸二氘鉀(KD*P)晶體板；調(diào)整架4為五維通用調(diào)整架；分光棱鏡16為K9玻璃頂角為60°的等腰三角棱鏡；調(diào)整架17為三維通用調(diào)整架；四倍頻晶體18是偏硼酸鋇(BBO)晶體板；調(diào)整架6為五維通用調(diào)整架；分光棱鏡7是石英頂角為55°的等腰三角棱鏡；調(diào)整架8為三維通用調(diào)整架；導軌14為平面與三角組合導軌。
頭部光刻組件13是投影光刻結(jié)構(gòu)，具體構(gòu)成為光路轉(zhuǎn)折反射鏡11是鍍鋁膜石英反射鏡；限光板9是掩模板。
鏡頭10為投影光刻鏡頭，選用倍縮比的遠紫外光刻物鏡；具體參數(shù)為數(shù)值孔徑0.05像面尺寸2×2mm2工作距離232mm工作波長266nm光刻工作臺12是平面二維移動工作臺。
防震臺15采用空氣彈簧阻尼防震鑄鐵工作臺。
具有上述結(jié)構(gòu)參數(shù)的各類器件按圖1結(jié)構(gòu)的獲得266nm波長的遠紫外激光光刻裝置經(jīng)實際證明操作簡便，工作穩(wěn)定可靠，其光刻質(zhì)量與已有技術(shù)準分子激光光刻裝置相當，而體積大大縮小了，穩(wěn)定性大大提高了，使用壽命增長。
權(quán)利要求1.一種遠紫外激光光刻裝置，包括從尾部至頭部均置于防震臺(15)上，尾部是以激光器構(gòu)成的發(fā)光源(1)，頭部是光刻結(jié)構(gòu)的光刻組件(13)，光刻組件(13)包括沿光刻激光束前進方向上依次置有限光板(9)、鏡頭(10)、光路轉(zhuǎn)折反射鏡(11)和光刻工作臺(12)，其特征在于構(gòu)成尾部的發(fā)光源(1)是摻釹釔鋁石榴石固體激光器；在尾部與頭部之間的中部置有倍頻結(jié)構(gòu)的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的激光光刻裝置，其特征在于置于中部的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件(2)是三倍頻結(jié)構(gòu)，它是由沿著尾部發(fā)光源(1)發(fā)射激光束I1前進的方向上，依次置有裝在導軌(14)上調(diào)整架(4)上的二倍頻晶體(3)、裝在導軌(14)上調(diào)整架(6)上的三倍頻晶體(5)和裝在導軌(14)上調(diào)整架(8)上的分光棱鏡(7)所構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的激光光刻裝置，其特征在于置于中部的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件(2)是四倍頻結(jié)構(gòu)，它是由沿著尾部發(fā)光源(1)發(fā)射激光束I1前進方向上，依次置有裝在導軌(14)上的調(diào)整架(4)上的二倍頻晶體(3)、裝在導軌(14)上調(diào)整架(17)上的分光棱鏡(16)、裝在導軌(14)上調(diào)整架(6)上的四倍頻晶體(18)以及裝在導軌(14)上調(diào)整架(8)上的分光棱鏡(7)所構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的激光光刻裝置，其特征在于置于中部的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件(2)是五倍頻結(jié)構(gòu)，它是由沿著發(fā)光源(1)發(fā)射激光束I1前進方向上，依次置有裝在導軌(14)上調(diào)整架(4)上的二倍頻晶體(3)、裝在導軌(14)上調(diào)整架(6)上的三倍頻晶體(5)、裝在導軌(14)上調(diào)整架(20)上的濾光鏡(19)、裝在導軌(14)上調(diào)整架(22)上的五倍頻晶體(21)和裝在導軌(14)上調(diào)整架(8)上的分光棱鏡(7)所構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的激光光刻裝置，其特征在于頭部的光刻組件(13)是投影光刻結(jié)構(gòu)，或者是掃描成象光刻結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5的激光光刻裝置，其特征在于光刻組件(13)是投影光刻結(jié)構(gòu)時，含有置于波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件(2)與光路轉(zhuǎn)折反射鏡鏡(11)之間的鏡頭(10)是投影光刻鏡頭，在波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件(2)與鏡頭(10)之間置有的限光板(9)是掩模板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5的激光光刻裝置，其特征在于頭部的光刻組件(13)是掃描成象光刻結(jié)構(gòu)，它含有置于光路轉(zhuǎn)折反射鏡(11)與波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件(2)之間的鏡頭(10)是光束聚焦鏡頭，在波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件(2)與鏡頭(10)之間置有的限光板(9)是光闌。
專利摘要一種遠紫外激光光刻裝置，包括從尾部至頭部均置于防震臺上，尾部是由摻釹釔鋁石榴石固體激光器構(gòu)成的發(fā)光源，中部是倍頻結(jié)構(gòu)的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件，頭部是光刻結(jié)構(gòu)的光刻組件。它主要適用于深層微形結(jié)構(gòu)，微電子以及微小元件的微細加工。具有性能穩(wěn)定，造價低廉，體積小，運行費用低，操作簡便的優(yōu)點。
文檔編號B23K26/06GK2353481SQ9822567
公開日1999年12月15日 申請日期1998年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月19日
發(fā)明者沈蓓軍, 王潤文, 林禮煌, 歐陽斌, 路敦武 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所