一種新型高速數字掃描直寫光刻裝置製造方法
2023-04-28 16:47:21
一種新型高速數字掃描直寫光刻裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種高速數字掃描直寫光刻裝置，包括光源，光學照明系統，可編程圖形發生器，投影光學系統，高速精密移動平臺等五部分。曝光光束從光源發出，進入光學照明系統，準直成平行均勻的面光源投影至可編程圖形發生器，而此時可編程圖形發生器上的圖形信息伴隨光線進入投影光學系統，曝光光線穿過投影光學系統，最後投影成像在高速精密移動平臺的基底上。本發明可以省去掩膜版或菲林版的加工工序，並能數十倍的提升可編輯圖形發生器的刷新頻率，從而提高產品的加工速率，改善了產品加工的良率。製作工藝簡單，降低了產品的生產成本。
【專利說明】一種新型高速數字掃描直寫光刻裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體加工(包括電路板製造PCB、平板顯示器FPD、發光二極體LED、印刷CTS及CTcP (CTP)、光掩模版等使用半導體加工工藝的加工領域)所應用的光刻【技術領域】，具體涉及一種高速數字掃描直寫光刻裝置。
【背景技術】
[0002]光刻裝置是通過光學系統將特殊定義的結構圖形"亥Ij"在塗有感光物質的基片(也可稱為基底)上，用來產生電路圖案的設備，是半導體和PCB等加工中裝備中最關鍵的設備。基片可包括用於製造半導體器件矽片或掩膜版、平面顯示器(例如液晶顯示器)掩膜版、印刷電路板(PCB)、發光二極體(LED)襯底、生物晶片、微電子機械系統(MEMS)、光電子線路晶片或光掩膜版等基片。本領域的技術人員應該理解，這些僅是舉例說明，並沒有包含全部，還應用在本領域技術人員已知的其他類型基片。
[0003]光刻技術是光學設計加工、精密機械設計加工，電子及計算機控制系統等領域高度集成的尖端科技技術，目前主要被歐、美、日等發達國家與地區所控制。
[0004]直寫光刻裝置是一種綜合式的無掩膜光刻技術，是當代半導體加工工藝中最核心的技術之一，目前主要應用於高端HDI和高良率封裝線路板、PSS襯底、MEMS製造和電子封裝以及大規模集成電路用光掩膜版加工等領域，提供了更加經濟高效的加工裝備和工藝流程。
[0005]以往，無掩膜光刻設備採用的是聲光調製器(AOM)和聲光偏轉器(AOD)作為圖形調製的技術。該技術是利用聲光效應來進行光調製的器件，它有兩個特點:其一，寫入信息的空間分布不是固定的，而是以聲速在緩慢地運動；其二，寫入信息只沿一維空間(平行於聲波的傳播方向)分布，因此聲光空間調製器適宜用來進行一維圖像(或信息)的光學並行處理。
[0006]目前，國際上最新的無掩膜光刻技術是利用空間光調製器(SLM)技術，該技術可用電腦同時控制數千至數百萬的像素位置，產生所需加工的二維面陣信息，具有加工速度快、產能高的優勢。
[0007]本發明與其他SLM技術使用的圖形發生器不同，目前SLM技術中使用的圖像發生器多採用M*N個像素結構(M> 1，N> I)，由於同時驅動兩列或以上圖像單元，極大限制圖像發生器的刷新頻率，使的產能出現瓶頸。本發明使用一種新的圖形發生器，能數十倍提升頻率，極大提升產能。
【發明內容】
[0008]本發明所要解決的技術問題是:提供一種能提高光刻效率的新型高速數字掃描直寫光刻裝置。
[0009]為解決上述問題，本發明採用的技術方案是:一種新型高速數字掃描直寫光刻裝置，包含有光源、光學照明系統、可編程圖形發生器、投影光學系統、高速精密移動平臺，曝光光線從光源發出，經光學照明系統後投影至可編程的圖形發生器，可編程發生器上預設的圖形信息隨著曝光光線進入投影光學系統，最後投影在高速精密移動平臺的基底上，所述光源、所述光學照明系統和所述圖形發生器同軸。
[0010]所述光源為波長在436nm及其以下的紫外光源，是雷射、LED、LD或者汞燈。
[0011 ] 所述光學照明系統將入射光源準直成平行均勻的面光源。
[0012]所述可編程圖形發生器是反射、衍射或透射器件。
[0013]所述可編程圖形發生器為單列像素陣列，共計包含N個像素，N不小於1，圖形單元為N*I結構。
[0014]所述可編程發生器的每個像素都由活動部件和固定部件兩部分組成。
[0015]所述可編程發生器處於非工作狀態時，所述活動部件和所述固定部件處於同一高度；所述可編程發生器處於工作狀態時，所述活動部件和所述固定部件處於不同的高度。
[0016]所述投影光學系統包括由透鏡或透鏡組組成的投影鏡頭，對應設於所述可編程圖形發生器一側。
[0017]曝光的方式為高速掃描，一次掃描條帶能曝光寬度為L的曝光條帶，設定單個像素尺寸a，投影光學系統倍率M，則曝光條帶寬度L為:L = N*a*M。
[0018]本發明的有益效果是:可以省去掩膜版或菲林版的加工工序，並能數十倍的提升可編輯圖形發生器的刷新頻率，從而提高產品的加工速率，改善了產品加工的良率。製作工藝簡單，降低了生產成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的結構示意圖。
[0020]圖2為可編程圖形發生器非工作狀態示意圖(側視圖)。
[0021]圖3為可編程圖形發生器工作狀態示意圖(側視圖)。
[0022]圖4為直寫曝光工作原理圖。
[0023]圖5為本發明的另一種實施例。
[0024]圖中:1、光源，2、光學照明系統，3、可編程圖形發生器，4、投影光學系統，5、高速精密移動平臺，21、水平方向，22、垂直方向，6、基底，31、活動部件，32、固定部件，11、入射光，12、反射光，13、+1級衍射光，14、-1級衍射光，7.1、第一個掃描條帶，7.2、下一個條帶，7.3、條帶。
【具體實施方式】
[0025]下面通過具體實施例對本發明所述的一種新型高速數字掃描直寫光刻裝置作進一步的詳細描述。
[0026]本發明的目的是提供一種高速數字掃描直寫光刻裝置，其克服了直寫式光刻技術原有的加工效率低下的缺點，整合無掩膜的優勢，為直寫式光刻技術在半導體加工(包括PCB、FPD、LED、光掩模板等使用半導體加工工藝的加工領域)中的工業化應用提供一種方法。其具體實施方法和原理如下所述:
[0027]如圖1所示，新型高速數字掃描直寫光刻裝置，包括有光源1，一個用於提供照射光束的光學照明系統2，一個可編程圖形發生器3，一個投影光學系統4，一個高速精密移動平臺5五個子系統組成。其中光源1、光學照明系統2和圖形發生器3同軸，投影光學系統4可包括透鏡或透鏡組和及其組成的投影鏡頭，對應設於可編程的圖形發生器3—側。光源I為波長在436nm及其以下的紫外光源，可以是雷射、LED、LD或者汞燈。高速精密移動平臺5在水平面方向能夠沿著水平方向21和垂直方向22高速運動。
[0028]實際直寫曝光過程中，一方面，可編程圖形發生器3接收到控制電腦或伺服器等數據源傳輸過來的數據，實時產生需要曝光的圖形。另一方面，曝光光線從光源I發出，進入光學照明系統2，產生勻直的面光源投影至圖形發生器3，而此時可編程圖形發生器3上的圖形信息伴隨曝光光線進入投影光學系統4，曝光光線穿過投影光路最後投影成像在高速精密移動平臺5所載的基底6上。此過程，高速精密移動平臺5沿垂直方向22做勻速掃描運動，此為最基本的直寫掃描光刻裝置工作原理。
[0029]可編程圖形發生器3為單列像素陣列，共計包含N個像素(N>= 1)，圖形單元為N*1結構。其中每個像素分別由活動部件31和固定部件32兩部分組成，單個像素尺寸為
a。圖2顯示，當圖像發生器處於非工作狀態，活動部件31和固定部件32處於同一高度，當入射光11垂直入射時，光源將全部反射入射光，反射光12沿原方向返回。圖3中顯示，當圖像發生器處於工作狀態時，活動部件31將沿底部下降一段距離，此時當入射光11垂直入射時，將會產生衍射現象，一部分光源形成反射光12沿原方向返回，另外還將產生+1級衍射光13及-1級衍射光14。新型高速數字掃描直寫光刻裝置使用+1級衍射光13或者-1級衍射光14產生光刻圖案，替代傳統的掩膜的作用。
[0030]如圖4所示，新型高速數字掃描直寫光刻裝置在直寫曝光過程中，一方面，可編程圖形發生器3接收到控制電腦或伺服器等數據源傳輸過來的數據，實時產生需要曝光的圖形，另一方面，曝光光線從光源I發出，經過光學照明系統2，產生均勻的面光源投影至圖形發生器3，實時把圖形發生器3上的圖形信息投影成像在高速精密移動平臺5所載的基底6上。其中設備掃描方向為垂直方向22。當第一個掃描條帶7.1完成曝光，高速精密平臺5沿水平方向21移動距離L曝光下一個條帶7.2，其中L為單次掃描條帶寬度，設定單個像素尺寸a，投影光學系統倍率M，圖像發生器有N*1個像素，則寬度曝光帶L:
[0031]L = N*a*M
[0032]其中M > I或者M < I都是允許的。假設曝光掃描在條帶7.3時曝光起始位置為A，經過一段時間t後掃描到位置B，設定位置A與位置B之間的距離為S，曝光掃描速度是V,則:
[0033]V = s/t
[0034]如圖5所示，此為本發明的另一種使用示例，包含有光源1，一個用於提供照射光束的光學照明系統2，一個可編程圖形發生器3，一個投影光學系統4，一個高速精密移動平臺5等五個子系統組成，其中圖形發生器3為透射裝置。當可編程圖像發生器3處於非工作狀態時，光束無法通過；當可編程圖形發生器3處於工作狀態時，光速能夠通過可編程圖過發生器3進入投影光學系統4。最後將需要曝光的圖形投影成像在高速精密移動平臺5上。也可以根據需求，通過特定的編碼或編程使可編程圖形發生器3的某一區域處於工作狀態，而其他的區域處於非工作狀態，來產生不同的數字掩膜圖案。
[0035]上述的實施例僅例示性說明本發明創造的原理及其功效，以及部分運用的實施例，而非用於限制本發明；應當指出，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種新型高速數字掃描直寫光刻裝置，包含有光源、光學照明系統、可編程圖形發生器、投影光學系統、高速精密移動平臺，曝光光線從光源發出，經光學照明系統後投影至可編程的圖形發生器，可編程發生器上預設的圖形信息隨著曝光光線進入投影光學系統，最後投影在高速精密移動平臺的基底上，其特徵在於:所述光源、所述光學照明系統和所述圖形發生器同軸。
2.根據權利要求1所述的一種新型高速數字掃描直寫光刻裝置，其特徵在於:所述光源為波長在436nm及其以下的紫外光源，是雷射、LED、LD或者汞燈。
3.根據權利要求1所述的一種新型高速數字掃描直寫光刻裝置，其特徵在於:所述光學照明系統將入射光源準直成平行均勻的面光源。
4.如權利要I所述的新型高速數字掃描直寫光刻裝置，其特徵在於:所述可編程圖形發生器是反射、衍射或透射器件。
5.如權利要4所述的新型高速數字掃描直寫光刻裝置，其特徵在於:所述可編程圖形發生器為單列像素陣列，共計包含N個像素，N不小於1，圖形單元為N*1結構。
6.如權利要5所述的新型高速數字掃描直寫光刻裝置，其特徵在於:所述可編程發生器的每個像素都由活動部件和固定部件兩部分組成。
7.如權利要6所述的新型高速數字掃描直寫光刻裝置，其特徵在於:所述可編程發生器處於非工作狀態時，所述活動部件和所述固定部件處於同一高度；所述可編程發生器處於工作狀態時，所述活動部件和所述固定部件處於不同的高度。
8.如權利要I所述的新型高速數字掃描直寫光刻裝置，其特徵在於:所述投影光學系統包括由透鏡或透鏡組組成的投影鏡頭，對應設於所述可編程圖形發生器一側。
9.如權利要I所述的新型高速數字掃描直寫光刻裝置，其特徵在於:曝光的方式為高速掃描，一次掃描條帶能曝光寬度為L的曝光條帶，設定單個像素尺寸a，投影光學系統倍率M，則曝光條帶寬度L為:L = N*a*M。
【文檔編號】G03F7/20GK104007620SQ201410190903
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月8日 優先權日:2014年2月18日
【發明者】李平貴, 張國龍, 馬迪 申請人:蘇州微影光電科技有限公司