具有led光源的直寫光刻機的製作方法
2023-11-10 03:09:42
專利名稱：具有led光源的直寫光刻機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種半導體技術中的微細加工設備，即光刻機。
背景技術：
光刻機是用於在晶片、印刷電路板、掩膜板、平板顯示器、生物晶片、微機械電子 晶片、光學玻璃平板等襯底材料上印刷構圖的設備。光刻機曝光光源部分是各種接近式、 步進重複式、步進掃描式光刻機的重要部件之一，其曝光量、壽命、均勻性、發熱量都 直接和其他各部件的設計相關。光源影響著光刻機使用的最終關鍵特徵尺寸的質量，使 用和維護成本等問題。從目前主要光刻機供應商的產品來看，在光刻解析度0.28um以 上的光刻機中，主要以超高壓汞燈作為照明光源(365nm、 I line), —般來說都具有2000W 以上的功率。現在光刻機光源主要存在如下的問題
1、 壽命短。光刻機用的超高壓汞燈在實際使用過程中壽命僅僅為1800小時左右。 由於光刻機整機的預熱較長，開啟後，汞燈就不能關閉，這樣就需要每隔二個多月就更 換一次。除此之外，汞燈在光路中的位置是非常敏感的，會直接影響到曝光的均勻性， 這也需要廠家的專業人員進行操作和維護。這都折算在光刻機運營成本當中，這也是光 刻機"嬌貴"的一個方面。如果有一種方法，能夠提高光刻壽命，免除頻繁的更換的瓶 頸，將大大提高持續工作時間，降低光刻機的使用成本。
2、 溫度高。在整機裝配中，光路的各部件都有著嚴格的製冷和溫度要求，而滎燈 在使用中溫度高達上千度，這個熱量對各部件的影響也是非常大的，增加了機體內的發 熱量。所以在光刻機照明設計中，對光源的製冷和溫控進行了很大工作的設計。尤其是 需要水製冷，附加的水泵，真空管等附件更是增加了整機的複雜性。
3、 耗電高。超高壓汞燈一般需要2000W以上的功率，屬於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收集光束， 光路比較負責，再加上汞燈大耗能，高熱量的特點，照明部分需要增加電源供給、水冷 散熱、濾鏡等諸多附件， 一臺光刻機，照明部分要佔到光學部件的l/2以上。光刻機體積難以縮小，給運輸和廠房建設等都帶來了不利的影響。
5、在雷射直寫式光刻機中，光源為雷射光源，雷射是相干性非常好的光源，由於 相干性會給最後的成像光斑帶來問題，會產生散斑，成像的解析力不高。 一般來說，光 刻波長的雷射器都非常昂貴，高成本也是雷射直寫式光刻機面臨的一大問題。
實用新型內容
為了解決在0. 28y ra以上的工藝用的直寫光刻機中，超高壓汞燈和雷射作為曝光光 源具有很多難以克服的缺點，提高直寫光刻機的整體性能，本實用新型提供一種具有 LED光源的直寫光刻機。
具體光源結構改進方案如下-
具有LED光源的直寫光刻機，包括光源、聚光透鏡組、孔徑光、聚光透鏡、全反 射鏡、數字掩模版和晶圓表面，其中光源、聚光透鏡組、孔徑光和聚光透鏡位於同一軸 線上，且與全反射鏡對應，全反射鏡與一側上方的數字掩模版對應，數字掩模版通過其 下方的投影光路與晶圓表面對應，其特徵在於
所述光源為發光二極體光源。
所述發光二極體光源通過電路板設於銅製散熱塊上，銅製散熱塊底部設有位置調節 機構。
本實用新型的有益技術效果體現在下述幾個方面
1、 使用壽命長。
目前使用的光刻機超高壓汞燈光源的壽命為1800小時，而發光二極體LED作為光 源壽命長達20000個小時。而且在曝光過程中，是用電控開關作為曝光劑量的控制，不 需要光源開機後長明，只有在曝光中，才根據需要間歇的點亮，從理論上推算在整個光 刻機壽命中，是不需要更換光源的。免除了維護和頻繁更換的過程。
2、 發熱量低。
發光二極體的發熱量非常低，在設計散熱部件時，只需要一個散熱塊的簡單設計就 可以解決。發熱量在機體內對別的部件幾乎沒有影響，這大大降低了整個溫控系統的設 計難度。
3、 功率小耗電低，發光效率高。
LED發光的方向性好，大部分光功率都可以進入到光路中。從晶圓所需曝光劑量來反推所需LED的功率只需1W左右。和以前2000W的汞燈相比大大降低了驅動控制組件 設計的難度。雖然目前汞燈光刻的曝光區域比LED大一些，但是LED技術的發展很快， 今後產品改進和換代也是非常便利。
4、 取消濾光片和波長反射鏡等濾光器件。
LED發光的波長帶寬窄，功率可以集中在10nm波段範圍之內，光路中不需要加裝以 往汞燈光路中必須要加裝的濾光片、波段反射鏡等光學部件，光功率的利用效率更高， 光路設計更加簡化。
5、 取消快門、實現電控曝光時間。
汞燈曝光光路是開機後長明，曝光過程中使用快門進行控制曝光劑量。而LED的響 應速度高，功率穩定性好，用電控就可以對LED點亮和關閉進行控制。這樣就不僅可以 取消快門，還大大提升光源整體壽命，節省電源的損耗。
6、 減小體積，整機結構更加緊湊。
由前面所述，在光路中，減少了很多以前必須加裝的光學部件，大大簡化了光路， 使得整機的體積縮小，結構更加緊湊。
7、 LED光源是非相干光，和雷射為光源不同，不會給最終的成像帶來散斑，能夠提 高最終成像的解析力，也不需要雷射照明所需要振鏡等裝置。
8、 和汞燈雷射燈等各種光刻光源相比，LED具有費用低廉的優點，可以降低整機成本。
圖l為本實用新型結構示意圖。
圖2為LED光源與散熱部件結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖，通過實施例對本實用新型作進一步地說明。
實施例
參見圖l，具有LED光源的直寫光刻機照明系統包括光源1、聚光透鏡組2、孔徑 光欄3、聚光透鏡4、全反射鏡5、數字掩模版6和晶圓表面8，其中光源l、聚光透鏡 組2、孔徑光欄3和聚光透鏡4位於同一軸線上，且與全反射鏡5對應，全反射鏡5與 一側上方的數字掩模板6對應，數字掩模板6通過其下方的投影光路7與晶圓表面8對應。
光源1為發光二極體光源。
發光二極體光源1通過電路板9安裝於銅製散熱塊10上，銅製散熱塊10底部設有 位置調節機構。
直寫光刻機使用高功率發光二極體(LED)作為曝光光源，發光二極體(LED)出射 光經過一組聚光鏡片組，再經過一個全反光鏡5 (反光鏡是用於緊湊整個照明光路的布 局和擺放)，經過反射的光再經過一片聚光鏡，最後功率均勻的分布在數字掩模板6和 後段光路7。聚光鏡片組是由四片平凸透鏡組成的聚光透鏡組2和一片聚光透鏡4組成， 用來匯聚光源發出的光線，使光能能夠充分利用，。
由於發光二極體(LED)發熱量很小，設計了一個銅製散熱塊，直寫光刻機使用過 程中發光二極體(LED)粘貼在散熱用的銅製散熱塊之上。在發光二極體(LED)和散熱 塊之間是一層PCB電路板9，發光二極體(LED)的曝光時間是由一個驅動電路ll進行 控制，見圖2。
由於發光二極體(LED)的空間位置對後段晶圓表面成像的均勻性非常敏感，所以 在發光二極體(LED)的放置光路中具備一個5軸位置調節機構X、 Y、 Z軸方向、俯仰、 左右偏斜角度共5軸。這個調節機構用於調節最終光路中成像光斑的均勻性。
在光刻機光路中沒有設置控制曝光時間的快門機構，這是由於發光二極體(LED) 具有良好的快速點亮時間，在很短的時間內就可以穩定光功率的出射，發光二極體(LED) 的曝光時間是由驅動電路的軟體控制的，在非曝光時間都是關閉的，這又為發光二極體 (LED)大大增加了壽命時間。
權利要求1、具有LED光源的直寫光刻機，包括光源、聚光透鏡組、孔徑光、聚光透鏡、全反射鏡、數字掩模版和晶圓表面，其中光源、聚光透鏡組、孔徑光和聚光透鏡位於同一軸線上，且與全反射鏡對應，全反射鏡與一側上方的數字掩模版對應，數字掩模版通過其下方的投影光路與晶圓表面對應，其特徵在於所述光源為發光二極體光源。
2、 根據權利要求1所述的具有LED光源的直寫光刻機，其特徵在於所述發光二 極管光源通過電路板設於銅製散熱塊上，銅製散熱塊底部設有位置調節機構。
專利摘要本實用新型涉及半導體技術中的微細加工設備，即具有LED光源的直寫光刻機。解決了現有光源使用壽命短、耗電高、溫度高和體積大的問題。本實用新型直寫光刻機採用發光二極體光源，所述發光二極體光源通過電路板設於銅製散熱塊上，銅製散熱塊底部設有位置調節機構。本實用新型發光二極體光源壽命長達20000個小時；其發熱量非常低，大大降低了整個溫控系統的設計難度；光路中不需要加裝以往汞燈光路中必須要加裝的濾光片、波段反射鏡等光學部件，光功率的利用效率更高，光路設計更加簡化，使得整機的體積縮小，結構更加緊湊，降低整機成本。
文檔編號G03F7/20GK201159831SQ20082003264
公開日2008年12月3日 申請日期2008年2月25日 優先權日2008年2月25日
發明者張東濤, 驥 王 申請人:芯碩半導體(中國)有限公司