一種新型高速數(shù)字掃描直寫(xiě)光刻裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種高速數(shù)字掃描直寫(xiě)光刻裝置，包括光源，光學(xué)照明系統(tǒng)，可編程圖形發(fā)生器，投影光學(xué)系統(tǒng)，高速精密移動(dòng)平臺(tái)等五部分。曝光光束從光源發(fā)出，進(jìn)入光學(xué)照明系統(tǒng)，準(zhǔn)直成平行均勻的面光源投影至可編程圖形發(fā)生器，而此時(shí)可編程圖形發(fā)生器上的圖形信息伴隨光線進(jìn)入投影光學(xué)系統(tǒng)，曝光光線穿過(guò)投影光學(xué)系統(tǒng)，最后投影成像在高速精密移動(dòng)平臺(tái)的基底上。本實(shí)用新型可以省去掩膜版或菲林版的加工工序，并能數(shù)十倍的提升可編輯圖形發(fā)生器的刷新頻率，從而提高產(chǎn)品的加工速率，改善了產(chǎn)品加工的良率。制作工藝簡(jiǎn)單，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種新型高速數(shù)字掃描直寫(xiě)光刻裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體加工(包括電路板制造PCB、平板顯示器FPD、發(fā)光二極管LED、印刷CTS及CTcP (CTP)、光掩模版等使用半導(dǎo)體加工工藝的加工領(lǐng)域)所應(yīng)用的光刻【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高速數(shù)字掃描直寫(xiě)光刻裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光刻裝置是通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)將特殊定義的結(jié)構(gòu)圖形"亥Ij"在涂有感光物質(zhì)的基片(也可稱(chēng)為基底)上，用來(lái)產(chǎn)生電路圖案的設(shè)備，是半導(dǎo)體和PCB等加工中裝備中最關(guān)鍵的設(shè)備。基片可包括用于制造半導(dǎo)體器件硅片或掩膜版、平面顯示器(例如液晶顯示器)掩膜版、印刷電路板(PCB)、發(fā)光二極管(LED)襯底、生物芯片、微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)、光電子線路芯片或光掩膜版等基片。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些僅是舉例說(shuō)明，并沒(méi)有包含全部，還應(yīng)用在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他類(lèi)型基片。
[0003]光刻技術(shù)是光學(xué)設(shè)計(jì)加工、精密機(jī)械設(shè)計(jì)加工，電子及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等領(lǐng)域高度集成的尖端科技技術(shù)，目前主要被歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家與地區(qū)所控制。
[0004]直寫(xiě)光刻裝置是一種綜合式的無(wú)掩膜光刻技術(shù)，是當(dāng)代半導(dǎo)體加工工藝中最核心的技術(shù)之一，目前主要應(yīng)用于高端HDI和高良率封裝線路板、PSS襯底、MEMS制造和電子封裝以及大規(guī)模集成電路用光掩膜版加工等領(lǐng)域，提供了更加經(jīng)濟(jì)高效的加工裝備和工藝流程。
[0005]以往，無(wú)掩膜光刻設(shè)備采用的是聲光調(diào)制器(AOM)和聲光偏轉(zhuǎn)器(AOD)作為圖形調(diào)制的技術(shù)。該技術(shù)是利用聲光效應(yīng)來(lái)進(jìn)行光調(diào)制的器件，它有兩個(gè)特點(diǎn):其一，寫(xiě)入信息的空間分布不是固定的，而是以聲速在緩慢地運(yùn)動(dòng)；其二，寫(xiě)入信息只沿一維空間(平行于聲波的傳播方向)分布，因此聲光空間調(diào)制器適宜用來(lái)進(jìn)行一維圖像(或信息)的光學(xué)并行處理。
[0006]目前，國(guó)際上最新的無(wú)掩膜光刻技術(shù)是利用空間光調(diào)制器(SLM)技術(shù)，該技術(shù)可用電腦同時(shí)控制數(shù)千至數(shù)百萬(wàn)的像素位置，產(chǎn)生所需加工的二維面陣信息，具有加工速度快、產(chǎn)能高的優(yōu)勢(shì)。
[0007]本實(shí)用新型與其他SLM技術(shù)使用的圖形發(fā)生器不同，目前SLM技術(shù)中使用的圖像發(fā)生器多采用M*N個(gè)像素結(jié)構(gòu)(M>1，N>1)，由于同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩列或以上圖像單元，極大限制圖像發(fā)生器的刷新頻率，使的產(chǎn)能出現(xiàn)瓶頸。本實(shí)用新型使用一種新的圖形發(fā)生器，能數(shù)十倍提升頻率，極大提升產(chǎn)能。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種能提高光刻效率的新型高速數(shù)字掃描直寫(xiě)光刻裝置。
[0009]為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種新型高速數(shù)字掃描直寫(xiě)光刻裝置，包含有光源、光學(xué)照明系統(tǒng)、可編程圖形發(fā)生器、投影光學(xué)系統(tǒng)、高速精密移動(dòng)平臺(tái)，曝光光線從光源發(fā)出，經(jīng)光學(xué)照明系統(tǒng)后投影至可編程的圖形發(fā)生器，可編程發(fā)生器上預(yù)設(shè)的圖形信息隨著曝光光線進(jìn)入投影光學(xué)系統(tǒng)，最后投影在高速精密移動(dòng)平臺(tái)的基底上，所述光源、所述光學(xué)照明系統(tǒng)和所述圖形發(fā)生器同軸。
[0010]所述光源為波長(zhǎng)在436nm及其以下的紫外光源，是激光、LED、LD或者汞燈。
[0011 ] 所述光學(xué)照明系統(tǒng)將入射光源準(zhǔn)直成平行均勻的面光源。
[0012]所述可編程圖形發(fā)生器是反射、衍射或透射器件。
[0013]所述可編程圖形發(fā)生器為單列像素陣列，共計(jì)包含N個(gè)像素，N不小于1，圖形單元為N*I結(jié)構(gòu)。
[0014]所述可編程發(fā)生器的每個(gè)像素都由活動(dòng)部件和固定部件兩部分組成。
[0015]所述可編程發(fā)生器處于非工作狀態(tài)時(shí)，所述活動(dòng)部件和所述固定部件處于同一高度；所述可編程發(fā)生器處于工作狀態(tài)時(shí)，所述活動(dòng)部件和所述固定部件處于不同的高度。
[0016]所述投影光學(xué)系統(tǒng)包括由透鏡或透鏡組組成的投影鏡頭，對(duì)應(yīng)設(shè)于所述可編程圖形發(fā)生器一側(cè)。
[0017]曝光的方式為高速掃描，一次掃描條帶能曝光寬度為L(zhǎng)的曝光條帶，設(shè)定單個(gè)像素尺寸a，投影光學(xué)系統(tǒng)倍率M，則曝光條帶寬度L為:L = N*a*M。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果是:可以省去掩膜版或菲林版的加工工序，并能數(shù)十倍的提升可編輯圖形發(fā)生器的刷新頻率，從而提高產(chǎn)品的加工速率，改善了產(chǎn)品加工的良率。制作工藝簡(jiǎn)單，降低了生產(chǎn)成本。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為可編程圖形發(fā)生器非工作狀態(tài)示意圖(側(cè)視圖)。
[0021]圖3為可編程圖形發(fā)生器工作狀態(tài)示意圖(側(cè)視圖)。
[0022]圖4為直寫(xiě)曝光工作原理圖。
[0023]圖5為本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例。
[0024]圖中:1、光源，2、光學(xué)照明系統(tǒng)，3、可編程圖形發(fā)生器，4、投影光學(xué)系統(tǒng)，5、高速精密移動(dòng)平臺(tái)，21、水平方向，22、垂直方向，6、基底，31、活動(dòng)部件，32、固定部件，11、入射光，12、反射光，13、+1級(jí)衍射光，14、-1級(jí)衍射光，7.1、第一個(gè)掃描條帶，7.2、下一個(gè)條帶，7.3、條帶。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型所述的一種新型高速數(shù)字掃描直寫(xiě)光刻裝置作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0026]本實(shí)用新型的目的是提供一種高速數(shù)字掃描直寫(xiě)光刻裝置，其克服了直寫(xiě)式光刻技術(shù)原有的加工效率低下的缺點(diǎn)，整合無(wú)掩膜的優(yōu)勢(shì)，為直寫(xiě)式光刻技術(shù)在半導(dǎo)體加工(包括PCB、FH)、LED、光掩模板等使用半導(dǎo)體加工工藝的加工領(lǐng)域)中的工業(yè)化應(yīng)用提供一種方法。其具體實(shí)施方法和原理如下所述:
[0027]如圖1所示，新型高速數(shù)字掃描直寫(xiě)光刻裝置，包括有光源1，一個(gè)用于提供照射光束的光學(xué)照明系統(tǒng)2，一個(gè)可編程圖形發(fā)生器3，一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)4，一個(gè)高速精密移動(dòng)平臺(tái)5五個(gè)子系統(tǒng)組成。其中光源1、光學(xué)照明系統(tǒng)2和圖形發(fā)生器3同軸，投影光學(xué)系統(tǒng)4可包括透鏡或透鏡組和及其組成的投影鏡頭，對(duì)應(yīng)設(shè)于可編程的圖形發(fā)生器3—側(cè)。光源I為波長(zhǎng)在436nm及其以下的紫外光源，可以是激光、LED、LD或者汞燈。高速精密移動(dòng)平臺(tái)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(yùn)動(dòng)。
[0028]實(shí)際直寫(xiě)曝光過(guò)程中，一方面，可編程圖形發(fā)生器3接收到控制電腦或服務(wù)器等數(shù)據(jù)源傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)產(chǎn)生需要曝光的圖形。另一方面，曝光光線從光源I發(fā)出，進(jìn)入光學(xué)照明系統(tǒng)2，產(chǎn)生勻直的面光源投影至圖形發(fā)生器3，而此時(shí)可編程圖形發(fā)生器3上的圖形信息伴隨曝光光線進(jìn)入投影光學(xué)系統(tǒng)4，曝光光線穿過(guò)投影光路最后投影成像在高速精密移動(dòng)平臺(tái)5所載的基底6上。此過(guò)程，高速精密移動(dòng)平臺(tái)5沿垂直方向22做勻速掃描運(yùn)動(dòng)，此為最基本的直寫(xiě)掃描光刻裝置工作原理。
[0029]可編程圖形發(fā)生器3為單列像素陣列，共計(jì)包含N個(gè)像素(N〉= I)，圖形單元為N*1結(jié)構(gòu)。其中每個(gè)像素分別由活動(dòng)部件31和固定部件32兩部分組成，單個(gè)像素尺寸為
a。圖2顯示，當(dāng)圖像發(fā)生器處于非工作狀態(tài)，活動(dòng)部件31和固定部件32處于同一高度，當(dāng)入射光11垂直入射時(shí)，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(dāng)圖像發(fā)生器處于工作狀態(tài)時(shí)，活動(dòng)部件31將沿底部下降一段距離，此時(shí)當(dāng)入射光11垂直入射時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，一部分光源形成反射光12沿原方向返回，另外還將產(chǎn)生+1級(jí)衍射光13及-1級(jí)衍射光14。新型高速數(shù)字掃描直寫(xiě)光刻裝置使用+1級(jí)衍射光13或者-1級(jí)衍射光14產(chǎn)生光刻圖案，替代傳統(tǒng)的掩膜的作用。
[0030]如圖4所示，新型高速數(shù)字掃描直寫(xiě)光刻裝置在直寫(xiě)曝光過(guò)程中，一方面，可編程圖形發(fā)生器3接收到控制電腦或服務(wù)器等數(shù)據(jù)源傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)產(chǎn)生需要曝光的圖形，另一方面，曝光光線從光源I發(fā)出，經(jīng)過(guò)光學(xué)照明系統(tǒng)2，產(chǎn)生均勻的面光源投影至圖形發(fā)生器3，實(shí)時(shí)把圖形發(fā)生器3上的圖形信息投影成像在高速精密移動(dòng)平臺(tái)5所載的基底6上。其中設(shè)備掃描方向?yàn)榇怪狈较?2。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)掃描條帶7.1完成曝光，高速精密平臺(tái)5沿水平方向21移動(dòng)距離L曝光下一個(gè)條帶7.2，其中L為單次掃描條帶寬度，設(shè)定單個(gè)像素尺寸a，投影光學(xué)系統(tǒng)倍率M，圖像發(fā)生器有N*1個(gè)像素，則寬度曝光帶L:
[0031]L = N*a*M
[0032]其中M>1或者M(jìn)〈1都是允許的。假設(shè)曝光掃描在條帶7.3時(shí)曝光起始位置為A，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間t后掃描到位置B，設(shè)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，此為本實(shí)用新型的另一種使用示例，包含有光源1，一個(gè)用于提供照射光束的光學(xué)照明系統(tǒng)2，一個(gè)可編程圖形發(fā)生器3，一個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)4，一個(gè)高速精密移動(dòng)平臺(tái)5等五個(gè)子系統(tǒng)組成，其中圖形發(fā)生器3為透射裝置。當(dāng)可編程圖像發(fā)生器3處于非工作狀態(tài)時(shí)，光束無(wú)法通過(guò)；當(dāng)可編程圖形發(fā)生器3處于工作狀態(tài)時(shí)，光速能夠通過(guò)可編程圖過(guò)發(fā)生器3進(jìn)入投影光學(xué)系統(tǒng)4。最后將需要曝光的圖形投影成像在高速精密移動(dòng)平臺(tái)5上。也可以根據(jù)需求，通過(guò)特定的編碼或編程使可編程圖形發(fā)生器3的某一區(qū)域處于工作狀態(tài)，而其他的區(qū)域處于非工作狀態(tài)，來(lái)產(chǎn)生不同的數(shù)字掩膜圖案。
[0035]上述的實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明創(chuàng)造的原理及其功效，以及部分運(yùn)用的實(shí)施例，而非用于限制本實(shí)用新型；應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種新型高速數(shù)字掃描直寫(xiě)光刻裝置，包含有光源、光學(xué)照明系統(tǒng)、可編程圖形發(fā)生器、投影光學(xué)系統(tǒng)、高速精密移動(dòng)平臺(tái)，曝光光線從光源發(fā)出，經(jīng)光學(xué)照明系統(tǒng)后投影至可編程的圖形發(fā)生器，可編程發(fā)生器上預(yù)設(shè)的圖形信息隨著曝光光線進(jìn)入投影光學(xué)系統(tǒng)，最后投影在高速精密移動(dòng)平臺(tái)的基底上，其特征在于:所述光源、所述光學(xué)照明系統(tǒng)和所述圖形發(fā)生器同軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高速數(shù)字掃描直寫(xiě)光刻裝置，其特征在于:所述光源為波長(zhǎng)在436nm及其以下的紫外光源，是激光、LED、LD或者汞燈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高速數(shù)字掃描直寫(xiě)光刻裝置，其特征在于:所述光學(xué)照明系統(tǒng)將入射光源準(zhǔn)直成平行均勻的面光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型高速數(shù)字掃描直寫(xiě)光刻裝置，其特征在于:所述可編程圖形發(fā)生器是反射、衍射或透射器件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型高速數(shù)字掃描直寫(xiě)光刻裝置，其特征在于:所述可編程圖形發(fā)生器為單列像素陣列，共計(jì)包含N個(gè)像素，N不小于1，圖形單元為N*1結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型高速數(shù)字掃描直寫(xiě)光刻裝置，其特征在于:所述可編程發(fā)生器的每個(gè)像素都由活動(dòng)部件和固定部件兩部分組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型高速數(shù)字掃描直寫(xiě)光刻裝置，其特征在于:所述可編程發(fā)生器處于非工作狀態(tài)時(shí)，所述活動(dòng)部件和所述固定部件處于同一高度；所述可編程發(fā)生器處于工作狀態(tài)時(shí)，所述活動(dòng)部件和所述固定部件處于不同的高度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型高速數(shù)字掃描直寫(xiě)光刻裝置，其特征在于:所述投影光學(xué)系統(tǒng)包括由透鏡或透鏡組組成的投影鏡頭，對(duì)應(yīng)設(shè)于所述可編程圖形發(fā)生器一側(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型高速數(shù)字掃描直寫(xiě)光刻裝置，其特征在于:曝光的方式為高速掃描，一次掃描條帶能曝光寬度為L(zhǎng)的曝光條帶，設(shè)定單個(gè)像素尺寸a，投影光學(xué)系統(tǒng)倍率M，則曝光條帶寬度L為:L = N*a*M。
【文檔編號(hào)】G03F7/20GK203825365SQ201420232691
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月18日
【發(fā)明者】李平貴, 張國(guó)龍, 馬迪 申請(qǐng)人:蘇州微影光電科技有限公司