CN101364053A - 一种光刻机曝光系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于计算机直接制版技术光刻领域，提供了一种光刻机曝光系统及其控制方法，光刻机曝光系统包括依次连接的光源、光路系统组件、光刻镜头以及基板；光路系统组件将光源发射的光信号进行调制处理后输出，光刻镜头将光路系统组件输出的光信号聚焦到基版上形成第一光斑；还包括：光学装置、控制器以及曝光镜头组合，控制器控制光学装置将光源发射的光信号射出，曝光镜头组合将光学装置射出的光信号聚焦到基版上形成第二光斑；第二光斑的直径大于第一光斑的直径。本发明提供的光刻机曝光系统采用光学装置改变光信号的传播方向，通过曝光镜头组合将光信号在基版上形成大光斑，不影响精细图形曝光的同时对大片空白区进行快速曝光，提高了光刻机的工作效率。

Description

一种光刻机曝光系统及其控制方法

技术领域

本发明属于计算机直接制版技术(Computer to Plate，CTP)光刻领域，尤其涉及一种光刻机曝光系统及其控制方法。

背景技术

掩模版制作光刻机是一个以激光扫描的方式，将电脑设计图形曝光在基版上形成潜影的设备。包括电气柜、光刻箱，其中光刻机可与图形转换工作站、操作终端共同组成光刻系统。整个系统的工作流程为：(1)图形处理：对各种格式的图形(如dxf、gerber、cif、gdsii等)做相应的处理，使之满足图形转换软件的要求(如对于dxf图形，必须将实体处理成圆或闭合的多域线)。同时可完成加处框、居中偏移等操作。(2)图形转换：将上述处理后的图形上传到图形转换工作站，利用专用的转换软件，基于光刻机的性能、状态选择合适的转换参数，将图形文件转换成特定的、光刻机可识别的光刻文件。(3)光刻处理：操作员通过操作终端向电气柜发送指令，再由电气柜向光刻箱里的声光调制器(Acousto Optical Modulators，AOM)、声光偏转器(Acousto OpticalDeflector，AOD)、各马达等部件发送和接收信号，使光刻文件的内容变成激光的通断、强弱变化，及平台或镜头的移动，使基版曝光形成潜影。

图1示出了现有技术提供的光刻箱里的光电系统结构图，包括依次连接的激光器100、快门开关101、声光调制器(Acousto Optical Modulators，AOM)102、反射镜103、反射镜104、光阑105、透镜106、声光调制器107、反射镜108、光阑109、透镜110、反射镜111、柱面镜112、声光偏转器(Acousto OpticalDeflector，AOD)113、ND滤镜114、4F管115、反射镜116、光刻镜头117以及基板118；其中，激光器100输出激光，通过快门开关101传输给声光调制器102，声光调制器102对激光进行调制后经反射镜103和104反射输出给光阑105，光阑105档住不用的衍射级光，对光强进行控制；透镜106、声光调制器107、反射镜108以及光阑109根据光刻文件控制射出光阑109的激光强度；透镜110、反射镜111以及柱面镜112调整激光光束形状，使激光以最理想的状态入射声光偏转器113；声光偏转器113根据输入的信号改变激光的出射角，使出射光以特定的频率在一定的角度内扫描；ND滤镜114对激光进行定量衰减，可以通过更换不同的ND滤镜来满足不同感光性能基版或不同光刻镜头对激光能量的需求；4F管115由两个凸透镜组成的4F系统，有放大扫描角度、消杂光等作用；最后，扫描的激光通过光刻镜头117聚焦在基版118上，再结合平台的运动，在基版上曝出相应的图形。

为了保证通过光刻机曝光系统曝出来的图形的精细程度，经光刻镜头117聚焦到基版118的激光光斑直径一般在0.1～10微米之间，其曝光速度大大受到了限制，在掩模版的图形周围有大片空白透光区，这些空白透光区的曝光需要大量的时间从而导致光刻机的工作效率低；同时，由于基版生产工艺的原因，靠近基版四周约有0.5cm的范围的光阻胶，在正常的曝光情况，该光阻胶不能充分曝光导致蚀刻后的掩膜上有残余的铬。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种光刻机曝光系统，旨在解决现有的光刻机曝光系统中掩模板的图形周围的空白透光区的曝光时间长导致光刻机的工作效率低的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种光刻机曝光系统，包括依次连接的光源、光路系统组件、光刻镜头以及基板；所述光路系统组件将所述光源发射的光信号进行调制处理后输出，所述光刻镜头将所述光路系统组件输出的光信号聚焦到所述基版上形成第一光斑；所述光刻机曝光系统还包括：光学装置、控制器以及曝光镜头组合，所述控制器控制所述光学装置将所述光源发射的光信号射出，所述曝光镜头组合将所述光学装置射出的光信号聚焦到所述基版上形成第二光斑；所述第二光斑的直径大于所述第一光斑的直径。

本发明实施例的另一目的在于提供一种光刻机曝光系统的控制方法，所述控制方法包括下述步骤：

在图形处理时，将所述图形的空白区裁去；

当需要对所述空白区曝光时，在控制软件中选择相应的曝光模式，并输入相关参数；

控制光学装置将光源发射的光信号射出给曝光镜头组合，由曝光镜头组合将所述光信号聚焦到基版上形成第二光斑；

平台根据所述控制软件中的参数进行运动，使基板上的空白区被快速曝光。

本发明实施例提供的光刻机曝光系统采用光学装置改变光源射出的光信号的传播方向，通过曝光镜头组合将光信号在基版上形成大光斑，不影响精细图形曝光的同时对图形的大片空白区进行快速曝光，提高了光刻机的工作效率。

附图说明

图1是现有技术提供的光刻箱里的光电系统结构图；

图2是本发明实施例提供的光刻机曝光系统的模块结构图；

图3是本发明第一实施例提供的光刻机曝光系统的光路结构图；

图4是本发明实施例提供的光刻机曝光系统的控制方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的光刻机曝光系统采用光学装置改变激光的传播方向，通过镜头组合将激光在基版上形成大光斑，使得掩模板的大片空白透光区能够快速曝光，提高了光刻机的工作效率。

本发明实施例提供的光刻机曝光系统的模块结构如图2所示，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。

光刻机曝光系统包括光源21、光路系统组件23、光刻镜头24、基板25、控制器20、光学装置26以及曝光镜头组合28，其中，光路系统组件23将光源21发射的光信号进行调制处理后输出，光刻镜头24将光路系统组件23输出的光信号聚焦到基版25上形成第一光斑；控制器20控制光学装置26将光源21发射的光信号射出，曝光镜头组合28将光学装置26射出的光信号聚焦到基版25上形成第二光斑；第二光斑的直径大于第一光斑的直径。

在本发明实施例中，由光源21、光路系统组件23、光刻镜头24以及基版25形成第一光斑的光路称之为第一光路；由光学装置26、曝光镜头组合28以及基板25形成第二光斑的光路称之为第二光路；为了保证通过光刻机曝光系统曝出来的图形的精细程度，经第一光路形成的第一光斑直径一般在0.1～10微米之间，如果采用第一光路给掩模版的的大片空白透光区曝光，那么如此小的光斑导致其曝光速度大大受到限制，从而导致光刻机的工作效率低；因此，采用第二光路对掩模版的图形的大片空白透光区进行曝光，而第二光路形成的第二光斑的直径在毫米或厘米量级，大大的提高了曝光速度，从而提高了光刻机的工作效率。同时，由于基版25生产工艺的原因，靠近基版25四周约有0.5cm的范围的光阻胶，若通过第一光路曝光，则该光阻胶不能充分曝光导致蚀刻后的掩膜上有残余的铬。

作为本发明的一个实施例，光学装置26可以为反射镜，也可以为折射镜，还可以为任何可以改变光的传播路径的光学装置。

作为本发明的一个实施例，光刻机曝光系统还包括：快门开关22，位于光源21与光路系统组件23之间，控制光源21发射的激光信号的输出；快门开关22可以是一个电控的机械档光装置，可以彻底的截断激光。

作为本发明的一个实施例，光刻机曝光系统还包括：导光装置27，连接光学装置26与曝光镜头组合28，将光学装置26射出的光信号传输给曝光镜头组合28；导光装置27可以为一根光缆。

在本发明实施例中，光路系统组件23进一步包括：声光调制器231、光学组件232以及声光偏转器233；其中，声光调制器231利用衍射原理，对光源21出射的0级或1级光信号进行光强调节，从而对基版上的一个扫描周期内的光强进行修正，使整个扫描周期内可照到基版的光强为一个常量；光学组件232根据由客户图形转化成的光刻文件控制声光调制器231射出的激光强度并调整激光光束形状，使激光以最理想的状态射出；声光偏转器233根据光学组件232射出的光信号改变其出射角，使出射光以特定的频率在一定的角度内扫描。作为本发明的一个实施例，光路系统组件23还包括：4F管234，对声光偏转器233输出的激光进行扫描角度放大、消除杂光后输出。4F管234是由两个凸透镜组成的4F系统，具有对扫描角度进行放大、消除杂光等作用。

结合图2详述本发明实施例提供的光刻机曝光系统的工作原理：当需要给光刻图形曝光时，光源21发射的激光经快门开关22输出，声光调制器231利用衍射原理对光源21出射的0级或1级光进行光强调节，光学组件232根据光刻图形控制声光调制器231射出的激光强度并调整激光光束形状，使激光以最理想的状态射出；声光偏转器233根据光学组件232射出的光信号改变其出射角，使出射光以特定的频率在一定的角度内扫描；4F管234对声光偏转器233输出的激光进行定量衰减、扫描角度放大、消除杂光后通过光刻镜头24聚焦在基版25上，结合平台的运动，在基版25上曝出相应的图形。当需要给光刻图形的大片空白区进行曝光时，控制器20控制光学装置26将光源21发射的光信号射出，由导光装置27将光学装置26射出的光信号传输给曝光镜头组合28，曝光镜头组合28将导光装置27输出的光信号聚焦到基版25上形成第二光斑，从而实现了快速曝光空白区。大大的提高了光刻机的工作效率。

图3示出了本发明第一实施例提供的光刻机曝光系统的光路结构，激光器连续输出稳定的激光信号；快门开关控制激光信号的输出；光强AOM利用衍射原理对激光器出射的0级或1级光信号进行光强调节；通过反射镜1和反射镜2改变光路以满足各光学元件排列以及整体结构的需求；由光阑1对光强进行控制；然后由透镜1、数据AOM、反射镜3以及光阑2结合在一起根据光刻图形控制光阑2输出的激光强度；再通过透镜2、反射镜4以及柱面镜调整激光光束形状，使激光以最理想的状态入射至声光偏转器；而声光偏转器根据输入的信号改变激光的出射角，使出射光以特定的频率在一定的角度内扫描；ND滤镜对激光进行定量衰减；然后由4F管对扫描角度放大、消除杂光后通过反射镜5将光信号入射至光刻镜头，最后通过光刻镜头聚焦在基版上并结合平台的运动，在基版上曝出相应的图形。

图4示出了本发明实施例提供的光刻机曝光系统的控制方法流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。

在步骤S401中，在图形处理时，将图形的空白区裁去；

在步骤S402中，当需要对图形的空白区曝光时，在控制软件中选择相应的曝光模式，并输入相关参数；作为本发明的一个实施例，相关参数包括需要曝光的位置和面积。

在步骤S403中，控制光学装置将光源发射的光信号射出给曝光镜头组合，由曝光镜头组合将所述光信号聚焦到基版上形成第二光斑；

在步骤S404中，平台根据控制软件中的参数进行运动，使基板上的空白区被快速曝光。

本发明实施例提供的光刻机曝光系统采用光学装置改变光源射出的光信号的传播方向，通过曝光镜头组合将光信号在基版上形成大光斑，不影响精细图形曝光的同时对图形的大片空白区进行快速曝光，提高了光刻机的工作效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1、一种光刻机曝光系统，包括依次连接的光源、光路系统组件、光刻镜头以及基板；所述光路系统组件将所述光源发射的光信号进行调制处理后输出，所述光刻镜头将所述光路系统组件输出的光信号聚焦到所述基版上形成第一光斑；其特征在于，所述光刻机曝光系统还包括：光学装置、控制器以及曝光镜头组合，所述控制器控制所述光学装置将所述光源发射的光信号射出，所述曝光镜头组合将所述光学装置射出的光信号聚焦到所述基版上形成第二光斑；所述第二光斑的直径大于所述第一光斑的直径。

2、如权利要求1所述的光刻机曝光系统，其特征在于，所述光学装置包括反射镜或折射镜。

3、如权利要求1所述的光刻机曝光系统，其特征在于，所述光刻机曝光系统还包括：

导光装置，连接所述光学装置与所述曝光镜头组合，将所述光学装置射出的光信号传输给所述曝光镜头组合。

4、如权利要求1所述的光刻机曝光系统，其特征在于，所述曝光镜头组合包括：光阑和凸透镜。

5、如权利要求1所述的光刻机曝光系统，其特征在于，所述光刻机曝光系统还包括：

快门开关，位于所述光源与所述光路系统组件之间，控制所述光源发射的光信号的输出。

6、如权利要求1所述的光刻机曝光系统，其特征在于，所述光路系统组件包括：

声光调制器，对所述光源出射的0级或1级光信号进行光强调节后输出；

光学组件，根据光刻图形控制所述声光调制器输出的激光强度并调整所述激光的光束形状后输出；

声光偏转器，根据所述光学组件输出的光信号改变其出射角，使所述光信号以特定的频率在一定的角度内扫描。

7、一种权利要求1所述的光刻机曝光系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括下述步骤：

在图形处理时，将所述图形的空白区裁去；

当需要对所述空白区曝光时，在控制软件中选择相应的曝光模式，并输入相关参数；

控制光学装置将光源发射的光信号射出给曝光镜头组合，由曝光镜头组合将所述光信号聚焦到基版上形成第二光斑；

平台根据所述控制软件中的参数进行运动，使基板上的空白区被快速曝光。

8、如权利要求7所述的光刻机曝光系统的控制方法，其特征在于，所述相关参数包括需要曝光的位置和面积。

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