CN105954971A - 一种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻装置，属于微电子、微光学、微纳结构和光电子器件制备等微纳加工领域的光刻技术领域，解决现有技术存在的极紫外光源体积大，成本高，操作安全系数难以保证的问题。本发明包括高压汞灯、冷光椭球镜、冷光反射镜、快门、积木错位蝇眼透镜、聚光镜、大反射镜、精密工件台、计算机及电控系统。本发明用于对缺陷掩膜结构的完整恢复。

Description

一种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻装置
技术领域
一种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻装置，用于对缺陷掩膜结构的完整恢复，属于微电子、微光学、微纳结构和光电子器件制备等微纳加工领域的光刻技术领域。
背景技术
在科研和工业领域中，周期结构在LED/OLED光子晶体、微流控、防伪标签、加密设计、生物芯片、二元衍射器件、光栅等方面有着广泛的应用。与此同时，随着科技不断的进步，各行业对周期微纳结构的要求也日趋苛刻,需要同时满足大面积、高精度、图案复杂化、制备周期短、低成本以及良品率高等条件。
目前，大面积周期性微纳制备技术有接近&接触式光刻法、纳米压印法、干涉光刻法。接近&接触式光刻法原理简单，成本较低。但受到设备、掩膜、工艺的限制，不能适应未来科技的发展。纳米压印法的最大优势在于可实现大面积、高精度的周期微纳结构，然而纳米压印属于“复制型”微细加工法，高精度压印模板的制作难度极高，同时存在基片易弯曲、压印表面聚合物易残留、脱模复杂等诸多问题有待解决。干涉光刻法可实现大面积、无掩膜、高精度微纳图形加工。但操作较难控制，可加工图形单一，灵活性较差，不适用于加工具有复杂图案的周期微纳结构。
在半导体周期微纳结构制造过程中，缺陷问题是制造商十分关注的问题之一。但由于曝光强度，涂胶不均匀，扫描步进稳定性误差，显影过度或不完整，蚀刻过程中速率控制不当，或外界保存不当等原因易导致掩膜周期线条不均匀，边缘粗糙，部分周期结构损坏等缺陷。
为克服上述技术的不足和避免掩膜缺陷对周期结构制备的不良影响，利用自成像效应进行光刻为制备高分辨、复杂化、大面积周期微纳结构提供了一种新的思路。而目前，与自成像效应的缺陷修复有关的研究主要在极紫外(13.68nm,46.9nm，193nm)波段，众所周知，当光刻的波长越短，线条越精细，但极紫外光源体积大，成本高，操作安全系数难以保证。而目前亚微米级微纳结构加工大多仍采用中紫外或紫外光源，故本发明为更好的解决微纳结构制备过程中的实际问题。
发明内容
本发明针对上述不足之处提供了一种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻装置，解决现有技术中周期阵列中存在的曝光强度，涂胶不均匀，扫描步进稳定性误差，显影过度或不完整，蚀刻过程中速率控制不当，或外界保存不当等原因易导致掩膜周期线条不均匀，边缘粗糙，部分周期结构损坏等缺陷；用于解决现有技术存在的极紫外光源体积大，成本高，操作安全系数难以保证的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻装置，其特征在于：包括高压汞灯、冷光椭球镜、冷光反射镜、快门、积木错位蝇眼透镜、聚光镜、大反射镜、精密工件台、计算机及电控系统；
高压汞灯：用于发出多种成分光，包括紫外i线光、h线光、g线光、可见光和红外光，作为对掩膜版和样片的照明与曝光光源；
冷光椭球镜：用于聚光、光能最大化，并过滤对曝光有害的可见光和红外等多种成分的长波段光；
冷光反射镜：用于再一次过滤长波段光，并对光路发挥转折作用；
快门：用于控制光的曝光时间和曝光剂量；
积木错位蝇眼透镜：用于将光进行均匀照明、消衍射和侧壁陡度处理；
聚光镜：用于将光准直为平行光，并对平行光进行扩束处理；
大反射镜：用于对光路起转折作用；
精密工件台：用于承载掩膜版和样片,以及将掩膜版和样片进行对准及定位支撑；
计算机及电控系统：用于对快门开启时间及曝光剂量的控制，对精密工件台的整体运动及掩膜版与样片的相对运动进行控制。
进一步，所述高压汞灯发出多种成分的光；多种成分的光先由冷光椭球镜进行聚光并初次过滤掉长波段的光；经过冷光椭球镜的光再由冷光反射镜过滤一次长波段的光，得到紫外i线光；紫外i线光通过计算机及电控系统开启快门控制曝光时间和曝光剂量；通过快门后的紫外i线光通过积木错位蝇眼透镜进行均匀照明、消衍射和侧壁陡度处理，再通过聚光镜准直为平行光，并对平行光进行扩束处理；最后，光束通过大反射镜转折照射到精密工件台上的掩膜版和样片的上表面，实现对掩膜版照明和涂有光刻胶的样片进行曝光。
进一步，所述精密工件台包括XY整体运动台、设置在XY整体运动台上的XY掩膜样片相对运动台、设置在XY掩膜样片相对运动台上的承片台和与承片台相配合的掩膜台,设置在XY整体运动台与XY掩膜样片相对运动台上的上升机构和转动台，设置在上升机构上的样片调平机构。
进一步，所述高压汞灯为350W。
进一步，所述XY掩膜样片相对运动台在XY两个方向都采用侧V型滚动导轨，运动行程约10mm。
进一步，所述精密工件台的运动定位精度为±0.65μm。
进一步，所述转动台的调节范围为±6°。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
一、采用常规紫外光刻光源汞灯，设备结构简单，且易操作，成本较低；
二、由于可以在接近光刻方式下工作，能够实现大面积微纳光刻，具有较好的工艺适应性；
三、光强控制简单，泰伯自成像分辨力能达到或接近衍射极限，而非透镜成像，可实现无镜头成像，可对存在部分缺陷的亚微米级周期结构进行恢复转印；
四、采用泰伯光刻技术，不需要昂贵的光学透镜，不同级次的自成像光场分布相互交错叠加，同时可对存在缺陷的周期掩膜进行恢复，大大降低了制作成本，将为大面积、高精度的周期性微纳结构加工提供更加快捷高效的途径。
附图说明
图1为本发明的框架示意图；
图2为本发明中积木错位蝇眼透镜的示意图；
图3为本发明中精密工件台结构示意图；
图4为本发明中单波长照明下自成像光场分布示意图；
图中：1-高压汞灯、2-冷光椭球镜、3-冷光反射镜、4-快门、5-积木错位蝇眼透镜、6-聚光镜、7-大反射镜、8-精密工件台、9-掩膜台、10-承片台、11-XY掩膜样片相对运动台、12-XY整体运动台、13-计算机及电控系统，14-上升机构、15-样片调平机构、16-转动台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
一种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻装置，所述高压汞灯1发出多种成分的光；多种成分的光先由冷光椭球镜2进行聚光并初次过滤掉长波段的光；经过冷光椭球镜2的光再由冷光反射镜3过滤一次长波段的光，得到紫外i线光；紫外i线光通过计算机及电控系统13开启快门4控制曝光时间和曝光剂量；通过快门4后的紫外i线光通过积木错位蝇眼透镜5进行均匀照明、消衍射和侧壁陡度处理，再通过聚光镜6准直为平行光，并对平行光进行扩束处理；最后，光束通过大反射镜7转折照射到精密工件台8上的掩膜和样片的上表面，从而实现对掩膜版照明和涂有光刻胶的样片曝光。精密工件台8包括XY整体运动台12、设置在XY整体运动台12上的XY掩膜样片相对运动台11、设置在XY掩膜样片相对运动台11上的承片台10和与承片台10相配合的掩膜台9、精密工件台8还包括上升机构14、样片调平机构15、转动台16等，见附图3。掩膜台9和承片台10主要用于放置掩膜版和样片；XY掩膜样片相对运动台11主要用于进行对准时实现掩膜和样片间的X、Y相对运动调节或放片后调节样片位置，在XY两个方向也都采用侧V型滚动导轨，作相对运动时用手轮进行调节，拉簧复位，运动行程约10mm；XY整体运动台12用于对准时寻找对准标记；上升机构14是实现样片调平机构15用于调平样片、放置取出样片、控制掩膜与样片间距离的对准间隙和消除曝光间隙时的上升运动；样片调平机构15采用球碗副和三轴调平的组合机构，调平过程中首先通过马达带动承片台、样片向上运动，使样片与掩膜版相靠而找平样片，然后锁紧气缸、锁紧三轴而让样片保持调平状态。精密工件台8运动定位精度为±0.65μm，转动台16主要用于进行对准时实现掩膜版和样片间的旋转相对运动调节或放片后调节样片位置，调节范围约±6°。

Claims (7)

1.一种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻装置，其特征在于：包括高压汞灯、冷光椭球镜、冷光反射镜、快门、积木错位蝇眼透镜、聚光镜、大反射镜、精密工件台、计算机及电控系统；
高压汞灯：用于发出多种成分光，包括紫外i线光、h线光、g线光、可见光和红外光，作为对掩膜版和样片的照明与曝光光源；
冷光椭球镜：用于聚光、光能最大化，并过滤对曝光有害的可见光和红外等多种成分的长波段光；
冷光反射镜：用于再一次过滤长波段光，并对光路发挥转折作用；
快门：用于控制光的曝光时间和曝光剂量；
积木错位蝇眼透镜：用于将光进行均匀照明、消衍射和侧壁陡度处理；
聚光镜：用于将光准直为平行光，并对平行光进行扩束处理；
大反射镜：用于对光路起转折作用；
精密工件台：用于承载掩膜版和样片,以及将掩膜版和样片进行对准及定位支撑；
计算机及电控系统：用于对快门开启时间及曝光剂量的控制，对精密工件台的整体运动及掩膜版与样片的相对运动进行控制。
2.进一步，所述高压汞灯发出多种成分的光；多种成分的光先由冷光椭球镜进行聚光并初次过滤掉长波段的光；经过冷光椭球镜的光再由冷光反射镜过滤一次长波段的光，得到紫外i线光；紫外i线光通过计算机及电控系统开启快门控制曝光时间和曝光剂量；通过快门后的紫外i线光通过积木错位蝇眼透镜进行均匀照明、消衍射和侧壁陡度处理，再通过聚光镜准直为平行光，并对平行光进行扩束处理；最后，光束通过大反射镜转折照射到精密工件台上的掩膜版和样片的上表面，实现对掩膜版照明和涂有光刻胶的样片进行曝光。
3.进一步，所述精密工件台包括XY整体运动台、设置在XY整体运动台上的XY掩膜样片相对运动台、设置在XY掩膜样片相对运动台上的承片台和与承片台相配合的掩膜台,设置在XY整体运动台与XY掩膜样片相对运动台上的上升机构和转动台，设置在上升机构上的样片调平机构。
4.进一步，所述高压汞灯为350W。
5.进一步，所述XY掩膜样片相对运动台在XY两个方向都采用侧V型滚动导 轨，运动行程约10mm。
6.进一步，所述精密工件台的运动定位精度为±0.65μm。
7.进一步，所述转动台的调节范围为±6°。
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