CN106094448B - 光刻系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种光刻系统，包括光源、以及沿光路方向依次设置的空间光调制器、第一分光器件、双远心光学系统和光刻平台，所述双远心光学系统由沿光路方向依次设置的镜筒透镜和物镜组成，所述镜筒透镜和物镜之间光线为非平行光，所述物镜与调焦装置连接，该调焦装置带动所述物镜移动以实现焦距调节。本发明光刻系统优点至少包括：在主光路中无分光器件，成像质量好；检测系统中全部由成像光学元件组成，检测光斑投射在工件表面的尺寸较大，不容易受到灰尘和颗粒影响；检测系统和调焦系统采用机械切换方式，光路结构简单，操作方便。

Description

光刻系统
技术领域
本发明涉及一种微纳加工装置，具体涉及一种光刻系统，应用于精密掩模光刻、MEMS器件、3D光刻、衍射光学、微光学等研究和制造领域。
背景技术
中国专利第201010170978.4号公开了一种并行光刻直写系统，该系统包括光源、图形发生系统、光学系统、控制系统、运动系统和工件平台，其特征在于：还设有聚焦伺服系统，所述聚焦伺服系统包括检测光路、传感器和调焦装置，所述光学系统由微缩系统和检测光路构成，其中的微缩系统采用双远心光学系统，检测光路包括检测光源、在双远心光学系统内的第一分光器件、在检测光源和第一分光器件间的第二分光器件，检测光经第一分光器件进入双远心光学系统并照射在工件平台处的工件上，反射光经第一分光器件和第二分光器件被传感器接收，控制系统根据传感器的信号控制调焦装置动作，实现伺服聚焦
该技术方案存在的问题至少包括：
1、成像质量不够理想。现有技术在光源、空间光调制器、部分发射镜和物镜构成的主光路中，插入了分光器件，虽然分光器件为平行平板式光学元件，同时系统采用了所谓的双远心光路，但是仍然难免引入一定的像差。主要原因在于：在双远心光路中(中采用)，前后透镜组之间并非平行光束，插入光学元件(棱镜、位相片、分色镜等)可导致光束偏移和对比度下降，尤其是在前后透镜组的距离较小时。
2、伺服调焦的可靠性差。检测光源发出的检测光，聚焦在工件表面。其光斑很小，导致检测光路易于受到对灰尘和颗粒的影响。
3、光路结构复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光刻系统，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请实施例公开一种光刻系统，包括光源、以及沿光路方向依次设置的空间光调制器、第一分光器件、双远心光学系统和光刻平台，所述双远心光学系统由沿光路方向依次设置的镜筒透镜和物镜组成，所述物镜与调焦装置连接，该调焦装置带动所述物镜移动以实现焦距调节。
优选的，在上述的光刻系统中，还包括调焦系统，该调焦系统包括透镜组和第一CCD传感器，所述透镜组设置于第一CCD传感器和第一分光器件之间。
优选的，在上述的光刻系统中，还包括检测系统，该检测系统采用投影成像光路，由成像光学元件组成，其将直径大于0.5mm的光斑投影在光刻平台表面。
优选的，在上述的光刻系统中，检测系统包括检测光源、第二分光器件、成像透镜和第二CCD传感器，检测光斑投影在光刻平台上并经反射后，检测光斑依次经过双远心光学系统、第二分光器件和成像透镜，并成像在第二CCD传感器上。
优选的，在上述的光刻系统中，所述调焦系统和检测系统均设置于第一分光器件的上方。
优选的，在上述的光刻系统中，还包括分别连接于所述调焦系统和检测系统的切换装置，
在调焦模式下，该切换装置驱动所述调焦系统整体移动至第一分光器件的正上方并位于第一分光器件所在的光路上；
在检测模式下，该切换装置驱动所述检测系统整体移动至第一分光器件的正上方并位于检测光斑的发射光路上。
优选的，在上述的光刻系统中，所述第一分光器件为平片式镀膜反射镜。
优选的，在上述的光刻系统中，所述光源和空间光调制器之间设置有扩 束和准直系统，该扩束和准直系统将所述光源发出的光进行扩束和准直，形成均匀的照明光后提供给空间光调制器。
优选的，在上述的光刻系统中，所述光源发出的光的波长小于450纳米。
优选的，在上述的光刻系统中，所述检测光源发出的光的波长大于550纳米。
优选的，在上述的光刻系统中，所述光刻平台为可实现多轴移动的运动平台。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、在主光路中两镜组之间无分光器件，成像质量好；
2、检测系统中全部由成像光学元件组成，检测光斑投射在工件表面的尺寸较大，不容易受到灰尘和颗粒影响；
3、检测系统和调焦系统采用机械切换方式，光路结构简单，操作方便。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明具体实施例中光刻系统的原理示意图；
图2所示为本发明具体实施例中当透镜偏离工作距离时的光斑照片；
图3所示为本发明具体实施例中当透镜位于焦距位置时的光斑照片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1所示，光刻系统，包括机械框架41、以及设置于机械框架外部 的计算机417和控制驱动单元418。
机械框架41内设置有光源42、以及沿光路方向依次设置的空间光调制器43、第一分光器件44、双远心光学系统和光刻平台48，所述双远心光学系统由沿光路方向依次设置的镜筒透镜45和物镜47组成，所述镜筒透镜45和物镜47之间光线为非平行光，所述物镜47与调焦装置411连接，该调焦装置411带动所述物镜移动以实现焦距调节，
还包括调焦系统，该调焦系统包括透镜组49和第一CCD传感器410，所述透镜组49设置于第一CCD传感器410和第一分光器件44之间；
还包括检测系统，该检测系统包括检测光源413、第二分光器件414、成像透镜415和第二CCD传感器416，检测光斑投影在光刻平台上并经反射后，检测光斑依次经过双远心光学系统、第二分光器件414和成像透镜415，并成像在第二CCD传感器416上。
该技术方案中，在光源42、空间光调制器43、镜筒透镜45和物镜47构成的主光路中，无分光器件，且第一分光器件优选为平片式镀膜反射镜，可反射和透射。对反射光路不引入任何像差。
本案的检测系统中，全部由成像光学元件组成；另外，检测光斑投射在工件表面的尺寸较大，不容易受到灰尘和颗粒影响。
本案采用投影成像光路，检测光源413(自身包含透镜)和镜筒透镜45、物镜47组成投影光路，将检测光斑投影在工件表面，经工件表面反射后，检测光斑由47、45、透镜415组成的成像光路，成像在传感器416表面。当透镜47偏离工作距离，发生正负离焦后，416上的光斑像会变大或者变小(同时边缘会变模糊)，参图2所示，由此可实现离焦量的表征。而当透镜47位于焦距位置时，光斑边缘清晰，有利于实现高精度和高可靠性的图像识别和检测，参图3所示。
光源可以是激光器，如405nm半导体激光器、441.6nm氦镉激光器、374nm半导体激光器，355nm固态激光器，也可以是经过滤光的汞灯光源，如365nm。
空间光调制器的照明方式需要按照调制器的具体类型设计，如，DMD采用离轴反射照明方式，LCOS采用同轴反射照明方式，LCD采用同轴透射照 明方式。
进一步地，调焦系统和检测系统均设置于第一分光器件的上方。
还包括分别连接于所述调焦系统和检测系统的切换装置，
在调焦模式下，该切换装置驱动所述调焦系统整体移动至第一分光器件44的正上方并位于第一分光器件44所在的光路上；
在检测模式下，该切换装置驱动所述检测系统整体移动至第一分光器件44的正上方并位于检测光斑的发射光路上。
该技术方案中，采用两路CCD检测光路，采用机械切换方式，减少了一个分光元件。
光刻加工前，切换到CCD传感器410观察，调节调焦装置411直到光刻加工的投影曝光清晰。然后切换到CCD传感器416，通过软件记录此时红光光斑的直径D0。光刻加工时，运动控制系统实时调节调焦装置411上下浮动，使得CCD传感器416上检测到的红光光斑尺寸始终保持D0,从而实现伺服聚焦。
由此可知，相对于现有技术，本案结构更加简单，操作方便。
进一步地，光源和空间光调制器之间设置有扩束和准直系统，该扩束和准直系统将所述光源发出的光进行扩束和准直，形成均匀的照明光后提供给空间光调制器。
进一步地，所述光源发出的光的波长小于450纳米。
进一步地，所述检测光源发出的光的波长大于550纳米。
进一步地，所述光刻平台为可实现多轴移动的运动平台。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同 要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (4)

1.一种光刻系统，其特征在于，包括光源、以及沿光路方向依次设置的空间光调制器、第一分光器件、双远心光学系统和光刻平台，所述双远心光学系统由沿光路方向依次设置的镜筒透镜和物镜组成，所述物镜与调焦装置连接，该调焦装置带动所述物镜移动以实现焦距调节，所述空间光调制器和第一分光器件之间无分光器件，
还包括调焦系统，该调焦系统包括透镜组和第一CCD传感器，所述透镜组设置于第一CCD传感器和第一分光器件之间，
还包括检测系统，该检测系统采用投影成像光路，由成像光学元件组成，其将直径大于0.5mm的光斑投影在光刻平台表面，所述检测系统包括检测光源、第二分光器件、成像透镜和第二CCD传感器，检测光斑投影在光刻平台上并经反射后，检测光斑依次经过双远心光学系统、第二分光器件和成像透镜，并成像在第二CCD传感器上，
所述调焦系统和检测系统均设置于第一分光器件的上方，
还包括分别连接于所述调焦系统和检测系统的切换装置，
在调焦模式下，该切换装置驱动所述调焦系统整体移动至第一分光器件的正上方并位于第一分光器件所在的光路上；
在检测模式下，该切换装置驱动所述检测系统整体移动至第一分光器件的正上方并位于检测光斑的发射光路上，
所述光刻平台为可实现多轴移动的运动平台。
2.根据权利要求1所述的光刻系统，其特征在于：所述第一分光器件为平片式镀膜反射镜。
3.根据权利要求1所述的光刻系统，其特征在于：所述光源和空间光调制器之间设置有扩束和准直系统，该扩束和准直系统将所述光源发出的光进行扩束和准直，形成均匀的照明光后提供给空间光调制器。
4.根据权利要求1所述的光刻系统，其特征在于：所述光源发出的光的波长小于450纳米，
所述检测光源发出的光的波长大于550纳米。
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