CN109901364B - 一种数字光刻的调焦系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数字光刻的调焦系统，包括调焦装置、反射型光调制器、光刻镜头和第二光源；所述反射型光调制器设置在所述光刻镜头的一焦平面上；所述调焦装置包括第一光源、分光镜、二向色镜以及光电传感器；本发明还提供的一种数字光刻方法，还包括以下步骤：S1：开启第一光源；S2：调节所述反射型光调制器的局部微反射镜处于“on”状态；S3：调整所述光刻镜头和晶圆之间的距离并适时读取所述光电传感器的显示数值，直至所述光电传感器的显示数值最大时，晶圆处于光刻基准位置；S4：关闭所述第一光源，并光刻晶圆，实现对光刻镜头进行快速对焦，提高光刻镜头对焦精度以及减少显影耗材消耗。

Description

一种数字光刻的调焦系统及方法

技术领域

本发明属于光刻技术领域，更具体地说，是涉及一种数字光刻的调焦系统及方法。

背景技术

光刻技术是用于在基底表面上印刷具有特征构图的技术。该基底可用于制造半导体器件、多种集成电路、平面显示器、电路板、生物芯片、光电子线路芯片等。

随着集成电路产业朝着低成本和高集成度的方向发展，无掩模技术也成为光刻技术发展的必然要求。相较于传统的有掩模技术，无掩模技术不仅能省去掩模板，降低光刻成本和复杂度，而且能提供更高的分辨率和灵活性。基于空间光调制器件的数字光刻技术自问世以来，一直受到工业界众多公司的青睐，它通过编程控制空间光调制器件直接对照明光束进行调制，形成不同的图形投影在衬底上完成曝光。现阶段的数字光刻技术一般通过以下步骤来定位焦平面的位置：

步骤一：按给定镜头工作距机械定位焦面位置；

步骤二：将感光样片放在该位置及附近进行实际成像，记录每个成像位置与初始位置的相对距离；

步骤三：用显微镜观察感光样片上的图像，对比成像结果，找到清晰度最高的图像，将成像位置定义为新的初始位置；

步骤四：重复步骤二、三，直到找到最清晰的图像，且相对该位置两侧的对称距离的成像效果一致，则判定该位置为焦平面的位置。

通过以上步骤来进行定位焦平面的位置有以下缺点：

1、需要反复多次成像测试，甚者需要显影成像，找到焦平面的位置才更准确，浪费显影耗材。

2、需要进行多次对比测试，测试时间长；人的主观因素会影响测试结果，且对仪器使用熟练度不同，也会影响测试精度。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种数字光刻的调焦系统，以解决现有技术中存在的以解决现有技术中存在的浪费显影耗材、测试时间长以及人的主观因素会影响测试结果技术的问题的技术问题。

为实现上述目的之一，本发明采用的技术方案是：一种数字光刻的调焦系统，包括调焦装置、反射型光调制器、光刻镜头和第二光源；

所述反射型光调制器设置在所述光刻镜头的一焦平面上；

所述调焦装置包括第一光源、分光镜、二向色镜以及光电传感器；

所述分光镜用于将所述第一光源出射的输出光线反射到所述二向色镜上，以及用于将所述二向色镜反射的测试光线透射到所述光电传感器；

所述二向色镜用于将所述分光镜透射的输出光线反射到所述反射型光调制器，用于将所述反射型光调制器反射的测试光线反射向所述分光镜，以及用于将所述第二光源的输出光刻光线透射到所述反射型光调制器；

所述反射型光调制器用于将所述二向色镜反射的输出光线反射到所述光刻镜头中，以及用于将所述光刻镜头聚焦的测试光线反射向所述二向色镜；

所述光刻镜头用于将所述反射型光调制器反射的输出光线聚焦到晶圆上，以及用于将晶圆反射的测试光线聚焦至所述反射型光调制器。

进一步地，还包括活动平台，所述第二光源、所述反射型光调制器和所述光刻镜头固定不动，所述活动平台用于带动晶圆远离或靠近所述光刻镜头。

进一步地，还包括运动平台，所述运动平台用于将所述第二光源、所述反射型光调制器和所述光刻镜头同步远离或同步靠近晶圆。

进一步地，还包括所述数据显示器，所述数据显示器包括处理器和显示装置，所述处理器的输入端连接于所述光电传感器的输出端，所述显示装置的输入端连接于所述处理器的输出端。

进一步地，所述数据显示器为电脑或移动终端。

进一步地，所述调焦装置还包括聚光镜，所述二向色镜还用于将所述反射光线反射到所述聚光镜中，所述聚光镜用于将所述反射光线聚焦到所述光电传感器中。

进一步地，所述光刻镜头为双远心消色差镜头。

进一步地，所述调焦装置还包括聚光镜，所述聚光镜用于将所述分光镜透射的测试光线聚焦到所述光电传感器。

本发明提供的一种数字光刻的调焦系统的有益效果在于：与现有技术相比，本发明基于共聚焦原理，反射型光调制器的“小孔”位置与晶圆应该位于光刻镜头的两个焦平面，即反射型光调制器和晶圆的像面共轭，通过测量测试光线的光强大小来测定晶圆和光刻镜头之间的位置。反射型光调制器的局部微镜处于“on”状态，形成一个反光的“小孔”。第一光源的输出光线照射在分光镜反射在二向色镜上；二向色镜将分光镜透射的输出光线反射到反射型光调制器的“on”状态的微镜后，反射型光调制器将二向色镜反射的输出光线反射到光刻镜头中，光刻镜头将反射型光调制器反射的输出光线聚焦在晶圆上；晶圆上反射的测试光线依次经光刻镜头、反射型光调制器、二向色镜传输到光电传感器。当晶圆位于光刻镜头的焦平面上，即与反射型光调制器共轭，则测试光线的光强最大；晶圆离光刻镜头的焦平面远，则测试光线的光强变小。该数字光刻镜头对焦系统不需要进行反复多次成像测试和显影成像，只需要根据测试光线的光强调整光刻镜头和晶圆之间的位置即可，流程方便，测试快速和便捷。通过测试光线的光强来表征光刻镜头和晶圆之间的位置，提高了数字光刻镜头对焦的精度。该调焦系统在调焦的时候不需要打开第二光源，在调焦的过程中第一光源不会对晶圆的曝光，减少了材料的浪费。

本发明的目的之二在于提供一种数字光刻方法，本发明采用的技术方案是：包括权利要求1-8任意一项所述的一种数字光刻的调焦系统，还包括以下步骤：

S1：开启第一光源；

S2：调节所述反射型光调制器的局部微反射镜处于“on”状态；

S3：调整所述光刻镜头和晶圆之间的距离并适时读取所述光电传感器的显示数值，直至所述光电传感器的显示数值最大时，晶圆处于光刻基准位置；

S4：关闭所述第一光源，并光刻晶圆。

进一步地，光刻晶圆的步骤包括：

S5：控制所述反射型光调制器的微镜的角度并开启第二光源，使具有预设投影图像的输出光刻光线照射至晶圆。

本发明提供的一种数字光刻方法的有益效果在于：该调焦方法操作简单、测试便捷以及测试速度快。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种数字光刻的调焦系统的结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的一种数字光刻的调焦系统的光刻镜头不同焦平面的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种数字光刻的调焦系统的反射型光调制器的工作示意图；

图4为本发明实施例提供的一种数字光刻的调焦系统的数据显示器的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种数字光刻方法的流程示意图。

其中，图中各附图标记：

1、调焦装置；11、第一光源；12、分光镜；13、二向色镜；14、光电传感器；15、聚光镜；2、反射型光调制器；3、光刻镜头；4、晶圆；41、焦平面；42、负离焦；43、正离焦；5、数据显示器；51、处理器；52、显示装置；6、第二光源；7、活动平台；8、推动装置；9、吸收光体。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，现对本发明提供的一种数字光刻的调焦系统进行说明。一种数字光刻的调焦系统，包括调焦装置1、反射型光调制器2、光刻镜头3和第二光源6；

反射型光调制器2设置在光刻镜头3的一焦平面41上；

调焦装置1包括第一光源11、分光镜12、二向色镜13以及光电传感器14；

分光镜12用于将第一光源11出射的输出光线反射到二向色镜13上，以及用于将二向色镜13反射的测试光线透射到光电传感器14；

二向色镜13用于将分光镜12透射的输出光线反射到反射型光调制器2，用于将反射型光调制器2反射的测试光线反射向分光镜12，以及用于将第二光源6的输出光刻光线透射到反射型光调制器2；

反射型光调制器2用于将二向色镜13反射的输出光线反射到光刻镜头3中，以及用于将光刻镜头3聚焦的测试光线反射向二向色镜13；

光刻镜头3用于将反射型光调制器2反射的输出光线聚焦到晶圆4上，以及用于将晶圆4反射的测试光线聚焦至反射型光调制器2。

其中，由第一光源11输出，并经过分光镜12、二向色镜13、反射型光调制器2和光刻镜头3出射向晶圆4统称为输出光线；

测试光强时，由晶圆4反射，并经过光刻镜头3、反射型光调制器2、二向色镜13和分光镜12进入光电传感器14的光线统称为测试光线；

使用时，由第二光源6输出，并经过二向色镜13、反射型光调制器2和光刻镜头3出射向晶圆4统称为输出光刻光线。

本发明提供的一种数字光刻的调焦系统，与现有技术相比，基于共聚焦原理，反射型光调制器2的“小孔”位置与晶圆4应该位于光刻镜头3的两个焦平面41，即反射型光调制器2和晶圆4的像面共轭，通过测量测试光线的光强大小来测定晶圆4和光刻镜头3之间的位置。反射型光调制器2的局部微镜处于“on”状态，形成一个反光的“小孔”。第一光源11的输出光线照射在分光镜12反射在二向色镜13上；二向色镜13将分光镜12透射的输出光线反射到反射型光调制器2的“on”状态的微镜后，反射型光调制器2将二向色镜13反射的输出光线反射到光刻镜头3中，光刻镜头3将反射型光调制器2反射的输出光线聚焦在晶圆4上；晶圆4上反射的测试光线依次经光刻镜头3、反射型光调制器2、二向色镜13传输到光电传感器14。结合图2，图2为光刻镜头3和晶圆4在调焦的过程中不同焦面的示意图，焦面包括负离焦42、焦平面41和正离焦43。当晶圆4位于光刻镜头3的焦平面41上，即与反射型光调制器2共轭，则测试光线的光强最大；晶圆4离光刻镜头3的焦平面41远，则测试光线的光强变小。该数字光刻镜头3对焦系统不需要进行反复多次成像测试和显影成像，只需要根据测试光线的光强调整光刻镜头3和晶圆4之间的位置即可，流程方便，测试快速和便捷。通过测试光线的光强来表征光刻镜头3和晶圆4之间的位置，提高了数字光刻镜头3对焦的精度。该调焦系统在调焦的时候不需要打开第二光源6，在调焦的过程中第一光源11不会对晶圆4的曝光，减少了材料的浪费。

具体的，反射型光调制器2为DMD组件或LCOS组件，请参照图3，黑色区域为反射型光调制器2的“on”状态的微镜。

具体的，第一光源11的输出光线的波长与第二光源6的输出光源的波长不同。

具体的，晶圆4为半导体晶圆4基板，保证对焦的准确，减少误差。

具体的，反射型光调制器2一侧设有吸收光体9，当晶圆4反射的测试光线不经光刻镜头3时，吸收光体9将晶圆4反射的测试光线吸收。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的一种数字光刻的调焦系统的一种具体实施方式，还包括活动平台7，第二光源6、反射型光调制器2和光刻镜头3固定不动，活动平台7用于带动晶圆4远离或靠近光刻镜头3。

第二光源6、反射型光调制器2和光刻镜头3固定不动，保证光路在第二光源6、反射型光调制器2和光刻镜头3之间传播的准确性，活动平台7实现了晶圆4和光刻镜头3之间的调整，从而实现了该调焦系统进行调焦。

具体的，活动平台7为伺服平台。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的一种数字光刻的调焦系统的一种具体实施方式，包括运动平台(图中未示)，运动平台用于将第二光源6、反射型光调制器2和光刻镜头3同步远离或同步靠近晶圆4。

第二光源6、反射型光调制器2和光刻镜头3同步活动，保证光路在第二光源6、反射型光调制器2和光刻镜头3之间传播的准确性；晶圆4固定不动，而光刻镜头3通过运动平台活动，实现了该调焦系统进行调焦。

进一步地，参阅图1及图5，作为本发明提供的一种数字光刻的调焦系统的一种具体实施方式，还包括数据显示器5，数据显示器5包括处理器51和显示装置52，处理器51的输入端连接于光电传感器14的输出端，显示装置52的输入端连接于处理器51的输出端。

数据显示器5用于显示反射光线的光强。光电传感器14便于将反射光线的光强转化为电信号输入到数据显示器5中，处理器51接收到电信号后传输到显示装置52，显示装置52将电信号转换为数字信息显示出来，便于用户实时获取测试光线的光强强度。

进一步地，参阅图1及图5，作为本发明提供的一种数字光刻的调焦系统的一种具体实施方式，数据显示器5为电脑或移动终端。

电脑和移动终端具有处理电信号和显示的功能，使该调焦系统使用方便。

具体的，伺服平台的控制端连接于电脑，通过电脑控制伺服平台带动晶圆4进行上升或下降，非常方便。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的一种数字光刻的调焦系统的一种具体实施方式，调焦装置1还包括聚光镜15，聚光镜15用于将分光镜12透射的测试光线聚焦到光电传感器14。

分光镜12透射的测试光线通过聚光镜15集中照射在光电传感器14中，减少光电传感器14的体积。

进一步地，参阅图1，作为本发明提供的一种数字光刻的调焦系统的一种具体实施方式，光刻镜头3为双远心消色差镜头。

双远心消色差镜头可以在调焦过程中减少晶圆4移动而发生的畸变，同时使第一光源11的输出光线和第二光源6的输出光刻光线位于同一焦平面41上。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的一种数字光刻的调焦系统的一种具体实施方式，调焦装置1连接有推动装置8，推动装置8用于控制二向色镜13远离输出光线或控制二向色镜13活动到输出光线上。

当需要对数字光刻设备进行对焦时，通过推动装置8控制调焦装置1活动，从而使分光镜12位于第一光源11的输出光线上；当数字光刻设备对焦成功之后，通过推动装置8控制调焦装置1活动，从而使分光镜12远离第一光源11的输出光线，便于将更换其他的数字光刻设备进行对焦。

具体的，推动装置8为直线电机或气缸。推动装置8连接在直线电机或气缸的输出轴上。

请参阅图5本发明还提供一种数字光刻方法，一种数字光刻方法包括以下步骤：

S1：开启第一光源11；

S2：调节所述反射型光调制器2的局部微反射镜处于“on”状态；

S3：调整所述光刻镜头3和晶圆4之间的距离并适时读取所述光电传感器14的显示数值，直至所述光电传感器14的显示数值最大时，晶圆4处于光刻基准位置；

S4：关闭所述第一光源11，并光刻晶圆4。

该调焦方法操作简单、测试便捷以及测试速度快。

进一步地，参阅图5，作为本发明提供的一种数字光刻方法的一种具体实施方式，光刻晶圆4的步骤包括：

S5：控制所述反射型光调制器2的微镜的角度并开启第二光源6，使具有预设投影图像的输出光刻光线照射至晶圆4。

该调焦系统的曝光操作方便，非常实用。

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 (10)

1.一种数字光刻的调焦系统，其特征在于，包括调焦装置、反射型光调制器、光刻镜头和第二光源；

所述反射型光调制器设置在所述光刻镜头的一焦平面上；

所述调焦装置包括第一光源、分光镜、二向色镜以及光电传感器；

所述分光镜用于将所述第一光源出射的输出光线反射到所述二向色镜上，以及

用于将所述二向色镜反射的测试光线透射到所述光电传感器；

所述二向色镜用于将所述分光镜透射的输出光线反射到所述反射型光调制器，

用于将所述反射型光调制器反射的测试光线反射向所述分光镜，以及用于将所述第二光源的输出光刻光线透射到所述反射型光调制器；

所述反射型光调制器用于将所述二向色镜反射的输出光线反射到所述光刻镜头中，以及用于将所述光刻镜头聚焦的测试光线反射向所述二向色镜；

所述光刻镜头用于将所述反射型光调制器反射的输出光线聚焦到晶圆上，以及用于将晶圆反射的测试光线聚焦至所述反射型光调制器；

设置所述反射型光调制器和晶圆的像面共轭，通过测量测试光线的光强大小来测定所述晶圆和光刻镜头之间的位置。

2.如权利要求1所述的一种数字光刻的调焦系统，其特征在于，还包括活动平台，所述第二光源、所述反射型光调制器和所述光刻镜头固定不动，所述活动平台用于带动晶圆远离或靠近所述光刻镜头。

3.如权利要求1所述的一种数字光刻的调焦系统，其特征在于，还包括运动平台，所述运动平台用于将所述第二光源、所述反射型光调制器和所述光刻镜头同步远离或同步靠近晶圆。

4.如权利要求1所述的一种数字光刻的调焦系统，其特征在于，还包括数据显示器，所述数据显示器包括处理器和显示装置，所述处理器的输入端连接于所述光电传感器的输出端，所述显示装置的输入端连接于所述处理器的输出端。

5.如权利要求4所述的一种数字光刻的调焦系统，其特征在于，所述数据显示器为电脑或移动终端。

6.如权利要求5所述的一种数字光刻的调焦系统，其特征在于，所述调焦装置还包括聚光镜，所述聚光镜用于将所述分光镜透射的测试光线聚焦到所述光电传感器。

7.如权利要求1所述的一种数字光刻的调焦系统，其特征在于，所述光刻镜头为双远心消色差镜头。

8.如权利要求1所述的一种数字光刻的调焦系统，其特征在于，所述调焦装置连接有推动装置，所述推动装置用于控制所述二向色镜远离所述输出光线或控制所述二向色镜活动到所述输出光线上。

9.一种数字光刻方法，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的一种数字光刻的调焦系统，还包括以下步骤：

S1：开启第一光源；

S2：调节所述反射型光调制器的局部微反射镜处于“on”状态；

S3：调整所述光刻镜头和晶圆之间的距离并适时读取所述光电传感器的显示数值，直至所述光电传感器的显示数值最大时，晶圆处于光刻基准位置；

S4：关闭所述第一光源，并光刻晶圆。

10.如权利要求9所述的一种数字光刻方法，其特征在于，光刻晶圆的步骤包括：

S5：控制所述反射型光调制器的微镜的角度并开启第二光源，使具有预设投影图像的输出光刻光线照射至晶圆。

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