CN115128912A - 一种非机械光扫描光纤光刻机 - Google Patents
一种非机械光扫描光纤光刻机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115128912A CN115128912A CN202210805811.3A CN202210805811A CN115128912A CN 115128912 A CN115128912 A CN 115128912A CN 202210805811 A CN202210805811 A CN 202210805811A CN 115128912 A CN115128912 A CN 115128912A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical
- laser light
- optical scanning
- fiber
- light source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 99
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 59
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000001459 lithography Methods 0.000 claims description 54
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 25
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 abstract description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 10
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 abstract description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 21
- 230000006870 function Effects 0.000 description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000007261 regionalization Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
- G03F7/2051—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source
- G03F7/2053—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source using a laser
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
- G03F7/2051—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source
- G03F7/2059—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source using a scanning corpuscular radiation beam, e.g. an electron beam
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70008—Production of exposure light, i.e. light sources
- G03F7/70025—Production of exposure light, i.e. light sources by lasers
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70216—Mask projection systems
- G03F7/70358—Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Abstract
本公开实施例提出一种非机械光扫描光纤光刻机,包括控制装置、激光光源、光扫描系统以及电驱动工件台。本公开实施例通过采用光纤将激光光源和光扫描系统简化光路调整,避免自由空间发射激光的光刻机在设计和生产上采用复数个光学透镜或透镜组的困难,使得光纤光刻机光路设计、安装简单,制造和维护成本都大大降低;采用光纤连接激光光源和光扫描系统,有效减小光刻机的几何尺寸;采用电光或声光调制实现对光刻的激光光能的开关,结合非机械光扫描和电驱动位移台的移动,实现光刻的图案化功能;采用复数根光纤组成阵列,单个或复数个非机械光扫描器组成阵列,形成为多束光纤光刻机,提高光刻机的加工速率。
Description
技术领域
本公开涉及一种芯片或者集成电路的制造领域,尤其涉及一种非机械光扫描光纤光刻机。
背景技术
光刻机是利用紫光或紫外光的光子照射涂覆在晶圆或试样表面的光刻胶(感光胶)使光刻胶分子大小产生变化得到其在特定溶剂中的溶解度产生一定的对比度。利用该溶剂对晶圆/试样表面上涂覆的经过选择性曝光的光刻胶进行显影形成图案。光刻机是芯片生产线的核心装备,曝光光刻胶后能得到的最小线宽是光刻机的最重要指标和代表芯片产线的先进程度。一条最先进的芯片产线,通常根据晶体管集成度高低和芯片布线要求,在其晶体管制造工艺(前道)和晶体管间互联工艺(后道)分别配置1台或多台各种不同加工精度的光刻机。
光刻机按光刻胶上形成图案的方式分为两大类。第一类是把强度分布均匀的光斑,通过具有透明和不透明区域图案的光刻掩模板后在光刻胶上形成与掩模板图案高度保真的像。这类光刻机广泛用于半导体的生产线上。第二类光刻机是利用一束聚焦后的光在感光胶上扫描需要曝光的区域,或利用空间光调制器对均匀的光斑分区域调制光强形成空间上明暗对比的图案后在感光胶上实现曝光,这类光刻机因不需要光刻掩模版被称为无掩模光刻机,前者也叫激光直写,后者也被称为LDI。上述两类光刻机的设计都采用自由空间光学结构,即从光源发出的光到达光刻胶表面的过程中,光线都裸露在空气或真空中。
发明内容
有鉴于此,本公开实施例提出了一种非机械光扫描光纤光刻机,以解决现有技术中的问题。
一方面,本公开提供一种非机械光扫描光纤光刻机,包括控制装置、激光光源、光扫描系统以及电驱动工件台,所述控制装置与所述激光光源、所述光扫描系统以及所述电驱动工件台连接,且所述控制装置能够基于设计版图控制所述光扫描系统对所述激光光源发射的激光进行偏转扫描以及控制所述电驱动工作台进行运动。
在一些实施例中,所述控制装置能够将所述设计版图按照加工工艺分解成多层图案,并基于每层图案生成光刻数据,基于所述光刻数据生成针对所述光扫描系统的光偏转控制信号以及针对所述电驱动控制台的工件台控制信号。
在一些实施例中,所述光扫描系统为电光光扫描系统或声光光扫描系统。
在一些实施例中,所述光扫描系统包括入射聚焦透镜系统、光扫描器和出射透镜聚焦系统,所述激光光源发射的激光经过所述入射聚焦透镜系统后聚焦于所述光扫描器上,所述出射透镜聚焦系统将所述光扫描器上的激光聚焦于设定位置。
在一些实施例中,所述激光光源包括传输光纤和超表面透镜,所述光扫描系统包括光扫描器和出射透镜聚焦系统,所述激光光源发射的激光在所述传输光纤的传输下经过所述超表面透镜后聚焦于所述光扫描器上,所述出射透镜聚焦系统将所述光扫描器上的激光聚焦于设定位置。
在一些实施例中,所述激光光源还包括光强度调制器,所述光强度调制器与所述控制装置相连,且所述控制装置能够基于所述设计版图控制所述光强度调制器对所述激光光源发出的激光进行强度调节。
在一些实施例中,所述光强度调制器为电光调制器或声光调制器。
在一些实施例中,所述激光光源采用固体激光器、半导体激光器、气体激光器中的任意一种或者采用多个相同或者不同的连续激光器组成的激光器阵列。
在一些实施例中,所述激光光源包括多根传输光纤,所有所述传输光纤阵列分布,所述光扫描系统包括多个光扫描器,且每一所述光扫描器与至少一个所述传输光纤对应设置。
在一些实施例中,所述电驱动工件台包括多个驱动装置以实现光刻材料上的曝光位置在XYZ三个轴向的定位和控制,其中,X轴和Y轴位于所述光聚焦阵列实现光信号聚焦的焦平面或与所述焦平面平行的平面上,Z轴在沿与该焦平面垂直的方向。
本公开实施例通过采用光纤将激光光源和光扫描系统简化光路调整,避免自由空间发射激光的光刻机在设计和生产上采用复数个光学透镜或透镜组的困难,使得光纤光刻机光路设计、安装简单,制造和维护成本都大大降低;采用光纤连接激光光源和光扫描系统,因为避免采用透镜组消除相差,可以大大缩短光路的长度,有效减小光刻机的几何尺寸;采用电光或声光调制实现对光刻的激光光能的开关,结合非机械光扫描和电驱动位移台的移动,实现光刻的图案化功能;采用复数根光纤组成阵列,单个或复数个非机械光扫描器组成阵列,形成为多束光纤光刻机,提高光刻机的加工速率。
附图说明
为了更清楚地说明本公开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公开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为本公开实施例的非机械光扫描光纤光刻机的原理示意图;
图2为本公开实施例的非机械光扫描光纤光刻机的结构示意图;
图3为本公开实施例的非机械光扫描光纤光刻机中控制装置的模块示意图;
图4为本公开实施例的非机械光扫描光纤光刻机中传输光纤的结构示意图;
图5为本公开实施例的非机械光扫描光纤光刻机的另一结构示意图;
图6为本公开实施例的非机械光扫描光纤光刻机的另一结构示意图。
具体实施方式
为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本公开实施例的附图,对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本公开的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本公开保护的范围。
除非另外定义,本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。
为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明,本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。
本公开实施例涉及一种非机械光扫描光纤光刻机,其用于基于预先设置的用于光刻的设计版图在晶圆的光刻材料上通过曝光的方式实现光刻操作。如图1所示,图1示出了所述非机械光扫描光纤光刻机的结构示意图,非机械光扫描光纤光刻机包括控制装置1、激光光源2、光扫描系统3以及电驱动工件台4,所述控制装置1与所述激光光源2、所述光扫描系统3以及所述电驱动工件台4连接,且所述控制装置1能够基于设计版图控制所述光扫描系统3对所述激光光源2发射的激光进行偏转扫描以及控制所述电驱动工作台进行运动。
其中,这里的所述光刻材料例如是晶圆或者其他材料,所述晶圆设置在所述电驱动工件台4上,通过采用旋涂、喷胶或其它工艺在所述晶圆上涂覆光刻胶。所述激光光源2用于向位于所述电驱动工作台上的所述光刻材料发射激光以基于预先设计的设计版图实现曝光。激光光源2是一个光纤输出的激光光源2,曝光的光能量经过光扫描系统3后在位于电驱动工作台上涂覆光刻胶的晶圆上的写场内逐点扫描,每个扫描电上,激光光源2均能够输出于曝光需要的光能量匹配的激光脉冲,实现曝光功能以完成光刻操作。
具体的,用于发射激光的所述激光光源2包括电源以及激光器,这里的所述激光光源2可以采用多种激光器,例如固体激光器、半导体激光器或气体激光器,也可以是多个相同或者不同的激光器组成的阵列激光器,这里的所述激光光源2发射的激光的波长可以在193nm到436nm的范围内,发射激光的功率可以在1mW到100W的范围内,所述激光光源2的激光发射的方式可以是以向自由空间发射的方式或者以耦合光纤输出的方式,这里优选地采用能够以光纤输出方式发射激光的激光器。
其中激光光源2的传输光纤21是紫外光纤,它可以是单膜或多模光纤,其材质可以是有机光纤或石英光纤,优选单模石英光纤。传输光纤21传优选为输出端面有聚焦功能的光纤。
进一步地,所述控制装置1可以采用人机界面的方式进行控制。首先,例如通过图形软件设计出符合目标功能的集成电路/芯片的设计版图,或者基于第三方设计软件输入符合要求的集成电路的设计版图,并把所述设计版图按照加工工艺分解成多层的曝光图案,基于每层的曝光图案并根据光刻胶的类型(例如正胶或负胶、光刻胶的曝光感度)将曝光参数转换为光刻数据,这里的所述光刻数据是指针对所述光刻材料与实现曝光相关的数据,最后基于所述光刻数据生成针对所述光扫描系统3的光偏转控制信号11以及针对所述电驱动工件台4的工件台控制信号12。
控制装置1能够基于光偏转控制信号11控制光扫描系统3对激光光源2发出的激光进行偏转,从而使激光能够在对应的像素点上进行曝光;控制装置1通过所述工件台控制信号12控制所述电驱动工件台4进行运动以移动到每次的曝光位置从而实现曝光操作。这样,所述控制装置1能够通过所述光偏转控制信号11和所述工件台控制信号12同步控制所述光扫描系统3和所述电驱动工件台4,从而实现在设置在所述电驱动工作台上的所述光刻材料上的光刻胶上执行曝光操作,最终实现精密的光刻功能。
其中,如图2所示,所述控制装置1基于例如通过所述设计版图获取所述光刻材料需要的与曝光相关的数据,并通过将与曝光相关的数据通过DAC模块或者ADC模块分解为工作台控制信号和对应的光偏转控制信号11,其中,所述工作台控制信号集至少包括为满足光刻工艺需要的晶圆等光刻材料上所有曝光位置和不需要曝光位置的位置信息、每个曝光位置和不需要曝光位置的位置对应的所述电驱动工件台4上所述晶圆的位置的定位信息和驱动装置的移动控制数据;所述光偏转控制信号11集至少包括对应于每个曝光位置的激光偏转数据。
在一些实施例中,所述激光光源2还包括光强度调制器,所述光强度调制器与所述控制装置1相连,且所述控制装置1能够基于所述设计版图控制所述光强度调制器对所述激光光源2发出的激光进行强度调节。控制装置1在将曝光参数转换为光刻数据后,光刻数据中还包括光调制信号13,控制装置1能够基于光调制信号13对激光光源2进行调制,使其输出与曝光需要的光能量匹配的激光脉冲,实现曝光功能。
在一些实施例中,所述光强度调制器为电光调制器或声光调制器,其调制频率从1MHz到100GHz。
进一步地,所述控制装置1能够将所述设计版图按照加工工艺分解成多层图案,并基于每层图案生成光刻数据,基于所述光刻数据生成针对所述光扫描系统3的光偏转控制信号11以及针对所述电驱动控制台的工件台控制信号12。控制装置1能够根据不同的光刻数据依次对激光光源2、光扫描系统3及电驱动控制台进行控制,同步实现对应位置的曝光,进一步增加曝光精度。
在一些实施例中,所述光扫描系统3为电光光扫描系统3或声光光扫描系统3。优选为声光扫描系统3,其扫描频率是1MHz-5GHz。
在一些实施例中,所述光扫描系统3包括入射聚焦透镜系统、光扫描器31和出射透镜聚焦系统,所述激光光源2发射的激光经过所述入射聚焦透镜系统后聚焦于所述光扫描器31上,所述出射透镜聚焦系统将所述光扫描器31上的激光聚焦于设定位置。
在一些实施例中,所述激光光源2包括传输光纤21和超表面透镜22,所述光扫描系统3包括光扫描器31和出射透镜聚焦系统,所述激光光源2发射的激光在所述传输光纤21的传输下经过所述超表面透镜22后聚焦于所述光扫描器31上,所述出射透镜聚焦系统将所述光扫描器31上的激光聚焦于设定位置。
在一些实施例中,所述激光光源2包括多根传输光纤21,所有所述传输光纤21阵列分布,所述光扫描系统3包括多个光扫描器31,且每一所述光扫描器31与至少一个所述传输光纤21对应设置。其中多根光纤在空间上阵列分布,它们的曝光激光在对应的光扫描器31的作用下同时覆盖若干个写场。控制装置1把晶圆需要曝光的光刻数据分解成多个写场信息、每根光纤和它对应的写场内的像素点的光偏转控制信号11和对应像素点上每根光纤的光强度控制信号。其中,光纤的数量由光强度调制器和光扫描系统3的频率中最低的频率进行确定。将多根传输光纤21在空间上阵列分布,使它们的曝光脉冲覆盖同一个或相邻的光扫描系统3的扫描范围覆盖的写场中,控制装置1把晶圆需要曝光的数据分解成写场信息(对应于工件台控制信号12),每根光纤和它对应的写场内的像素点的位置信息(对应于光扫描系统3的光偏转控制信号11)和对应像素点上每根光纤的曝光光强度信息(对应于光强度控制信号)。电驱动马达在工件台控制信号12的控制下,把本次工艺光刻需要的晶圆上对应的写场定位到非机械光扫描系统3下方;晶圆上对应的写场到达非机械光扫描系统3的焦平面位置后,控制装置1的光偏转控制信号11控制非机械光扫描系统3,使每根光纤的曝光光脉冲依次在各自的每个像素点位置偏转,在对每一个的像素点,控制装置1利用光强度调制信号控制到达该像素点的光脉冲,完成曝光点位的光刻。完成这一次写场上所有像素点位置的扫描控制后,控制装置1再控制马达台的移动,把晶圆运送到下一个需要曝光的写场位置,并重复曝光需要的扫描和光强度调制,完成整个晶圆上的当次曝光。如果由10x10共100根光纤,原则上可以把300nm分辨率的曝光产率提高到每分钟200平方厘米,能满足芯片生产和芯片封装产线的需要。
具体的,如图3所示,所述传输光纤21包括用于传输光束的光纤芯211,在所述光纤芯211的外侧包围设置光纤包层212;这里的所述光纤芯211和所述光纤包层212可以采用适合的例如对193nm-2um波长范围的光束的吸收系数小的任意材料制成。其中,这里的所述光纤芯211可以采用掺杂的石英材料制成,优选地,所述光纤芯211采用CaF2或掺杂的CaF2制成,这里的所述光纤包层212可以采用非掺杂的石英材料制成,优选地,所述光纤包层212采用石英或CaF2材料制成。
在所述光纤包层212的出射端的外侧设置透镜结构213,所述透镜结构213可以具有弧形外凸的结构,在所述透镜结构213的外侧具有焦平面214,所述透镜结构213用于使所述曝光激光在所述透镜结构213的所述焦平面214上形成高度聚焦的光刻光束的高斯束斑。这里的所述透镜结构213例如可以是用于光纤曝光的聚焦透镜;具体地,所述透镜结构213可以是采用化学刻蚀法等在所述光纤芯211的端面上形成光纤透镜,也可以是采用例如微纳加工技术在所述光纤包层212的端面上形成的超表面透镜。
本发明揭示非机械光扫描光纤光刻机甚至可以采用复数根光纤组成复数个阵列,每个阵列由复数根光纤;光扫描系统3采用复数个声光扫描器31组成阵列。每个扫描器对应与一个光纤阵列。如图6所示。如果有10x10个声光扫描器31,每个扫描器有10x10根光纤,那300nm分辨率的加工产率可以到达每分钟2平方米,能满足各类大型显示器的生产需要和高端芯片封装的需要。
在一些实施例中,所述电驱动工件台4包括多个驱动装置以实现光刻材料上的曝光位置在XYZ三个轴向的定位和控制,这里的所述驱动装置例如可以是电机单元,其中,X轴和Y轴位于所述光聚焦阵列实现光信号聚焦的焦平面或与所述焦平面平行的平面上,Z轴在沿与该焦平面垂直的方向。
进一步地,所述电驱动工件台4在Z轴方向上的定位和控制精度为100nm-10um量级。为此,对于Z轴方向上的运动控制可以优选采用步进电机,也可以采用压电电机实现,这里的所述电机单元控制所述电驱动工件台4运动的最大位移量在5mm到50mm之间;
所述电驱动工件台4的在X轴和Y轴方向上的运动分别由两组独立的电机单元控制,每组所述电机单元至少包括步进电机和压电电机,每组所述电机单元的定位精度例如可以由激光干涉器实现,例如利用激光干涉器发射的定位信号和压电电机的驱动信号组成闭环控制信号以控制定位精度,这样,使得位于焦平面内的X轴和Y轴两个轴向的定位和控制精度控制在2nm到1um之间,所述电机单元控制所述电驱动工件台4的运动最大位移量为50mm到320mm。当然,所述电驱动工件台4也可以具有焦平面内的转动和XY面法线偏离聚焦光线的倾斜定位和控制能力。
本公开实施例能够实现例如在晶圆或其他材料等光刻材料的表面形成大面积并且高精度的微纳结构,从而满足例如集成电路和其它微纳系统的研究、研发和生产需要。
本公开实施例涉及的所述光纤阵列光刻机采用193nm到436nm范围的激光光源2,通利用电光或声光调制器对激光进行光强度和开关调制,调制的频率可以达到100GHz,利用光强度调制和非机械光扫描系统3的同步实现在涂覆光刻胶的半导体晶圆或其他研发试样上形成大面积的微米纳米级图案,满足芯片生产的需要。具体地,本公开实施例涉及的所述非机械光扫描光纤光刻机通过以下的方案实现光刻功能。
(1)在例如半导体晶圆或其它需要光刻的材料的表面涂覆上具有理想厚度的光刻胶,并经过烘烤等方式将光刻胶固化后将所述光刻材料设置在所述电驱动工件台4上,所述电驱动工件台4通过控制Z轴方向运动的驱动装置实现Z轴方向上的移动和定位,其中,将光刻胶定位在所述光扫描系统3所形成的焦平面内。
(2)在所述控制装置1内置的设计软件上设计用于芯片或微纳系统的设计版图,或者将通过第三方软件设计得到的设计版图经过转化后导入到所述控制装置1中;其中,所述控制装置1将用于芯片或者微纳系统的设计版图按照加工工艺分解成多层图案,并基于每层图案生成光刻数据。
其中,所述控制装置1基于所述设计版图获取光刻操作需要的与实现曝光相关的光刻数据,并按需要把每个光刻数据分解成若干个写场。控制装置1将晶圆需要曝光的数据分解成光偏转控制信号11、工作台控制信号和光强控制信号,其中,所述工作台控制信号至少包括为满足工艺光刻需要的晶圆等光刻材料上所有曝光位置和不需要曝光位置的位置信息、每个位置对应的所述电驱动工件台4上光刻材料的位置的定位和驱动装置的移动控制数据;所述光偏转控制信号11集至少包括对应于每个曝光位置的激光偏转数据;光调制信号13至少包括激光光源2进行调制,使其输出与曝光需要的光能量匹配的激光脉冲。
(3)当例如涂覆有光刻材料的晶圆等通过所述电驱动工件台4移动到所述光扫描系统3的焦平面的位置后,所述控制装置1基于所述工件台控制信号12控制所述电驱动工件台4在X轴和Y轴方向上移动,并把所述光刻材料移动到初始曝光点位置后,根据光偏转控制信号11中每个曝光位置对应的激光偏转数据,从而基于光偏转控制信号11进行偏转,最终完成在当前曝光位置的光刻操作;
所述控制装置1继续控制所述电驱动工件台4在焦平面内移动,把涂覆有光刻胶的半导体晶圆等移动到本次光刻数据中的下一个曝光位置,并执行光偏转控制信号11中的偏转数据和光调制信号13的光强调节,则完成当次晶圆的光刻。
(4)完成当次光刻后,晶圆等所述光刻材料通过所述电驱动工件台4退出光纤光刻机后,进入显影、定影后其他的刻蚀或镀膜或离子注入、退火或其他相关工艺后,这样将完成本次光刻操作的所有工艺步骤。
(5)根据芯片或者微纳系统的设计版图或工艺线的实际情况,重复上述(1)-(3)的步骤,即可完成芯片或者微纳系统的光刻工艺。
本公开实施例采用193nm到436nm范围的激光光源2作为光刻光,利用电光或声光调制器对激光进行光强度和开关调制,调制的频率可以达到100GHz;进一步地由多根光纤构成阵列并行加工,进一步提高曝光产率;利用光强度调制和非机械光扫描的同步实现在涂覆光刻胶的半导体晶圆或其他研发试样上形成大面积的微米纳米级图案。尤其,在本实施例中采用光纤阵列实现多束并行光刻,提高光刻机的生产率。本公开实施例可以从芯片设计的版图直接实现光刻,不需要光刻掩模板,实现芯片的数字化生产。本公开实施例适用于集成电路或其它类似集成微纳系统研究、研发和生产。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解,本公开中所涉及的公开范围,并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案,同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下,由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
此外,虽然采用特定次序描绘了各操作,但是这不应当理解为要求这些操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行来执行。在一定环境下,多任务和并行处理可能是有利的。同样地,虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节,但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实施例中。相反地,在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实施例中。
尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题,但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反,上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。
以上对本公开多个实施例进行了详细说明,但本公开不限于这些具体的实施例,本领域技术人员在本公开构思的基础上,能够做出多种变型和修改实施例,这些变型和修改都应落入本公开所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种非机械光扫描光纤光刻机,其特征在于,包括控制装置、激光光源、光扫描系统以及电驱动工件台,所述控制装置与所述激光光源、所述光扫描系统以及所述电驱动工件台连接,且所述控制装置能够基于设计版图控制所述光扫描系统对所述激光光源发射的激光进行偏转扫描以及控制所述电驱动工作台进行运动。
2.根据权利要求1所述的非机械光扫描光纤光刻机,其特征在于,所述控制装置能够将所述设计版图按照加工工艺分解成多层图案,并基于每层图案生成光刻数据,基于所述光刻数据生成针对所述光扫描系统的光偏转控制信号以及针对所述电驱动控制台的工件台控制信号。
3.根据权利要求1所述的非机械光扫描光纤光刻机,其特征在于,所述光扫描系统为电光光扫描系统或声光光扫描系统。
4.根据权利要求1所述的非机械光扫描光纤光刻机,其特征在于,所述光扫描系统包括入射聚焦透镜系统、光扫描器和出射透镜聚焦系统,所述激光光源发射的激光经过所述入射聚焦透镜系统后聚焦于所述光扫描器上,所述出射透镜聚焦系统将所述光扫描器上的激光聚焦于设定位置。
5.根据权利要求1所述的非机械光扫描光纤光刻机,其特征在于,所述激光光源包括传输光纤和超表面透镜,所述光扫描系统包括光扫描器和出射透镜聚焦系统,所述激光光源发射的激光在所述传输光纤的传输下经过所述超表面透镜后聚焦于所述光扫描器上,所述出射透镜聚焦系统将所述光扫描器上的激光聚焦于设定位置。
6.根据权利要求1所述的非机械光扫描光纤光刻机,其特征在于,所述激光光源还包括光强度调制器,所述光强度调制器与所述控制装置相连,且所述控制装置能够基于所述设计版图控制所述光强度调制器对所述激光光源发出的激光进行强度调节。
7.根据权利要求6所述的非机械光扫描光纤光刻机,其特征在于,所述光强度调制器为电光调制器或声光调制器。
8.根据权利要求1所述的非机械光扫描光纤光刻机,其特征在于,所述激光光源采用固体激光器、半导体激光器、气体激光器中的任意一种或者采用多个相同或者不同的连续激光器组成的激光器阵列。
9.根据权利要求1所述的非机械光扫描光纤光刻机,其特征在于,所述激光光源包括多根传输光纤,所有所述传输光纤阵列分布,所述光扫描系统包括多个光扫描器,且每一所述光扫描器与至少一个所述传输光纤对应设置。
10.根据权利要求1所述的非机械光扫描光纤光刻机,其特征在于,所述电驱动工件台包括多个驱动装置以实现光刻材料上的曝光位置在XYZ三个轴向的定位和控制,其中,X轴和Y轴位于所述光聚焦阵列实现光信号聚焦的焦平面或与所述焦平面平行的平面上,Z轴在沿与该焦平面垂直的方向。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210805811.3A CN115128912A (zh) | 2022-07-08 | 2022-07-08 | 一种非机械光扫描光纤光刻机 |
PCT/CN2022/131026 WO2024007502A1 (zh) | 2022-07-08 | 2022-11-10 | 一种非机械光扫描光纤光刻机 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210805811.3A CN115128912A (zh) | 2022-07-08 | 2022-07-08 | 一种非机械光扫描光纤光刻机 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115128912A true CN115128912A (zh) | 2022-09-30 |
Family
ID=83381005
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210805811.3A Pending CN115128912A (zh) | 2022-07-08 | 2022-07-08 | 一种非机械光扫描光纤光刻机 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115128912A (zh) |
WO (1) | WO2024007502A1 (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116626996A (zh) * | 2023-05-23 | 2023-08-22 | 无锡物联网创新中心有限公司 | 一种基于光纤阵列的深紫外光刻机 |
WO2024007501A1 (zh) * | 2022-07-08 | 2024-01-11 | 西湖大学 | 一种声光扫描超分辨光纤光刻机 |
WO2024007502A1 (zh) * | 2022-07-08 | 2024-01-11 | 西湖大学 | 一种非机械光扫描光纤光刻机 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1677245A (zh) * | 2004-03-31 | 2005-10-05 | Hoya株式会社 | 激光绘图装置、激光绘图方法以及光掩模的制造方法 |
CN112631078A (zh) * | 2019-10-08 | 2021-04-09 | 旭东机械工业股份有限公司 | 反射式无掩膜激光直写曝光机 |
CN114488715A (zh) * | 2022-02-18 | 2022-05-13 | 西湖大学 | 一种光纤阵列光刻机 |
CN114488713A (zh) * | 2022-02-18 | 2022-05-13 | 西湖大学 | 一种光刻机以及物理光刻方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113189848B (zh) * | 2021-04-21 | 2024-02-13 | 之江实验室 | 一种基于光纤阵列的多通道并行式超分辨直写式光刻系统 |
CN113189847B (zh) * | 2021-04-21 | 2024-04-12 | 之江实验室 | 基于光纤选模耦合器的多通道并行式超分辨直写光刻系统 |
CN115061338A (zh) * | 2022-07-08 | 2022-09-16 | 西湖大学 | 一种声光扫描超分辨光纤光刻机 |
CN115128912A (zh) * | 2022-07-08 | 2022-09-30 | 西湖大学 | 一种非机械光扫描光纤光刻机 |
-
2022
- 2022-07-08 CN CN202210805811.3A patent/CN115128912A/zh active Pending
- 2022-11-10 WO PCT/CN2022/131026 patent/WO2024007502A1/zh unknown
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1677245A (zh) * | 2004-03-31 | 2005-10-05 | Hoya株式会社 | 激光绘图装置、激光绘图方法以及光掩模的制造方法 |
CN112631078A (zh) * | 2019-10-08 | 2021-04-09 | 旭东机械工业股份有限公司 | 反射式无掩膜激光直写曝光机 |
CN114488715A (zh) * | 2022-02-18 | 2022-05-13 | 西湖大学 | 一种光纤阵列光刻机 |
CN114488713A (zh) * | 2022-02-18 | 2022-05-13 | 西湖大学 | 一种光刻机以及物理光刻方法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024007501A1 (zh) * | 2022-07-08 | 2024-01-11 | 西湖大学 | 一种声光扫描超分辨光纤光刻机 |
WO2024007502A1 (zh) * | 2022-07-08 | 2024-01-11 | 西湖大学 | 一种非机械光扫描光纤光刻机 |
CN116626996A (zh) * | 2023-05-23 | 2023-08-22 | 无锡物联网创新中心有限公司 | 一种基于光纤阵列的深紫外光刻机 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2024007502A1 (zh) | 2024-01-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN114488715B (zh) | 一种光纤阵列光刻机 | |
CN115128912A (zh) | 一种非机械光扫描光纤光刻机 | |
CN114488714B (zh) | 一种光纤阵列光刻机 | |
WO2024007501A1 (zh) | 一种声光扫描超分辨光纤光刻机 | |
JP5988537B2 (ja) | 荷電粒子線露光装置及びデバイス製造方法 | |
US5109149A (en) | Laser, direct-write integrated circuit production system | |
JP3052587B2 (ja) | 露光装置 | |
KR100738262B1 (ko) | 포토리소그래피와 전자빔 리소그래피의 하이브리드 장치 및 그 동작 방법 | |
EP3330798B1 (en) | Maskless photolithographic system in cooperative working mode for cross-scale structure | |
US20120219914A1 (en) | Drawing apparatus, drawing method and method of manufacturing article | |
CN111580346B (zh) | Dmd光刻系统中倾角及放大倍率的测量和校正方法 | |
CN109774128B (zh) | 基于dmd的光刻与打印一体化设备及其构建方法 | |
US4814830A (en) | Flat panel display device and manufacturing of the same | |
JP2008182115A (ja) | 露光方法及び露光装置並びにマイクロデバイスの製造方法 | |
CN112578645B (zh) | 无掩模激光直写系统及无掩模激光直写方法 | |
Chan et al. | Development and applications of a laser writing lithography system for maskless patterning | |
CN111886543B (zh) | 具有可变强度二极管的空间光调制器 | |
KR100816494B1 (ko) | 마스크리스 노광기 및 이를 이용한 표시장치용 기판의 제조방법 | |
US7952684B2 (en) | Light-modulating nano/micro scale aperture array device having immersion layer and high speed nano scale pattern recording system using the same | |
CN114995073A (zh) | 光电发射多束电子束曝光机 | |
US20040240813A1 (en) | Pattern writing apparatus | |
KR20110095571A (ko) | 디지털 노광 방법 및 이를 수행하기 위한 디지털 노광 장치 | |
CN114442440A (zh) | 一种光刻机 | |
CN101158817A (zh) | 具有对焦机构的新型直写光刻装置 | |
KR100904039B1 (ko) | 멀티헤드 레이저 다이렉트 이미징 시스템 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |