CN201159831Y - 具有led光源的直写光刻机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体技术中的微细加工设备，即具有LED光源的直写光刻机。解决了现有光源使用寿命短、耗电高、温度高和体积大的问题。本实用新型直写光刻机采用发光二极管光源，所述发光二极管光源通过电路板设于铜制散热块上，铜制散热块底部设有位置调节机构。本实用新型发光二极管光源寿命长达20000个小时；其发热量非常低，大大降低了整个温控系统的设计难度；光路中不需要加装以往汞灯光路中必须要加装的滤光片、波段反射镜等光学部件，光功率的利用效率更高，光路设计更加简化，使得整机的体积缩小，结构更加紧凑，降低整机成本。

Description

具有LED光源的直写光刻机

技术领域

本实用新型涉及一种半导体技术中的微细加工设备，即光刻机。

背景技术

光刻机是用于在晶片、印刷电路板、掩膜板、平板显示器、生物晶片、微机械电子晶片、光学玻璃平板等衬底材料上印刷构图的设备。光刻机曝光光源部分是各种接近式、步进重复式、步进扫描式光刻机的重要部件之一，其曝光量、寿命、均匀性、发热量都直接和其他各部件的设计相关。光源影响着光刻机使用的最终关键特征尺寸的质量，使用和维护成本等问题。从目前主要光刻机供应商的产品来看，在光刻分辨率0.28μm以上的光刻机中，主要以超高压汞灯作为照明光源(365nm、I line)，一般来说都具有2000W以上的功率。现在光刻机光源主要存在如下的问题：

1、寿命短。光刻机用的超高压汞灯在实际使用过程中寿命仅仅为1800小时左右。由于光刻机整机的预热较长，开启后，汞灯就不能关闭，这样就需要每隔二个多月就更换一次。除此之外，汞灯在光路中的位置是非常敏感的，会直接影响到曝光的均匀性，这也需要厂家的专业人员进行操作和维护。这都折算在光刻机运营成本当中，这也是光刻机“娇贵”的一个方面。如果有一种方法，能够提高光刻寿命，免除频繁的更换的瓶颈，将大大提高持续工作时间，降低光刻机的使用成本。

2、温度高。在整机装配中，光路的各部件都有着严格的制冷和温度要求，而汞灯在使用中温度高达上千度，这个热量对各部件的影响也是非常大的，增加了机体内的发热量。所以在光刻机照明设计中，对光源的制冷和温控进行了很大工作的设计。尤其是需要水制冷，附加的水泵，真空管等附件更是增加了整机的复杂性。

3、耗电高。超高压汞灯一般需要2000W以上的功率，属于一种高耗能非绿色的光源。

4、体积大。汞灯是立体全方位角度的照射，需要较大的椭圆反射镜来收集光束，光路比较负责，再加上汞灯大耗能，高热量的特点，照明部分需要增加电源供给、水冷散热、滤镜等诸多附件，一台光刻机，照明部分要占到光学部件的1/2以上。光刻机体积难以缩小，给运输和厂房建设等都带来了不利的影响。

5、在激光直写式光刻机中，光源为激光光源，激光是相干性非常好的光源，由于相干性会给最后的成像光斑带来问题，会产生散斑，成像的解析力不高。一般来说，光刻波长的激光器都非常昂贵，高成本也是激光直写式光刻机面临的一大问题。

实用新型内容

为了解决在0.28μm以上的工艺用的直写光刻机中，超高压汞灯和激光作为曝光光源具有很多难以克服的缺点，提高直写光刻机的整体性能，本实用新型提供一种具有LED光源的直写光刻机。

具体光源结构改进方案如下：

具有LED光源的直写光刻机，包括光源、聚光透镜组、孔径光、聚光透镜、全反射镜、数字掩模版和晶圆表面，其中光源、聚光透镜组、孔径光和聚光透镜位于同一轴线上，且与全反射镜对应，全反射镜与一侧上方的数字掩模版对应，数字掩模版通过其下方的投影光路与晶圆表面对应，其特征在于：

所述光源为发光二极管光源。

所述发光二极管光源通过电路板设于铜制散热块上，铜制散热块底部设有位置调节机构。

本实用新型的有益技术效果体现在下述几个方面：

1、使用寿命长。

目前使用的光刻机超高压汞灯光源的寿命为1800小时，而发光二极管LED作为光源寿命长达20000个小时。而且在曝光过程中，是用电控开关作为曝光剂量的控制，不需要光源开机后长明，只有在曝光中，才根据需要间歇的点亮，从理论上推算在整个光刻机寿命中，是不需要更换光源的。免除了维护和频繁更换的过程。

2、发热量低。

发光二极管的发热量非常低，在设计散热部件时，只需要一个散热块的简单设计就可以解决。发热量在机体内对别的部件几乎没有影响，这大大降低了整个温控系统的设计难度。

3、功率小耗电低，发光效率高。

LED发光的方向性好，大部分光功率都可以进入到光路中。从晶圆所需曝光剂量来反推所需LED的功率只需1W左右。和以前2000W的汞灯相比大大降低了驱动控制组件设计的难度。虽然目前汞灯光刻的曝光区域比LED大一些，但是LED技术的发展很快，今后产品改进和换代也是非常便利。

4、取消滤光片和波长反射镜等滤光器件。

LED发光的波长带宽窄，功率可以集中在10nm波段范围之内，光路中不需要加装以往汞灯光路中必须要加装的滤光片、波段反射镜等光学部件，光功率的利用效率更高，光路设计更加简化。

5、取消快门、实现电控曝光时间。

汞灯曝光光路是开机后长明，曝光过程中使用快门进行控制曝光剂量。而LED的响应速度高，功率稳定性好，用电控就可以对LED点亮和关闭进行控制。这样就不仅可以取消快门，还大大提升光源整体寿命，节省电源的损耗。

6、减小体积，整机结构更加紧凑。

由前面所述，在光路中，减少了很多以前必须加装的光学部件，大大简化了光路，使得整机的体积缩小，结构更加紧凑。

7、LED光源是非相干光，和激光为光源不同，不会给最终的成像带来散斑，能够提高最终成像的解析力，也不需要激光照明所需要振镜等装置。

8、和汞灯激光灯等各种光刻光源相比，LED具有费用低廉的优点，可以降低整机成本。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为LED光源与散热部件结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步地说明。

实施例：

参见图1，具有LED光源的直写光刻机照明系统包括光源1、聚光透镜组2、孔径光栏3、聚光透镜4、全反射镜5、数字掩模版6和晶圆表面8，其中光源1、聚光透镜组2、孔径光栏3和聚光透镜4位于同一轴线上，且与全反射镜5对应，全反射镜5与一侧上方的数字掩模板6对应，数字掩模板6通过其下方的投影光路7与晶圆表面8对应。

光源1为发光二极管光源。

发光二极管光源1通过电路板9安装于铜制散热块10上，铜制散热块10底部设有位置调节机构。

直写光刻机使用高功率发光二极管(LED)作为曝光光源，发光二极管(LED)出射光经过一组聚光镜片组，再经过一个全反光镜5(反光镜是用于紧凑整个照明光路的布局和摆放)，经过反射的光再经过一片聚光镜，最后功率均匀的分布在数字掩模板6和后段光路7。聚光镜片组是由四片平凸透镜组成的聚光透镜组2和一片聚光透镜4组成，用来汇聚光源发出的光线，使光能能够充分利用，。

由于发光二极管(LED)发热量很小，设计了一个铜制散热块，直写光刻机使用过程中发光二极管(LED)粘贴在散热用的铜制散热块之上。在发光二极管(LED)和散热块之间是一层PCB电路板9，发光二极管(LED)的曝光时间是由一个驱动电路11进行控制，见图2。

由于发光二极管(LED)的空间位置对后段晶圆表面成像的均匀性非常敏感，所以在发光二极管(LED)的放置光路中具备一个5轴位置调节机构：X、Y、Z轴方向、俯仰、左右偏斜角度共5轴。这个调节机构用于调节最终光路中成像光斑的均匀性。

在光刻机光路中没有设置控制曝光时间的快门机构，这是由于发光二极管(LED)具有良好的快速点亮时间，在很短的时间内就可以稳定光功率的出射，发光二极管(LED)的曝光时间是由驱动电路的软件控制的，在非曝光时间都是关闭的，这又为发光二极管(LED)大大增加了寿命时间。

Claims (2)

1、具有LED光源的直写光刻机，包括光源、聚光透镜组、孔径光、聚光透镜、全反射镜、数字掩模版和晶圆表面，其中光源、聚光透镜组、孔径光和聚光透镜位于同一轴线上，且与全反射镜对应，全反射镜与一侧上方的数字掩模版对应，数字掩模版通过其下方的投影光路与晶圆表面对应，其特征在于：

所述光源为发光二极管光源。

2、根据权利要求1所述的具有LED光源的直写光刻机，其特征在于：所述发光二极管光源通过电路板设于铜制散热块上，铜制散热块底部设有位置调节机构。

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