CN203825365U - 一种新型高速数字扫描直写光刻装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速数字扫描直写光刻装置，包括光源，光学照明系统，可编程图形发生器，投影光学系统，高速精密移动平台等五部分。曝光光束从光源发出，进入光学照明系统，准直成平行均匀的面光源投影至可编程图形发生器，而此时可编程图形发生器上的图形信息伴随光线进入投影光学系统，曝光光线穿过投影光学系统，最后投影成像在高速精密移动平台的基底上。本实用新型可以省去掩膜版或菲林版的加工工序，并能数十倍的提升可编辑图形发生器的刷新频率，从而提高产品的加工速率，改善了产品加工的良率。制作工艺简单，降低了产品的生产成本。

Description

一种新型高速数字扫描直写光刻装置

技术领域

本实用新型涉及半导体加工(包括电路板制造PCB、平板显示器FPD、发光二极管LED、印刷CTS及CTcP(CTP)、光掩模版等使用半导体加工工艺的加工领域)所应用的光刻技术领域，具体涉及一种高速数字扫描直写光刻装置。

背景技术

光刻装置是通过光学系统将特殊定义的结构图形″刻″在涂有感光物质的基片(也可称为基底)上，用来产生电路图案的设备，是半导体和PCB等加工中装备中最关键的设备。基片可包括用于制造半导体器件硅片或掩膜版、平面显示器(例如液晶显示器)掩膜版、印刷电路板(PCB)、发光二极管(LED)衬底、生物芯片、微电子机械系统(MEMS)、光电子线路芯片或光掩膜版等基片。本领域的技术人员应该理解，这些仅是举例说明，并没有包含全部，还应用在本领域技术人员已知的其他类型基片。

光刻技术是光学设计加工、精密机械设计加工，电子及计算机控制系统等领域高度集成的尖端科技技术，目前主要被欧、美、日等发达国家与地区所控制。

直写光刻装置是一种综合式的无掩膜光刻技术，是当代半导体加工工艺中最核心的技术之一，目前主要应用于高端HDI和高良率封装线路板、PSS衬底、MEMS制造和电子封装以及大规模集成电路用光掩膜版加工等领域，提供了更加经济高效的加工装备和工艺流程。

以往，无掩膜光刻设备采用的是声光调制器(AOM)和声光偏转器(AOD)作为图形调制的技术。该技术是利用声光效应来进行光调制的器件，它有两个特点：其一，写入信息的空间分布不是固定的，而是以声速在缓慢地运动；其二，写入信息只沿一维空间(平行于声波的传播方向)分布，因此声光空间调制器适宜用来进行一维图像(或信息)的光学并行处理。

目前，国际上最新的无掩膜光刻技术是利用空间光调制器(SLM)技术，该技术可用电脑同时控制数千至数百万的像素位置，产生所需加工的二维面阵信息，具有加工速度快、产能高的优势。

本实用新型与其他SLM技术使用的图形发生器不同，目前SLM技术中使用的图像发生器多采用M*N个像素结构(M>1，N>1)，由于同时驱动两列或以上图像单元，极大限制图像发生器的刷新频率，使的产能出现瓶颈。本实用新型使用一种新的图形发生器，能数十倍提升频率，极大提升产能。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种能提高光刻效率的新型高速数字扫描直写光刻装置。

为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是：一种新型高速数字扫描直写光刻装置，包含有光源、光学照明系统、可编程图形发生器、投影光学系统、高速精密移动平台，曝光光线从光源发出，经光学照明系统后投影至可编程的图形发生器，可编程发生器上预设的图形信息随着曝光光线进入投影光学系统，最后投影在高速精密移动平台的基底上，所述光源、所述光学照明系统和所述图形发生器同轴。

所述光源为波长在436nm及其以下的紫外光源，是激光、LED、LD或者汞灯。

所述光学照明系统将入射光源准直成平行均匀的面光源。

所述可编程图形发生器是反射、衍射或透射器件。

所述可编程图形发生器为单列像素阵列，共计包含N个像素，N不小于1，图形单元为N*1结构。

所述可编程发生器的每个像素都由活动部件和固定部件两部分组成。

所述可编程发生器处于非工作状态时，所述活动部件和所述固定部件处于同一高度；所述可编程发生器处于工作状态时，所述活动部件和所述固定部件处于不同的高度。

所述投影光学系统包括由透镜或透镜组组成的投影镜头，对应设于所述可编程图形发生器一侧。

曝光的方式为高速扫描，一次扫描条带能曝光宽度为L的曝光条带，设定单个像素尺寸a，投影光学系统倍率M，则曝光条带宽度L为：L＝N*a*M。

本实用新型的有益效果是：可以省去掩膜版或菲林版的加工工序，并能数十倍的提升可编辑图形发生器的刷新频率，从而提高产品的加工速率，改善了产品加工的良率。制作工艺简单，降低了生产成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为可编程图形发生器非工作状态示意图(侧视图)。

图3为可编程图形发生器工作状态示意图(侧视图)。

图4为直写曝光工作原理图。

图5为本实用新型的另一种实施例。

图中：1、光源，2、光学照明系统，3、可编程图形发生器，4、投影光学系统，5、高速精密移动平台，21、水平方向，22、垂直方向，6、基底，31、活动部件，32、固定部件，11、入射光，12、反射光，13、+1级衍射光，14、-1级衍射光，7.1、第一个扫描条带，7.2、下一个条带，7.3、条带。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型所述的一种新型高速数字扫描直写光刻装置作进一步的详细描述。

本实用新型的目的是提供一种高速数字扫描直写光刻装置，其克服了直写式光刻技术原有的加工效率低下的缺点，整合无掩膜的优势，为直写式光刻技术在半导体加工(包括PCB、FPD、LED、光掩模板等使用半导体加工工艺的加工领域)中的工业化应用提供一种方法。其具体实施方法和原理如下所述：

如图1所示，新型高速数字扫描直写光刻装置，包括有光源1，一个用于提供照射光束的光学照明系统2，一个可编程图形发生器3，一个投影光学系统4，一个高速精密移动平台5五个子系统组成。其中光源1、光学照明系统2和图形发生器3同轴，投影光学系统4可包括透镜或透镜组和及其组成的投影镜头，对应设于可编程的图形发生器3一侧。光源1为波长在436nm及其以下的紫外光源，可以是激光、LED、LD或者汞灯。高速精密移动平台5在水平面方向能够沿着水平方向21和垂直方向22高速运动。

实际直写曝光过程中，一方面，可编程图形发生器3接收到控制电脑或服务器等数据源传输过来的数据，实时产生需要曝光的图形。另一方面，曝光光线从光源1发出，进入光学照明系统2，产生匀直的面光源投影至图形发生器3，而此时可编程图形发生器3上的图形信息伴随曝光光线进入投影光学系统4，曝光光线穿过投影光路最后投影成像在高速精密移动平台5所载的基底6上。此过程，高速精密移动平台5沿垂直方向22做匀速扫描运动，此为最基本的直写扫描光刻装置工作原理。

可编程图形发生器3为单列像素阵列，共计包含N个像素(N>＝1)，图形单元为N*1结构。其中每个像素分别由活动部件31和固定部件32两部分组成，单个像素尺寸为a。图2显示，当图像发生器处于非工作状态，活动部件31和固定部件32处于同一高度，当入射光11垂直入射时，光源将全部反射入射光，反射光12沿原方向返回。图3中显示，当图像发生器处于工作状态时，活动部件31将沿底部下降一段距离，此时当入射光11垂直入射时，将会产生衍射现象，一部分光源形成反射光12沿原方向返回，另外还将产生+1级衍射光13及-1级衍射光14。新型高速数字扫描直写光刻装置使用+1级衍射光13或者-1级衍射光14产生光刻图案，替代传统的掩膜的作用。

如图4所示，新型高速数字扫描直写光刻装置在直写曝光过程中，一方面，可编程图形发生器3接收到控制电脑或服务器等数据源传输过来的数据，实时产生需要曝光的图形，另一方面，曝光光线从光源1发出，经过光学照明系统2，产生均匀的面光源投影至图形发生器3，实时把图形发生器3上的图形信息投影成像在高速精密移动平台5所载的基底6上。其中设备扫描方向为垂直方向22。当第一个扫描条带7.1完成曝光，高速精密平台5沿水平方向21移动距离L曝光下一个条带7.2，其中L为单次扫描条带宽度，设定单个像素尺寸a，投影光学系统倍率M，图像发生器有N*1个像素，则宽度曝光带L：

L＝N*a*M

其中M>1或者M<1都是允许的。假设曝光扫描在条带7.3时曝光起始位置为A，经过一段时间t后扫描到位置B，设定位置A与位置B之间的距离为s，曝光扫描速度是v，则：

v＝s/t

如图5所示，此为本实用新型的另一种使用示例，包含有光源1，一个用于提供照射光束的光学照明系统2，一个可编程图形发生器3，一个投影光学系统4，一个高速精密移动平台5等五个子系统组成，其中图形发生器3为透射装置。当可编程图像发生器3处于非工作状态时，光束无法通过；当可编程图形发生器3处于工作状态时，光速能够通过可编程图过发生器3进入投影光学系统4。最后将需要曝光的图形投影成像在高速精密移动平台5上。也可以根据需求，通过特定的编码或编程使可编程图形发生器3的某一区域处于工作状态，而其他的区域处于非工作状态，来产生不同的数字掩膜图案。

上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本实用新型；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种新型高速数字扫描直写光刻装置，包含有光源、光学照明系统、可编程图形发生器、投影光学系统、高速精密移动平台，曝光光线从光源发出，经光学照明系统后投影至可编程的图形发生器，可编程发生器上预设的图形信息随着曝光光线进入投影光学系统，最后投影在高速精密移动平台的基底上，其特征在于：所述光源、所述光学照明系统和所述图形发生器同轴。 

2.根据权利要求1所述的一种新型高速数字扫描直写光刻装置，其特征在于：所述光源为波长在436nm及其以下的紫外光源，是激光、LED、LD或者汞灯。 

3.根据权利要求1所述的一种新型高速数字扫描直写光刻装置，其特征在于：所述光学照明系统将入射光源准直成平行均匀的面光源。 

4.根据权利要求1所述的新型高速数字扫描直写光刻装置，其特征在于：所述可编程图形发生器是反射、衍射或透射器件。 

5.根据权利要求4所述的新型高速数字扫描直写光刻装置，其特征在于：所述可编程图形发生器为单列像素阵列，共计包含N个像素，N不小于1，图形单元为N*1结构。 

6.根据权利要求5所述的新型高速数字扫描直写光刻装置，其特征在于：所述可编程发生器的每个像素都由活动部件和固定部件两部分组成。 

7.根据权利要求6所述的新型高速数字扫描直写光刻装置，其特征在于：所述可编程发生器处于非工作状态时，所述活动部件和所述固定部件处于同一高度；所述可编程发生器处于工作状态时，所述活动部件和所述固定部件处于不同的高度。 

8.根据权利要求1所述的新型高速数字扫描直写光刻装置，其特征在于：所述投影光学系统包括由透镜或透镜组组成的投影镜头，对应设于所述可编程图形发生器一侧。 

9.根据权利要求1所述的新型高速数字扫描直写光刻装置，其特征在于：曝 光的方式为高速扫描，一次扫描条带能曝光宽度为L的曝光条带，设定单个像素尺寸a，投影光学系统倍率M，则曝光条带宽度L为：L＝N*a*M。