CN220305620U - 激光直写装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种激光直写装置，承载台用于承载一待加工掩模板，所述待加工掩模板包括透明基板及位于所述透明基板上的金属减反层；载台驱动器用于驱动所述承载台沿移动路径移动；直写光源用于发出飞秒激光并照射至所述金属减反层上，使得金属减反层上被所述飞秒激光照射的位置发生物理烧蚀作用蒸发升华，从而在所述金属减反层上制备出预设图形。本实用新型不需要进行涂胶、显影、刻蚀及去胶等步骤，工艺更加简单和环保，不会造成资源浪费，且加工速度快，可有效节省加工时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种激光直写装置。
背景技术
掩模板(PHOTOMASK)是微纳加工技术常用的光刻工艺所使用的图形母版，掩模板应用十分广泛，在涉及光刻工艺的领域都需要使用掩模板，如IC(Integrated Circuit，集成电路)、FPD(Flat Panel Display，平板显示器)、PCB(Printed Circuit Boards，印刷电路板)、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微机电系统)等。
现有掩模板的制备方法一般要经过如下步骤：提供透明基板；在透明基板上溅射金属减反层；在金属减反层上涂覆光刻胶；光刻机对光刻胶进行曝光和显影、以图形化的光刻胶为掩模刻蚀金属减反层；去除光刻胶。这种方法需要进行涂胶、显影、刻蚀及去胶等步骤，工艺较为复杂且不环保，也会造成资源浪费。
此外，光刻的最小线宽度与光刻胶的灵敏度负相关，因此，为了产生更高的分辨率，必须使用较低灵敏度的光刻胶，这将大幅度增加制备掩模板所需的时间。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种激光直写装置，用于解决现有的掩模板的制备工艺复杂、不环保、会造成资源浪费以及加工时间长的问题。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种激光直写装置，包括：
承载台，用于承载一待加工掩模板，所述待加工掩模板包括透明基板及位于所述透明基板上的金属减反层；
载台驱动器，用于驱动所述承载台沿预设的移动路径移动；
直写光源，用于发出飞秒激光并照射至所述金属减反层上，以在所述金属减反层上制备出预设图形。
可选的，所述飞秒激光直接照射至所述金属减反层上；或者，所述飞秒激光透过所述透明基板后照射至所述金属减反层上。
可选的，还包括：
括束器，用于将所述飞秒激光括束后照射至所述金属减反层上。
可选的，所述括束器将所述飞秒激光括束后形成至少两个子光束，每个所述子光束的光路上均设置有控制开关及聚焦镜组。
可选的，还包括：
扫描模块，位于所述直写光源与所述承载台之间的光路上，用于改变所述飞秒激光的方向，以对所述金属减反层进行扫描。
可选的，所述扫描模块包括反射镜组及镜组驱动器，所述反射镜组包括至少一个反射镜，所述镜组驱动器用于驱动所述反射镜组中的至少一个所述反射镜旋转；或者，所述扫描模块为声光偏转器。
可选的，所述直写光源为掺钛蓝宝石激光器，所述飞秒激光的波长为800nm～1500nm，功率为1W～1000W，脉冲重复频率为1Hz～1KHz，脉冲宽度为1fs～150fs，能量密度小于100nJ/cm2。
可选的，还包括缺陷检测模块，所述载台驱动器可驱动所述承载台移动至所述缺陷检测模块的检测范围内，所述缺陷检测模块用于检测所述金属减反层上的所述预设图形的缺陷。
可选的，所述检测模块包括检测光源、照明针孔元件、透反棱镜、投影物镜、图像检测器、探测针孔元件及缺陷检测器；所述检测光源、所述照明针孔元件、所述透反棱镜及所述投影物镜沿第一光路依次设置，所述投影物镜、所述透反棱镜、所述探测针孔元件及所述图像检测器沿第二光路依次设置；
所述检测光源发出的检测光沿所述第一光路入射至所述金属减反层上并形成信号光，所述信号光沿所述第二光路入射至所述图像检测器内，所述图像检测器根据所述信号光得到所述金属减反层的实际图像；以及，
所述缺陷检测器用于根据所述实际图像得到所述金属减反层上的所述预设图形的缺陷。
可选的，所述检测光源为半导体激光器，所述检测光的波长为400nm～600nm，激光功率为0.1W～1W，脉冲重复频率为1Hz～200Hz。
在本实用新型提供的激光直写装置中，承载台用于承载一待加工掩模板，所述待加工掩模板包括透明基板及位于所述透明基板上的金属减反层；载台驱动器用于驱动所述承载台沿移动路径移动；直写光源用于发出飞秒激光并照射至所述金属减反层上，使得金属减反层上被所述飞秒激光照射的位置发生物理烧蚀作用蒸发升华，从而在所述金属减反层上制备出预设图形。本实用新型不需要进行涂胶、显影、刻蚀及去胶等步骤，工艺更加简单和环保，不会造成资源浪费，且加工速度快，可有效节省加工时间。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的激光直写装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的待加工掩模板的结构示意图；
其中，附图标记为：
100-承载台；200-载台驱动器；300-直写光源；400-待加工掩模板；401-透明基板；402-金属减反层；500-括束器；501-控制开关；502-聚焦镜组；600-反射镜；700-调制器；801-检测光源；802-透反棱镜；803-投影物镜；804-图像检测器；805-缺陷检测器；806-照明针孔元件；807-探测针孔元件；900-控制器。
具体实施方式
下面将结合示意图对本实用新型的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
图1为本实施例提供的激光直写装置的结构示意图。如图1所示，所述激光直写装置包括承载台100、载台驱动器200及直写光源300。
具体而言，所述承载台100用于承载一待加工掩模板400。图2为本实施例提供的待加工掩模板400的结构示意图，如图2所示，所述待加工掩模板400包括透明基板401及位于所述透明基板401上的金属减反层402。所述透明基板401可以为石英玻璃基板，所述金属减反层402的材料可以是铬(Cr)或二硅化钼(MoSi)等金属材料，所述金属减反层402可以是单层或多层结构。
所述载台驱动器200与所述承载台100连接，可以驱动所述承载台100移动。关于所述载台驱动器200如何驱动所述承载台100移动，现有技术中已经有相应的设计方案，例如所述承载台100可以设置于滑轨上，所述载台驱动器200可以驱动所述承载台100沿所述滑轨移动等，本实用新型在此不再赘述，本领域技术人员能够理解，任何能够使得所述载台驱动器200驱动所述承载台100移动的方式，都能够应用于本实施例中，从而获得相应的效果。
所述直写光源300用于发出飞秒激光并照射至所述金属减反层402上，使得所述金属减反层402上被所述飞秒激光照射的位置发生物理烧蚀作用蒸发升华，同时，所述载台驱动器200驱动所述承载台100沿预设的移动路径移动，从而在所述金属减反层402上制备出预设图形。相较于纳秒激光及皮秒激光来说，飞秒激光的脉宽较小且作用时间短(通常为10s～15s)，峰值功率密度高(可高达1015W/cm2)，可以在加工所述金属减反层402上的图形的过程中有效减少热量在所述金属减反层402中的传播，从而避免出现精度和平整度的问题，同时也不会对所述透明基板401造成损伤，从而不会影响所述透明基板401的粗糙度。
本实施例中，所述直写光源300为掺钛蓝宝石激光器，所述飞秒激光的波长为800nm～1500nm，功率为1W～1000W，脉冲重复频率为1Hz～1KHz，脉冲宽度为1fs～150fs，能量密度小于100nJ/cm2。
如图1所示，所述待加工掩模板400设置于所述承载台100上时，所述透明基板401与所述承载台100的表面贴合，所述飞秒激光直接照射至所述金属减反层402上，从而直接从正面加工所述金属减反层402，效率更高。
在一些实施例中，所述待加工掩模板400设置于所述承载台100上时，所述金属减反层402与所述承载台100的表面贴合，所述飞秒激光透过所述透明基板401后照射至所述金属减反层402上，从而从背面加工所述金属减反层402，此时，所述透明基板401可以起到缓冲作用。
请继续参阅图1，所述激光直写装置还包括括束器500，所述括束器500位于所述直写光源300与所述承载台100之间的光路上。所述括束器500可以将所述飞秒激光括束后照射至所述金属减反层402上，从而提高加工效率；同时，在一些能量要求不高的场合，所述括束器500还可以降低所述飞秒激光的能量，避免较高的能量对所述金属减反层402造成损伤。
进一步地，所述括束器500将所述飞秒激光括束后形成至少两个子光束，每个所述子光束的光路上均可以设置控制开关501及聚焦镜组501。根据实际需要，可以选择开启或关闭任意一个子光束，选择性更强。所述控制开关501可以是声光控制器，所述子光束进入所述声光控制器中的声光控制晶体后，通过控制声光控制晶体可以实现对所述子光束的光路的开合。
当然，在一些实施例中，所述括束器500也可以被省略。
请继续参阅图1，所述激光直写装置还包括扫描模块，所述扫描模块位于所述直写光源300与所述括束器500之间的光路上。所述扫描模块可以改变所述飞秒激光的方向，从而转折光路，减小所述激光直写装置的空间尺寸，同时，所述扫描模块还可以对所述金属减反层402进行扫描。
具体而言，本实施例中，所述扫描模块包括反射镜组及镜组驱动器，所述反射镜组包括反射镜600，所述镜组驱动器驱动所述反射镜600旋转，从而改变所述飞秒激光的入射角度，实现所述飞秒激光在一维方向上的扫描。应理解，所述反射镜组不限于仅包含1个反射镜600，还可以包含两个以上的反射镜，当反射镜组包含两个以上的反射镜时，所述镜组驱动器可以驱动1个或两个以上的反射镜旋转，实现所述飞秒激光在一维方向上或二维方向上的扫描。
在一些实施例中，所述扫描模块可以为声光偏转器(AODF)。所述声光偏转器可以在一定范围内，连续改变所述飞秒激光的入射角度，实现所述飞秒激光在一维方向上或二维方向上的扫描。
进一步地，所述激光直写装置还包括调制器700，所述调制器700位于所述直写光源300与所述扫描模块之间。所述调制器700可以调制所述飞秒激光的激光频率，从而降低所述直写光源300的选型要求。举例而言，所述调制器700可以为声光调制器700(AOM)。
进一步地，所述激光直写装置还包括控制器900，所述控制器900用于实现整个所述激光直写装置的控制功能，例如，所述控制器900可以控制所述控制开关501的开闭，控制所述直写光源300的能量、频率及开闭，控制所述载台驱动器200等。
请继续参阅图1，所述激光直写装置还包括缺陷检测模块。当在所述金属减反层402上制备出所述预设图形之后，所述载台驱动器200可驱动所述承载台100移动至所述缺陷检测模块的检测范围内，所述缺陷检测模块可以检测所述金属减反层402上的所述预设图形的缺陷。当所述缺陷检测模块检测出所述金属减反层402上的所述预设图形存在缺陷时，所述载台驱动器200可驱动所述承载台100移动至所述飞秒激光的工作范围内，然后利用所述飞秒激光对所述金属减反层402上的所述预设图形进行修复，提高直写精度。
具体而言，所述检测模块为共聚焦检测模块，包括检测光源801、照明针孔元件806、透反棱镜802、投影物镜803、图像检测器804、探测针孔元件807及缺陷检测器805；所述检测光源801、所述照明针孔元件806、所述透反棱镜802及所述投影物镜803沿第一光路依次设置，所述投影物镜803、所述透反棱镜802、所述探测针孔元件807及所述图像检测器804沿第二光路依次设置。
所述检测光源801发出的检测光透过所述照明针孔元件806后入射至所述透反棱镜802上，所述透反棱镜802将所述检测光反射至所述投影物镜803内，所述投影物镜803将所述检测光投影聚焦至所述金属减反层402上，对所述金属减反层402的焦平面上每一点进行扫描，并形成信号光。所述信号光被所述金属减反层402反射至所述投影物镜803内，透过所述投影物镜803后到达所述透反棱镜802，透过所述透反棱镜802后入射至所述探测针孔元件807，最后通过所述探测针孔元件807聚焦后入射至所述图像检测器804内，所述图像检测器804根据所述信号光得到所述金属减反层402的实际图像。
所述图像检测器804将所述实际图像发送至所述缺陷检测器805内，所述缺陷检测器805内存储有所述预设图形对应的理想图形，通过对比所述实际图像中的所述预设图形与所述理想图形的差异得到所述金属减反层402上的所述预设图形的缺陷。
本实施例中，所述照明针孔元件806与所述探测针孔元件807相对于所述投影物镜803的焦平面是共轭的，因此所述金属减反层402上的观察点即为共焦点，观察点所在的平面即为共焦平面。只有在焦平面的所述信号光才能穿过所述探测针孔元件807，焦平面以外区域射来的光线在所述探测针孔元件807的平面是离焦的，不能通过所述探测针孔元件807。因此，在所述实际图像中，非观察点的背景呈黑色，反差增加，成像更加清晰。
本实施例中，所述检测光源801为半导体激光器，所述检测光的波长为400nm～600nm，激光功率为0.1W～1W，脉冲重复频率为1Hz～200Hz。
本实施例中，所述图像检测器804为16位的光电倍增管(PMT)。作为可选实施例，所述图像检测器804也可以为CCD图像传感器或CMOS图像传感器。
基于此，本实施例还提供了一种利用所述激光直写装置进行激光直写的方法。结合图1所示，首先根据需要在待加工掩模板400上制备的预设图形进行路径和参数设计，规划出所述承载台100的移动路径并设计出所述激光直写装置的各项参数(如所述直写光源300的功率、所述承载台100的移动速度和时间等参数)。
接下来，提供标定板，所述标定板与所述待加工掩模板400的结构相同。具体来说，所述标定板包括标定透明基板及位于所述标定透明基板上的标定金属减反层，所述标定透明基板的材料和厚度与所述透明基板401的材料和厚度均相同，所述标定金属减反层的材料和厚度与所述金属减反层402的材料和厚度均相同。
将所述标定板设置于所述承载台100上。所述直写光源300发出飞秒激光并照射至所述标定金属减反层上，同时所述载台驱动器200驱动所述承载台100沿规划好的所述移动路径移动，以在所述标定金属减反层上制备出所述预设图形。
所述标定板设置于所述承载台100上时，所述标定透明基板与所述承载台100的表面贴合，所述飞秒激光直接照射至所述标定金属减反层上，从而直接从正面加工所述标定金属减反层，效率更高。在一些实施例中，所述标定板设置于所述承载台100上时，所述标定金属减反层与所述承载台100的表面贴合，所述飞秒激光透过所述标定透明基板后照射至所述标定金属减反层上，从而从背面加工所述标定金属减反层，此时，所述标定透明基板可以起到缓冲作用。
需要说明的是，所述标定板的设置方向与所述待加工掩模板400的设置方向应该相同。
接下来，利用所述缺陷检测模块对所述标定金属减反层上的所述预设图形进行缺陷检测。当所述缺陷检测模块检测到所述标定金属减反层上的所述预设图形存在缺陷时，可以根据检测到的缺陷校正所述移动路径及所述激光直写装置的参数。
将所述待加工掩模板400设置于所述承载台100上。所述直写光源300发出飞秒激光并照射至所述金属减反层402上。
接着，所述载台驱动器200驱动所述承载台100沿所述移动路径移动，以在所述待加工掩模板400的所述金属减反层402上制备出所述预设图形。
进一步地，在所述金属减反层402上制备出所述预设图形之后，利用所述缺陷检测模块对所述金属减反层402上的所述预设图形进行检测。当所述缺陷检测模块检测到所述金属减反层402上的所述预设图形存在缺陷时，所述载台驱动器200可以驱动所述承载台100返回所述飞秒激光的工作范围内，从而根据检测到的缺陷对所述金属减反层402进行修复，提高直写精度。
综上，在本实用新型实施例提供的激光直写装置中，承载台用于承载一待加工掩模板，所述待加工掩模板包括透明基板及位于所述透明基板上的金属减反层；载台驱动器用于驱动所述承载台沿移动路径移动；直写光源用于发出飞秒激光并照射至所述金属减反层上，使得金属减反层上被所述飞秒激光照射的位置发生物理烧蚀作用蒸发升华，从而在所述金属减反层上制备出预设图形。本实用新型不需要进行涂胶、显影、刻蚀及去胶等步骤，工艺更加简单和环保，不会造成资源浪费，且加工速度快，可有效节省加工时间。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本实用新型。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围。
还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
此外还应该认识到，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本实用新型的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”和“一种”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。例如，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。以及，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此外，本实用新型实施例中的方法和/或设备的实现可包括手动、自动或组合地执行所选任务。
Claims (10)
1.一种激光直写装置，其特征在于，包括：
承载台，用于承载一待加工掩模板，所述待加工掩模板包括透明基板及位于所述透明基板上的金属减反层；
载台驱动器，用于驱动所述承载台沿预设的移动路径移动；
直写光源，用于发出飞秒激光并照射至所述金属减反层上，以在所述金属减反层上制备出预设图形。
2.如权利要求1所述的激光直写装置，其特征在于，所述飞秒激光直接照射至所述金属减反层上；或者，所述飞秒激光透过所述透明基板后照射至所述金属减反层上。
3.如权利要求1所述的激光直写装置，其特征在于，还包括：
括束器，用于将所述飞秒激光括束后照射至所述金属减反层上。
4.如权利要求3所述的激光直写装置，其特征在于，所述括束器将所述飞秒激光括束后形成至少两个子光束，每个所述子光束的光路上均设置有控制开关及聚焦镜组。
5.如权利要求1所述的激光直写装置，其特征在于，还包括：
扫描模块，位于所述直写光源与所述承载台之间的光路上，用于改变所述飞秒激光的方向，以对所述金属减反层进行扫描。
6.如权利要求5所述的激光直写装置，其特征在于，所述扫描模块包括反射镜组及镜组驱动器，所述反射镜组包括至少一个反射镜，所述镜组驱动器用于驱动所述反射镜组中的至少一个所述反射镜旋转；或者，所述扫描模块为声光偏转器。
7.如权利要求1所述的激光直写装置，其特征在于，所述直写光源为掺钛蓝宝石激光器，所述飞秒激光的波长为800nm～1500nm，功率为1W～1000W，脉冲重复频率为1Hz～1KHz，脉冲宽度为1fs～150fs，能量密度小于100nJ/cm2。
8.如权利要求1～7中任一项所述的激光直写装置，其特征在于，还包括缺陷检测模块，所述载台驱动器可驱动所述承载台移动至所述缺陷检测模块的检测范围内，所述缺陷检测模块用于检测所述金属减反层上的所述预设图形的缺陷。
9.如权利要求8所述的激光直写装置，其特征在于，所述检测模块包括检测光源、照明针孔元件、透反棱镜、投影物镜、图像检测器、探测针孔元件及缺陷检测器；所述检测光源、所述照明针孔元件、所述透反棱镜及所述投影物镜沿第一光路依次设置，所述投影物镜、所述透反棱镜、所述探测针孔元件及所述图像检测器沿第二光路依次设置；
所述检测光源发出的检测光沿所述第一光路入射至所述金属减反层上并形成信号光，所述信号光沿所述第二光路入射至所述图像检测器内，所述图像检测器根据所述信号光得到所述金属减反层的实际图像；以及，
所述缺陷检测器用于根据所述实际图像得到所述金属减反层上的所述预设图形的缺陷。
10.如权利要求9所述的激光直写装置，其特征在于，所述检测光源为半导体激光器，所述检测光的波长为400nm～600nm，激光功率为0.1W～1W，脉冲重复频率为1Hz～200Hz。
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| CN202321925279.5U CN220305620U (zh) | 2023-07-20 | 2023-07-20 | 激光直写装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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| CN220305620U true CN220305620U (zh) | 2024-01-05 |
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| CN202321925279.5U Active CN220305620U (zh) | 2023-07-20 | 2023-07-20 | 激光直写装置 |
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