CN201097106Y - 具有对焦机构的新型直写光刻装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及具有对焦机构的新型直写光刻装置，解决了的直写光刻装置存在的光学定位检测***和曝光投影***离轴对焦对不同镜头需要分别位移校正的问题。特点在于：平行与光学定位检测***增设对焦***，对焦***包括由上至下依次对应排列的对焦光源、对焦图形发生器、对焦透镜、或透镜组和对焦反射镜，其中对焦反射镜与光学定位检测***中的检测分束器平行对应。直接利用可变倍率的投影镜头来共轴投射对焦图形，实现不同镜头的共轴对焦，避免了离轴对焦对不同镜头所需要的分别位移校正过程，提高效率，同时减小了离轴对焦装置的成本。

Description

具有对焦机构的新型直写光刻装置

技术领域

本实用新型涉及光刻技术领域，具体地说，涉及在晶片、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上印刷构图的直写光刻装置。

背景技术

光刻技术是用于在衬底表面上印刷具有特征的构图。这样的衬底可包括用于制造半导体器件、多种集成电路、平面显示器(例如液晶显示器)、电路板、生物芯片、微机械电子芯片、光电子线路芯片等的基片。经常使用的基片为半导体晶片或玻璃基片。

在光刻过程中，晶片放置在晶片台上，通过处在光刻设备内的曝光装置，将特征构图投射到晶片表面。尽管在光刻过程中使用了投影光学装置，还可依据具体应用，使用不同的类型曝光装置。例如X射线、离子、电子或光子光刻的不同曝光装置，这已为本领域技术人员所熟知。

半导体行业使用的传统分步重复式或分步扫描式光刻工具，将分划板的特征构图在各个场一次性的投影或扫描到晶片上，一次曝光或扫描一个场。然后通过移动晶片来对下一个场进行重复性的曝光过程。传统的光刻***通过重复性曝光或扫描过程，实现高产出额的精确特征构图的印刷。

为了在晶片上制造器件，需要多个分划板。由于特征尺寸的减少以及对于较小特征尺寸的精确公差需求的原因，这些分划板对于生产而言成本很高，耗时很长，从而使利用分划板的传统晶片光刻制造成本越来越高，非常昂贵。

无掩膜(如直接写或数字式等)光刻***相对于使用查分划板的方法，在光刻方面提供了许多益处。无掩膜***使用空间图形发生器(SLM)来代替分划板。SLM包括数字微镜***(DMD)或液晶显示器(LCD)，SLM包括一个可独立寻址和控制的象素阵列，每个象素可以对透射、反射或衍射的光线产生包括相位、灰度方向或开关状态的调制。

无掩膜光刻***主要采用的是以下两种方法：一、激光束直写法；二、空间图形发生器精缩排版曝光。其中，激光束直写法是逐点曝光，采用高能激光在光敏感衬底上直接产生图形，加工速度慢，单个晶片曝光时间长；第二种方法采用计算机控制图形发生器(SLM)，产生区域性的特征图形，一次性地曝光到光敏感衬底上相对应的巨域，主要问题是分辨率较低，并且受到单位象素的形状和有效通光孔径(fill-in factor)的限制，难以制作连续光滑的图形轮廓。

为了解决了现有的分步直写光刻技术效率低，单象素的连续性扫描光刻操作难度大的问题，中国专利申请200720037805.9公开了一种综合式直写光刻装置。结构特点是：在透镜和投影镜头之间设有反射镜；两个以上不同倍率的投影镜头设于盘状转换器上，光学定位检测***包括与转换器上的投影镜头共轴的光学波长分束器，光学波长分束器一侧同轴设有包括检测成像透镜、光敏感探测器的成像***。该装置的投影光学***和光学定位检测***采用离轴对焦方式，因不同的镜头存在位移误差，投影镜头转换过程引起的焦平面变化和位置的变化，需要分别进行位移校正；复杂图形的光刻至少需要两次以上的转换投影镜头，每一次的位移校正需要一定的时间，从对焦的一秒钟到精确定位的几分钟。

实用新型内容

本实用新型的目的是：在现有直写光刻装置中附加一个图形投影机构，来提供一种采用主动式的图形投影而实现对光敏感衬底进行自动对焦，即提供一种具有对焦机构的新型直写光刻装置。

具体的结构改进设计方案如下：

具有对焦机构的新型直写光刻装置，包括光源、光学集光***、投影光学***、镜头转换机构和光学定位检测***；其中，光学集光***包括光学集光器和可编程的图形发生器，光源与光学集光器对应；投影光学***包括透镜、或透镜组和两个以上的投影镜头，透镜、或透镜组对应位于可编程的图形发生器下方，两个以上的投影镜头位于镜头转换器上；光学定位检测***包括光敏感探测器和检测透镜，检测透镜通过检测波长分束器与投影镜头对应；

光学定位检测***一侧设有对焦***；

所述对焦***包括由上至下依次对应排列的对焦光源、对焦图形发生器、对焦透镜、或透镜组和对焦反射镜，对焦***平行与光学定位检测***，其中对焦反射镜与光学定位检测***中的检测分束器平行对应。

所述对焦光源为发光二极管、或弧光灯、或激光器。

所述对焦图形发生器为固定的图形模板、或可编程的图形发生器；

所述可编程的图形发生器为空间微反射镜阵列、或液晶图形显示器。

本实用新型的有益技术效果是，直接利用可变倍率的投影镜头来共轴投射对焦图形，实现不同镜头的共轴对焦，避免了离轴对焦对不同镜头所需要的分别位移校正过程，提高效率，同时减小了离轴对焦装置的成本。采用共轴的光学定位检测***，实现了对于投影镜头转换过程引起的焦平面变化的实时校正，并且实现了对晶片上已有图形的实时对位检测。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图，

图2为投影光学***和投影镜头同轴的另一结构示意图。

图3为本实用新型的图形对焦的聚焦函数示意图。

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描述。

实施例1：

该装置包括：

一个用于提供照射光束的光源1，优选为发光二极管，

一个用于提供照射光束的光学集光***2，图1中所示的是一片光学器件，本领域的技术人员应理解为也可应用多片的光学器件组合。同样的理解适用于所有的图片中所示的光学器件。

一个可编程的图形发生器3，优选为空间微反射镜阵列，他具有可独立寻址的单独切换的元件。

一个采用远心结构的投影光学***，包括透镜、或透镜组4和投影镜头5，其中投影镜头5为可以转换的不同倍率的两个以上的投影镜头。透镜、或透镜组4和投影镜头5采用非共轴的平行结构，如图1所示，通过平行的光学波长分束器6和反射镜14得到非共轴的平行光路。

一个不同倍率的投影镜头的转换器9，转换器9为盘状，通过转动轴设于机架上，转换器9上设有五个不同倍率的投影镜头5，五个不同倍率的投影镜头5的中心距离转换器9转动轴中心线的半径相等。

一个精密移动平台10，用以承载光敏感元件11。

一个通过不同倍率的不同投影镜头的共轴的光学定位检测***，在图1所示的实施例中，该***包括一个通过不同倍率的不同投影镜头的共轴的光学波长分束器6，光学波长分束器6上部垂直设有包括检测分束器12、检测透镜13和光敏感探测器8的光学成象***；在检测分束器12外侧、与光学波长分束器6平行非共轴安装有本实用新型的对焦***装置包括对焦反射镜17，对焦透镜、或透镜组16，对焦图形发生器19和对焦光源18。

对焦光源18采用对于光敏感元件11不敏感的波长，照射到对焦图形发生器19上。对焦图形发生器19可以是固定的图形模版。对焦图形发生器19上的对焦图形经过对焦透镜、或透镜组16，对焦反射镜17，检测分束器12，光学波长分束器6和投影镜头5投射到光敏感元件11表面。

当光敏感元件表面位于投影镜头5的焦平面上时，对焦图形经过投影光学***投射光敏感元件表面的象是最清晰的，同时也反射到光学探测器8上成一个清晰的象。通过计算机和聚焦函数的算法，将给出聚焦函数的最大值，如图3所示。

当光敏感元件表面没有位于投影镜头5的焦平面上时，反射到光学探测器8上的成象也不清晰，聚焦函数的计算值相应减小。通过光敏感元件11在精密移动平台10上连续地上下移动，在光学探测器8上产生连续变化的不同聚焦位移的图形，由计算机计算对应的聚焦函数，选择最佳的聚焦平面。

对于固定的投影图形和工作条件，可以根据计算机计算的聚焦函数和搜索算法，光敏感元件在精密移动平台上阶跃式地上下移动，在光学探测器8上产生不同聚焦位移的图形，由计算机计算对应的聚焦函数，快速地搜索最佳的聚焦平面。

实施例2

该装置是实施例1的变型，通过调换光学波长分束器6和反射镜14的位置和光路，使得投影成象***的透镜、或透镜组4，光学波长分束器6和投影镜头5是共轴，而对位成象***的检测透镜13和投影镜头5是平行不共轴结构。本领域的技术人员应理解为也可应用和增加不同的反射镜，分束器等的光学器件组合，改变投影成象***和对位成象***的光路位置，同样的达到本实施例的对焦功能。

对焦光源18为弧光灯、或激光器；对焦图形发生器19为可编程的图形发生器，例如空间微反射镜阵列，或者液晶图形显示器；对焦透镜、或透镜组16、对焦反射镜17都与实施例1相同。对焦图形发生器19上的对焦图形经过非共轴的投影光路对焦透镜、或透镜组16，对焦反射镜17，检测分束器12，反射镜14，光学波长分束器6和投影镜头5投射到光敏感元件11表面。

当光敏感元件表面位于投影镜头5的焦平面上时，对焦图形经过投影光学***投射光敏感元件表面的象是最清晰的，同时也反射到光学探测器8上成一个清晰的象。通过计算机和聚焦函数的算法，将给出聚焦函数的最大值，如图3所示。

当光敏感元件表面没有位于投影镜头5的焦平面上时，反射到光学探测器8上的成象也不清晰，聚焦函数的计算值相应减小。通过光敏感元件11在精密移动平台10上连续地上下移动，在光学探测器8上产生连续变化的不同聚焦位移的图形，由计算机计算对应的聚焦函数，选择最佳的聚焦平面。

对于固定的投影图形和工作条件，可以根据计算机计算的聚焦函数和搜索算法，光敏感元件在精密移动平台上阶跃式地上下移动，在光学探测器8上产生不同聚焦位移的图形，由计算机计算对应的聚焦函数，快速地搜索最佳的聚焦平面。

Claims (3)

1、具有对焦机构的新型直写光刻装置，包括光源、光学集光***、投影光学***、镜头转换机构和光学定位检测***；其中，光学集光***包括光学集光器和可编程的图形发生器，光源与光学集光器对应；投影光学***包括透镜、或透镜组和两个以上的投影镜头，透镜、或透镜组对应位于可编程的图形发生器下方，两个以上的投影镜头位于镜头转换器上；光学定位检测***包括光敏感探测器和检测透镜，检测透镜通过检测波长分束器与投影镜头对应；其特征在于：

光学定位检测***一侧设有对焦***；

所述对焦***包括由上至下依次对应排列的对焦光源、对焦图形发生器、对焦透镜、或透镜组和对焦反射镜，对焦***平行与光学定位检测***，其中对焦反射镜与光学定位检测***中的检测分束器平行对应。

2、根据权利要求1所述的具有对焦机构的新型直写光刻装置，其特征在于：所述对焦光源为发光二极管、或弧光灯、或激光器。

3、根据权利要求1所述的具有对焦机构的新型直写光刻装置，其特征在于：所述对焦图形发生器为固定的图形模板、或可编程的图形发生器；

所述可编程的图形发生器为空间微反射镜阵列、或液晶图形显示器。

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