專利名稱：一種大面積投影光刻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種大面積投影光刻系統(tǒng)，特別是一種用于光學(xué)投影曝光微納加工光刻領(lǐng)域中的掩模硅片對準(zhǔn)技術(shù)。屬于大面積投影光刻系統(tǒng)的改造技術(shù)。
背景技術(shù)：
光刻投影物鏡、掩模硅片對準(zhǔn)系統(tǒng)、激光定位工件臺并稱為投影光刻機(jī)的三大核心部分。由于高密度的印刷電路板布線或者集成電路芯片都需要多次曝光才能制作完成， 即每一次曝光前都需要與前面已曝光的圖形進(jìn)行對準(zhǔn)后才能曝光，以保證每次曝光都有正確的相對位置，簡稱為套刻曝光，而套刻精度正是取決于上述三大核心部件中的掩模硅片對準(zhǔn)系統(tǒng)的對準(zhǔn)精度。掩模硅片對準(zhǔn)系統(tǒng)按探測器的類型可分為衍射光柵型與光度型兩種。前者是通過相位變化來測量，目前的高精度投影光刻機(jī)基本都是采用該類型，但由于該類型的對準(zhǔn)系統(tǒng)使用了分別為相位光柵與振幅光柵的兩塊高密度光柵，并需要后續(xù)的多塊半玻片、1/4玻片、光強(qiáng)調(diào)制器激光干涉儀等光學(xué)元件作為伺服系統(tǒng)，制作成本高昂。后者主要采用CCD視頻信號通過光強(qiáng)的變化作為對準(zhǔn)依據(jù)，也就是將掩模與硅片上的對準(zhǔn)標(biāo)記同時(shí)成像在CCD 上，通過計(jì)算對準(zhǔn)標(biāo)記的圖像中心在CXD靶面的坐標(biāo)給出掩模和硅片的相對位置，這種方法簡單易行，但主要的缺陷是精度相對較低。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于考慮上述問題而提供一種顯著提高對準(zhǔn)精度，可直接媲美衍射光柵型對準(zhǔn)系統(tǒng)的大面積投影光刻系統(tǒng)，本實(shí)用新型操作簡單，方便實(shí)用。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是本實(shí)用新型的大面積投影光刻系統(tǒng)，包括有準(zhǔn)分子激光器、照明系統(tǒng)、平移臺、掩模板、投影系統(tǒng)、硅片基板，其中掩模板及硅片基板分別裝設(shè)在平移臺的兩端，準(zhǔn)分子激光器通過照明系統(tǒng)進(jìn)行光路調(diào)制與光束質(zhì)量優(yōu)化后，使紫外激光的光斑透過安裝在平移臺一端位置上的掩模板，掩模板所成的激光物象通過投影系統(tǒng)成像在安裝在平移臺另一端位置上的硅片基板上。上述平移臺具有三個(gè)相互垂直的三維立體自由度，分別為水平方向xl，垂直紙面方向yl，豎直方向ζ ；ζ的調(diào)節(jié)遵循物象共軛準(zhǔn)則使得掩模板上的密布電路圖案通過投影系統(tǒng)曝光清晰成像在硅片基板上；xl與yl的大范圍調(diào)節(jié)使得系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的大面積投影光刻功能。上述投影系統(tǒng)包括有兩個(gè)裝設(shè)位置分別與掩模板及硅片基板對應(yīng)的轉(zhuǎn)角棱鏡、激光器、半反半透鏡、第一圖像傳感器、第二圖像傳感器，其中轉(zhuǎn)角棱鏡都鍍上介質(zhì)膜，兩個(gè)半反半透鏡分別裝設(shè)在同軸對準(zhǔn)激光器的光源的位置上，且兩個(gè)半反半透鏡的其中一個(gè)反射面分別與兩個(gè)轉(zhuǎn)角棱鏡的位置相對應(yīng)，兩個(gè)半反半透鏡的另一個(gè)反射面分別與第一圖像傳感器及第二圖像傳感器的位置相對應(yīng)，激光器在經(jīng)過半反半透鏡后，其反射光經(jīng)過轉(zhuǎn)角棱鏡的介質(zhì)膜分別照明掩模板及硅片基板，所得到的視頻圖樣再次經(jīng)半反半透鏡，最后分別被第一圖像傳感器及第二圖像傳感器獲取。上述轉(zhuǎn)角棱鏡都鍍上對532nm高透、351nm高反的介質(zhì)膜。上述激光器為同軸對準(zhǔn)光源。上述激光器為摻釹釔鋁石榴石激光器。上述平移臺與硅片基板通過具有x2、y2、θ三個(gè)方向的三維微調(diào)對準(zhǔn)裝置連接。本實(shí)用新型采用了準(zhǔn)分子激光器通過照明系統(tǒng)進(jìn)行光路調(diào)制與光束質(zhì)量優(yōu)化，使紫外激光的光斑透過安裝在平移臺一端位置上的掩模板，掩模板所成的激光物象通過投影系統(tǒng)，成像在平移臺另一端的硅片基板上的結(jié)構(gòu)；本實(shí)用新型采用了計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理中的模式識別方法實(shí)現(xiàn)掩模、硅片對準(zhǔn)標(biāo)記相對位置的計(jì)算，以取代傳統(tǒng)光度型方法中采用的求和投影算法的相對位置計(jì)算方式，可有效提高對準(zhǔn)精度，本實(shí)用新型已成功使用在分辨精度為亞十微米級的大面積PCB印刷電路板的投影光刻機(jī)中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明本實(shí)用新型對準(zhǔn)精度對比傳統(tǒng)方法有顯著的提高，可直接媲美衍射光柵型對準(zhǔn)系統(tǒng)。本實(shí)用新型是一種設(shè)計(jì)巧妙，性能優(yōu)良，方便實(shí)用的大面積投影光刻系統(tǒng)。本實(shí)用新型的對準(zhǔn)方法操作簡單，方便實(shí)用。

圖1為本實(shí)用新型的原理圖；圖2為本實(shí)用新型中平移臺具有水平方向xl，垂直紙面方向yl，豎直方向ζ三個(gè)相互垂直的三維立體自由度的示意圖；圖3為本實(shí)用新型中三維微調(diào)對準(zhǔn)裝置具有x2、y2、θ三個(gè)方向的自由度的示意圖；圖4為本實(shí)用新型對準(zhǔn)方法的流程圖；圖5為本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角與相干峰峰值關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例本實(shí)用新型的原理圖如圖1所示，本實(shí)用新型的大面積投影光刻系統(tǒng)，包括有準(zhǔn)分子激光器1、照明系統(tǒng)2、平移臺3、掩模板4、投影系統(tǒng)5、硅片基板6，其中掩模板4及硅片基板6分別裝設(shè)在平移臺3的兩端，準(zhǔn)分子激光器1通過照明系統(tǒng)2進(jìn)行光路調(diào)制與光束質(zhì)量優(yōu)化后，使紫外激光的光斑透過安裝在平移臺3 —端位置上的掩模板4，掩模板4所成的激光物象通過投影系統(tǒng)5成像在安裝在平移臺3另一端位置上的硅片基板6上。本實(shí)施例中，上述平移臺3具有三個(gè)相互垂直的三維立體自由度7，分別為水平方向xl，垂直紙面方向yl，豎直方向ζ ；ζ的調(diào)節(jié)遵循物象共軛準(zhǔn)則使得掩模板4上的密布電路圖案通過投影系統(tǒng)5曝光清晰成像在硅片基板6上；xl與yl的大范圍調(diào)節(jié)使得系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的大面積投影光刻功能。本實(shí)施例中，上述投影系統(tǒng)5包括有兩個(gè)裝設(shè)位置分別與掩模板4及硅片基板6 對應(yīng)的轉(zhuǎn)角棱鏡、激光器8、半反半透鏡9、第一圖像傳感器10、第二圖像傳感器11，其中轉(zhuǎn)角棱鏡都鍍上介質(zhì)膜，兩個(gè)半反半透鏡9分別裝設(shè)在同軸對準(zhǔn)激光器8的光源的位置上，且兩個(gè)半反半透鏡9的其中一個(gè)反射面分別與兩個(gè)轉(zhuǎn)角棱鏡的位置相對應(yīng)，兩個(gè)半反半透鏡9的另一個(gè)反射面分別與第一圖像傳感器10及第二圖像傳感器11的位置相對應(yīng)，激光器8 在經(jīng)過半反半透鏡9后，其反射光經(jīng)過轉(zhuǎn)角棱鏡的介質(zhì)膜分別照明掩模板4及硅片基板6， 所得到的視頻圖樣再次經(jīng)半反半透鏡9，最后分別被第一圖像傳感器10及第二圖像傳感器 11獲取。本實(shí)施例中，上述轉(zhuǎn)角棱鏡都鍍上對532nm高透、351nm高反的介質(zhì)膜。上述激光器8為同軸對準(zhǔn)光源。上述激光器8為摻釹釔鋁石榴石激光器，即Nd3+ YAG激光器。本實(shí)施例中，上述平移臺3與硅片基板6通過具有x2、y2、θ三個(gè)方向的三維微調(diào)對準(zhǔn)裝置12連接。具有x2、y2、θ三個(gè)方向的三維微調(diào)對準(zhǔn)裝置12使得掩模板4與硅片基板6的CXD視頻圖樣經(jīng)過一系列算法運(yùn)算后得到精密的中心位置相對坐標(biāo)(x2，W)與特征方向旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)(θ )，利用這三個(gè)坐標(biāo)值調(diào)動(dòng)對準(zhǔn)裝置12，實(shí)現(xiàn)硅片基板6與掩模板4的精密對準(zhǔn)功能。本實(shí)用新型大面積投影光刻系統(tǒng)的對準(zhǔn)方法，包括如下步驟1)第一圖像傳感器10實(shí)時(shí)地從掩模板4獲取視頻圖，并對此圖樣進(jìn)行邊沿檢測、 輪廓提取、區(qū)域定位與二值化后得到掩模板特征標(biāo)記的二值化位圖Q，并將該二值化位圖Q 常駐存放在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中；同時(shí)，第二圖像傳感器11實(shí)時(shí)地從硅片基板6獲取視頻圖樣，對此圖樣同樣地進(jìn)行邊沿檢測、輪廓提取、區(qū)域定位與二值化后得到硅片基板特征標(biāo)記的二值化位圖P，并將該二值化位圖P實(shí)時(shí)更新在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中；2)將上述二值化位圖Q及二值化位圖P兩者代入下式進(jìn)行P與Q的純相位匹配濾波器相關(guān)運(yùn)算
權(quán)利要求1.一種大面積投影光刻系統(tǒng)，其特征在于包括有準(zhǔn)分子激光器(1)、照明系統(tǒng)(2)、平移臺(3)、掩模板(4)、投影系統(tǒng)(5)、硅片基板(6)，其中掩模板(4)及硅片基板(6)分別裝設(shè)在平移臺(3 )的兩端，準(zhǔn)分子激光器(1)通過照明系統(tǒng)(2)進(jìn)行光路調(diào)制與光束質(zhì)量優(yōu)化后，使紫外激光的光斑透過安裝在平移臺(3)—端位置上的掩模板(4)，掩模板(4)所成的激光物象通過投影系統(tǒng)(5 )成像在安裝在平移臺(3 )另一端位置上的硅片基板(6 )上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積投影光刻系統(tǒng)大面積投影光刻系統(tǒng)，其特征在于上述平移臺(3)具有三個(gè)相互垂直的三維立體自由度(7)，分別為水平方向xl，垂直紙面方向 yl，豎直方向ζ ；ζ的調(diào)節(jié)遵循物象共軛準(zhǔn)則使得掩模板(4)上的密布電路圖案通過投影系統(tǒng)(5)曝光清晰成像在硅片基板(6)上；xl與yl的大范圍調(diào)節(jié)使得系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的大面積投影光刻功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積投影光刻系統(tǒng)，其特征在于上述投影系統(tǒng)(5)包括有兩個(gè)裝設(shè)位置分別與掩模板(4)及硅片基板(6)對應(yīng)的轉(zhuǎn)角棱鏡、激光器(8)、半反半透鏡 (9)、第一圖像傳感器(10)、第二圖像傳感器(11)，其中轉(zhuǎn)角棱鏡都鍍上介質(zhì)膜，兩個(gè)半反半透鏡(9)分別裝設(shè)在同軸對準(zhǔn)激光器(8)的光源的位置上，且兩個(gè)半反半透鏡(9)的其中一個(gè)反射面分別與兩個(gè)轉(zhuǎn)角棱鏡的位置相對應(yīng)，兩個(gè)半反半透鏡(9)的另一個(gè)反射面分別與第一圖像傳感器(10)及第二圖像傳感器(11)的位置相對應(yīng)，激光器(8)在經(jīng)過半反半透鏡(9)后，其反射光經(jīng)過轉(zhuǎn)角棱鏡的介質(zhì)膜分別照明掩模板(4)及硅片基板(6)，所得到的視頻圖樣再次經(jīng)半反半透鏡(9)，最后分別被第一圖像傳感器(10)及第二圖像傳感器(11) 獲取。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大面積投影光刻系統(tǒng)，其特征在于上述轉(zhuǎn)角棱鏡都鍍上對 532nm高透、351nm高反的介質(zhì)膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大面積投影光刻系統(tǒng)，其特征在于上述激光器(8)為同軸對準(zhǔn)光源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大面積投影光刻系統(tǒng)，其特征在于上述激光器(8)為摻釹釔鋁石榴石激光器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的大面積投影光刻系統(tǒng)，其特征在于上述平移臺 (3)與硅片基板(6)通過具有x2、y2、θ三個(gè)方向的三維微調(diào)對準(zhǔn)裝置(12)連接。
專利摘要本實(shí)用新型是一種大面積投影光刻系統(tǒng)。本實(shí)用新型大面積投影光刻系統(tǒng)，包括準(zhǔn)分子激光器、照明系統(tǒng)、平移臺、掩模板、投影系統(tǒng)、硅片基板，其中掩模板及硅片基板分別裝設(shè)在平移臺的兩端，準(zhǔn)分子激光器通過照明系統(tǒng)進(jìn)行光路調(diào)制與光束質(zhì)量優(yōu)化后，使紫外激光的光斑透過安裝在平移臺一端位置上的掩模板，掩模板所成的激光物象通過投影系統(tǒng)成像在安裝在平移臺另一端位置上的硅片基板上。本實(shí)用新型采用了計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理中的模式識別方法實(shí)現(xiàn)掩模、硅片對準(zhǔn)標(biāo)記相對位置的計(jì)算，以取代傳統(tǒng)光度型方法中采用的求和投影算法的相對位置計(jì)算方式，可有效提高對準(zhǔn)精度，本實(shí)用新型對準(zhǔn)精度對比傳統(tǒng)方法有顯著的提高，可直接媲美衍射光柵型對準(zhǔn)系統(tǒng)。
文檔編號G03F7/20GK202133858SQ20112022461
公開日2012年2月1日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者周金運(yùn), 江文龍, 陳麗, 雷亮, 魏威 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)