專利名稱：基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造光刻領(lǐng)域，尤其涉及一種基于空間光調(diào)制器的無掩膜曝光系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光刻是半導(dǎo)體制造行業(yè)最關(guān)鍵的技術(shù)之一，其曝光技術(shù)可分為傳統(tǒng)光學(xué)曝光、電子束曝光、離子束曝光和X射線曝光等。其中，傳統(tǒng)光學(xué)曝光技術(shù)中的接觸式曝光可以獲得較高的分辨率，但掩膜版和晶片之間重復(fù)接觸的結(jié)果是在掩膜版上產(chǎn)生缺陷，這些缺陷將被重復(fù)復(fù)印到晶片上，導(dǎo)致產(chǎn)品的良率下降；接近式曝光雖然避免了接觸式曝光中產(chǎn)生的缺陷問題，但由于間隙的增大卻帶來了分辨率的急劇下降；投影式曝光利用光學(xué)投影成像的原理將掩膜版投影成像到晶片上，進(jìn)行非接觸式式曝光，既獲得了和接觸式曝光一樣的分辨率，又避免了接觸式曝光損傷、沾污掩膜版的弊端，成為目前傳統(tǒng)光學(xué)曝光的主流曝光 技術(shù)；但是投影曝光技術(shù)還是沒有避免掩膜版的使用，電子束曝光無需掩膜版，可以在計算機(jī)的控制下直接對涂有感光材料的晶片繪圖曝光；但電子束曝光生產(chǎn)率低下，且會產(chǎn)生嚴(yán)重的鄰近效應(yīng)，影響圖象的分辨率及圖形的精度，目前電子束曝光只適用于掩膜版的制作及集成電路中某些關(guān)鍵部分的小批量生產(chǎn)；離子束曝光也無需掩膜版，可直接對晶片曝光，且無鄰近效應(yīng)，但由于對準(zhǔn)精度問題尚未解決，用于大批量生產(chǎn)尚需時日；x射線曝光仍在實(shí)驗研制階段，尚未用于大批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，該系統(tǒng)無需掩膜版能直接對晶片曝光，具有較高的成本優(yōu)勢，且適于大批量商業(yè)化生產(chǎn)。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，沿光軸方向依次包括照明光源，與所述照明光源配套的光束整形系統(tǒng)，空間光調(diào)制器，與所述空間光調(diào)制器配套的偏振光學(xué)器件，投影透鏡及晶片支撐架；所述晶片支撐架上固定待曝光的晶片，所述空間光調(diào)制器與所述晶片支撐架關(guān)于所述投影透鏡滿足物象共軛關(guān)系。進(jìn)一步的，所述照明光源為普通照明光源或激光照明光源。進(jìn)一步的，所述普通光照明光源為汞燈、鹵鎢燈、氙燈或金屬鹵素?zé)簟＿M(jìn)一步的，所述激光光源為單個激光器或由多個激光器組合而成的激光器。進(jìn)一步的，所述激光器為可見光激光器或不可見光激光器。進(jìn)一步的，所述激光器為固體激光器、氣體激光器或半導(dǎo)體激光器中的一種或其組合。進(jìn)一步的，所述照明光源為普通照明光源，所述光束整形系統(tǒng)為積分方棒和成像透鏡的組合，或雙排復(fù)眼透鏡和成像透鏡的組合。進(jìn)一步的，所述積分方棒為實(shí)心或空心的。進(jìn)一步的，所述積分方棒為空心的，由四塊鍍有寬帶高反射介質(zhì)膜的平板玻璃粘合而成。進(jìn)一步的，所述雙排復(fù)眼透鏡由兩個完全相同的復(fù)眼透鏡組成，每個復(fù)眼透鏡都是由一系列結(jié)構(gòu)相同的矩形小透鏡拼接而成的透鏡陣列。進(jìn)一步的，所述雙排復(fù)眼透鏡的兩個復(fù)眼透鏡之間的距離等于每個矩形小透鏡的焦距。進(jìn)一步的，所述成像透鏡具有成像功能，用于將所述積分方棒的沿光軸方向的后端面或雙排復(fù)眼透鏡中沿光軸方向的前排復(fù)眼透鏡按比例成像到所述空間光調(diào)制器上。進(jìn)一步的，所述照明光源為激光照明光源，所述光束整形系統(tǒng)包括擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)、光束整形器件和傅立葉變換透鏡。進(jìn)一步的，所述擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)包括一個消球差雙凹透鏡和一個凸透鏡，其中所述 凸透鏡的前焦點(diǎn)和消球差雙凹透鏡的前焦點(diǎn)重合。進(jìn)一步的，所述凸透鏡為雙凸透鏡或平凸透鏡。進(jìn)一步的，所述光束整形器件為純相位衍射型光學(xué)器件。進(jìn)一步的，所述傅立葉變換透鏡為具有傅立葉變換功能的消色差的雙膠合透鏡。進(jìn)一步的，所述空間光調(diào)制器為液晶空間光調(diào)制器或硅基液晶空間光調(diào)制器。進(jìn)一步的，所述空間光調(diào)制器為液晶空間光調(diào)制器，所述偏振光學(xué)器件為粘貼在所述液晶空間光調(diào)制器沿光軸方向前后兩側(cè)的透振方向相互垂直的兩個偏振片，其中前面的偏振片起到起偏作用，后面的偏振片起到檢偏作用。進(jìn)一步的，所述空間光調(diào)制器為硅基液晶空間光調(diào)制器，所述偏振光學(xué)器件是偏振分束鏡，所述偏振分束鏡為由兩塊直角棱鏡中間夾一層偏振分束膜粘合而成，其中所述偏振分束膜對入射光波具有起偏作用，對出射光波具有檢偏作用。進(jìn)一步的，所述投影透鏡具有投影成像功能，用于將空間光調(diào)制器上顯示的圖形信息按比例成像到所述待曝光的晶片上，并在計算機(jī)的控制下實(shí)施無掩膜、非接觸式曝光。進(jìn)一步的，所述晶片支撐架具有實(shí)現(xiàn)圖像對準(zhǔn)功能的兩個晶片定位釘。綜上所述，本發(fā)明基于空間光調(diào)制器的無掩膜曝光系統(tǒng)，包括照明光源及其配套的光束整形系統(tǒng)、空間光調(diào)制器及其配套的偏振光學(xué)器件、投影透鏡和晶片支撐架。照明光源發(fā)出的光經(jīng)光束整形系統(tǒng)整形成為適合空間光調(diào)制器尺寸大小的均勻照明光束，照亮所述空間光調(diào)制器，在所述配套的偏振光學(xué)器件的配合作用下，所述空間光調(diào)制器可通過計算機(jī)的控制顯示各種圖形結(jié)構(gòu)，后續(xù)再經(jīng)投影透鏡投影成像到晶片上，便可對晶片實(shí)施無掩膜曝光。該系統(tǒng)可應(yīng)用于半導(dǎo)體行業(yè)的光刻工藝中，適于大批量生產(chǎn)。


圖I是基于空間光調(diào)制器的無掩膜曝光系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)圖；圖2a-圖2b是基于LCD的普通光源照明無掩膜曝光系統(tǒng)的兩種實(shí)施方案結(jié)構(gòu)示意圖；圖2c-圖2d是基于LCoS的普通光源照明無掩膜曝光系統(tǒng)的兩種實(shí)施方案結(jié)構(gòu)示意圖；圖2e是基于LCD的激光照明無掩膜曝光系統(tǒng)的一種實(shí)施方案結(jié)構(gòu)示意圖；圖2f是基于LCoS的激光照明無掩膜曝光系統(tǒng)的一種實(shí)施方案結(jié)構(gòu)示意圖3是積分方棒結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是復(fù)眼透鏡結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)示意圖；圖6是前后粘貼偏振片的IXD整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是偏振分束鏡不意圖；圖8是LCoS結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是晶片支撐架結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實(shí)例時，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對本發(fā)明的限定。本發(fā)明提供了一種基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，沿同一光傳播方向依次包括照明光源，與所述照明光源配套的光束整形系統(tǒng)，空間光調(diào)制器，與所述空間光調(diào)制器配套的偏振光學(xué)器件，投影透鏡及晶片支撐架；所述晶片支撐架固定有待曝光的晶片，所述空間光調(diào)制器與所述晶片支撐架關(guān)于所述投影透鏡滿足物象共軛關(guān)系。照明光源發(fā)出的光經(jīng)光束整形系統(tǒng)整形成為適合空間光調(diào)制器尺寸大小的均勻照明光束，照亮所述空間光調(diào)制器，在所述配套的偏振光學(xué)器件的配合作用下，所述空間光調(diào)制器可通過計算機(jī)的控制顯示各種圖形結(jié)構(gòu)，后續(xù)再經(jīng)投影透鏡投影成像到晶片上，便可對晶片實(shí)施無掩膜曝光。如圖2a_圖2d所示，所述照明光源I可以是普通照明光源，如汞燈、鹵鎢燈、氙燈、金屬鹵素?zé)舻?，如圖2e_圖2f所示，所述照明光源I也可以是激光光源。如圖2e_圖2f中所述照明光源I所示的單個激光器還可以用多個激光器的組合來代替；所述的激光器可以是固體激光器、氣體激光器，也可以是半導(dǎo)體激光器；可以是可見光激光器，也可以是不可見光激光器。如圖2a_圖2d所示，與所述普通照明光源相配套I的光束整形系統(tǒng)3可以由積分方棒31和成像透鏡32組成，也可以由雙排復(fù)眼透鏡311、312和成像透鏡32組成。如圖3所示，所述積分方棒31由四塊鍍有寬帶高反射介質(zhì)膜的平板玻璃粘合而成；如圖4所示，所述雙排復(fù)眼透鏡311和312的結(jié)構(gòu)由一系列結(jié)構(gòu)相同的矩形小透鏡按某種方式拼接而成的透鏡陣列；需要說明的是,與積分方棒31相對應(yīng)的反光碗2是橢球形反光碗,與復(fù)眼透鏡311和322對應(yīng)的反光碗2是拋物面形反光碗。所述成像透鏡32具有成像功能，可將光束整形系統(tǒng)3的前端面或后端面按比例成像到空間光調(diào)制器上。如圖2e-圖2f所示，激光光源I相配套光束整形系統(tǒng)3包括擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)31，光束整形器件32和傅立葉變換透鏡33。
如圖5所示，所述擴(kuò)束準(zhǔn)制系統(tǒng)31的結(jié)構(gòu)包括擴(kuò)束鏡311和準(zhǔn)直鏡312，該系統(tǒng)可將激光光源I發(fā)出的激光束變成具有一定束斑大小的平行光。所述光束整形器件32為純相位衍射型光學(xué)器件；所述傅立葉變換透鏡33是消色差的雙膠合透鏡，具有傅立葉變換功能。所述空間光調(diào)制器4可以是如圖2a、圖2b和圖2e中所示的液晶空間光調(diào)制器(IXD)，也可以是如圖2c、圖2d、和圖2f中4所示的硅基液晶空間光調(diào)制器(LCoS)。如圖6所示，與所述如圖2a、圖2b和圖2e中4所示的液晶空間光調(diào)制器相配套的偏振光學(xué)器件是粘貼在液晶空間光調(diào)制器前后兩側(cè)的透振方向相互垂直的兩個偏振片41和42，其中前面的偏振片起起偏作用，后面的偏振片起檢偏作用，整體結(jié)構(gòu)示意圖；與所述如圖2c、圖2d、和圖2f中4所示的LCoS相配套的偏振光學(xué)器件是偏振分·束鏡5 ;所述偏振分束鏡5是由兩塊直角棱鏡51和52中間夾一層偏振分束膜53粘合而成，其中偏振分束膜53對入射光波具有起偏作用，對出射光波具有檢偏作用。如圖7所示，所述LCoS的整體結(jié)構(gòu)示意圖，包括硅基板41、液晶材料42和ITO透明玻璃板43。所述投影透鏡6可以是單透鏡，也可以是多個透鏡的組合，具有投影成像功能，可將空間光調(diào)制器4上顯示的圖形信息按比例成像到晶片上，在計算機(jī)的控制下實(shí)施無掩膜、非接觸式曝光。所述晶片支撐架7的結(jié)構(gòu)示意圖如圖9所示，在曝光過程中可將晶片固定，晶片支撐架7上還有兩個定位釘71，可實(shí)現(xiàn)晶片對準(zhǔn)功能。以下結(jié)合幾具體實(shí)施例，詳細(xì)說明本發(fā)明中基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然本發(fā)明中基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并不限制于以下實(shí)施例。實(shí)施例一如圖2a所示，本實(shí)施例中，所述空間光調(diào)制器4為液晶空間光調(diào)制器，所述照明光源I為汞燈，所述無掩膜曝光系統(tǒng)包括采用汞燈作為照明光源I、橢球形反光碗2、積分方棒31、成像透鏡32、液晶空間光調(diào)制器(IXD) 4、投影透鏡6、晶片支撐架7等。汞燈的照明光源I位于橢球形反光碗2的前焦點(diǎn)處,積分方棒31位于橢球形反光碗2的后焦點(diǎn)后面一定距離處，成像透鏡32位于積分方棒3的后面，液晶空間光調(diào)制器位于成像透鏡32的后面，投影透鏡6位于液晶空間光調(diào)制器的后面，晶片支撐架7位于投影透鏡6的后面。積分方棒31的后端面與液晶空間光調(diào)制器關(guān)于成像透鏡32滿足物象共軛關(guān)系，液晶空間光調(diào)制器和晶片支撐架7所在的位置關(guān)于投影透鏡6滿足物象共軛關(guān)系。汞燈的照明光源I發(fā)出的光經(jīng)橢球形反光碗2反射后匯聚在橢球反光碗2的后焦點(diǎn)處成為具有一定發(fā)散角的點(diǎn)光源，繼續(xù)往后傳播，被收集到積分方棒31中，經(jīng)多次反射后在積分方棒31的后端面形成均勻的矩形照明光束；成像透鏡32將積分方棒31后端面上的均勻矩形照明光束按比例成像到液晶空間光調(diào)制器上；在如圖6所示的液晶空間光調(diào)制器前后表面的兩個相互垂直的偏振片41和42的配合作用下，通過電腦控制各個像素液晶材料的旋轉(zhuǎn)角度，就能在液晶空間光調(diào)制器上顯示所需要的掩膜版結(jié)構(gòu)；投影透鏡6將液晶空間光調(diào)制器上顯示的掩膜版結(jié)構(gòu)投影成像到晶片支持架7上，就可對固定在晶片支撐架7上的晶片實(shí)施非接觸式曝光，如圖9所示的晶片支撐架7上的定位釘71起圖形對位作用，此系統(tǒng)在曝光過程中無需掩膜版也無需快門，只需計算機(jī)自動控制液晶空間光調(diào)制器即可。實(shí)施方案二如圖2b所示，本實(shí)施例中所述空間光調(diào)制器4為液晶空間光調(diào)制器，所述照明光源I為鹵素?zé)簦鰺o掩膜曝光系統(tǒng)包括鹵素?zé)糇鳛檎彰鞴庠碔、拋物面形反光碗2、第一排復(fù)眼透鏡311、第二排復(fù)眼透鏡312、成像透鏡32、液晶空間光調(diào)制器、投影透鏡6、晶片支撐架7等。鹵素?zé)舻恼彰鞴庠碔位于拋物面形反光碗2的焦點(diǎn)處，第一排復(fù)眼透鏡311位于拋物面形反光碗2的后面一定距離處，第二排復(fù)眼透鏡312位于第一排復(fù)眼透鏡311的后面，成像透鏡32位于第二排復(fù)眼透鏡312的后面，液晶空間光調(diào)制器位于成像透鏡32的后面，投影透鏡6位于液晶空間光調(diào)制器的后面，晶片支撐架7位于投影透鏡6的后面；第一排復(fù)眼透鏡311與第二排復(fù)眼透鏡312之間的距離等于每個矩形小透鏡的間距；第一排復(fù)眼透鏡311和液晶空間光調(diào)制器關(guān)于成像透鏡32滿足物象共軛關(guān)系，液晶空間光調(diào)制器和
晶片支撐架7所在的位置關(guān)于投影透鏡6滿足物象共軛關(guān)系。鹵素?zé)舻恼彰鞴庠碔發(fā)出的光經(jīng)拋物面形反光碗2反射后成為近似平行的光束照射到第一排復(fù)眼透鏡311上，經(jīng)第一排復(fù)眼透鏡311上矩形小透鏡陣列的分割作用后，聚焦于第二排復(fù)眼透鏡312的各矩形小透鏡上，第二排復(fù)眼透鏡312上的各矩形小透鏡起場鏡作用，在第二排復(fù)眼透鏡312的場鏡作用下，成像透鏡32將第一排復(fù)眼透鏡311上的各矩形小透鏡陣列交疊成像在液晶空間光調(diào)制器上，在如圖6所示的液晶空間光調(diào)制器上得到均勻的矩形照明光束；在如圖6所示的液晶空間光調(diào)制器前后表面的兩個相互垂直的偏振片41和42的配合作用下，通過電腦控制各個像素液晶材料的旋轉(zhuǎn)角度，就能在液晶空間光調(diào)制器上顯示所需要的掩膜版結(jié)構(gòu)；投影透鏡6將液晶空間光調(diào)制器上顯示的掩膜版結(jié)構(gòu)投影成像到晶片支持架7上，就可對固定在晶片支撐架7上的晶片實(shí)施非接觸式曝光，如圖9所示的晶片支撐架7上的定位釘71起圖形對位作用，此系統(tǒng)在曝光過程中無需掩膜版也無需快門，只需計算機(jī)自動控制液晶空間光調(diào)制器即可。實(shí)施方案三如圖2c所示，本實(shí)施例中所述空間光調(diào)制器4為硅基液晶空間光調(diào)制器(LCoS)，所述照明光源I為汞燈，所述無掩膜曝光系統(tǒng)包括汞燈作為照明光源I、橢球形反光碗2、積分方棒31、成像透鏡32、偏振分束鏡5、硅基液晶空間光調(diào)制器4、投影透鏡6、晶片支撐架7等。汞燈的照明光源I位于橢球形反光碗2的前焦點(diǎn)處，積分方棒31位于橢球形反光碗2的后焦點(diǎn)后面一定距離處，成像透鏡32位于積分方棒31的右邊，偏振分束鏡5位于成像透鏡32的右邊，硅基液晶空間光調(diào)制器固定在偏振分束鏡5的后表面，投影透鏡6位于硅基液晶空間光調(diào)制器的對面，晶片支撐架7位于投影透鏡6的后面。積分方棒31的后端面與娃基液晶空間光調(diào)制器關(guān)于成像透鏡32滿足物象共輒關(guān)系，娃基液晶空間光調(diào)制器和晶片支撐架7所在的位置關(guān)于投影透鏡6滿足物象共軛關(guān)系。汞燈照明光源I發(fā)出的光經(jīng)橢球形反光碗2反射后匯聚在橢球反光碗2的后焦點(diǎn)處成為具有一定發(fā)散角的點(diǎn)光源，繼續(xù)往后傳播，被收集到積分方棒31中，經(jīng)多次反射后在積分方棒31的后端面形成均勻的矩形照明光束；成像透鏡32將積分方棒31后端面上的均勻矩形照明光束按比例成像到硅基液晶空間光調(diào)制器上；由于光束在到達(dá)硅基液晶空間光調(diào)制器上之前經(jīng)過了如圖7所示的偏振分束鏡5中間偏振分束膜53的起偏作用，所以能夠在硅基液晶空間光調(diào)制器前表面處得到均勻的矩形豎直偏振光。均勻的矩形豎直偏振光透過如圖8所示的ITO透明玻璃板43后繼續(xù)在液晶材料42中傳播，通過計算機(jī)控制各像素液晶材料的旋轉(zhuǎn)角度對光波進(jìn)行調(diào)制，被調(diào)制后的光波經(jīng)如圖8所示的硅基板41反射后再次通過液晶材料42、ITO透明玻璃板43等到達(dá)如圖7所不的偏振分束鏡5的偏振分束膜53處,經(jīng)偏振分束膜53檢偏后，便可顯示所需要的掩膜版結(jié)構(gòu)。投影透鏡6可將硅基液晶空間光調(diào)制器上顯示的掩膜版結(jié)構(gòu)投影成像到晶片支持架7上，對固定在晶片支撐架7上的晶片實(shí)施非接觸式曝光。如圖9所示的晶片支撐架7上的定位釘71起圖形對位作用，此系統(tǒng)在曝光過程中無需掩膜版也無需快門，只需計算機(jī)自動控制硅基液晶空間光調(diào)制器即可。實(shí)施方案四
如圖2d所示，本實(shí)施例中所述空間光調(diào)制器4為硅基液晶空間光調(diào)制器(LCoS)，所述照明光源I為鹵素?zé)?，一種基于LCoS的無掩膜曝光系統(tǒng)包括鹵素?zé)舻恼彰鞴庠碔、拋物面形反光碗2、第一排復(fù)眼透鏡311、第二排復(fù)眼透鏡312、成像透鏡32、偏振分束鏡5、硅基液晶空間光調(diào)制器、投影透鏡6、晶片支撐架7等。鹵素?zé)舻恼彰鞴庠碔位于拋物面形反光碗2的焦點(diǎn)處，第一排復(fù)眼透鏡311位于拋物面形反光碗2的右邊一定距離處，第二排復(fù)眼透鏡312位于第一排復(fù)眼透鏡311的右邊，成像透鏡32位于第二排復(fù)眼透鏡312的右邊，偏振分束鏡5位于成像透鏡32的右邊，硅基液晶空間光調(diào)制器固定在偏振分束鏡5的后表面，投影透鏡6位于硅基液晶空間光調(diào)制器的對面，晶片支撐架7位于投影透鏡6的后面。第一排復(fù)眼透鏡311與第二排復(fù)眼透鏡312之間的距離等于每個矩形小透鏡的間距；第一排復(fù)眼透鏡311和硅基液晶空間光調(diào)制器關(guān)于成像透鏡32滿足物象共軛關(guān)系，硅基液晶空間光調(diào)制器和晶片支撐架7所在的位置關(guān)于投影透鏡6滿足物象共軛關(guān)系。鹵素?zé)舻恼彰鞴庠碔發(fā)出的光經(jīng)拋物面形反光碗2反射后成為近似平行的光束照射到第一排復(fù)眼透鏡311上，經(jīng)第一排復(fù)眼透鏡311上矩形小透鏡陣列的分割作用后，聚焦于第二排復(fù)眼透鏡312的各矩形小透鏡上，第二排復(fù)眼透鏡312上的各矩形小透鏡起場鏡作用，在第二排復(fù)眼透鏡312的場鏡作用下，成像透鏡32將第一排復(fù)眼透鏡311上的各矩形小透鏡陣列交疊成像在硅基液晶空間光調(diào)制器上，由于光束在到達(dá)硅基液晶空間光調(diào)制器上之前經(jīng)過了如圖7所示的偏振分束鏡5中間偏振分束膜53的起偏作用，所以能夠在硅基液晶空間光調(diào)制器前表面處得到均勻的矩形豎直偏振光。均勻的矩形豎直偏振光透過如圖8所示的ITO透明玻璃板43后繼續(xù)在液晶材料42中傳播，通過計算機(jī)控制各像素液晶材料42的旋轉(zhuǎn)角度對光波進(jìn)行調(diào)制，被調(diào)制后的光波經(jīng)如圖8所示的硅基板41反射后再次通過液晶材料42、ITO透明玻璃板43等到達(dá)如圖7所示的偏振分束鏡5的偏振分束膜53處，經(jīng)偏振分束膜53檢偏后，便可顯示所需要的掩膜版結(jié)構(gòu)。投影透鏡6可將硅基液晶空間光調(diào)制器上顯示的掩膜版結(jié)構(gòu)投影成像到晶片支持架7上，對固定在晶片支撐架7上的晶片實(shí)施非接觸式曝光。如圖9所示的晶片支撐架7上的定位釘71起圖形對位作用，此系統(tǒng)在曝光過程中無需掩膜版也無需快門，只需計算機(jī)自動控制硅基液晶空間光調(diào)制器即可。實(shí)施方案五如圖2e所示，本實(shí)施例中所述空間光調(diào)制器4為硅基液晶空間光調(diào)制器(LCoS)，所述照明光源I為激光光源，一種基于液晶空間光調(diào)制器的激光照明無掩膜曝光系統(tǒng)包括激光光源的照明光源I、擴(kuò)束鏡311、準(zhǔn)直鏡312、光束整形器件32、傅立葉變換透鏡33、液晶空間光調(diào)制器(LCD)4、投影透鏡6、晶片支撐架7等。激光光源的照明光源I位于擴(kuò)束鏡311的前面，準(zhǔn)直鏡312位于擴(kuò)束鏡311的后面；擴(kuò)束311的前焦點(diǎn)和準(zhǔn)直鏡312的前焦點(diǎn)重合，組成如圖5所示的擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)；傅立葉變換透鏡33位于擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)31的后面一定距離處，光束整形器件32緊貼傅立葉變換透鏡33之前放置；液晶空間光調(diào)制器4位于傅立葉變換透鏡33的后面，且位于傅立葉變換透鏡33的后焦面上；投影透鏡6位于液晶空間光調(diào)制器4的后面，晶片支撐架7位于投影透鏡6的后面。液晶空間光調(diào)制器和晶片支撐架7所在的位置關(guān)于投影透鏡6滿足物象共軛關(guān)系。激光光源的照明光源I發(fā)出的激光束經(jīng)擴(kuò)束鏡311、準(zhǔn)直鏡312后變成具有一定束斑大小的平行光束，平行光束經(jīng)過光束整形器件32和傅立葉變換透鏡33后在傅立葉變換透鏡33的后焦面上形成符合液晶空間光調(diào)制器4尺寸大小的均勻矩形照明光束，在液晶空間光調(diào)制器前后表面的兩個相互垂直的偏振片41和42的配合作用下，通過電腦控制各個像素液晶材料的旋轉(zhuǎn)角度，就能在液晶空間光調(diào)制器上顯示所需要的掩膜版結(jié)構(gòu)，投影透鏡6可將液晶空間光調(diào)制器上顯示掩膜版結(jié)構(gòu)投影成像到晶片支持架7上，對固定在晶片支撐架7上的晶片實(shí)施非接觸式曝光。實(shí)施方案六
如圖2f所示，本實(shí)施例中所述空間光調(diào)制器4為硅基液晶空間光調(diào)制器(LCoS)，所述照明光源I為激光光源，所述激光照明無掩膜曝光系統(tǒng)包括激光光源的照明光源I、擴(kuò)束鏡311、準(zhǔn)直鏡312、光束整形器件32、傅立葉變換透鏡33、偏振分束鏡5、硅基液晶空間光調(diào)制器、投影透鏡6和晶片支撐架7等。激光光源的照明光源I位于擴(kuò)束鏡311的左邊，準(zhǔn)直鏡312位于擴(kuò)束鏡311的右邊；擴(kuò)束311的前焦點(diǎn)和準(zhǔn)直鏡312的前焦點(diǎn)重合，組成如圖5所示的擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)；傅立葉變換透鏡33位于擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)的右邊一定距離處，光束整形器件32緊貼傅立葉變換透鏡33之前放置；偏振分束鏡5位于傅立葉變換透鏡33的右邊，硅基液晶空間光調(diào)制器固定在偏振分束鏡5的后表面，投影透鏡6位于硅基液晶空間光調(diào)制器的對面，晶片支撐架7位于投影透鏡6的后面。硅基液晶空間光調(diào)制器和晶片支撐架7所在的位置關(guān)于投影透鏡6滿足物象共軛關(guān)系。激光光源的照明光源I發(fā)出的激光束經(jīng)擴(kuò)束鏡311、準(zhǔn)直鏡312后變成具有一定束斑大小的平行光束，平行光束經(jīng)過光束整形器件32和傅立葉變換透鏡33后在傅立葉變換透鏡33的后焦面上形成符合硅基液晶空間光調(diào)制器尺寸大小的均勻矩形照明光束，由于光束在到達(dá)硅基液晶空間光調(diào)制器上之前經(jīng)過了如圖7所示的偏振分束鏡5中間偏振分束膜53的起偏作用，所以能夠在硅基液晶空間光調(diào)制器前表面處得到均勻的矩形豎直偏振光。均勻的矩形豎直偏振光透過如圖8所示的ITO透明玻璃板43后繼續(xù)在液晶材料42中傳播，通過計算機(jī)控制各像素液晶材料42的旋轉(zhuǎn)角度對光波進(jìn)行調(diào)制，被調(diào)制后的光波經(jīng)如圖8所示的硅基板41反射后再次通過液晶材料42、IT0透明玻璃板43等到達(dá)如圖7所不的偏振分束鏡5的偏振分束膜53處,經(jīng)偏振分束膜53檢偏后，便可顯示所需要的掩膜版結(jié)構(gòu)。投影透鏡6可將硅基液晶空間光調(diào)制器上顯示的掩膜版結(jié)構(gòu)投影成像到晶片支持架7上，對固定在晶片支撐架7上的晶片實(shí)施非接觸式曝光。此系統(tǒng)在曝光過程中無需掩膜版也無需快門，只需計算機(jī)自動控制硅基液晶空間光調(diào)制器即可。需要說明的是，上述實(shí)施方案五和實(shí)施方案六中的光束整形器件32也可放置在傅立葉變換透鏡的前焦點(diǎn)上或者緊貼傅立葉變換透鏡之后放置。上述各實(shí)施方案是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而并非本發(fā)明的限制，凡是不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神的任何改動，都還應(yīng)屬于本發(fā)明的范疇。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，因此 本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，沿光軸方向依次包括照明光源，與所述照明光源配套的光束整形系統(tǒng)，空間光調(diào)制器，與所述空間光調(diào)制器配套的偏振光學(xué)器件，投影透鏡及晶片支撐架；所述晶片支撐架上固定待曝光的晶片，所述空間光調(diào)制器與所述晶片支撐架關(guān)于所述投影透鏡滿足物象共軛關(guān)系。
2.如權(quán)利要求I所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述照明光源為普通照明光源或激光照明光源。
3.如權(quán)利要求2所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述普通光照明光源為汞燈、鹵鎢燈、氙燈或金屬鹵素?zé)簟?br> 4.如權(quán)利要求2所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述激光光源為單個激光器或由多個激光器組合而成的激光器。
5.如權(quán)利要求4所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器為可見光激光器或不可見光激光器。
6.如權(quán)利要求4所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器為固體激光器、氣體激光器或半導(dǎo)體激光器中的一種或其組合。
7.如權(quán)利要求2所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述照明光源為普通照明光源，所述光束整形系統(tǒng)為積分方棒和成像透鏡的組合，或雙排復(fù)眼透鏡和成像透鏡的組合。
8.如權(quán)利要求7所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述積分方棒為實(shí)心或空心的。
9.如權(quán)利要求8所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述積分方棒為空心的，由四塊鍍有寬帶高反射介質(zhì)膜的平板玻璃粘合而成。
10.如權(quán)利要求7所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述雙排復(fù)眼透鏡由兩個完全相同的復(fù)眼透鏡組成，每個復(fù)眼透鏡都是由一系列結(jié)構(gòu)相同的矩形小透鏡拼接而成的透鏡陣列。
11.如權(quán)利要求7所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述雙排復(fù)眼透鏡的兩個復(fù)眼透鏡之間的距離等于每個矩形小透鏡的焦距。
12.如權(quán)利要求7所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述成像透鏡具有成像功能，用于將所述積分方棒的沿光軸方向的后端面或雙排復(fù)眼透鏡中沿光軸方向的前排復(fù)眼透鏡按比例成像到所述空間光調(diào)制器上。
13.如權(quán)利要求2所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述照明光源為激光照明光源，所述光束整形系統(tǒng)包括擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)、光束整形器件和傅立葉變換透鏡。
14.如權(quán)利要求13所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)包括一個消球差雙凹透鏡和一個凸透鏡，其中所述凸透鏡的前焦點(diǎn)和消球差雙凹透鏡的前焦點(diǎn)重合。
15.如權(quán)利要求13所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述凸透鏡為雙凸透鏡或平凸透鏡。
16.如權(quán)利要求13所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述光束整形器件為純相位衍射型光學(xué)器件。
17.如權(quán)利要求13所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述傅立葉變換透鏡為具有傅立葉變換功能的消色差的雙膠合透鏡。
18.如權(quán)利要求13所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述空間光調(diào)制器為液晶空間光調(diào)制器或硅基液晶空間光調(diào)制器。
19.如權(quán)利要求13所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述空間光調(diào)制器為液晶空間光調(diào)制器，所述偏振光學(xué)器件為粘貼在所述液晶空間光調(diào)制器沿光軸方向前后兩側(cè)的透振方向相互垂直的兩個偏振片，其中前面的偏振片起到起偏作用，后面的偏振片起到檢偏作用。
20.如權(quán)利要求13所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述空間光調(diào)制器為硅基液晶空間光調(diào)制器，所述偏振光學(xué)器件是偏振分束鏡，所述偏振分束鏡為由兩塊直角棱鏡中間夾一層偏振分束膜粘合而成，其中所述偏振分束膜對入射光波具有起偏作用，對出射光波具有檢偏作用。
21.如權(quán)利要求I所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述投影透鏡具有投影成像功能，用于將空間光調(diào)制器上顯示的圖形信息按比例成像到所述待曝光的晶片上，并在計算機(jī)的控制下實(shí)施無掩膜、非接觸式曝光。
22.如權(quán)利要求I所述的基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述晶片支撐架具有實(shí)現(xiàn)圖像對準(zhǔn)功能的兩個晶片定位釘。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種基于空間光調(diào)制器的無掩膜圖形曝光系統(tǒng)，沿光軸方向依次包括照明光源，與所述照明光源配套的光束整形系統(tǒng)，空間光調(diào)制器，與所述空間光調(diào)制器配套的偏振光學(xué)器件，投影透鏡及晶片支撐架；所述晶片支撐架上固定待曝光的晶片，所述空間光調(diào)制器與所述晶片支撐架關(guān)于所述投影透鏡滿足物象共軛關(guān)系，照明光源發(fā)出的光經(jīng)光束整形系統(tǒng)整形成為適合空間光調(diào)制器尺寸大小的均勻照明光束，照亮所述空間光調(diào)制器，在所述配套的偏振光學(xué)器件的配合作用下，所述空間光調(diào)制器可通過計算機(jī)的控制顯示各種圖形結(jié)構(gòu)，后續(xù)再經(jīng)投影透鏡投影成像到晶片上，便可對晶片實(shí)施無掩膜曝光。
文檔編號G02B27/09GK102778820SQ201210294808
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者丁海生, 張昊翔, 李東昇, 李超, 江忠永, 馬新剛 申請人:杭州士蘭明芯科技有限公司