專利名稱:一種基于紫外led光源的光刻機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及微電子、微納光子器件制備等微納加工領(lǐng)域,特別涉及一種基于紫外 LED光源的光刻機。
背景技術(shù):
光刻技術(shù)是一種精密的微細加工技術(shù)。目前,基于紫外光源的光刻機大多以高壓汞燈做曝光光源,采用Hg的i線(365nm)曝光。其存在的主要問題為1、光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜。汞燈光源屬于立體全方位輻照,為實現(xiàn)單一波長均勻輻照,其光學(xué)系統(tǒng)包括光欄、快門、準(zhǔn)直鏡、透鏡組(一般需要幾十個甚至上百個透鏡)、i線濾光片、場鏡、反射鏡等等。復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)成為光刻機價格高昂和小型化的瓶頸。2、穩(wěn)定性低。汞燈的發(fā)光極金屬在使用中容易加熱變形,導(dǎo)致其光斑容易移動,所以需要經(jīng)常調(diào)節(jié),特別是剛完成預(yù)熱的時候。3、壽命短。光刻機使用的高壓汞燈壽命一般在2000小時左右。加之高壓汞燈需要提前預(yù)熱,且開啟后不能關(guān)閉,這進一步導(dǎo)致了汞燈在曝光中其有效利用率進一步降低。4、溫度高。汞燈在使用時溫度高達一千攝氏度以上,這對光學(xué)系統(tǒng)及附屬器件有很大的影響,故基于汞燈光源的光刻機需要加入風(fēng)冷或水冷系統(tǒng),這進一步增加了設(shè)備的價格和操作的復(fù)雜性。5、能耗高?,F(xiàn)有光刻機使用的高壓汞燈功率一般都在1000W以上,經(jīng)過一系列光學(xué)元件后,其有效曝光的功率密度在5-20mW/cm2,故其能量利用率低,加之汞燈開啟后不能關(guān)閉,導(dǎo)致不曝光期間,能量的進一步浪費。6、不環(huán)保。汞是有毒物質(zhì),一旦泄露,會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染且嚴(yán)重影響操作者的健康和安全。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有光刻技術(shù)基于高壓汞燈的不足之處,提供一種結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定、壽命長、節(jié)能、環(huán)保的基于紫外LED光源的光刻機。實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下一種基于紫外LED光源的光刻機,其特征在于其包括發(fā)光控制器、紫外LED光源光學(xué)系統(tǒng)、光欄、掩模板、光刻膠和光刻膠襯底基片;其中,所述發(fā)光控制器,用于控制曝光時間和相對輻照強度,并且其曝光方式采用接觸式或接近式;所述紫外LED光源光學(xué)系統(tǒng),通過對紫外LED光源和透鏡空間分布的光學(xué)設(shè)計,或僅通過對紫外LED光源空間分布的光學(xué)設(shè)計,實現(xiàn)紫外LED光源所發(fā)紫外光束在距該紫外 LED光源一定距離即工作距離處的曝光面的均勻輻照曝光;所述光欄,用于控制曝光面積以及消除邊緣雜散光對樣品的輻照。進一步的,根據(jù)所述的基于紫外LED光源的光刻機所用紫外LED光源的峰值波長在 315nm 至 400nm。進一步的,根據(jù)所述的紫外LED光源光學(xué)系統(tǒng),為了實現(xiàn)曝光面的均勻輻照,該紫外LED光源光學(xué)系統(tǒng)可采用3種不同的方式
1)紫外LED光源排布在平面上,在該紫外LED光源前加透鏡組,實現(xiàn)距該紫外LED 光源一定距離即工作距離處的曝光面的均勻輻照;2)紫外LED光源排布在具有一定曲率半徑的弧面上,在每個紫外LED前加1個透鏡,實現(xiàn)該紫外LED光源工作距離處的曝光面的均勻輻照;3)紫外LED光源排布在具有一定曲率半徑的弧面上,實現(xiàn)該紫外LED光源工作距離處的曝光面的均勻輻照。進一步的,所述紫外LED光源采用紫外LED陣列,實現(xiàn)高強度均勻輻照曝光。進一步的,對于曝光的控制通過控制LED的曝光時間和/或相對曝光輻照強度。進一步的,對曝光時間的控制通過發(fā)光的開、關(guān)完成。曝光時間采用0. ls-999. 9s 倒計時進行。進一步的,對相對曝光輻照強度的控制通過控制紫外LED光源的發(fā)光模式完成, 所述相對曝光輻照強度在最大值的-100%之間可調(diào)。上述技術(shù)方案的創(chuàng)新原理和相比傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢為1、光源采用紫外LED光源,多個LED單元排列成陣列結(jié)構(gòu),實現(xiàn)LED發(fā)射光在一定距離處的輻照面上滿足接觸式或接近式光刻要求的均勻輻照;2、LED光源的陣列結(jié)構(gòu)可以為以下三種結(jié)構(gòu)之一 LED陣列分布為平面,在LED陣列前加透鏡組(一般用2個透鏡即可),或者LED陣列結(jié)構(gòu)分布為弧面,且在每個紫外LED 前加一個透鏡,形成透鏡陣列,或者LED陣列結(jié)構(gòu)分布為弧面,沒有透鏡陣列,直接形成照明;例如使用4X4的LED平面陣列和2個透鏡,可在距離光源約20mm處,實現(xiàn)輻照強度約 2100mff/cm2的均勻輻照;3、所用LED光源的波長在紫外波段,所用紫外LED光源的峰值波長通常在315nm 至400nm,優(yōu)選的如365 士 5nm。由于紫外LED的波譜窄,故無需使用紫外濾光片,從而有效避免了使用濾光片帶來的吸收損耗造成的能量浪費。同時紫外LED發(fā)光沒有紅外光譜成分, 周圍環(huán)境不會吸收光后溫度升高,減少了對系統(tǒng)環(huán)境的影響和系統(tǒng)的參數(shù)漂移;4、曝光時間和相對曝光輻照強度通過控制光源本身的發(fā)光來完成,無需使用快門,開啟光源即開始曝光,曝光結(jié)束,光源自動關(guān)閉,避免了曝光結(jié)束后光源繼續(xù)開啟造成的能量浪費,實現(xiàn)能量的高效使用。由于LED的電流反應(yīng)時間短,電路開關(guān)對LED的發(fā)光的控制是實時的,從而對光刻輻射強度有精確的控制。其曝光方式采用接觸式或接近式。曝光時間可采用0. 1-999. 9s倒計時進行,相對曝光輻照強度可控制在最大值的1 100%之間;5、光刻機的壽命由光源壽命決定,由于紫外LED的壽命長達20000小時,故該光刻機系統(tǒng)可實現(xiàn)長壽命使用,光源發(fā)光強度穩(wěn)定,不會隨著使用時間而變化;6、系統(tǒng)功率在5W 50W,溫度低,發(fā)熱量小,實現(xiàn)低功率光源的光刻;7、采用紫外LED光源,實現(xiàn)基于環(huán)保光源的光刻;8、紫外LED光刻系統(tǒng)設(shè)計簡單,能耗低,成本低,適合應(yīng)用在小型低成本的光刻儀器中;
9、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、壽命長、效率高、節(jié)能、環(huán)保,適用于微電子、微納光子器件制備等微納加工領(lǐng)域。
圖1為本 發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為365nm紫外LED光源光譜圖;圖3為利用本發(fā)明光刻機所得的曝光結(jié)果圖;圖4為LED陣列分布在弧面且加有透鏡陣列的紫外LED光源光學(xué)系統(tǒng)示意圖;圖5為LED陣列分布在弧面的紫外LED光源光學(xué)系統(tǒng)示意圖;其中,1、發(fā)光控制器;2、紫外LED光源光學(xué)系統(tǒng);3、排布在同一平面上的LED陣列;4、透鏡組;5、光欄;6、掩模板;7、光刻膠;8、光刻膠襯底基片;9、排布在具有一定曲率半徑的弧面上的LED陣列;10、透鏡陣列。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細描敘,附圖中相同的標(biāo)號始終表示相同的部件。實施例1 參照圖1,基于紫外LED光源的光刻機包括,發(fā)光控制器1,用于控制曝光時間和相對曝光輻照強度;紫外LED光源光學(xué)系統(tǒng)2,由排布在同一平面上的LED陣列3和陣列前所加的透鏡組4構(gòu)成,用于實現(xiàn)LED所發(fā)紫外光束在距光源一定距離即工作距離處的曝光面的均勻輻照;光欄5,用于控制曝光面積以及消除邊緣雜散光對樣品的輻照;掩模板6 ;光刻膠7 ;光刻膠襯底基片8。如圖1所示,通過發(fā)光控制器1設(shè)置好曝光時間和相對輻照強度,啟動發(fā)光,排布在同一平面上的LED陣列3的每個LED將同時發(fā)光,光束經(jīng)透鏡組4整形,并經(jīng)光欄5消除邊緣雜散光,輻照光刻掩模板6,實現(xiàn)對光刻膠7的曝光,經(jīng)顯影、定影等后續(xù)工藝處理后, 將掩模板的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠襯底基片8上。圖2為圖1所示的一種紫外LED光源的光譜圖,峰值波長為365nm,半高全寬為 IOnm0圖3為利用圖1所示的光刻機系統(tǒng)曝光硅襯底上的光刻膠所得的光刻圖形的顯微鏡像。曝光所得結(jié)果與掩模板圖形一致。實施例2 圖4為一種含有透鏡陣列的紫外LED光源光學(xué)系統(tǒng),其具有排布在具有一定曲率半徑的弧面上的LED陣列9,每個LED前加1個透鏡,構(gòu)成透鏡陣列10,啟動發(fā)光后,排布在具有一定曲率半徑的弧面上的LED陣列9的每個LED同時發(fā)光,并經(jīng)各自前面的透鏡聚光, 在工作距離處的曝光面實現(xiàn)均勻輻照。其它結(jié)構(gòu)同實施例1。實施例3 圖5為另一種紫外LED光源光學(xué)系統(tǒng),其具有排布在具有一定曲率半徑的弧面上的LED陣列9,啟動發(fā)光后,排布在具有一定曲率半徑的弧面上的LED陣列9的每個LED同時發(fā)光,在工作距離處的曝光面實現(xiàn)均勻輻照。
其它結(jié)構(gòu)同實施例1。
權(quán)利要求
1.一種基于紫外LED光源的光刻機,其特征在于其包括發(fā)光控制器、紫外LED光源光學(xué)系統(tǒng)、光欄、掩模板、光刻膠和光刻膠襯底基片;其中,所述發(fā)光控制器,用于控制曝光時間和相對輻照強度,并且其曝光方式采用接觸式或接近式;所述紫外LED光源光學(xué)系統(tǒng),通過對紫外LED光源和透鏡空間分布的光學(xué)設(shè)計,或僅通過對紫外LED光源空間分布的光學(xué)設(shè)計,實現(xiàn)紫外LED光源所發(fā)紫外光束在距該紫外LED 光源一定距離即工作距離處的曝光面的均勻輻照曝光;所述光欄,用于控制曝光面積以及消除邊緣雜散光對樣品的輻照。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紫外LED光源的光刻機,其特征在于,所用紫外LED光源的峰值波長在315nm至400nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紫外LED光源的光刻機,其特征在于,所述的紫外LED 光源光學(xué)系統(tǒng),為了實現(xiàn)曝光面的均勻輻照,該紫外LED光源光學(xué)系統(tǒng)可采用3種不同的方式1)紫外LED光源排布在平面上,在該紫外LED光源前加透鏡組,實現(xiàn)距該紫外LED光源一定距離即工作距離處的曝光面的均勻輻照;2)紫外LED光源排布在具有一定曲率半徑的弧面上,在每個紫外LED前加1個透鏡,實現(xiàn)該紫外LED光源工作距離處的曝光面的均勻輻照;3)紫外LED光源排布在具有一定曲率半徑的弧面上,沒有透鏡陣列,直接形成照明,實現(xiàn)該紫外LED光源工作距離處的曝光面的均勻輻照。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于紫外LED光源的光刻機,其特征在于,所述紫外LED 光源采用紫外LED陣列,實現(xiàn)高強度均勻輻照曝光,光強不均勻度在光刻面積內(nèi)小于3%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紫外LED光源的光刻機,其特征在于,對于曝光的控制通過控制LED的曝光時間和/或相對曝光輻照強度完成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的基于紫外LED光源的光刻機,其特征在于,對曝光時間的控制通過發(fā)光的開、關(guān)完成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的基于紫外LED光源的光刻機,其特征在于,對曝光時間的控制通過發(fā)光的開、關(guān)完成,曝光時間采用0. ls-999. 9s倒計時進行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的基于紫外LED光源的光刻機,其特征在于,對相對曝光輻照強度的控制通過控制紫外LED光源的發(fā)光模式完成,所述相對曝光輻照強度在最大值的 1% -100%之間可調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種基于紫外LED光源的光刻機,其結(jié)構(gòu)包括實現(xiàn)光束均勻輻照曝光的紫外LED光源光學(xué)系統(tǒng),控制曝光時間和相對輻照強度的發(fā)光控制器,光欄,光刻掩模板和光刻基片,該光刻機可采用接觸式或接近式曝光。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單,與傳統(tǒng)的基于汞燈光源的光刻機系統(tǒng)比較,本發(fā)明使用紫外LED光源,曝光時間和曝光輻照強度通過對光源系統(tǒng)本身的控制完成,不需要額外加入濾光片和光電快門。該光刻機是一種結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定、壽命長、散熱小、高效、節(jié)能、環(huán)保的光刻系統(tǒng)。本發(fā)明可用于微電子、微納光子器件制備等微納加工領(lǐng)域。
文檔編號G03F7/20GK102289155SQ201110230598
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者張斗國, 明海, 汪波, 王向賢, 胡繼剛, 陳漪愷, 陳魯 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)