[发明专利]具有对焦机构的新型直写光刻装置

说明书

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，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。传统的光刻系统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)光刻系统相对于使用查分划板的方法，在光刻方面提供了许多益处。无掩膜系统使用空间图形发生器(SLM)来代替分划板。SLM包括数字微镜系统(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。

无掩膜光刻系统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，光学定位检测系统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系统。该装置的投影光学系统和光学定位检测系统采用离轴对焦方式，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。

发明内容

本发明的目的是：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、光学集光系统、投影光学系统、镜头转换机构和光学定位检测系统；其中，光学集光系统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；投影光学系统包括透镜、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；光学定位检测系统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；

光学定位检测系统一侧设有对焦系统；

所述对焦系统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，对焦系统平行与光学定位检测系统，其中对焦反射镜与光学定位检测系统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。