[实用新型]具有LED光源的直写光刻机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种半导体技术中的微细加工设备，即光刻机。

背景技术

光刻机是用于在晶片、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材料上印刷构图的设备。光刻机曝光光源部分是各种接近式、步进重复式、步进扫描式光刻机的重要部件之一，其曝光量、寿命、均匀性、发热量都直接和其他各部件的设计相关。光源影响着光刻机使用的最终关键特征尺寸的质量，使用和维护成本等问题。从目前主要光刻机供应商的产品来看，在光刻分辨率0.28μm以上的光刻机中，主要以超高压汞灯作为照明光源(365nm、I line)，一般来说都具有2000W以上的功率。现在光刻机光源主要存在如下的问题：

1、寿命短。光刻机用的超高压汞灯在实际使用过程中寿命仅仅为1800小时左右。由于光刻机整机的预热较长，开启后，汞灯就不能关闭，这样就需要每隔二个多月就更换一次。除此之外，汞灯在光路中的位置是非常敏感的，会直接影响到曝光的均匀性，这也需要厂家的专业人员进行操作和维护。这都折算在光刻机运营成本当中，这也是光刻机“娇贵”的一个方面。如果有一种方法，能够提高光刻寿命，免除频繁的更换的瓶颈，将大大提高持续工作时间，降低光刻机的使用成本。

2、温度高。在整机装配中，光路的各部件都有着严格的制冷和温度要求，而汞灯在使用中温度高达上千度，这个热量对各部件的影响也是非常大的，增加了机体内的发热量。所以在光刻机照明设计中，对光源的制冷和温控进行了很大工作的设计。尤其是需要水制冷，附加的水泵，真空管等附件更是增加了整机的复杂性。

3、耗电高。超高压汞灯一般需要2000W以上的功率，属于一种高耗能非绿色的光源。

4、体积大。汞灯是立体全方位角度的照射，需要较大的椭圆反射镜来收集光束，光路比较负责，再加上汞灯大耗能，高热量的特点，照明部分需要增加电源供给、水冷散热、滤镜等诸多附件，一台光刻机，照明部分要占到光学部件的1/2以上。光刻机体积难以缩小，给运输和厂房建设等都带来了不利的影响。

5、在激光直写式光刻机中，光源为激光光源，激光是相干性非常好的光源，由于相干性会给最后的成像光斑带来问题，会产生散斑，成像的解析力不高。一般来说，光刻波长的激光器都非常昂贵，高成本也是激光直写式光刻机面临的一大问题。

实用新型内容

为了解决在0.28μm以上的工艺用的直写光刻机中，超高压汞灯和激光作为曝光光源具有很多难以克服的缺点，提高直写光刻机的整体性能，本实用新型提供一种具有LED光源的直写光刻机。

具体光源结构改进方案如下：

具有LED光源的直写光刻机，包括光源、聚光透镜组、孔径光、聚光透镜、全反射镜、数字掩模版和晶圆表面，其中光源、聚光透镜组、孔径光和聚光透镜位于同一轴线上，且与全反射镜对应，全反射镜与一侧上方的数字掩模版对应，数字掩模版通过其下方的投影光路与晶圆表面对应，其特征在于：

所述光源为发光二极管光源。

所述发光二极管光源通过电路板设于铜制散热块上，铜制散热块底部设有位置调节机构。

本实用新型的有益技术效果体现在下述几个方面：

1、使用寿命长。

目前使用的光刻机超高压汞灯光源的寿命为1800小时，而发光二极管LED作为光源寿命长达20000个小时。而且在曝光过程中，是用电控开关作为曝光剂量的控制，不需要光源开机后长明，只有在曝光中，才根据需要间歇的点亮，从理论上推算在整个光刻机寿命中，是不需要更换光源的。免除了维护和频繁更换的过程。

2、发热量低。

发光二极管的发热量非常低，在设计散热部件时，只需要一个散热块的简单设计就可以解决。发热量在机体内对别的部件几乎没有影响，这大大降低了整个温控系统的设计难度。

3、功率小耗电低，发光效率高。

LED发光的方向性好，大部分光功率都可以进入到光路中。从晶圆所需曝光剂量来反推所需LED的功率只需1W左右。和以前2000W的汞灯相比大大降低了驱动控制组件设计的难度。虽然目前汞灯光刻的曝光区域比LED大一些，但是LED技术的发展很快，今后产品改进和换代也是非常便利。

4、取消滤光片和波长反射镜等滤光器件。

LED发光的波长带宽窄，功率可以集中在10nm波段范围之内，光路中不需要加装以往汞灯光路中必须要加装的滤光片、波段反射镜等光学部件，光功率的利用效率更高，光路设计更加简化。

5、取消快门、实现电控曝光时间。