[发明专利]无掩模直写光刻系统

说明书

一种无掩模直写光刻系统，包括直写光源、能量控制单元、激光分束控制与扫描单元、聚焦伺服单元、红光检测单元、多轴工件平台和控制单元。在控制单元的总体控制下，所述的直写光源发出的光经过能量控制单元的控制、照射到激光分束控制与扫描单元上，经激光分束控制与扫描单元调控后，再经过聚焦伺服单元聚焦和红光检测单元的检测，最终将多路光束平行地聚焦在光刻胶上进行直写。本发明能够实现多光束的独立控制、并行直写和二维振镜扫描，比单点扫描系统提升了成倍的光刻效率。提升了直写光刻机的扫描速率及扫描自由度。

技术领域

本发明涉及微纳加工装置，特别是一种无掩模直写光刻系统。

技术背景

近年来随着集成电路行业的迅猛发展，智能手机、智能电视等智能设备的出现使得半导体行业出现井喷的发展态势。在过去的几十年里，光刻工艺的最小线宽以每3年30％的速率减小。半导体器件的特征尺寸已经从32nm、22nm、16nm达到现在的7nm。随着最小特征尺寸的降低，单位面积内的晶体管数量不断增加，芯片的运算速率得到不断提升，而光刻技术作为芯片制造的关键技术之一，对芯片的最小特征尺寸起着决定性作用，因此光刻工艺的发展程度制约着整个半导体行业的发展。

光刻技术作为半导体芯片制作、微纳光学加工的核心技术，是集合精密机械、现代光学、控制技术与材料设计等于一体的先进制造技术，是各学科尖端技术交叉与融合的复杂产物。激光直写技术属于一种新兴的无掩模微纳米加工技术，它有着向高速度、大幅面发展的前景，并在超大规模集成电路的制作、掩膜版与衍射光学元器件加工、微机电系统、能量转换与存储、生物芯片传感器和微光学等领域均有较为广泛的应用。因此发展激光直写技术具有重要的意义。

专利CN201035320Y公开了一种微光学高速并行直写系统，其包括直写光源、空间光调制器、傅里叶变换透镜、空间滤波器、物镜和二维精密平台，以及内置图形生成软件的计算机。但一般来说，当工件表面起伏在10微米以上时，上述系统在实际使用时便会出现离焦现象，影响光刻的质量。专利CN101846890A公开了一种并行激光直写系统，包括直写光源、图形发生系统、光学系统、控制系统、运动系统和工件平台，其特征在于还设有聚焦伺服系统。控制系统根据传感器的信号控制调焦装置的动作，实现聚焦伺服。上述激光直写系统只能进行单光束直写，因此加工效率低，加工成本高昂。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术，提供一种无掩模直写光刻系统，该系统能够实现多光束的独立控制、并行直写和二维振镜扫描，比单点扫描系统提升了成倍的光刻效率。提升了直写光刻机的扫描速率及扫描自由度。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种无掩模直写光刻系统，其特点在于，包括直写光源、能量控制单元、激光分束控制与扫描单元、聚焦伺服单元、红光检测单元、多轴工件平台和控制单元，沿所述的直写光源的输出光的方向依次是所述的能量控制单元、激光分束控制与扫描单元、聚焦伺服单元、红光检测单元和多轴工件平台，所述的控制单元分别与所述的能量控制单元、激光分束控制与扫描单元、聚焦伺服单元、红光检测单元、多轴工件平台的控制端相连；

所述激光分束控制与扫描单元包括微透镜阵列、阵列型声光调制器、反射镜和二维MEMS扫描振镜，所述的微透镜阵列实现单光束到多光束的分光，每束光经过相应的声光调制器的独立调控后，再经反射镜的反射，最后聚焦到二维MEMS扫描振镜的反射面上，通过MEMS振镜的二维旋转，实现多光束的二维振镜扫描；

所述二维MEMS扫描振镜，外部结构包括镜面、扭转梁、镜框，所述的镜面通过扭转梁与所述的镜框相连；内部结构包括驱动器、电极、引线和支撑基板，所述的电极位于镜面和镜框背面以及支撑基板的上表面，其中镜面和镜框背部的电极的位置和个数与支撑基板表面电极的位置和个数相对应，并构成平板电容器，支撑基板的电极通过导线与其背部的驱动器相连，驱动器通过控制电极的电压来控制由镜面、支撑基板和镜框、支撑基板构成的平板电容器，从而改变光束的出射角度。