[发明专利]一种光刻用光纤束以及光刻机

说明书

本公开实施例提供一种光刻用光纤束以及光刻机，所述光刻用光纤束能够至少接收波长不同的曝光高斯光束和退激发高斯光束，其至少包括一根光刻光纤，所述光刻光纤包括用于传输光束的光纤芯，在所述光纤芯的外侧包围设置光纤包层，在所述光纤包层的入射端处设置螺旋相位结构，所述螺旋相位结构用于使得所述退激发高斯光束转换形成甜甜圈状的结构光光束，在所述光纤包层的出射端的外侧设置透镜结构。本公开实施例能够将曝光用光能量直接从光源传递到光刻胶表面，不需要透镜和透镜组，系统易于安装、占据空间小、成本和维护成本也降低；利用单根光纤可以实现至少两束波长不同的光束的同时和同轴传播，大大降低双光束光刻技术空间透镜组调节的技术难度。

技术领域

本公开实施例涉及光刻技术领域，特别涉及一种基于光纤实现超分辨光刻用的光纤束以及光刻机。

背景技术

光刻技术是利用紫光或紫外光的光子照射涂覆在晶圆或试样表面的光刻胶(也就是感光胶)上，使得光刻胶分子大小产生变化得到在特定溶剂中的溶解度以产生一定的对比度，进一步利用该溶剂对晶圆/试样表面上涂覆的经过选择性曝光的光刻胶进行显影形成图案。

光刻是芯片生产的核心工艺技术，曝光后的光刻胶中得到的最小线宽是光刻机的最重要指标和芯片产线先进程度的判断依据。最先进的芯片产线通常根据晶体管集成度高低和芯片布线要求，在其晶体管制造工艺(前道)和晶体管间互联工艺(后道)分别配置1台或多台各种不同光刻精度的光刻机。

光刻机按光刻胶上形成图案的方式分为两大类，其中，第一类光刻机是把强度分布均匀的光斑，通过具有透明和不透明区域图案的光刻掩模板后在光刻胶上形成与掩模板图案高度保真的像。这类光刻机广泛用于半导体的生产线上；第二类光刻机是利用一束聚焦后的光或激光在感光胶上扫描需要曝光的区域，或利用空间光调制器对均匀的光斑分区域调制光强形成空间上明暗对比的图案后在感光胶上实现曝光，这类光刻机因不需要光刻掩模板被称为无掩模光刻机，前者也叫激光直写，后者也被称为LDI。

上述两类光刻机的设计都采用自由空间光学结构，即从光源发出的光到达光刻胶表面的过程中，光线都裸露在空气或真空中，光在传播的过程中，需要多个和多种透镜组成透镜组，对光进行各类聚焦、强度均匀化、消除各类的光程差、色差、球差等，这种透镜组加工和组装技术难度大、成本高、需要维护、安装调试不便。

发明内容

为了改善上述的问题，从而能够本公开实施例的目的在于提供一种光刻用光纤束以及光刻机，以直接把光刻光能从光源传输到光刻胶从而实现高精度的光刻。

本公开一方面提供一种光刻用光纤束，其能够至少接收波长不同的曝光高斯光束和退激发高斯光束，其至少包括一根光刻光纤，所述光刻光纤包括用于传输光束的光纤芯，在所述光纤芯的外侧包围设置光纤包层，在所述光纤芯的入射端处设置螺旋相位结构，所述螺旋相位结构用于使得所述退激发高斯光束转换形成甜甜圈状的结构光光束，在所述光纤芯的出射端的外侧设置透镜结构。

在一些实施例中，所述曝光高斯光束是紫外光，所述退激发高斯光束是激光光束。

在一些实施例中，所述光纤芯采用掺杂石英或CaF2或掺杂的CaF2制成，所述光纤包层采用石英或CaF2材料制成。

在一些实施例中，所述光纤芯的直径在1um到10um之间，所述光纤包层的外径在15um-100um之间，所述光纤包层和所述光纤芯的光折射系数具有一定差别，所述差别在0.01到0.2之间。

在一些实施例中，所述螺旋相位结构采用螺旋相位板，在所述光纤芯的轴线上沿所述光纤包层的端面的天体角方向设置具有不同刻蚀深度的所述螺旋相位板。

在一些实施例中，所述螺旋相位结构采用满足螺旋相位要求的并且在曝光波长上实现聚焦的超表面结构。

在一些实施例中，所述透镜结构具有弧形外凸的结构，在所述透镜结构的外侧具有焦平面，所述透镜结构用于使所述曝光高斯光束在所述焦平面上形成高度聚焦的高斯束斑。