CN114706280B - 一种di光刻机系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种DI光刻机系统，涉及到光刻机领域，包括光源模块、反射模块、透镜模块、驱动模块和平台模块；光源模块包括成对设置的激光源；反射模块包括与每一个激光源对应的反射面，激光源的出射激光经过对应的反射面反射后沿竖直向下的方向出射；透镜模块包括与每一个反射面对应设置的特殊透镜；特殊透镜设置在对应的反射面下方；驱动模块包括与特殊透镜对应的驱动件，用于驱动特殊透镜绕对应的空间轴转动；平台模块包括运动平台，运动平台设置在特殊透镜下方，运动平台具有平动自由度。该DI光刻机系统引入成对设置的激光源并通过特殊透镜对出射激光进行汇聚和改变其焦点位置，可降低光刻机的制造成本。

Description

一种DI光刻机系统

技术领域

本发明涉及到光刻机领域，具体涉及到一种DI光刻机系统。

背景技术

光刻机是指通过开启灯光发出激光，将胶片或其他透明体上的图像信息转移到涂有感光物质的表面上的机器设备，光刻机一般应用于高精度加工领域中，如芯片加工领域，需要利用光刻机将芯片电路转印至晶圆片上。由于国外技术的封锁，我国在光刻机的加工制造领域还处于落后地位，光刻机的加工制作主要涉及到多方面的难题，如激光源的制造、振动消除等。针对所遇到的技术问题，现有技术提出了较多的解决方法。如在激光源的制作方面，申请公布号为CN111610697A的文件公开了一种DI光刻机的LED光学系统，解决了半导体激光器在某些波段功率不足等问题；申请公布号为CN110376851A的文件公开了一种光刻机的光源，采用螺旋状的方式对LED的光路进行修正，得到光束纯正无杂光的光源。

具体的，关于光刻机的实施结构，主要包括掩模曝光结构和直接曝光结构两种实施结构，掩模曝光结构是利用掩模对光线进行选择性的遮挡，采用拓扑的方式进行曝光；而直接曝光结构则是将光束汇集于焦点，通过晶圆片和光束焦点之间的相对位移实现曝光。

基于直接曝光结构的光刻机，现有技术下通常采用光束焦点固定、晶圆片移动的方式进行加工，不可避免的，晶圆片需要进行两轴（平面）以上的运动，这对晶圆片的驱动结构提出了较大的制造难度要求和控制难度要求，不利于降低光刻机的制造成本，影响光刻机的普及使用。

此外，国内在激光源方面的技术积累较为薄弱，高性能激光源主要依赖于进口，不利于降低光刻机的制造成本。

发明内容

为了降低光刻机的制造成本，本发明提供了一种DI光刻机系统，引入成对设置的激光源并通过特殊透镜对出射激光进行汇聚和改变其焦点位置，一方面可提高瞬间的曝光功率，另一方面可简化晶圆片的驱动结构，达到降低光刻机的制造成本的目的。

相应的，本发明提供了一种DI光刻机系统，包括光源模块、反射模块、透镜模块、驱动模块和平台模块；

所述光源模块包括成对设置的激光源，每一对激光源中的两个激光源的出射激光位于同一直线上且方向相向；

所述反射模块包括与每一个激光源对应的反射面，所述激光源的出射激光经过对应的反射面反射后沿竖直向下的方向出射；

所述透镜模块包括与每一个反射面对应设置的特殊透镜，所述特殊透镜的结构为：过一凹透镜的轴线取截面，基于所述出射激光的光束束径对所述截面进行厚度补偿形成实体，所述实体绕一平行于所述凹透镜的轴线的空间轴将所述实体卷曲为圆环状结构，得到所述特殊透镜；

所述空间轴沿竖直方向设置，所述特殊透镜设置在对应的反射面下方；

所述驱动模块包括与所述特殊透镜对应的驱动件，所述驱动件用于驱动所述特殊透镜绕对应的空间轴转动；

在所述特殊透镜绕对应的空间轴转动的过程中，所述特殊透镜对应的反射面所反射的出射激光始终落在所述特殊透镜上；

所述平台模块包括运动平台，所述运动平台设置在所述特殊透镜下方，所述运动平台具有平动自由度。

可选的实施方式，所述激光源模块包括一对激光源；

所述一对激光源包括第一激光源和第二激光源；

所述第一激光源的光束为第一光束，所述第二激光源的光束为第二光束；

与所述第一激光源对应的为第一反射面，与所述第一反射面对应的为第一特殊透镜；

与所述第二激光源对应的为第二反射面，与所述第二反射面对应的为第二特殊透镜。

可选的实施方式，所述第一特殊透镜的空间轴与经过所述第一反射面反射的第一光束确定第一平面；

所述第二特殊透镜的空间轴与经过所述第二反射面反射的第二光束确定第二平面；

所述第一平面和所述第二平面平行。

可选的实施方式，所述运动平台的顶面与所述第一平面和第二平面垂直；

所述运动平台的平动方向平行于所述第一平面和所述第二平面。

可选的实施方式，所述光源模块包括两对以上的激光源。

可选的实施方式，所有反射面均设置在一反射体上。

可选的实施方式，所述反射模块包括反射体和反射驱动结构，所述反射驱动结构驱动所述反射体绕一反射轴线转动；

所述反射体具有一对反射面，所述一对反射面中的两个反射面干预所述反射轴线对称设置；

每一个激光源的出射激光的高度位于所述反射面的最高点和最低点之间。

可选的实施方式，每一个激光源的出射激光均位于同一高度上。

可选的实施方式，所述驱动模块包括摆动电机，所述摆动电机用于驱动所述特殊透镜绕对应的空间轴在预设角度范围内摆动。

可选的实施方式，所述摆动电机为达松乏尔电机。

综上，本发明公开了一种DI光刻机系统，该DI光刻机系统采用成对设置的激光源作为光源模块提供激光能量，利用特殊结构的凹透镜对每一束出射激光进行落点控制，一方面，能够在较小的空间内实现光路能量的汇聚，使得瞬间光刻功率增强，另一方面，能够将运动平台的平面运动中的其中一轴运动通过对光束光路的控制进行，降低运动平台所需的运动自由度以及简化相对应的设备结构，从整体上降低了光刻机的制作成本，具有良好的经济性；根据激光源的对数的不同，反射模块可适应性的进行改变，以适配多种实施情况；其中，针对多对激光源的实施情况，可通过间歇动作的方式，降低激光源的脉冲频率要求，能够进一步降低光刻机的制作成本；另外，以低惯量电机作为特殊透镜的摆动驱动元件，可以很好的满足激光加工速率和精度的要求，具有良好的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例的DI光刻机系统结构示意简图。

图2为本发明实施例的特殊透镜的加工结构变化示意图。

图3为凹透镜对光线的光路处理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的DI光刻机系统结构示意简图。

相应的，本发明提供了一种DI光刻机系统，包括光源模块、反射模块、透镜模块、驱动模块和平台模块。

具体的，所述光源模块包括成对设置的激光源1，每一对激光源1中的两个激光源1的出射激光2位于同一直线上且方向相向；具体的，每一个激光源1是指代激光器以及激光器后端用于处理光路的处理光路结构，本发明实施例所指的出射激光2是指激光源1最后端出射的激光光束；具体的，激光源1的实施结构可参照现有技术实现，具体的，由于本发明实施例涉及到至少一层反射镜，为了光路的补齐，激光源1的最后一级光路处理结构可增加一个与反射面相对应的反射光路处理结构。需要说明的是，本发明实施例的激光源1中出射的出射激光2已经能满足加工曝光需求，因此，在激光源1后方不再出现相类似得到光路处理结构。

所述反射模块包括与每一个激光源1对应的反射面，所述激光源1的出射激光2经过对应的反射面反射后沿竖直向下的方向出射；具体的，反射面的设置形式有多种，如针对每一个激光源1对应设置一个反射镜，也可以在一个反射体5上设置多个反射面。在本发明实施例中，要求经过反射面的出射激光2朝向竖直向下方向，以满足加工需求。

参照附图图2所示出的特殊透镜6的加工结构变化示意图。所述透镜模块包括与每一个反射面对应设置的特殊透镜6，所述特殊透镜6的结构为：过一凹透镜9的轴线取截面，基于所述出射激光2的光束束径对所述截面进行厚度补偿形成实体10，所述实体10绕一平行于所述凹透镜9的轴线的空间轴将所述实体10卷曲为圆环状结构，得到所述特殊透镜6。所述空间轴沿竖直方向设置，所述特殊透镜6设置在对应的反射面下方。

图3示出了凹透镜9对光线的光路处理示意图。本发明实施例的特殊透镜6的作用原理是基于凹透镜9引申得到的，具体的，参照附图图3，图中示出了A-A’、B-B’、C-C’三路较为具有代表性的光路，假设凹透镜9为禁止状态，出射激光2相对于凹透镜9，在凹透镜9的入射侧从A点移动至C点，则出射侧从A’点移动至C’点；由于运动是相对的，假设出射激光2是静止的（出射激光2静止在A点处），当凹透镜9从图示方向的右侧往左移动时，出射激光2的落点会从A’点移动至C’点，即当出射激光2在凹透镜9的入射侧静止时，通过移动凹透镜9，可以改变出射激光2的落点。进一步的，当凹透镜9为平移移动时，凹透镜9上实际发生作用的区域为一个较窄的区域，由于激光束是极小的，从理论上将其当做一直线，则结合附图图3示意，对于激光束的处理实际即为过凹透镜9轴线的截面，因此，在本发明实施例中，首先需要过凹透镜9的轴线取其截面；然后激光束还是具有束径的，因此，需要根据其束径，以所述截面为基础进行拉伸，拉伸一定的厚度得到一个实体10结构；进一步的，由于平动运动的精密驱动结构较为复杂，且运动速度有限，因此，本发明实施例将该实体10结构进行卷曲处理，得到一个环状结构的特殊透镜6。对于出射激光2的光路处理而言，该特殊透镜6的有效作用区域与凹透镜9是相同的，特殊透镜6的转动等价于凹透镜9的平动，同样可以起到激光光束落点调节的功能，由于通过直接的结构描述无法准确的对其进行描述，本发明实施例通过其构造原理和构造过程进行说明。

对应于激光源1的成对设置结构，特殊透镜6的数量也是成对设置的，相应的，要达到激光源1的出射激光2复合叠加增强能量集中的功能，针对于两个特殊透镜6，出射激光2在经过特殊透镜6处理后在平台模块上的落点范围需要有重叠区域，以满足所需的功能要求，具体需要根据实际条件进行设计。

此外，将凹透镜9设置为特殊透镜6的结构还有利于增加光束落点重叠区域。假设常规的凹透镜9直径为10毫米，在采用特殊透镜6的结构时，其半径仅约为1.59毫米，两个特殊透镜6之间的距离可以更小，从而可增加光束落点的重叠区域。

具体的，所述驱动模块包括与所述特殊透镜6对应的驱动件，所述驱动件用于驱动所述特殊透镜6绕对应的空间轴转动；在所述特殊透镜6绕对应的空间轴转动的过程中，所述特殊透镜6对应的反射面所反射的出射激光2始终落在所述特殊透镜6上；

所述平台模块包括运动平台8，所述运动平台8设置在所述特殊透镜6下方，所述运动平台8具有平动自由度。具体的，由于特殊透镜6对光路的控制已经实现了一轴的运动，因此，运动平台8最少可只需一轴的运动自由度，对于其运动控制机构的要求大大降低，且在运动过程中，运动平台8的单次运动仅为一轴运动，震动减少，位置精度也得以提升。

可选的实施方式，所述激光源1模块包括一对激光源1；所述一对激光源1包括第一激光源1和第二激光源1；所述第一激光源1的光束为第一光束，所述第二激光源1的光束为第二光束；与所述第一激光源1对应的为第一反射面，与所述第一反射面对应的为第一特殊透镜6；与所述第二激光源1对应的为第二反射面，与所述第二反射面对应的为第二特殊透镜6。

一对激光源1为本发明实施例最简易的实施方式，针对一对激光源1的实施情况，可选的实施方式，所述第一特殊透镜6的空间轴与经过所述第一反射面反射的第一光束确定第一平面；所述第二特殊透镜6的空间轴与经过所述第二反射面反射的第二光束确定第二平面；所述第一平面和所述第二平面平行。该限定条件的设置目的在于，第一光束和第二光束的轨迹应为直线，从而使得二者的重叠区域变大，提高其易用性。

进一步的，可选的实施方式，所述运动平台8的顶面与所述第一平面和第二平面垂直；所述运动平台8的平动方向平行于所述第一平面和所述第二平面。为了运动平台8的单轴运动即能够满足运动需求，运动平台8的单轴运动方向应该与光束的运动方向不同向，且优选为正交设置。

进一步的，所述光源模块包括两对以上的激光源1。

对于两对以上的激光源1，反射面的数量相对应为两对以上，透镜模块、驱动模块的数量相应增加。一般的，每一对激光源1的出射光线在运动平台8上的覆盖轨迹为直线轨迹，由于空间位置干涉，在激光源1数量为两对以上时，其所能得到的覆盖轨迹为多条不共线的直线轨迹。具体实施中，可同时也可以分时的对晶圆片进行曝光加工。

具体的，可选的实施方式，所有反射面均设置在一反射体5上。相应的，该反射体5为固定结构，可同时对每一路出射激光2进行处理。

进一步的，可选的实施方式，所述反射模块包括反射体5和反射驱动结构3，所述反射驱动结构3驱动所述反射体5绕一反射轴线4转动；所述反射体5具有一对反射面，所述一对反射面中的两个反射面干预所述反射轴线4对称设置；每一个激光源1的出射激光2的高度位于所述反射面的最高点和最低点之间。具体的，反射体5上仅设置一对反射面，将反射体5设置在反射驱动结构3上，通过反射驱动结构3的驱动，周期性的对每一对激光源1的出射激光2进行处理，通过该设置方式的好处在于，首先，激光的出射是有一个充能过程的，所需能量越大的激光其充能时间越长，因此，很多时候都需要较为高性能的激光器才能满足连续加工需求，而通过设置两对以上的激光源1，则可以通过间歇工作的方式，使得对每一个激光源1的连续脉冲生成时间的要求降低，从而降低光刻机的制造成本。

具体的，可选的实施方式，每一个激光源1的出射激光2均位于同一高度上，在激光源1的功率均为相同的情况下，可在晶圆上获得一致的光束功率，有利于曝光的精确控制。

具体的，针对于特殊透镜6的运动控制，可选的实施方式，所述驱动模块包括摆动电机7，所述摆动电机7用于驱动所述特殊透镜6绕对应的空间轴在预设角度范围内摆动。可选的实施方式，所述摆动电机7为达松乏尔电机（D'arsonval movement）。具体的，达松乏尔电机为一种低惯量摆动电机7，尤其适用于高速的摆动运动。

具体实施中，本发明实施例的DI光刻机系统的动作原理如下：具体的，根据实际采用的光源模块结构，光源模块中的激光源1按照顺序或规律发出出射激光2，出射激光2经过对应的反射面处理后朝向竖直正下方进行反射；在经过反射的出射激光2照射到对应的特殊透镜6上前，特殊透镜6经过对应的摆动电机7进行控制，特殊透镜6在反射的出射激光2照射前的瞬间摆动至预设姿态，以对出射激光2的光路方向进行微调；出射激光2在经过特殊透镜6后需要落在运动平台8的晶圆上，运动平台8在出射激光2落在晶圆前的一瞬间将晶圆驱动至预设位置，出射激光2能够落在晶圆所需的位置上；成对设置的激光源1的出射激光2同时落于一点上，实现光线的汇聚和能量增强。

综上，本发明实施例公开了一种DI光刻机系统，该DI光刻机系统采用成对设置的激光源1作为光源模块提供激光能量，利用特殊结构的凹透镜9对每一束出射激光2进行落点控制，一方面，能够在较小的空间内实现光路能量的汇聚，使得瞬间光刻功率增强，另一方面，能够将运动平台8的平面运动中的其中一轴运动通过对光束光路的控制进行，降低运动平台8所需的运动自由度以及简化相对应的设备结构，从整体上降低了光刻机的制作成本，具有良好的经济性；根据激光源1的对数的不同，反射模块可适应性的进行改变，以适配多种实施情况；其中，针对多对激光源1的实施情况，可通过间歇动作的方式，降低激光源1的脉冲频率要求，能够进一步降低光刻机的制作成本；另外，以低惯量电机作为特殊透镜6的摆动驱动元件，可以很好的满足激光加工速率和精度的要求，具有良好的实用性。

以上对本发明实施例所提供的一种DI光刻机系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种DI光刻机系统，其特征在于，包括光源模块、反射模块、透镜模块、驱动模块和平台模块；

所述光源模块包括成对设置的激光源，每一对激光源中的两个激光源的出射激光位于同一直线上且方向相向；

所述反射模块包括与每一个激光源对应的反射面，所述激光源的出射激光经过对应的反射面反射后沿竖直向下的方向出射；

所述透镜模块包括与每一个反射面对应设置的特殊透镜，所述特殊透镜的结构为：过一凹透镜的轴线取截面，基于所述出射激光的光束束径对所述截面进行厚度补偿形成实体，所述实体绕一平行于所述凹透镜的轴线的空间轴将所述实体卷曲为圆环状结构，得到所述特殊透镜；

所述空间轴沿竖直方向设置，所述特殊透镜设置在对应的反射面下方；

所述驱动模块包括与所述特殊透镜对应的驱动件，所述驱动件用于驱动所述特殊透镜绕对应的空间轴转动；

在所述特殊透镜绕对应的空间轴转动的过程中，所述特殊透镜对应的反射面所反射的出射激光始终落在所述特殊透镜上；

所述平台模块包括运动平台，所述运动平台设置在所述特殊透镜下方，所述运动平台具有平动自由度。

2.如权利要求1所述的DI光刻机系统，其特征在于，所述激光源模块包括一对激光源；

所述一对激光源包括第一激光源和第二激光源；

所述第一激光源的光束为第一光束，所述第二激光源的光束为第二光束；

与所述第一激光源对应的为第一反射面，与所述第一反射面对应的为第一特殊透镜；

与所述第二激光源对应的为第二反射面，与所述第二反射面对应的为第二特殊透镜。

3.如权利要求2所述的DI光刻机系统，其特征在于，所述第一特殊透镜的空间轴与经过所述第一反射面反射的第一光束确定第一平面；

所述第二特殊透镜的空间轴与经过所述第二反射面反射的第二光束确定第二平面；

所述第一平面和所述第二平面平行。

4.如权利要求3所述的DI光刻机系统，其特征在于，所述运动平台的顶面与所述第一平面和第二平面垂直；

所述运动平台的平动方向平行于所述第一平面和所述第二平面。

5.如权利要求1所述的DI光刻机系统，其特征在于，所述光源模块包括两对以上的激光源。

6.如权利要求5所述的DI光刻机系统，其特征在于，所有反射面均设置在一反射体上。

7.如权利要求5所述的DI光刻机系统，其特征在于，所述反射模块包括反射体和反射驱动结构，所述反射驱动结构驱动所述反射体绕一反射轴线转动；

所述反射体具有一对反射面，所述一对反射面中的两个反射面关于所述反射轴线对称设置；

每一个激光源的出射激光的高度位于所述反射面的最高点和最低点之间。

8.如权利要求1所述的DI光刻机系统，其特征在于，每一个激光源的出射激光均位于同一高度上。

9.如权利要求1所述的DI光刻机系统，其特征在于，所述驱动模块包括摆动电机，所述摆动电机用于驱动所述特殊透镜绕对应的空间轴在预设角度范围内摆动。

10.如权利要求9所述的DI光刻机系统，其特征在于，所述摆动电机为达松乏尔电机。

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