专利名称：具有led光源的直写光刻机的制作方法
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0.28um以 上的光刻机中，主要以超高压汞灯作为照明光源(365nm、 I line), —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，而荥灯 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l/2以上。光刻机体积难以縮小，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. 28y ra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。
汞灯曝光光路是开机后长明，曝光过程中使用快门进行控制曝光剂量。而LED的响 应速度高，功率稳定性好，用电控就可以对LED点亮和关闭进行控制。这样就不仅可以 取消快门，还大大提升光源整体寿命，节省电源的损耗。
6、 减小体积，整机结构更加紧凑。
由前面所述，在光路中，减少了很多以前必须加装的光学部件，大大简化了光路， 使得整机的体积縮小，结构更加紧凑。
7、 LED光源是非相干光，和激光为光源不同，不会给最终的成像带来散斑，能够提 高最终成像的解析力，也不需要激光照明所需要振镜等装置。
8、 和汞灯激光灯等各种光刻光源相比，LED具有费用低廉的优点，可以降低整机成本。
图l为本实用新型结构示意图。
图2为LED光源与散热部件结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步地说明。
实施例
参见图l，具有LED光源的直写光刻机照明系统包括光源1、聚光透镜组2、孔径 光栏3、聚光透镜4、全反射镜5、数字掩模版6和晶圆表面8，其中光源l、聚光透镜 组2、孔径光栏3和聚光透镜4位于同一轴线上，且与全反射镜5对应，全反射镜5与 一侧上方的数字掩模板6对应，数字掩模板6通过其下方的投影光路7与晶圆表面8对应。
光源1为发光二极管光源。
发光二极管光源1通过电路板9安装于铜制散热块10上，铜制散热块10底部设有 位置调节机构。
直写光刻机使用高功率发光二极管(LED)作为曝光光源，发光二极管(LED)出射 光经过一组聚光镜片组，再经过一个全反光镜5 (反光镜是用于紧凑整个照明光路的布 局和摆放)，经过反射的光再经过一片聚光镜，最后功率均匀的分布在数字掩模板6和 后段光路7。聚光镜片组是由四片平凸透镜组成的聚光透镜组2和一片聚光透镜4组成， 用来汇聚光源发出的光线，使光能能够充分利用，。
由于发光二极管(LED)发热量很小，设计了一个铜制散热块，直写光刻机使用过 程中发光二极管(LED)粘贴在散热用的铜制散热块之上。在发光二极管(LED)和散热 块之间是一层PCB电路板9，发光二极管(LED)的曝光时间是由一个驱动电路ll进行 控制，见图2。
由于发光二极管(LED)的空间位置对后段晶圆表面成像的均匀性非常敏感，所以 在发光二极管(LED)的放置光路中具备一个5轴位置调节机构X、 Y、 Z轴方向、俯仰、 左右偏斜角度共5轴。这个调节机构用于调节最终光路中成像光斑的均匀性。
在光刻机光路中没有设置控制曝光时间的快门机构，这是由于发光二极管(LED) 具有良好的快速点亮时间，在很短的时间内就可以稳定光功率的出射，发光二极管(LED) 的曝光时间是由驱动电路的软件控制的，在非曝光时间都是关闭的，这又为发光二极管 (LED)大大增加了寿命时间。
权利要求1、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。
2、 根据权利要求1所述的具有LED光源的直写光刻机，其特征在于所述发光二 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。
专利摘要本实用新型涉及半导体技术中的微细加工设备，即具有LED光源的直写光刻机。解决了现有光源使用寿命短、耗电高、温度高和体积大的问题。本实用新型直写光刻机采用发光二极管光源，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。本实用新型发光二极管光源寿命长达20000个小时；其发热量非常低，大大降低了整个温控系统的设计难度；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，使得整机的体积缩小，结构更加紧凑，降低整机成本。
文档编号G03F7/20GK201159831SQ20082003264
公开日2008年12月3日 申请日期2008年2月25日 优先权日2008年2月25日
发明者张东涛, 骥 王 申请人:芯硕半导体(中国)有限公司