专利名称：一种具有面积微分的球面光刻系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有球面样品的投影曝光光刻系统，是一种采用面积微分的方法对 球面样品分面元拼接曝光，实现不同曲率样品的表面光刻。 技术背景传统投影光刻技术仍然是平面对平面的光刻，很难实现平面掩模对曲面样品的成像 曝光；为了一次完成平面掩模对曲面样品的曝光光刻，采用特殊的投影物镜系统，矫正 像场弯曲，这只能针对特定曲率面形的样品，对于不同曲率面形的样品无能为力；对于 目前直写类光刻，例如激光，电子束、离子束等聚焦直写技术，如配有特殊的载物台 虽然能够满足球面光刻要求，但这种方法属于点对点加工，加工效率极低，成本高，不 适合量化生产型制作。 发明内容本发明解决的技术问题是为克服以上不足，本发明提供一种具有面积微分的球面 光刻系统，利用该装置可以实现不同曲率样品的表面光刻，且具有结构简单、性能可靠， 对曲率变化的样品加工具有很好的灵活性，生产效率高的优点。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 一种具有面积微分的球面光刻系统，由光源、照明系统、掩模图形发生器、计算机控制系统、投影成像系统和载物台组成； 光源为光刻系统提供所需曝光波长的照明光，该照明光通过照明系统平行化和均匀化 后，照明掩模图形发生器，通过计算机控制系统控制掩模图形发生器提供掩模图形，同 时计算机控制系统根据样品的曲率和投影成像系统的焦深将曝光场细分为若干面元，使 掩模图形发生器对于单个面元成像不离焦，投影成像系统将掩模图形发生器提供的掩模 图形成像于安装于载物台的样品上，计算机控制系统根据球面样品的曲率确定载物台的 摆动长度以及二维运动，对平面掩模进行面积微分，实现不同曲率样品的表面拼接光刻。 本发明与现有技术相比的优点在于(1) 本发明通过计算机控制掩模图形发生器，选择一次曝光面积的大小和整个样 品的曝光次数，对曝光场进行细分，根据所需光刻的球面样品的曲率和投影物镜的成像 焦深对平面掩模进行面积微分，实现不同曲率样品的表面光刻。(2) 本发明采用分步投影成像技术，即计算机控制系统根据样品的曲率和投影成像系统的焦深，将曝光场细分为若干面元，使掩模图形发生器对于单个面元成像不离焦， 通过载物台带动样品经纬摆动完成整个曝光场成像的拼接用于曲面样品光刻，解决了平 面掩模曲面成像的场曲匹配问题。(3) 本发明由一个掩模图形发生器、 一个投影成像系统和载物台构成，更换掩模 方便、曝光面元的选择简便，曝光的拼接通过控制载物台的二维摆动运动即可完成，不 需要复杂的系统控制，大大提高了可靠性。(4) 传统的投影光刻只能对平面样品光刻，对于曲面样品尤其是两样品的曲率不 同则无能为力，而对本发明而言，只需改变掩模图形发生器面元的细分尺寸和载物台的 伸縮轴的长度即可实现，因此具有较好的灵活性。(5) 传统的直写光刻是点对点加工配合工件台升降，虽然可以实现曲面直写，但 效率极低，而本发明采用的是面积微分，生产效率大大提高。
图1为本发明的系统原理图；图2为图1中投影成像系统结构图；图3为图1中载物台结构图；图4为图3中载物台转动机构示意图；图5为本发明的计算机控制原理框图；图6为本发明的曲面光刻拼接原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例由光源1、照明系统2、掩模图形发生器3、计算机控 制系统4、投影成像系统5、载物台6组成。光源1为光刻系统提供所需曝光波长的照 明光，照明光通过照明系统2平行化和均匀化后，照明掩模图形发生器3，通过计算机 控制系统4控制掩模图形发生器3提供掩模图形，同时计算机控制系统4根据样品的曲 率和投影成像系统5的焦深分割曝光场，使曝光单元内成像不离焦，投影成像系统5将 掩模图形发生器3提供掩模图形成像于样品上，载物台6用于安装样品，计算机控制系 统4根据样品的曲率确定摆动轴长度以及驱动样品二维运动实现球面光刻的拼接。本发明的工作过程为首先进行曝光单元尺寸，根据样品的曲率，通过计算机控制 系统4分割曝光单元，确定载物台6的伸縮轴长度，然后拼接光刻，光源l发出的光经 过照明系统2后形成均匀的平行照明光束入射到掩模图形发生器3上，通过计算机控制 系统4的控制使在掩模图形发生器3上形成均匀的远心照明，该照明光经过图形发生器 3的调制后，携带着面元图形通过投影成像系统5成像于载物台6上的样品表面，完成一个面元的光刻，然后计算机控制系统4控制载物台6带动样品经玮摆动完成整个油面 的拼接曝光。本发明中采用的光源1可以是激光、LED或高压汞灯等对光刻胶敏感的单色光源。 照明系统2是一远心柯拉照明结构，使光源发出的光经照明系统在掩模图形发生器上形 成均匀的远心照明，即照明系统的出射光瞳与投影成像系统的入射光瞳重合。掩模图形 发生器3是对照射到其表面的光进行空间调制，产生掩模图案，其工作方式可采用透射 方式，或反射方，它主要包括模拟型DMD (数字微镜阵列)、数字型DMD、透射式LCD (液晶显示器件)、反射式LCD等可对光进行空间调制的器件。如图2所示，本发明中的投影成像系统5为双远心投影成像物镜，由前透镜组501， 光阑502和后透镜组503构成，能够将产生的掩模图案进行放縮后，成像到样品表面上， 使样品上的光致抗蚀剂感光，本发明中前组501的后焦点与后组503的前焦点重合，光 阑502位于重合焦点处，使其入瞳与出瞳均处于无穷远处，这样可以保证像面样品稍有 离焦时，光学系统的放大倍率保持不变。如图3所示，本发明中的载物台6由样品台601,伸縮轴602，摆轴603，台体604 以及二维摆动机构605组成，台体604是载物台的支撑体，它通过二维摆动机构605与 摆轴603相连；摆轴603通过伸縮轴602与样品台601相连。工作时，先将样品安放于 样品台601上，计算机控制系统4根据样品的曲率调整伸縮轴602长度，使二维摆动机 构605的摆动中心位于样品的球心处，二维摆动机构605驱动摆轴603，通过伸縮轴602 和样品台带动样品实现系统曝光的拼接。如图4所示，二维摆动机构605由相互正交的X转轴6051和Y转轴6052组成，通 过伸缩轴602的调节适应不同曲率样品曝光，摆轴602通过二维摆动机605摆动完成面 元拼接。如图5所示，本发明的计算机控制系统4用于控制掩模图形发生器3的面积微分， 调节载物台6的伸縮轴602匹配样品曲率，控制二维摆动机构605摆角完成面元拼接， 通过样品的面形曲率和投影物镜系统5的焦深确定掩模图形发生器3的面元尺寸，确定 载物台6伸縮轴602的长度和转动轴605的X转轴6051转角0 x以及Y转轴6052转角 0y。球面微分单元的正投影为正方形，根据球面样品的曲率确定正方形单元的边长，使 样品上该正方形的外接圆对应的球冠的高度小于投影成像系统5的焦深；正方形单元的 边对样品球心的张角即为转动轴605的X转轴6051转角和Y转轴6052转角9 x、 0 y;调节伸縮轴602的长度，使伸縮轴602长度和球面样品的中心高之和等于样品的球面半 径。如图6所示，本发明的曲面光刻拼接原理示意，曝光过程中，系统完成一个面元曝 光，载物台6的纬度ex方向作一次9x步进，完成样品上这一纬度的拼接曝光后，载 物台6经度9y方向作一次0y步进，然后再重复纬度0x方向拼接曝光，如此反复， 直到完成整个样品的光刻。
权利要求
1、一种具有面积微分的球面光刻系统，其特征在于它由光源(1)、照明系统(2)、掩模图形发生器(3)、计算机控制系统(4)、投影成像系统(5)和载物台(6)组成；光源(1)为光刻系统提供所需曝光波长的照明光，该照明光通过照明系统(2)平行化和均匀化后，照明掩模图形发生器(3)，通过计算机控制系统(4)控制掩模图形发生器(3)提供掩模图形，同时计算机控制系统(4)根据样品的曲率和投影成像系统(5)的焦深将曝光场细分为若干面元，使掩模图形发生器(3)对于单个面元成像不离焦，投影成像系统(5)将掩模图形发生器(3)提供的掩模图形成像于安装于载物台(6)的样品上，计算机控制系统(4)根据球面样品的曲率确定载物台(6)的摆动长度以及二维运动，对平面掩模进行面积微分，实现不同曲率样品的表面拼接光刻。
2、 根据权利要求1所述的具有面积微分的球面光刻系统，其特征在于所述的照明 光源(1)为对光刻胶敏感的单色光源，包括但不限于激光器、或LED光源、高压汞灯。
3、 根据权利要求l所述的具有面积微分的球面光刻系统，其特征在于所述的照明 系统(2)为远心柯拉照明结构，使光源发出的光经照明系统在掩模图形发生器上形成 均匀的远心照明，即照明系统的出射光瞳与投影成像系统的入射光瞳重合。
4、 根据权利要求l所述的具有面积微分的球面光刻系统，其特征在于所述的掩模 图形发生器(3)的性质，工作方式可釆用透射方式，或反射方式，它包括模拟型DMD、 数字型DMD、透射式LCD、反射式LCD。
5、 根据权利要求l所述的具有面积微分的球面光刻系统，其特征在于所述的投影 成像系统(5)为双远心投影成像物镜，即物镜由两个正透镜组组成，前组的后焦点与 后组的前焦点重合，使其入瞳与出瞳均处于无穷远处，保证像面样品稍有离焦时，光学 系统的放大倍率保持不变。
6、 根据权利要求1所述的具有面积微分的球面光刻系统，其特征在于所述的载 物台(6)由样品台(601)，伸縮轴(602)，摆轴(603)，台体(604)及二维摆动 机构(605)组成；台体(604)是载物台的支撑体，它通过二维摆动机构(605)与摆 轴(603)相连；摆轴(603)通过伸縮轴(602)与样品台(601)相连；工作时，先将 样品安放于样品台(601)上，计算机控制系统(4)根据样品的曲率调整伸缩轴(602) 长度，使二维摆动机构(605)的摆动中心位于样品的球心处，二维摆动机构(605)驱 动摆轴(603)，通过伸縮轴(602)和样品台带动样品实现系统曝光的拼接。
全文摘要
一种具有面积微分的球面光刻系统，由光源、照明系统、掩模图形发生器、计算机控制系统、投影成像系统和载物台组成；光源提供照明光，该照明光通过照明系统平行均匀化后，照明掩模图形发生器，计算机控制系统控制掩模图形发生器提供掩模图形，同时根据样品的曲率和投影成像系统的焦深将曝光场细分为若干面元，使掩模图形发生器对于单个面元成像不离焦，投影成像系统将掩模图形发生器提供的掩模图形成像于安装于载物台的样品上，计算机控制系统根据球面样品的曲率确定载物台的摆动长度以及二维运动，对平面掩模进行面积微分，实现不同曲率样品的表面拼接光刻。本发明对球面样品的投影曝光光刻具有很好的灵活性和可操作性，尤其对不同曲率半径球面样品的曝光光刻，显示了特有的优势。
文档编号G03F7/20GK101216684SQ20081005638
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月17日 优先权日2008年1月17日
发明者唐小萍, 松 胡, 赵立新, 薇 邢 申请人:中国科学院光电技术研究所