恒定光源步进扫描实现大面积光刻方法及其光刻装置制造方法及图纸

恒定光源步进扫描实现大面积光刻方法，其特征在于：利用光源步进扫描，扫描单元为高均匀度、恒功率小光源，沿Ｘ方向扫描，沿Ｙ方向步进拼接来实现。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种恒定光源步进扫描实现大面积光刻方法及光刻装置。
技术介绍
近年来，随着微机电系统(Micro Electro Mechanical System)的发展，大面积微细加工已越来越得到广泛的应用，基本都是采用光学光刻的方法。目前，日本YANSEN(YANSEN AUTOMATIC TECHNOLOGY CO LTD)公司用于大于12寸的样片光刻的MA-2400光刻机，其光源采用折射、反射式光学系统，其体积为2000mm×1900mm×1950mm，重量为800kg，最大曝光面积400mm×400mm，照明均匀度为±6％，分辨力为10μm，这种光刻装置光刻不均匀，分辨力不高，且光源体积大，重量大，光学系统结构复杂，研制工艺难度大，造价昂贵，不适用于大面积光刻。
技术实现思路
本专利技术的目的技术解决问题是提供一种恒定光源步进扫描实现大面积光刻方法及光刻装置，利用该方法及装置所得到的大面积光刻具有高的均匀度和分辨力，从而克服大面积光源的不足，且装置结构简单、造价低。本专利技术的技术解决方案是恒定光源步进扫描实现大面积光刻方法，其特点在于采用光源步进扫描，扫描单元为高均匀度、恒定功率小光源，沿X方向扫描，沿Y方向实现步进拼接来实现。恒定光源步进扫描实现大面积光刻的装置，特点在于它由电机、传动机构、扫描头、导轨、机架构成，电机轴与传动机构中的光杆连接，扫描头置于导轨上，扫描头采用闭环开关电源控制其光源，整个装置固定在机架上。采用光源步进扫描，扫描的过程中不会对掩摸和样片的相对位置产生影响，扫描单元采用闭环开关电源控制光源，保证功率恒定，扫描单元为高均匀度小光源，其形状采为平行四边形光栏，使出射面为一对锐角小于60度的平行四边形，可以保证扫描步进的拼接部分任意一点的能量累加和其他部分相等，进而保证整个扫描面的均匀度。本专利技术由于是用小面积的、高均匀度的、稳定的光源步进扫描，得到一个大的、高均匀度的照明面，因此与现有技术相比有以下优点1.扫描单元为小面积光源，均匀度和衍射平滑方面容易实现；2.扫描单元为恒功率光源，视场为一对锐角小于60度的平行四边形结构，保证了步进扫描重叠部分的照度与其他部分相等；3.扫描过程为多挡匀速扫描，可以根据不同要求来选择扫描速度；还可通过快速多次扫描，进一步提高均匀度；4.视场面积灵活可变，可以根据要求来确定扫描范围的大小，不受均匀度和分辨率的限制；5.本方法原理简单，结构及控制容易实现，体积小，成本远低于现有的大面积光刻设备。附图说明图1为步进扫描的轨迹；图2为扫描单元扫描拼接；图3为扫描单元形状；图4为扫描装置示意图。具体实施例方式如图1所示，扫描单元为高均匀度、恒定功率小光源，利用光源步进扫描，沿X方向扫描，沿Y方向步进拼接，通过多次扫描完成一次曝光。如图2所示，扫描单元为平行四边形，1为扫描的面积，2为扫描的平行四边形单元，3为另一个扫描的平行四边形单元，扫描单元本身有高的均匀度，每次扫描步进距离为D，拼接部分2、3恰好相互补偿，扫描单元功率恒定，这样，拼接部分扫过的面积内任意点的能量累加和等于未拼接部分1扫过的面积内任意点的能量累加和，通过多次扫描完成一次曝光，此外，扫描过程可为多挡匀速扫描，可以根据不同要求来选择扫描速度；还可通过快速多次扫描，进一步提高均匀度。为了保证了大面积内高均匀度的要求，光刻分辨力由扫描单元的性能和掩摸—样片间隙决定。如图3所示，扫描单元为锐角δ＝60度的平行四边形，扫描单元中间部分宽度W＝30mm，长度H＝40mm，整个扫描单元内的均匀度为3％，光源稳定度为1％。对于一个确定的扫描单元，Y方向步进的步距D(如图2)为1部分的边长和2部分的一条直角边长的和。如假设扫描面积为400mm×400mm，则X方向扫描的匀速部分行程就为400mm，Y方向n次步进的行程nD≥400mm。扫描速度v和扫描次数m可由公式J/v＝E/m确定其中，J为光源照度，E为曝光剂量。扫描单元按图1所示的轨迹步进扫描，按照图2的方式拼接完成。设完成一次扫描曝光面达到均匀度为σ，由统计学可得到m次扫描曝光面的均匀度为σ/m0.5。以16时样品为例，首先，根据所需曝光剂量来确定扫描速度和扫描次数，如所需曝光量为5mW/cm2，扫描单元单位长度沿扫描方向(X方向)能量积分和为10mW，以40mm/S的速度扫描，这样扫描一次样片上的光能量为I＝10/4＝2.5mW/cm2，需扫描两次即能达到所需的曝光量5mW/cm2。如均匀度有特殊要求，可改变扫描速度和扫描次数来匹配。根据样品的尺寸来确定扫描的行程和步进的步数，对于16时样品，扫描的行程为S＝25.4×16＝406.4mm；假设每次扫描的步距D＝100mm，那么，步进的步数n＝406.4/100＝4.064≈5，nxD≥S。将这些参数确定后输入计算机，由计算机控制完成扫描曝光。如图4所示，扫描装置由驱动电机4，传动机构5，扫描头6，导轨7及机架8构成，电机轴与传动机构中的光杆连接，扫描头6架在导轨7上，整个装置固定在机架8上。扫描与步进均采用驱动电机4驱动，传动机构5采用滚柱光杠结构，这种传动方式具有空回小，运动平稳精度高等优点，导轨7采用C级精度(轻预压)的滚动直线导轨，扫描与步进运动行程均为500mm，扫描速度匀速，10-100mm/s可调，扫描面积400mm×400mm矩形。扫描工件台实现的技术指标X、Y方向运动偏摆Φ≤10″全行程X方向扫描速度的平稳性≤0.5％Y方向步进定位精度±1um由扫描工件台偏摆角Φ引起的重叠部分照明不均匀度为0.14％，X方向扫描速度平稳度引起的照明不均匀度为0.5％，Y方向步进定位精度引起的重叠部分照明不均匀度为0.003％，这样，完成一次扫描达到均匀度3％+1％+2×0.14％+0.003％+0.5％＝4.783％，分辨力由公式R＝15×(λS/200)0.5得出，设曝光波长λ＝0.365um，最大间隙S＝60um，这时，分辨力R＝4.96。本专利技术适用于大面积，高精度的集成电路、声表器件、液晶显示器件等的光学刻划。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.恒定光源步进扫描实现大面积光刻方法，其特征在于利用光源步进扫描，扫描单元为高均匀度、恒功率小光源，沿X方向扫描，沿Y方向步进拼接来实现。2.根据权利要求1所述的恒定光源步进扫描实现大面积光刻的方法，其特征在于扫描单元的形状为一对锐角小于60度的平行四边形。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵立新，胡松，王肇志，陈兴俊，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：