一种无掩膜曝光系统技术方案

本实用新型专利技术提出一种无掩膜曝光系统，包括：激光光源、半波片、分束镜、第一光强衰减器、第一电动快门、第一反射镜、扩束镜、准直镜、傅立叶变换透镜、光折变晶体、第二反射镜、第二光强衰减器、第二电动快门和成像透镜。采用本实用新型专利技术的无掩膜曝光系统，可以大大减少掩膜版的数量，降低了因为使用多套掩膜版的带来的掩膜版的费用。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于半导体制造领域，尤其涉及一种无掩膜曝光系统。
技术介绍
光刻是半导体制造行业最关键的技术之一，其曝光技术可分为传统光学曝光、电子束曝光、离子束曝光和X射线曝光等。传统光学曝光技术中的接触式曝光可以获得较高的分辨率，但掩膜版和晶片之间重复接触的结果是在掩膜版上产生缺陷，这些缺陷将被重复复印到晶片上，导致产品的良率下降。接近式曝光虽然避免了接触式曝光中产生的缺陷问题，但由于间隙的增大却带来了分辨率的急剧下降。投影式曝光利用光学投影成像原理将掩膜版投影成像到晶片上，进行非接触式曝光，既获得了和接触式曝光一样的分辨率，又避免了接触式曝光损伤、污染掩膜版的弊端，成为目前传统光学曝光的主流曝光技术，但是投影曝光技术还是没有避免掩 膜版的使用。电子束曝光无需掩膜版，可以在计算机的控制下直接对涂有感光材料的晶片绘图曝光，但电子束曝光生产率低下，且会产生严重的邻近效应，影响图像的分辨率及图形的精度，目前电子束曝光只适用于掩膜版的制作及集成电路中某些关键部分的小批量生产。离子束曝光也无需掩膜版，可直接对晶片曝光，且无邻近效应，但由于对准精度问题尚未解决，用于大批量生产尚需时日。X射线曝光仍在实验研制阶段，尚未用于大批量生产。全息光学技术的不断成熟和光折变晶体生长技术水平的不断提高，使得适用于大批量生产的无掩膜曝光系统的实现成为可能。众所周知，当两束偏振方向相同的激光光源束相遇时，会发生干涉现象，在光束交叠区域产生明暗相间的空间条纹，如果其中的一束激光光源(称其为光束I)在与另一束激光光源(称为光束2)相遇之前通过了一物体(例如掩膜版)，那么明暗相间的空间条纹中就存有此物体(掩膜版)的所有信息，如果能够把此明暗相间的空间条纹记录在一种材料中，那么即使光束I及原物体(掩膜版)移开后，只通过光束2照射记录材料也能再现原物体，这就是全息光学的原理。适于记录这种明暗相间的条纹的材料有多种，目如使用最多技术最成熟的材料就是光折变晶体，如LiBb03、BaTi03、SBN, KNSBN等；此类材料之所以能够记录这种明暗相间的条纹，是因为它们具有光折变效应，所谓光折变效应就是受到光照时，其折射率会受到光强的空间调制，产生和光强空间分布相对应的折射率分布。用此类材料作为记录介质有很多优点，首先它具有角度选择性，每个角度都能记录一幅全息图，便于多重海量记录；其次它具有可擦除性，便于多次重复利用；再次它记录的是相位全息结构，衍射效率较高，能够充分利用光能；最后它还具有波长选择性，每种波长也能对应一种全息图，便于该系统所用激光器的选择。
技术实现思路
本技术针对光刻曝光中存在的问题和不足，提供一种结构简单、成本低廉的无掩膜曝光系统，该系统和投影式曝光一样能够获得和接触式曝光一样的分辨率，且比投影式曝光更有成本优势，在曝光过程中无需掩膜版，能直接对晶片曝光，适于各种尺寸晶片的大批量生产。为解决上述技术问题，本技术提出一种无掩膜曝光系统，包括掩膜版支撑架、晶片支撑架、激光光源、半波片、分束镜、第一光强衰减器、第一电动快门、第一反射镜、扩束镜、准直镜、傅立叶变换透镜、光折变晶体、第二反射镜、第二光强衰减器、第二电动快门和成像透镜；所述激光光源发出的激光经过所述半波片后到达所述分束镜，经过所述分束镜后分为透射光束和反射光束；所述透射光束经过所述第一光强衰减器和所述第一电动快门后到达所述第一反射镜，再经过所述扩束镜和所述准直镜，再经过所述掩膜版支撑架和所述傅立叶变换透镜到达所述光折变晶体；所述反射光束经过所述第二反射镜后，再经过所述第二光强衰减器和所述第二电动快门后到达所述光折变晶体，在所述光折边晶体之后还放置有所述成像透镜和用于放置晶片的所述晶片支撑架，所述成像透镜的前焦点和所述傅立叶变换透镜的后焦点重合。优选的，经过所述半波片后激光的偏振方向与所述光折变晶体的e光轴相同。 可选的，所述半波片垂直于所述激光光束方向放置，同时所述半波片光轴与水平面成45度角。可选的，经过所述掩膜版支撑架和所述傅立叶变换透镜到达所述光折变晶体的透射光束为物光波，经过所述第二光强衰减器和所述第二电动快门后到达所述光折变晶体的反射光束为参考光波。可选的，所述光折变晶体由光折变材料制成。可选的，所述光折变材料为LiBb03、BaTi03、SBN、KNSBN中的一种。可选的，还包括一固定转盘，所述固定转盘用以固定所述光折变晶体。可选的，所述光折变晶体位于所述傅立叶变换透镜的后焦点上。可选的，所述晶片支撑架具有两个晶片定位钉，所述晶片定位钉将晶片固定于晶片支撑架上并且使所述晶片定位于同一位置。可选的，所述掩膜版支撑架和所述晶片支撑架的位置满足物象共轭关系。可选的，所述半波片离所述激光光源出口的距离范围为Imm 500mm，所述半波片直径范围为IOmm 100mm,所述分束镜与所述半波片之间的距离范围为5mm 500mm。可选的，所述第一光强衰减器的直径尺寸范围为5mm 100mm。可选的，所述第一反射镜与所述分束镜之间的距离范围IOmm 1000mm。可选的，所述扩束镜为消球差双凹透镜，所述准直镜的前焦点和所述扩束镜的前焦点重合。可选的，所述扩束镜的直径范围为5mm 30mm，所述扩束镜的焦距范围为5mm 100mm，所述准直镜的直径范围为20mm 200臟，所述准直镜的焦距范围为30mm 500臟。可选的，所述傅立叶变换透镜为消色差的双胶合透镜。可选的，所述的傅立叶变换透镜的直径范围为20mm 200mm，所述傅立叶变换透镜的焦距范围为30mm 500mm,所述傅立叶变换透镜与所述准直镜之间的距离范围为5mm IOOOmmm0可选的，所述第二光强衰减器的直径尺寸范围为5_ 100_，所述第二反射镜与所述分束镜之间的距离范围IOmm 1000mm。与现有技术相比，使用本技术所提供的无掩膜曝光系统，在光折变晶体处发生干涉，在所述光折变晶体内形成携带掩膜图形信息的干涉图样(全息图像)，由参考光波将所述全息图像再现到晶片上。在参考光波完成对晶片的曝光过程中，无需掩膜版，便可实现对晶片的曝光。同时光折变晶体具有海量的记录能力，使用一块光折变晶体就可以完全覆盖半导体生产过程中的所有掩膜版。以此，对于无掩膜曝光系统的曝光机可以使用同一套掩膜版(包括一块或多块掩膜版)逐台将掩膜版的图形信息转移到光折变晶体上，在实际晶片生产中，只需要用参考光波将记录与光折变晶体内的掩膜版信息再现到晶片上，既可完成对晶片的 曝光过程。因此，在实际晶片生产中，只需要将一套掩膜版的图形信息转移到各台曝光机的光折变晶体上后，就可以无掩膜的保证多台曝光机同时生产，实现了多台无掩膜曝光系统公用同一套掩膜版的目的。而现有技术中为了维持每台曝光机生产，对每台曝光机都需要配有数套掩膜版，相对与现有技术，使用本技术的无掩膜曝光系统，多台无掩膜曝光系统可以公用同一套掩膜版，从而大大降低了因为使用多套掩膜版带来的掩膜版费用。附图说明图I为本技术一实施例中无掩膜曝光系统整体结构示意图；图2为本技术一实施例中扩束镜结构示意图；图3为本技术一实施例中准直镜结构示意图；图4为本技术一实施例中傅立叶变换透镜结构示意图；图5为本技术一实施例中成像透镜结构示意图；图6为本技术一实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无掩膜曝光系统，包括掩膜版支撑架、晶片支撑架，其特征在于，还包括：激光光源、半波片、分束镜、第一光强衰减器、第一电动快门、第一反射镜、扩束镜、准直镜、傅立叶变换透镜、光折变晶体、第二反射镜、第二光强衰减器、第二电动快门和成像透镜；所述激光光源发出的激光经过所述半波片后到达所述分束镜，经过所述分束镜后分为透射光束和反射光束；所述透射光束经过所述第一光强衰减器和所述第一电动快门后到达所述第一反射镜，再经过所述扩束镜和所述准直镜，再经过所述掩膜版支撑架和所述傅立叶变换透镜到达所述光折变晶体；所述反射光束经过所述第二反射镜后，再经过所述第二光强衰减器和所述第二电动快门后到达所述光折变晶体，在所述光折边晶体之后还放置有所述成像透镜和用于放置晶片的所述晶片支撑架，所述成像透镜的前焦点和所述傅立叶变换透镜的后焦点重合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁海生，李东昇，马新刚，江忠永，张昊翔，
申请(专利权)人：杭州士兰明芯科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：