基于空间光调制器的无掩膜图形曝光系统技术方案

本实用新型专利技术揭示了一种基于空间光调制器的无掩膜图形曝光系统，沿光轴方向依次包括：照明光源，与所述照明光源配套的光束整形系统，空间光调制器，与所述空间光调制器配套的偏振光学器件，投影透镜及晶片支撑架；所述晶片支撑架上固定待曝光的晶片，所述空间光调制器与所述晶片支撑架关于所述投影透镜满足物像共轭关系，照明光源发出的光经光束整形系统整形成为适合空间光调制器尺寸大小的均匀照明光束，照亮所述空间光调制器，在所述配套的偏振光学器件的配合作用下，所述空间光调制器可通过计算机的控制显示各种图形结构，后续再经投影透镜投影成像到晶片上，便可对晶片实施无掩膜曝光。（*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光刻领域，尤其涉及一种基于空间光调制器的无掩膜曝光系统。
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。其中，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的原理将掩膜版投影成像到晶片上，进行非接触式式曝光，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、沾污掩膜版的弊端，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。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种结构简单的基于空间光调制器的无掩膜图形曝光系统，该系统无需掩膜版能直接对晶片曝光，具有较高的成本优势，且适于大批量商业化生产。为解决上述问题，本技术提供一种基于空间光调制器的无掩膜图形曝光系统，沿光轴方向依次包括照明光源，与所述照明光源配套的光束整形系统，空间光调制器，与所述空间光调制器配套的偏振光学器件，投影透镜及晶片支撑架；所述晶片支撑架上固定待曝光的晶片，所述空间光调制器与所述晶片支撑架关于所述投影透镜满足物像共轭关系O进一步的，所述照明光源为普通照明光源或激光照明光源。进一步的，所述普通光照明光源为汞灯、卤钨灯、氙灯或金属卤素灯。进一步的，所述激光光源为单个激光器或由多个激光器组合而成的激光器。进一步的，所述激光器为可见光激光器或不可见光激光器。进一步的，所述激光器为固体激光器、气体激光器或半导体激光器中的一种或其组合。进一步的，所述光束整形系统为积分方棒和成像透镜的组合，或双排复眼透镜和成像透镜的组合。进一步的，所述积分方棒为实心或空心的。进一步的，所述积分方棒为空心的，由四块镀有宽带反射介质膜的平板玻璃粘合。进一步的，所述双排复眼透镜由两个完全相同的复眼透镜组成，每个复眼透镜都是由一系列结构相同的矩形小透镜拼接而成的透镜阵列。进一步的，所述双排复眼透镜的两个复眼透镜之间的距离等于每个矩形小透镜的焦距。进一步的，所述成像透镜具有成像功能，用于将所述积分方棒的沿光轴方向的后端面或双排复眼透镜中沿光轴方向的前排复眼透镜按比例成像到所述空间光调制器上。进一步的，所述照明光源为激光照明光源，所述光束整形系统包括扩束准直系统、光束整形器件和傅立叶变换·透镜。进一步的，所述扩束准直系统包括一个消球差双凹透镜和一个凸透镜，其中所述凸透镜的前焦点和消球差双凹透镜的前焦点重合。进一步的，所述凸透镜为双凸透镜或平凸透镜。进一步的，所述光束整形器件为纯相位衍射型光学器件。进一步的，所述傅立叶变换透镜为具有傅立叶变换功能的消色差的双胶合透镜。进一步的，所述空间光调制器为液晶空间光调制器。进一步的，所述空间光调制器为液晶空间光调制器，所述偏振光学器件为粘贴在所述液晶空间光调制器沿光轴方向前后两侧的透振方向相互垂直的两个偏振片，其中前面的偏振片起到起偏作用，后面的偏振片起到检偏作用。进一步的，所述空间光调制器为硅基液晶空间光调制器，所述偏振光学器件是偏振分束镜，所述偏振分束镜为由两块直角棱镜中间夹一层偏振分束膜粘合而成，其中所述偏振分束膜对入射光波具有起偏作用，对出射光波具有检偏作用。进一步的，所述投影透镜具有投影成像功能，用于将空间光调制器上显示的图形信息按比例成像到所述待曝光的晶片上，并在计算机的控制下实施无掩膜、非接触式曝光。进一步的，所述晶片支撑架具有实现图像对准功能的两个晶片定位钉。综上所述，本技术基于空间光调制器的无掩膜曝光系统，包括照明光源及其配套的光束整形系统、空间光调制器及其配套的偏振光学器件、投影透镜和晶片支撑架。照明光源发出的光经光束整形系统整形成为适合空间光调制器尺寸大小的均匀照明光束，照亮所述空间光调制器，在所述配套的偏振光学器件的配合作用下，所述空间光调制器可通过计算机的控制显示各种图形结构，后续再经投影透镜投影成像到晶片上，便可对晶片实施无掩膜曝光。该系统可应用于半导体行业的光刻工艺中，适于大批量生产。附图说明图1是基于空间光调制器的无掩膜曝光系统的原理结构图；图2a-图2b是基于LCD的普通光源照明无掩膜曝光系统的两种实施方案结构示意图；图2c-图2d是基于LCoS的普通光源照明无掩膜曝光系统的两种实施方案结构示意图；图2e是基于LCD的激光照明无掩膜曝光系统的一种实施方案结构示意图；图2f是基于LCoS的激光照明无掩膜曝光系统的一种实施方案结构示意图；图3是积分方棒结构示意图；图4是复眼透镜结构示意图；图5是扩束准直系统示意图；图6是前后粘贴偏振片的IXD整体结构示意图；图7是偏振分束镜不意图；图8是LCoS结构示意图；图9是晶片支撑架结构示意图。具体实施方式为使本技术的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本技术的内容作进一步说明。当然本技术并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本技术的保护范围内。其次，本技术利用示意图进行了详细的表述，在详述本技术实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本技术的限定。本技术提供了一种基于空间光调制器的无掩膜图形曝光系统，沿同一光传播方向依次包括照明光源，与所述照明光源配套的光束整形系统，空间光调制器，与所述空间光调制器配套的偏振光学器件，投影透镜及晶片支撑架；所述晶片支撑架固定有待曝光的晶片，所述空间光调制器与所述晶片支撑架关于所述投影透镜满足物像共轭关系。照明光源发出的光经光束整形系统整形成为适合空间光调制器尺寸大小的均匀照明光束，照亮所述空间光调制器，在所述配套的偏振光学器件的配合作用下，所述空间光调制器可通过计算机的控制显示各种图形结构，后续再经投影透镜投影成像到晶片上，便可对晶片实施无掩膜曝光。如图2a_图2d所示，所述照明光源I可以是普通照明光源，如汞灯、卤钨灯、氙灯、金属卤素灯等，如图2e_图2f所示，所述照明光源I也可以是激光光源。如图2e_图2f中所述照明光源I所示的单个激光器还可以用多个激光器的组合来代替；所述的激光器可以是固体激光器、气体激光器，也可以是半导体激光器；可以是可见光激光器，也可以是不可见光激光器。如图2a_图2d所示，与所述普通照明光源相配套I的光束整形系统3可以由积分方棒31和成像透镜32组成，也可以由双排复眼透镜311、312和成像透镜32组成。如图3所示，所述积分方棒31由四块镀有宽带高反射介质膜的平板玻璃粘合而成；如图4所示，所述双排复眼透镜311和312的结构由一系列结构相同的矩形小透镜按某种方式拼接而成的透镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空间光调制器的无掩膜图形曝光系统，其特征在于，沿光轴方向依次包括：照明光源，与所述照明光源配套的光束整形系统，空间光调制器，与所述空间光调制器配套的偏振光学器件，投影透镜及晶片支撑架；所述晶片支撑架上固定待曝光的晶片，所述空间光调制器与所述晶片支撑架关于所述投影透镜满足物像共轭关系。

【技术特征摘要】
1.一种基于空间光调制器的无掩膜图形曝光系统，其特征在于，沿光轴方向依次包括:照明光源，与所述照明光源配套的光束整形系统，空间光调制器，与所述空间光调制器配套的偏振光学器件，投影透镜及晶片支撑架；所述晶片支撑架上固定待曝光的晶片，所述空间光调制器与所述晶片支撑架关于所述投影透镜满足物像共轭关系。2.如权利要求1所述的基于空间光调制器的无掩膜图形曝光系统，其特征在于，所述照明光源为汞灯、卤钨灯、氙灯、金属卤素灯或激光照明光源。3.如权利要求2所述的基于空间光调制器的无掩膜图形曝光系统，其特征在于，所述激光光源为单个激光器或由多个激光器组合而成的激光器。4.如权利要求3所述的基于空间光调制器的无掩膜图形曝光系统，其特征在于，所述激光器为可见光激光器或不可见光激光器。5.如权利要求3所述的基于空间光调制器的无掩膜图形曝光系统，其特征在于，所述激光器为固体激光器、气体激光器或半导体激光器中的一种或其组合。6.如权利要求2所述的基于空间光调制器的无掩膜图形曝光系统，其特征在于，所述光束整形系统为积分方棒和成像透镜的组合，或双排复眼透镜和成像透镜的组合。7.如权利要求6所述的基于空间光调制器的无掩膜图形曝光系统，其特征在于，所述积分方棒为实心或空心的。8.如权利要求7所述的基于空间光调制器的无掩膜图形曝光系统，其特征在于，所述积分方棒为空心的，由四块镀有宽带反射介质膜的平板玻璃粘合而成。9.如权利要求6所述的基于空间光调制器的无掩膜图形曝光系统，其特征在于，所述双排复眼透镜由两个完全相同的复眼透镜组成，每个复眼透镜都是由一系列结构相同的矩形小透镜拼接而成的透镜阵列。10.如权利要求9所述的基于空间光调制器的无掩膜图形曝光系统，其特征在于，所述双排复眼透镜的两个复眼透镜之间的距离等于每个矩形小透镜的焦距。11.如权利要求6所述的基于空间光调制器的无掩膜图形曝光系统，其特征在于，所述成像透镜具有成像功能，用于将所述积分方棒的沿光轴方向的后端面或双排复眼透镜中沿光轴方向的前排复眼透镜按比例成像到所述...

【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，李超，
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：