[發(fā)明專利]一種大面積數(shù)字光刻光學(xué)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410328696.0
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN104142613A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉海勇;周金運;劉麗霞;雷亮
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光微加工應(yīng)用中的無掩模光刻技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種大面積數(shù)字光刻光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光刻系統(tǒng)是高科技產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的中流砥柱，最終能影響電子產(chǎn)品商業(yè)競爭的成敗。隨著光刻特征尺寸變小和光刻圖形結(jié)構(gòu)愈趨復(fù)雜及多樣化，傳統(tǒng)的掩模光刻遇到了制作困難和費用攀升的問題。為降低掩模制作的成本，已發(fā)展了許多無掩模的光刻系統(tǒng)，如離子/電子束直寫，激光直寫等，但這些絕大多數(shù)是國外成套進口的光刻設(shè)備，不僅設(shè)備價格昂貴，而且光刻速度慢。而數(shù)字光刻系統(tǒng)在保證高端電子產(chǎn)品質(zhì)量和成本上有無與倫比的優(yōu)勢，它將灰度掩模和數(shù)字光處理技術(shù)相結(jié)合，具有高效率、低成本、加工工藝簡單等優(yōu)點，是未來光刻技術(shù)的主流方向。

目前，數(shù)字光刻系統(tǒng)已在微光、機、電系統(tǒng)與器件等工業(yè)化生產(chǎn)中勃然興起，如印刷電路板(PCB)、平板顯示器(FPD)、微光學(xué)器件(MOE)、微電機系統(tǒng)(MEMS)等二維或三維光刻。數(shù)字微反射鏡作為數(shù)字光刻的動態(tài)掩模的核心部件，它是目前唯一能用于快速且大批量光刻生產(chǎn)中的純數(shù)字化空間光調(diào)制器，能實現(xiàn)實時、高效率和低成本的圖形轉(zhuǎn)移。面臨高端電子產(chǎn)品的高質(zhì)量且低成本量產(chǎn)的壓力，數(shù)字光刻系統(tǒng)必須具備高精度、高生產(chǎn)效率、低成本三大要素，而目前的數(shù)字光刻系統(tǒng)絕大多數(shù)應(yīng)用在掩模板的制作和微光學(xué)元器件的加工，其光學(xué)系統(tǒng)中投影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本比較高；如今一塊數(shù)字微反射鏡已經(jīng)無法滿足大面積和高效生產(chǎn)的要求，需要多塊數(shù)字微反射鏡拼接在一起，一次輸出大面積圖形，而數(shù)字微反射鏡邊界面積比較大，如果不有效控制該面積則會造成光刻基板的大面積損失，假若讓多塊數(shù)字微反射鏡拼接在兩平行平面上，雖然邊界面積相對減少了，但是兩平面會帶來很大的光程差，國外有技術(shù)人員提出用對應(yīng)拼接的平面反射鏡來補償光程差，但是后續(xù)出射光路的控制是非常困難的，因此提出拼接拋物面反射鏡補償光程差的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于考慮所述問題而提供一種既能實時產(chǎn)生各種數(shù)字光刻微結(jié)構(gòu)圖形，又能實現(xiàn)高精度、高生產(chǎn)效率、操作簡便的大面積數(shù)字光刻光學(xué)系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：本發(fā)明的大面積數(shù)字光刻光學(xué)系統(tǒng)包括照明光學(xué)系統(tǒng)，包括有照明光學(xué)系統(tǒng)、數(shù)字微反射鏡拼接中繼系統(tǒng)和投影光學(xué)系統(tǒng)，所述照明光學(xué)系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光器、聚焦透鏡、光纖均束器、擴束準(zhǔn)直透鏡組、平面反射鏡；所述數(shù)字微反射鏡拼接中繼系統(tǒng)包括數(shù)字微反射鏡、第一拋物面反射鏡、第二拋物面反射鏡和第三拋物面反射鏡；所述投影光學(xué)系統(tǒng)包括第一透鏡組、孔徑光闌和第二透鏡組，其中半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光經(jīng)聚焦透鏡入射到光纖均束器，從光纖均束器出來的光斑經(jīng)擴束準(zhǔn)直透鏡組整形后的光斑到達平面反射鏡，并經(jīng)平面反射鏡到達數(shù)字微反射鏡，經(jīng)數(shù)字微反射鏡出來的光斑經(jīng)第一拋物面反射鏡及第二拋物面反射鏡反射至第三拋物面反射鏡，經(jīng)第三拋物面反射鏡出來的光斑經(jīng)第一透鏡組及孔徑光闌到達第二透鏡組。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

1）與傳統(tǒng)的掩模光刻光學(xué)系統(tǒng)相比，本發(fā)明無需昂貴的光刻掩模版，以數(shù)字微反射鏡作為虛擬掩模，可以實時產(chǎn)生PCB圖形及各種微結(jié)構(gòu)，數(shù)字微反射鏡的數(shù)字灰度成像可以在光刻基板上一次完成2D/3D圖形光刻，工藝簡單且操作簡便。

2）本發(fā)明與現(xiàn)有的數(shù)字光刻光學(xué)系統(tǒng)相比，以多個半導(dǎo)體激光器通過光纖均束器耦合作為光源，其優(yōu)點是均勻度高、功率大且壽命長，能實現(xiàn)大面積光刻，該系統(tǒng)精度不是亞微米以下，而是智能手機、平板電腦、太陽能電板等十幾微米的圖形和微結(jié)構(gòu)，因此該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉。

3）本發(fā)明采用具有雙遠心結(jié)構(gòu)的8片式投影系統(tǒng)物鏡，前四片和后四片關(guān)于孔徑光闌完全對稱相同，透鏡加工開模成本低，所用玻璃材料也選用國產(chǎn)玻璃，可以方便物料選擇和成本控制，擴束準(zhǔn)直透鏡組的出瞳與投影光學(xué)系統(tǒng)的入瞳相匹配實現(xiàn)柯勒照明，可以保證數(shù)字微反射鏡拼接面有最大照明亮度和均勻度。?

4）本發(fā)明采用了拼接拋物面反射鏡補償光程差的方法，能實現(xiàn)數(shù)字微反射鏡拼接圖形無光程差傳輸，克服了平面反射鏡光路控制難的問題，同時讓整個系統(tǒng)更加緊湊。

附圖說明

圖1是本發(fā)明大面積數(shù)字光刻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明照明系統(tǒng)的示意圖。

圖３是本發(fā)明數(shù)字微反射鏡拼接的俯視圖。

圖4是本發(fā)明數(shù)字微反射鏡拼接的側(cè)視圖。

圖5是本發(fā)明數(shù)字微反射鏡拼接中繼系統(tǒng)的示意圖。

圖6是本發(fā)明投影系統(tǒng)的示意圖。

具體實施方式

實施例：

下面參照附圖，對本發(fā)明做進一步的描述。