專利名稱：連續(xù)面形掩模移動光刻曝光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連續(xù)面形掩模移動光刻曝光裝置，屬于光刻曝光制作任意連續(xù)面形浮雕結(jié)構(gòu)和微透鏡列陣結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著微光學(xué)元件的廣泛應(yīng)用和需求量的大幅增加，迫切需要提高和完善微光學(xué)元件的制作技術(shù)，以提高其質(zhì)量和產(chǎn)量。這就需要有比較完美的方法和相應(yīng)的制作設(shè)備裝置。歸納現(xiàn)有制作微光學(xué)元件和微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件的方法主要可分為二類一類是用灰階掩模、光學(xué)光刻、電子束光刻、離子束光刻、激光束直寫等方法制作多臺階型二元微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件。目前大家最常見也最熟悉的微電子集成電路加工工藝技術(shù)中，應(yīng)用于制作超微細圖形結(jié)構(gòu)的各種光刻曝光機，如接近接觸式、投影式、投影加掃描式，其波長從可見到紫外，甚至極紫外等等光刻曝光設(shè)備，都可歸屬于同一類的制作方法和設(shè)備來制作二元微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件，用這些設(shè)備制作微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件有一個共同的特點，在曝光光刻時掩?；蜓谀D形的像和要制作的元件基片是相對靜止的，沒有任何的相對位移和移動，被曝光制作的圖形邊緣有極高的陡度。因此，用這些昂貴復(fù)雜設(shè)備和方法都只能制作多臺階型微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件，不能制作連續(xù)面形微浮雕結(jié)構(gòu)元件。
另一類是用光刻熱熔或掩模移動光刻等方法制作連續(xù)面形微浮雕結(jié)構(gòu)光學(xué)元件。光刻熱熔法是先通過常規(guī)集成電路加工光刻曝光，得到圓柱形小島列陣，然后進行烘烤，形成微透鏡單元列陣。這種方法制作元件由于微透鏡單元之間存在大量的死區(qū)，使其產(chǎn)生大量的背景噪聲，應(yīng)用也因此受到了限制。
掩模移動光刻法是利用掩模進行移動的同時，又進行連續(xù)曝光的制作方法。用這個方法和設(shè)備制作微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件也有一個共同的特點，曝光劑量在抗蝕上的分布是連續(xù)的，被曝光制作的圖形邊緣也是連續(xù)的，因此，能制作連續(xù)面形微浮雕結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件。但是現(xiàn)有的移動掩模光刻設(shè)備，都是極為簡易的，由其它裝置或設(shè)備的某一部分，拼湊而成的，同時在制作功能、制作精度和操作使用方便性等多方面都存在不足，造成制作的元件連續(xù)面形不夠光滑，不能大幅提高其制作連續(xù)面形元件質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種移動精度高、操作使用方便，高質(zhì)量和高效率制作任意微浮雕結(jié)構(gòu)元件的連續(xù)面形掩模移動光刻曝光裝置。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是連續(xù)面形掩模移動光刻曝光裝置，其特點在于包括主機大基板、掩模移動工作臺系統(tǒng)、均勻照明系統(tǒng)、掩模架、掩模、基片、對準觀測系統(tǒng)、照明均勻性檢測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，在主機大基板上分別固定有掩模移動工作臺系統(tǒng)和照明均勻性檢測系統(tǒng)，其中照明均勻性檢測系統(tǒng)通過支架與大基板連接，掩模移動工作臺系統(tǒng)由位于底層的XY手動臺、通過連接座與XY手動臺連接的XY掩模移動臺組成，XY掩模移動臺上支撐有掩模架，掩模架吸附著掩模，基片被吸附于位于掩模移動工作臺系統(tǒng)內(nèi)腔的基片升降承片臺系統(tǒng)上，均勻照明系統(tǒng)通過垂直旋轉(zhuǎn)軸和支撐座與主機大基板連接，并位于掩模架和掩模的上方，XY手動臺用于對掩模觀察對準調(diào)準，對準觀測系統(tǒng)連接在均勻照明系統(tǒng)的一側(cè)，均勻照明系統(tǒng)和對準觀測系統(tǒng)整體可繞垂直旋轉(zhuǎn)軸在水平方向旋轉(zhuǎn)，同時對準觀測系統(tǒng)還可以前后移動，XY掩模移動臺、均勻照明系統(tǒng)和照明均勻性檢測系統(tǒng)的探測輸出信號送入至控制系統(tǒng)進行處理，同時控制系統(tǒng)控制信號輸出至XY掩模移動臺和均勻照明系統(tǒng)用于掩模移動、Hg燈燈源恒光強和光強積分快門的閉環(huán)控制，在控制系統(tǒng)控制下進行掩模移動和積分快門的開啟與關(guān)閉，完成連續(xù)面形掩模移動曝光光刻。
本發(fā)明的工作過程是第一步，首先轉(zhuǎn)動均勻照明系統(tǒng)，讓它通過垂直旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)到照明均勻性檢測系統(tǒng)正上方位置，由照明均勻性檢測系統(tǒng)通過計算機系統(tǒng)檢測或復(fù)查均勻照明系統(tǒng)的照明是否均勻，達到均勻后，其次翻開掩模架，在掩模架上裝上掩模和在承片臺系統(tǒng)的承片臺上裝好基片，放回掩模架，并通過承片臺系統(tǒng)將基片調(diào)平，同時也調(diào)整好基片和掩模之間的間隙，然后是再通過垂直旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，把對準觀測系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)到工作臺的正上方，即掩模和基片的正上方，用對準觀測系統(tǒng)觀測對準掩模和基片，移動和調(diào)整XY手動臺使掩模移到要對基片移動曝光光刻的起始位置，最后再通過垂直旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)將均勻照明系統(tǒng)轉(zhuǎn)動到掩模和基片的正上方，這時就可以開始移動曝光了。
第二步，首先對控制系統(tǒng)預(yù)置或檢查移動曝光方式和其它參數(shù)，其次對控制系統(tǒng)下達移動曝光光刻命令，此時，控制系統(tǒng)通過總線接口接收均勻照明系統(tǒng)的光強探測A/D轉(zhuǎn)換信息，通過總線接口由光源恒光強控制和光強積分快門控制電路對均勻照明系統(tǒng)的燈源按要求進行恒光強控制，同時控制積分快門的打開，還同時通過XY掩模移動測量與驅(qū)動控制電路閉環(huán)控制XY掩模移動臺開始安預(yù)置要求移動，進行移動曝光，最后，當控制系統(tǒng)判定移動曝光已到達曝光終點位置時，控制系統(tǒng)再次通過上述系統(tǒng)控制積分快門關(guān)閉和控制XY掩模移動臺停止移動。
第三步是翻開掩模架，取出基片和掩模，并放回掩模架，移動曝光光刻工作結(jié)束。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明克服了前面所述一類制作方法需購置昂貴設(shè)備、制作工藝復(fù)雜、效率低，又是只能制作多臺階型結(jié)構(gòu)元件的缺點，也克服了二類光刻熱熔法制作連續(xù)面形微透鏡單元之間存在死區(qū)，性能效果不好的缺點，達到設(shè)備便宜，制作不需套刻，工藝簡單，生產(chǎn)效率高，又能制作連續(xù)面形微浮雕結(jié)構(gòu)透鏡元件。同時連續(xù)面形微透鏡單元之間也不存在死區(qū)，具有100％的填充因子，面形連續(xù)光滑。
2、本發(fā)明具有掩模移動的運動機構(gòu)，不僅能夠制作各種不同大小面積(φ30μm(φ100mm)圖形和各種不同大小數(shù)值孔徑(0.01(0.5)的大深度任意連續(xù)面形微透鏡列陣光學(xué)元件，以及連續(xù)面形的微浮雕結(jié)構(gòu)元件，而且還能制作大面積(φ20(φ100mm)的連續(xù)面形傳統(tǒng)非球面光學(xué)透鏡元件；3、由于本發(fā)明光刻掩模移動和運動控制精度高，移動光刻曝光后，在抗蝕上曝光劑量的分布非常連續(xù)，不僅元件制作精度高，能達到3-5nm，而且微浮雕結(jié)構(gòu)面形連續(xù)光滑，能達到比用傳統(tǒng)光學(xué)方法加工得到的更高光滑度，微浮雕結(jié)構(gòu)表面粗糙度在10nm以上；4、由于本發(fā)明針對連續(xù)面形微浮雕結(jié)構(gòu)制作而設(shè)計，不僅應(yīng)用掩模移動制作元件功能齊全，精度足夠，而且充分考慮了可用性。整個裝置的運動測量控制均由計算機完成，能人機對話菜單操作。可對各種參數(shù)進行預(yù)設(shè)置和修改、存儲與調(diào)用、各種移動曝光方式的選擇，如連續(xù)勻速，步進等。選用了最新操作系統(tǒng)，能進行所有數(shù)據(jù)處理，有各種控制軟件能對掩模移動實現(xiàn)閉環(huán)控制。所以本發(fā)明操作使用非常方便，制作的元件精度高，并且穩(wěn)定，大幅度提高了制作質(zhì)量和生產(chǎn)效率。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主視圖；圖2為圖1主機的側(cè)視圖；圖3為圖1主機的俯視圖；圖4為圖1主機中的掩模移動工作臺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖5為圖1主機中的掩模移動工作臺系統(tǒng)的俯視圖；圖6為圖4中的基片升降承片臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)剖面圖；圖7為本發(fā)明控制系統(tǒng)的原理框圖；圖8為本發(fā)明控制系統(tǒng)的軟件流程圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括主機大基板1、掩模移動工作臺系統(tǒng)2、均勻照明系統(tǒng)3、掩模架4、掩模5、基片6、對準觀測系統(tǒng)7、照明均勻性檢測系統(tǒng)8和控制系統(tǒng)9，主機大基板1安放在由氣足組成的能起隔振作用的隔振臺14上，使本發(fā)明主機在進行移動掩模光刻曝光時，不受外界環(huán)境振動的影響。在主機大基板1上分別固定有掩模移動工作臺系統(tǒng)2和照明均勻性檢測系統(tǒng)8，其中照明均勻性檢測系統(tǒng)8通過支架13與大基板1連接，掩模移動工作臺系統(tǒng)2由位于底層的XY手動臺21和通過連接座10與XY手動臺21連接的XY掩模移動臺22組成，XY掩模移動臺22上支撐有掩模架4，掩模架4吸附著掩模5，基片6被吸附于位于掩模移動工作臺系統(tǒng)2內(nèi)腔的基片升降承片臺系統(tǒng)23上，因此掩模5也位于XY掩模移動臺22和XY手動臺21兩工作臺上，并隨著它們的運動而移動。XY手動臺21用于對掩模5觀察對準調(diào)整。均勻照明系統(tǒng)3通過垂直旋轉(zhuǎn)軸12和支撐座11(見附圖2)與主機大基板1連接，并位于掩模架4和掩模5的上方，對準觀測系統(tǒng)7通過固定有Y向一維運動外導(dǎo)軌704的彎板703，連接在均勻照明系統(tǒng)3的一側(cè)，均勻照明系統(tǒng)3和對準觀測系統(tǒng)7整體可垂直旋轉(zhuǎn)12在水平方向旋轉(zhuǎn)，同時對準觀測系統(tǒng)7還可以前后移動，控制系統(tǒng)9分別與XY掩模移動臺22、均勻照明系統(tǒng)3、照明均勻性檢測系統(tǒng)8相接，用于閉環(huán)控制。
如圖2所示，均勻照明系統(tǒng)3為移動曝光光刻提供紫外照明光源，它由橢球鏡300、Hg燈301、第一反射鏡302、光欄303、集光鏡組304、濾光片305、積分快門306、勻光器307、第二反射鏡308、光強積分探測器309和聚光鏡310組成，Hg燈301安放于橢球鏡300的第一焦點上，通過橢球鏡300大包角的集光，把光經(jīng)第一反射鏡302反射聚集于橢球鏡300的第二焦點F上，再依次通過光欄303、集光鏡組304會聚擴束，濾光片305濾光后射于勻光器307的前端面，經(jīng)過勻光器307從后端面射出的多點光再通過第二反射鏡308反射和聚光鏡310聚光，疊加形成均勻照明的光照射到掩模5上，光強積分探測器309位于第二反射鏡308和聚光鏡310之間，將探測到的光強信號輸入至控制系統(tǒng)9，用于恒光強燈源控制，同時控制系統(tǒng)9根據(jù)光強積分設(shè)定的要求，控制積分快門306的開啟與關(guān)閉。排氣管道17內(nèi)安裝軸流風(fēng)機，它把Hg燈301工作時產(chǎn)生的熱量連同廢氣沿排氣管道17排出室外，起凈化環(huán)境的同時又冷卻整個均勻照明系統(tǒng)3。此外，由于掩模5要相對基片6移動，為了不使掩模5和基片6之間因移動而劃傷，它們之間必須保持有一定的間隙，這樣掩模5在基片6上的圖像是一衍射圖象，從Fraunhofer衍射理論知道，間隙越大衍射則越嚴重。為減輕衍射效應(yīng)的影響，本發(fā)明在均勻照明系統(tǒng)3中利用了多點勻光照明原理，采用了勻光器307，以平滑衍射影響。本發(fā)明均勻照明系統(tǒng)達3到了曝光光刻照明最大面積φ100mm，曝光波長365±15nm，功率500W和1000W汞燈均可使用，照明均勻性±3％，靜態(tài)曝光光刻分辨率1.2-1.5μm。
如圖1和圖2所示，在均勻照明系統(tǒng)3的一側(cè)連接固定有彎板703、包括外導(dǎo)軌704和內(nèi)導(dǎo)軌706的一維運動導(dǎo)軌，以及包括物鏡701和目鏡702的雙目觀察對準系統(tǒng)7，彎板703和一維外導(dǎo)軌704連接，內(nèi)導(dǎo)軌706和觀察對準系統(tǒng)7連接，內(nèi)導(dǎo)軌706通過精密滾珠705可在外導(dǎo)軌704中移動，因此，觀察對準系統(tǒng)7可以相對照明系統(tǒng)3作前后手動移動，為移動曝光提供掩模5和基片6的觀察和初始位置對準。對準系統(tǒng)7為分裂視場的雙目分裂視場顯微鏡系統(tǒng)，目鏡702位于物鏡701的遠心光路上，顯微物鏡701為平像場物鏡，倍率為10x和20x，NA為0.25和0.4。
如圖1所示，照明均勻性檢測系統(tǒng)8由與支架13連接并可繞支架13轉(zhuǎn)動和定位的軸架81、水平放置在軸架81上的一維移動導(dǎo)軌82和固定在一維移動導(dǎo)軌82內(nèi)導(dǎo)軌上并可沿一維移動導(dǎo)軌82的外導(dǎo)軌移動和定位的光強探測器83組成，光強探測器83的光強接收面與掩模5的下表面等高，當均勻照明系統(tǒng)3繞垂直旋轉(zhuǎn)軸12旋轉(zhuǎn)并位于照明均勻性檢測系統(tǒng)8正上方時，均勻照明系統(tǒng)3定位不動，光強探測器83可沿一維移動導(dǎo)軌82移動和在一定位置定位，同時和軸架81一起還可繞支架13轉(zhuǎn)動和定位，并按預(yù)定坐標位置分別測定均勻照明系統(tǒng)3的照明面的各位置處光強數(shù)據(jù)，送入控制系統(tǒng)計算機9，由控制系統(tǒng)9計算出照明均勻性。如果檢測計算出照明均勻性數(shù)據(jù)因更換Hg燈301等原因達不到指標要求，可對Hg燈301的位置進行調(diào)整，達到照明均勻為止。
如圖4所示，XY手動臺21作為微調(diào)系統(tǒng)，用于對掩模5和基片6的觀察與初始位置對準，它由一維Y外移動導(dǎo)軌210、一維Y內(nèi)移動導(dǎo)軌211、一維X外移動導(dǎo)軌212、一維X內(nèi)移動導(dǎo)軌213組成，一維Y外移動導(dǎo)軌210與主機大基板1緊密連接，一維Y內(nèi)移動導(dǎo)軌211與大連接板215連接，并通過精密滾珠214在一維Y外移動導(dǎo)軌210內(nèi)移動；一維X外移動導(dǎo)軌212固定在大連接板215上，和連接座10相連的一維X內(nèi)移動導(dǎo)軌213可通過精密滾珠216在一維X外移動導(dǎo)軌212內(nèi)移動，這樣通過連接座10、XY掩模移動臺22和掩模架4，掩模5可相對主機大基板1作XY二維移動，通過觀察對準系統(tǒng)7對掩模5的觀察對準，以運動掩模5到需要曝光光刻的位置。在連接座10上還固定有鎖緊把手16，推動鎖緊把手16XY手動臺21則推動掩模5移動，經(jīng)觀察對準系統(tǒng)7對掩模5和基片6的觀察與對準后，開起鎖緊把手16的真空吸附，將鎖緊把手16真空吸附在主機大基板1上，此時也鎖定了XY手動臺21的移動，鎖緊掩模5和基片6的初始位置。XY手動臺21達到指標為XY二維移動行程≥45mm，XY二維移動直線性≤5″，XY二維移動定位精度≤±2mm。
如圖4、5所示，XY掩模移動臺22由一維Y外移動導(dǎo)軌2201、一維Y內(nèi)移動導(dǎo)軌2202、Y向絲桿螺母2203、Y向驅(qū)動電機2204、Y向探測器2205、一維X外移動導(dǎo)軌2206、一維X內(nèi)移動導(dǎo)軌2207、X向絲桿螺母2208、X向驅(qū)動電機2209、X向探測器2210組成，一維Y外移動導(dǎo)軌2201固定在連接座10上，一維Y內(nèi)移動導(dǎo)軌2202與小連接板2211連接，一維Y內(nèi)移動導(dǎo)軌2202通過滾珠2212在一維Y外移動導(dǎo)軌2201內(nèi)移動，一維Y內(nèi)移動導(dǎo)軌2202和一維Y外移動導(dǎo)軌2201之間裝有絲桿螺母2203，絲桿螺母2203的螺母固定在小連接板2211上，絲桿螺母2203的絲桿與固定在連接座10上的Y向驅(qū)動電機2204的軸相連，絲桿螺母2203的絲桿與Y向驅(qū)動電機2204的軸之間不能相互轉(zhuǎn)動但可沿軸向移動，Y向驅(qū)動電機2204的轉(zhuǎn)動帶動和絲桿螺母2203的螺母嚙合的絲桿轉(zhuǎn)動，絲桿螺母2203的絲桿推動與一維Y向內(nèi)移動導(dǎo)軌2202連接的小連接板2211移動，從而帶動上方包括一維X導(dǎo)軌和掩模架4在內(nèi)的掩模5作Y向來去移動，移動測量由Y向探測器2205探測，探測的移動距離信號經(jīng)處理后送入控制系統(tǒng)9，再由控制系統(tǒng)9閉環(huán)控制Y向驅(qū)動電機2204轉(zhuǎn)動；一維X外移動導(dǎo)軌2206固定在小連接板2211上，一維X內(nèi)移動導(dǎo)軌2207與連接上板2215固定，一維X內(nèi)移動導(dǎo)軌2207通過滾珠2216在一維X外移動導(dǎo)軌2206內(nèi)移動，一維X內(nèi)移動導(dǎo)軌2207和一維X外移動導(dǎo)軌2206之間裝有絲桿螺母2208，絲桿螺母2208的螺母固定在連接上板2215上，絲桿螺母2208的絲桿與固定在小連接板2211上X向驅(qū)動電機2209的軸相連，絲桿螺母2208的絲桿與X向驅(qū)動電機2209的軸之間不能相互轉(zhuǎn)動但可沿軸向移動，X向驅(qū)動電機2209的轉(zhuǎn)動帶動和絲桿螺母2208的螺母嚙合的絲桿轉(zhuǎn)動，絲桿再推動與X向內(nèi)移動導(dǎo)軌2207連接的連接上板2215移動，從而帶動上方包括掩模架4在內(nèi)的掩模5作X向來去移動，其移動測量靠X向探測器2210探測，探測的移動距離信號經(jīng)處理后送入控制系統(tǒng)9，由控制系統(tǒng)9閉環(huán)控制X向驅(qū)動電機2209轉(zhuǎn)動，達到XY掩模移動臺22對掩模5作XY二維移動，進行掩模移動曝光光刻。XY掩模移動臺22達到XY二維移動行程≥8mm，XY二維移動直線性≤2″，XY二維移動定位精度≤±0.1μm，XY導(dǎo)軌正交性≤5″，可制作連續(xù)面形元件圖形尺寸φ30μm～φ100mm，可制作φ20～φ100mm的連續(xù)面形傳統(tǒng)非球面光學(xué)透鏡，連續(xù)表面粗糙度10nm。
如圖6、4、5所示，基片升降承片臺系統(tǒng)23由底座2301、底板2302、外導(dǎo)向座2303、內(nèi)頂桿2304、承片臺2305、杠桿機構(gòu)、直線導(dǎo)軌運動機構(gòu)組成，其中杠桿機構(gòu)由杠桿2306、小支軸2307、小支座2308、拉簧230g、螺紋絲桿微螺旋2310組成，直線導(dǎo)軌運動機構(gòu)由內(nèi)直線導(dǎo)軌2311、精密滾珠2312和外直線導(dǎo)軌2313組成，底座2301位于最底部支撐整個升降承片臺系統(tǒng)，其上固定著底板2302，外導(dǎo)向座2303位于底板2302上，內(nèi)頂桿2304與內(nèi)直線導(dǎo)軌2311相接，內(nèi)直線導(dǎo)軌2311通過精密滾珠2312與外直線導(dǎo)軌2313連接，內(nèi)頂桿2304可通過內(nèi)直線導(dǎo)軌2311和精密滾珠2312在外直線導(dǎo)軌2313內(nèi)推動基片6沿Z向升降運動，不能轉(zhuǎn)動；杠桿2306的一端螺孔和螺紋絲桿微螺旋2310的絲桿嚙合，小支座2308支撐著小支軸2307并位于杠桿2306兩端支點的三分之一的位置，使杠桿2306能夠繞小支軸2307旋轉(zhuǎn)，杠桿2306另一端粘接有鋼球2318，在靠近杠桿2306兩端支點內(nèi)側(cè)都作有掛拉簧的孔，掛在杠桿2306長端一側(cè)孔中的拉簧2309，它的另一端掛在底板2302的對應(yīng)孔上，拉簧2309的拉力消除螺紋絲桿微螺旋2310、杠桿2306、小支軸2307與底板2302之間的空隙，掛在杠桿2306另一端孔中的拉簧2316，它的另一端掛在固定在內(nèi)頂桿2304側(cè)面上的小板2317上，拉簧2316的拉力消除內(nèi)頂桿2304與杠桿2306支點處粘接的鋼球2318之間的空隙。內(nèi)頂桿2304上放置有承片臺2305，承片臺2305吸附著基片6，當螺紋絲桿微螺旋2310從上向下看順時針轉(zhuǎn)動時，杠桿2306長端上升，另一端下降，帶動了內(nèi)頂桿2304下降，從而帶動基片6下降，反之，螺紋絲桿微螺旋2310逆時針轉(zhuǎn)動，則基片6上升，這樣通過螺紋絲桿微螺旋2310的正反旋轉(zhuǎn)，使基片6作上下升降，能停留在某一位置，達到不同厚度的基片6都能使用，并且可進行掩模5和基片6之間的間隙大小設(shè)置。
如圖4、6所示，本發(fā)明的基片升降承片臺系統(tǒng)23還具有調(diào)平功能，即在內(nèi)頂桿2304的上方和承片臺2305之間安裝有陰半球體2314和陽半球體2315，陽半球2315又和承片臺2305相連，基片6被吸附在承片臺2305上，當兩陰陽半球體間從c處通入壓力空氣并隨升降系統(tǒng)上升，使基片6和掩模5緊密接觸，然后兩陰陽半球體間c處關(guān)閉壓力空氣并通大氣，再在螺紋絲桿微螺旋2310旋轉(zhuǎn)使基片6上升頂緊掩模5的同時，c處開通真空，基片6的上表面就得到了調(diào)平。本發(fā)明的基片升降承片臺系統(tǒng)23達到Z向總升降行程≥9mm，升降移動靈敏度≥±1μm，適用基片φ12mm--φ100mm，厚度1mm--10mm。
如圖5、4所示，為本發(fā)明實施例掩模移動工作臺系統(tǒng)2的俯視圖和剖面圖，固定于XY掩模移動臺5的上面有連接上板2215，掩模架4被用真空吸附在連接上板2215上，當關(guān)閉真空通大氣后，掩模架4帶著被它吸附的掩模5可以作90度角向上轉(zhuǎn)動。固定于連接上板2215上的支座架2218裝有帶精密螺紋絲桿旋扭2219，連接上板2215上裝有垂直軸2220，垂直軸2220的另一端和裝有垂直軸套的雙軸架2222的軸套相連，雙軸架2222上還裝有水平軸2221，雙軸架2222的兩端水平軸與掩模架4的水平軸套相連，于是掩模架4通過自身的水平軸套和在雙軸架2222中的兩端水平軸2221可繞水平軸2221向上翻起作90度旋轉(zhuǎn)，可以方便進行掩模5的裝卸，同時用手旋動旋扭2219可推動雙軸架2222繞在其上的垂直軸套和固定在連接上板2215上的垂直軸2220在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，于是就帶動了掩模架4和在其上的掩模5在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，進行掩模5在水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)調(diào)整。
如圖7所示，控制系統(tǒng)9由計算機CPU微處理器91、包括XY位置傳感921和XY驅(qū)動電機922的XY二維掩模移動臺的測量移動與驅(qū)動控制電路g2、包括HG燈931、快門電磁閥932和其它電磁閥933的恒光強和積分快門控制及電磁閥驅(qū)動電路93、總線接口電路95和包括光強探測941的A/D轉(zhuǎn)換電路94組成。在計算機中預(yù)置的XY二維掩模移動的連續(xù)或步進方式驅(qū)動控制信息，經(jīng)總線接口電路95送入XY二維掩模移動臺測量移動與驅(qū)動控制電路92，采集XY位置傳感器921的XY位置數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)置要求連續(xù)或步進方式驅(qū)動XY驅(qū)動電機922轉(zhuǎn)動到達要求位置，同時通過總線接口電路95反回計算機CPU微處理器91，進行速度或位置的移動閉環(huán)控制；恒光強和積分快門控制及電磁閥驅(qū)動電路93，根據(jù)經(jīng)總線接口電路95送來的在計算機中預(yù)置的曝光光強數(shù)，以及通過總線接口電路95和光強探測941不斷采集光強信息，在對HG燈燈源931進行恒光強閉環(huán)控制的同時，還進行光強積分快門電磁閥932的開啟和關(guān)閉控制及其它電磁閥933的開啟和關(guān)閉控制，完成對XY掩模移動曝光光刻控制。
如圖8所示，控制系統(tǒng)9的軟件流程分為兩部分方式1和方式2。當移動曝光方式選擇為方式1時，控制系統(tǒng)軟件自動將操作者預(yù)置的移動曝光距離、速度、光強數(shù)，以及根據(jù)采集的當前位置計算出曝光終點位置，讓恒光強控制達到預(yù)置光強數(shù)，根據(jù)起動命令，命令工作臺開始以預(yù)置的某速度勻速移動方式移動，同時打開快門曝光，在工作臺勻速移動中，不斷地采集工作臺移動位置信息進行判別，如果判別未到達終點，工作臺繼續(xù)勻速移動，如果判別到達終點位置，則立即命令關(guān)閉曝光快門，同時停止驅(qū)動工作臺移動，移動曝光結(jié)束。當移動曝光方式選擇為方式2時，控制系統(tǒng)軟件自動將操作者預(yù)置的移動曝光距離、步距、光強數(shù)，以及根據(jù)采集的當前位置，計算出曝光終點位置，根據(jù)起動命令，命令工作臺開始以步進移動方式移動，工作臺移動一步，打開曝光快門的同時，啟動積分計數(shù)計算曝光光強數(shù)，與預(yù)置的光強數(shù)進行不斷的比較，判別是否達到本步要求的預(yù)置光強數(shù)，如果沒有達到，繼續(xù)曝光，如果判別已達到預(yù)置光強數(shù)，則工作臺繼續(xù)移動一步，讀當前的傳感器位置，判別是否達到終點位置，如果判別未到達，并同時重新開始計數(shù)計算曝光光強數(shù)，判別是否達到本步要求的預(yù)置光強數(shù)，如果判別已達到預(yù)置光強數(shù)，工作臺繼續(xù)移動一步，依次判別，如果判別已到達終點位置，則立即命令關(guān)閉曝光快門，同時停止驅(qū)動工作臺移動，移動曝光結(jié)束。盡管移動曝光是選擇方式2步進方式曝光，由于步進的步距非常小，在抗蝕上曝光劑量的分布還是非常連續(xù)光滑，制作的元件精度同樣很高，而且微浮雕面形同樣很連續(xù)光滑。
權(quán)利要求
1.連續(xù)面形掩模移動光刻曝光裝置，其特征在于包括主機大基板(1)、掩模移動工作臺系統(tǒng)(2)、均勻照明系統(tǒng)(3)、掩模架(4)、掩模(5)、基片(6)、對準觀測系統(tǒng)(7)、照明均勻性檢測系統(tǒng)(8)和控制系統(tǒng)(9)，在主機大基板(1)上分別固定有掩模移動工作臺系統(tǒng)(2)和照明均勻性檢測系統(tǒng)(8)，其中照明均勻性檢測系統(tǒng)(8)通過支架(13)與大基板(1)連接，掩模移動工作臺系統(tǒng)(2)包括位于底層的XY手動臺(21)和通過連接座(10)與XY手動臺(21)連接的XY掩模移動臺(22)，XY掩模移動臺(22)上支撐有掩模架(4)，掩模架(4)吸附著掩模(5)，基片(6)被吸附于位于掩模移動工作臺系統(tǒng)(2)內(nèi)腔的基片升降承片臺系統(tǒng)(23)上，均勻照明系統(tǒng)(3)通過垂直旋轉(zhuǎn)軸(12)和支撐座(11)與主機大基板(1)連接，并位于掩模架(4)和掩模(5)的上方，XY手動臺(21)用于對掩模(5)觀察對準調(diào)準，對準觀測系統(tǒng)(7)連接在均勻照明系統(tǒng)(3)的一側(cè)，均勻照明系統(tǒng)(3)和對準觀測系統(tǒng)(7)整體可繞垂直旋轉(zhuǎn)軸(12)在水平方向旋轉(zhuǎn)，同時對準觀測系統(tǒng)(7)還可以前后移動，XY掩模移動臺(22)、均勻照明系統(tǒng)(3)和照明均勻性檢測系統(tǒng)(8)的探測輸出信號送入至控制系統(tǒng)(9)進行處理，同時控制系統(tǒng)(9)控制信號輸出至XY掩模移動臺(22)和均勻照明系統(tǒng)(3)用于掩模移動、Hg燈燈源恒光強和光強積分快門的閉環(huán)控制，在控制系統(tǒng)(9)控制下進行掩模移動和積分快門的開啟與關(guān)閉，完成連續(xù)面形掩模移動曝光光刻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)面形掩模移動光刻曝光裝置，其特征在于所述的主機大基板(1)安放在由氣足組成的能起隔振作用的隔振臺(14)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)面形掩模移動光刻曝光裝置，其特征在于所述的均勻照明系統(tǒng)(3)由橢球鏡(300)、Hg燈(301)、第一反射鏡(302)、光欄(303)、集光鏡組(304)、濾光片(305)、積分快門(306)、勻光器(307)、第二反射鏡(308)、光強積分探測器(309)和聚光鏡(310)組成，Hg燈(301)安放于橢球鏡(300)的第一焦點上，通過橢球鏡(300)大包角的集光，把光經(jīng)第一反射鏡(302)反射聚集于橢球鏡(300)的第二焦點F上，再依次通過光欄(303)、集光鏡組(304)會聚擴束、濾光片(305)濾光后射于勻光器(307)的前端面，經(jīng)過勻光器(307)從后端面射出的多點光再通過第二反射鏡(308)反射和聚光鏡(310)聚光，疊加形成均勻照明的光照射到掩模(5)上，光強積分探測器(309)位于第二反射鏡(308)和聚光鏡(310)之間，將探測到的光強信號輸入至控制系統(tǒng)(9)用于恒光強燈源控制，控制系統(tǒng)(9)還根據(jù)光強積分設(shè)定的要求，控制積分快門(306)的開啟和關(guān)閉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)面形掩模移動光刻曝光裝置，其特征在于所述的對準觀測系統(tǒng)(7)包括物鏡(701)和目鏡(702)，目鏡(702)位于物鏡(701)的遠心光路上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)面形掩模移動光刻曝光裝置，其特征在于所述的照明均勻性檢測系統(tǒng)(8)由與支架(13)連接并可繞支架(13)轉(zhuǎn)動和定位的軸架(81)、水平放置在軸架(81)上的一維移動導(dǎo)軌(82)和固定在一維移動導(dǎo)軌(82)內(nèi)導(dǎo)軌上并可沿一維移動導(dǎo)軌(82)的外導(dǎo)軌移動和定位的光強探測器(83)組成，光強探測器(83)的光強接收面與掩模(5)的下表面等高，并按預(yù)定坐標位置分別測定均勻照明系統(tǒng)(3)的照明面的各位置處光強數(shù)據(jù)，送入控制系統(tǒng)計算機(9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)面形掩模移動光刻曝光裝置，其特征在于所述的XY手動臺(21)由一維Y外移動導(dǎo)軌(210)、一維Y內(nèi)移動導(dǎo)軌(211)、一維X外移動導(dǎo)軌(212)、一維X內(nèi)移動導(dǎo)軌(213)組成，一維Y外移動導(dǎo)軌(210)與主機大基板(1)緊密連接，一維Y內(nèi)移動導(dǎo)軌(211)與大連接板(215)連接，并通過精密滾珠(214)在一維Y外移動導(dǎo)軌(210)內(nèi)移動；一維X外移動導(dǎo)軌(212)固定在大連接板(215)上，和連接座(10)相連的一維X內(nèi)移動導(dǎo)軌(213)可通過精密滾珠(216)在一維X外移動導(dǎo)軌(212)內(nèi)移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)面形掩模移動光刻曝光裝置，其特征在于所述的XY掩模移動臺(22)由一維Y外移動導(dǎo)軌(2201)、一維Y內(nèi)移動導(dǎo)軌(2202)、Y向絲桿螺母(2203)、Y向驅(qū)動電機(2204)、Y向探測器(2205)、一維X外移動導(dǎo)軌(2206)、一維X內(nèi)移動導(dǎo)軌(2207)、X向絲桿螺母(2208)、X向驅(qū)動電機(2209)、X向探測器(2210)組成，一維Y外移動導(dǎo)軌(2201)固定在連接座(10)上，一維Y內(nèi)移動導(dǎo)軌(2202)與小連接板(2211)連接，一維Y內(nèi)移動導(dǎo)軌(2202)通過滾珠(2212)在一維Y外移動導(dǎo)軌(2201)內(nèi)移動，一維Y內(nèi)移動導(dǎo)軌(2202)和一維Y外移動導(dǎo)軌(2201)之間裝有絲桿螺母(2203)，絲桿螺母(2203)的螺母固定在小連接板(2211)上，絲桿螺母(2203)的絲桿與固定在連接座(10)上的Y向驅(qū)動電機(2204)的軸相連，Y向驅(qū)動電機(2204)的轉(zhuǎn)動帶動和絲桿螺母(2203)的螺母嚙合的絲桿轉(zhuǎn)動，絲桿螺母(2203)的絲桿推動與一維Y向內(nèi)移動導(dǎo)軌(2202)連接的小連接板(2211)移動，移動測量由Y向探測器(2205)探測，探測的移動距離信號經(jīng)處理后送入控制系統(tǒng)(9)，再由控制系統(tǒng)(9)閉環(huán)控制Y向驅(qū)動電機(2204)轉(zhuǎn)動；一維X外移動導(dǎo)軌(2206)固定在小連接板(2211)上，一維X內(nèi)移動導(dǎo)軌(2207)與連接上板(2215)固定，一維X內(nèi)移動導(dǎo)軌(2207)通過滾珠(2216)在一維X外移動導(dǎo)軌(2206)內(nèi)移動，一維X內(nèi)移動導(dǎo)軌(2207)和一維X外移動導(dǎo)軌(2206)之間裝有絲桿螺母(2208)，絲桿螺母(2208)的螺母固定在連接上板(2215)上，絲桿螺母(2208)的絲桿與固定在小連接板(2211)上X向驅(qū)動電機(2209)的軸相連，X向驅(qū)動電機(2209)的轉(zhuǎn)動帶動和絲桿螺母(2208)的螺母嚙合的絲桿轉(zhuǎn)動，絲桿再推動與X向內(nèi)移動導(dǎo)軌(2207)連接的連接上板(2215)移動，從而帶動上方包括掩模架(4)在內(nèi)的掩模(5)作X向來去移動，其移動測量靠X向探測器(2210)探測，探測的移動距離信號經(jīng)處理后送入控制系統(tǒng)(9)，由控制系統(tǒng)(9)閉環(huán)控制X向驅(qū)動電機(2209)轉(zhuǎn)動，達到XY掩模移動臺(22)對掩模(5)作XY二維移動，進行掩模移動曝光光刻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)面形掩模移動光刻曝光裝置，其特征在于所述的基片升降承片臺系統(tǒng)(23)由底座(2301)、底板(2302)、外導(dǎo)向座(2303)、內(nèi)頂桿(2304)、承片臺(2305)、杠桿機構(gòu)、直線導(dǎo)軌運動機構(gòu)組成，其中杠桿機構(gòu)由杠桿(2306)、小支軸(2307)、小支座(2308)、拉簧(2309)、螺紋絲桿微螺旋(2310)組成，直線導(dǎo)軌運動機構(gòu)由內(nèi)直線導(dǎo)軌(2311)、精密滾珠(2312)和外直線導(dǎo)軌(2313)組成，底座(2301)位于最底部支撐整個升降承片臺系統(tǒng)，其上固定著底板(2302)，外導(dǎo)向座(2303)位于底板(2302)上，內(nèi)頂桿(2304)與內(nèi)直線導(dǎo)軌(2311)相接，內(nèi)直線導(dǎo)軌(2311)通過精密滾珠(2312)與外直線導(dǎo)軌(2313)連接，內(nèi)頂桿(2304)可通過內(nèi)直線導(dǎo)軌(2311)在外直線導(dǎo)軌(2313)內(nèi)推動基片(6)沿Z向升降運動；杠桿(2306)的一端螺孔和螺紋絲桿微螺旋(2310)的絲桿嚙合，小支座(2308)支撐著小支軸(2307)并位于杠桿(2306)兩端支點的三分之一的位置，使杠桿(2306)能夠繞小支軸(2307)旋轉(zhuǎn)，在靠近杠桿2306長短兩端支點內(nèi)側(cè)分別掛有拉簧(2309)和拉簧(2316)，拉簧的另一端分別掛在底板(2302)上，和掛在固定在內(nèi)頂桿(2304)側(cè)面上的小板(2317)上，內(nèi)頂桿(2304)上放置有承片臺(2305)，承片臺(2305)吸附著基片(6)，通過手動螺紋絲桿微螺旋(2310)的旋轉(zhuǎn)，使基片(6)能在Z向作升降，同時作掩模(5)和基片(6)之間的空隙設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)面形掩模移動光刻曝光裝置，其特征在于所述的控制系統(tǒng)(9)由計算機CPU微處理器(91)、XY二維掩模移動臺(22)的移動測量和驅(qū)動控制電路(92)、總線接口(95)、Hg燈燈源控制和光強積分快門控制電路(93)組成，其中XY二維掩模移動臺(22)的移動測量和驅(qū)動控制電路(92)、Hg燈燈源控制和光強積分快門控制電路(93)分別通過總線接口(95)與微處理器(91)相連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的連續(xù)面形掩模移動光刻曝光裝置，其特征在于所述的基片升降承片臺系統(tǒng)(23)還具有調(diào)平功能，在所述的內(nèi)頂桿(2304)的上方和承片臺(2305)之間安裝有陰半球體(2314)和陽半球體(2315)，陰半球體(2314)位于內(nèi)頂桿(2304)上部，陽半球(2315)和承片臺(2305)相連。
全文摘要
連續(xù)面形掩模移動光刻曝光裝置包括主機大基板、掩模移動工作臺系統(tǒng)、均勻照明系統(tǒng)、掩模架、掩模、基片、對準觀測系統(tǒng)、基片升降承片臺系統(tǒng)、照明均勻性檢測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，在主機大基板上分別固定有掩模移動工作臺系統(tǒng)和照明均勻性檢測系統(tǒng)，掩模移動工作臺系統(tǒng)由XY手動臺和XY掩模移動臺組成，XY掩模移動臺上支撐有掩模架，掩模架吸附著掩模，基片被吸附于基片升降承片臺系統(tǒng)上，均勻照明系統(tǒng)位于掩模架和掩模的上方，對準觀測系統(tǒng)連接在均勻照明系統(tǒng)的一側(cè)，工作臺系統(tǒng)、均勻照明系統(tǒng)和照明均勻性檢測系統(tǒng)的探測輸出信號送入至控制系統(tǒng)進行處理，用于閉環(huán)控制。本發(fā)明具有掩模移動曝光光刻功能，且操作使用方便。
文檔編號G03F1/64GK1710487SQ20051001149
公開日2005年12月21日 申請日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月29日
發(fā)明者杜春雷, 陳旭南, 鄧啟凌, 羅先剛, 李海穎 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所