專利名稱：大視場直接投影式激光光刻光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及小型化高端個(gè)人電子設(shè)備光刻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及高性能手機(jī)的 PCB(印刷電路板)和ITO(氧化銦錫)直接投影光刻的光學(xué)系統(tǒng)及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著個(gè)人電子設(shè)備朝微型化、輕薄化、系統(tǒng)高度集成化方向發(fā)展，下一代手機(jī)等高端個(gè)人電子設(shè)備的制造商需要生產(chǎn)出功能更強(qiáng)大、但體積更小和更節(jié)能的產(chǎn)品，而這些則有賴于其中微加工制造過程中的光刻技術(shù)。高端個(gè)人電子設(shè)備的國際趨勢PCB和ITO的特征尺寸由數(shù)百微米縮減到十微米左右。光刻設(shè)備，市場上存在兩大類產(chǎn)品一種是主要用于IC芯片制造的光刻機(jī)，另一種是主要用于PCB制造的曝光機(jī)。前者的光刻技術(shù)水平已到達(dá)數(shù)十納米的工藝水平，但售價(jià)極其昂貴；后者雖然價(jià)格便宜，但由于采用建立在普通光源之上的光刻，光刻技術(shù)水平約數(shù)十微米以上，且產(chǎn)品的報(bào)廢率較大。本實(shí)用新型專利針對介于上述兩種光刻水平之間的激光光刻，實(shí)用新型了一種大視場直接投影式激光光刻光學(xué)系統(tǒng)，它恰好能滿足小型化高端個(gè)人電子設(shè)備的PCB和ITO光刻的需要。面向小型化高端個(gè)人電子設(shè)備，由于集成電路等電子元器件的互連都離不開高密度PCB，高質(zhì)量的顯示離不開ITO的高精度加工，因此需要在光刻方面取得突破。傳統(tǒng)的工業(yè)曝光(光刻)設(shè)備采用普通光源——萊(Hg)燈為曝光光源，這種傳統(tǒng)的曝光設(shè)備已存在二十到四十年，它們被開發(fā)的潛能已盡，無論技術(shù)如何改進(jìn)，建立在普通光源之上的曝光裝置，對小型化高端個(gè)人電子設(shè)備所要求的光刻幾乎難以符合要求。而目前高端光刻機(jī)，對小型化高端個(gè)人電子設(shè)備PCB和ITO的10微米量級(jí)光刻當(dāng)然沒有問題，但使用成本太高， 且這種激光直接成像(LDI)光刻的方法，是通過形成的數(shù)字化圖形由數(shù)據(jù)工作站來控制激光束聚焦以光柵方式一次一個(gè)像素點(diǎn)曝光而成像，最明顯的好處是不需要掩模，但由于LDI 是一次一個(gè)像素點(diǎn)曝光成像，因而其工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中的有效產(chǎn)量較低。由于準(zhǔn)分子激光器已成為紫外光譜區(qū)內(nèi)最強(qiáng)大和最有效的激光光源，其高功率和低熱效應(yīng)的特點(diǎn)使其在微光刻技術(shù)、微細(xì)加工和制造等方面獲得了廣泛的應(yīng)用，因此本方法利用準(zhǔn)分子激光器作為光源，將該激光進(jìn)行擴(kuò)束和均勻化后進(jìn)行直接投影快速光刻，設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)不僅能保證一定需要的光刻精度，而且可以滿足一次性大面積和大批量的生產(chǎn)需要。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于考慮上述問題而提供一種可實(shí)現(xiàn)小型化高端個(gè)人電子設(shè)備的一次性大面積和高分辨光刻的大視場直接投影式激光光刻光學(xué)系統(tǒng)。本實(shí)用新型可用于小型化電子設(shè)備印刷電路板(PCB)和氧化銦錫(ITO)的一次性大面積直接投影光刻。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是本實(shí)用新型的大視場直接投影式激光光刻光學(xué)系統(tǒng)， 包括有激光照明系統(tǒng)及激光投影成像系統(tǒng)，其中激光照明系統(tǒng)包括有依次裝設(shè)的第一柱面鏡、第二柱面鏡、會(huì)聚球面透鏡、勻光棒、第一照明透鏡、第二照明透鏡、第三照明透鏡、第四照明透鏡、第五照明透鏡，且第五照明透鏡的后端裝設(shè)有掩模板；激光投影成像系統(tǒng)包括有依次裝設(shè)的第一投影透鏡、第二投影透鏡、第三投影透鏡、第四投影透鏡、光闌、第五投影透鏡、第六投影透鏡、第七投影透鏡、第八投影透鏡，且第一投影透鏡的前端是物面，第八投影透鏡的后端裝是像面，掩模板處于投影系統(tǒng)的物面上。上述激光照明系統(tǒng)中，第一柱面鏡、第二柱面鏡相互組合，把長方形的準(zhǔn)分子激光光斑整形成正方形的光斑，再由會(huì)聚球面透鏡使準(zhǔn)直的光斑全部會(huì)聚進(jìn)入勻光棒。上述第一照明透鏡、第二照明透鏡、第三照明透鏡、第四照明透鏡、第五照明透鏡均為球面透鏡。上述由勻光棒對準(zhǔn)分子激光進(jìn)行均束，勻光棒預(yù)先被加工成橫截面的形狀與光刻對象的產(chǎn)品大小形狀相似，最后由球面透鏡組放大為所需尺寸，在掩模上獲得均勻的光斑。上述激光投影成像系統(tǒng)中，第一投影透鏡、第二投影透鏡、第三投影透鏡、第四投影透鏡、第五投影透鏡、第六投影透鏡、第七投影透鏡、第八投影透鏡八塊球面透鏡組合成一種大視場、高分辨率的投影物鏡，其結(jié)構(gòu)和物像關(guān)系完全對稱，放大倍率為-1，使掩模板所處在的物面和像面的位置成物像共軛關(guān)系。上述采用雙遠(yuǎn)心的光路設(shè)計(jì)，物方和像方都是遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)，避免掩模板和像面的移動(dòng)而引起其放大率的改變，且掩模板和像面相對照度一致。上述激光照明系統(tǒng)由準(zhǔn)分子激光作為光源。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1)與現(xiàn)有的普通曝光機(jī)相比，普通曝光機(jī)的光刻分辨率有限，對高端個(gè)人電子設(shè)備PCB和ITO的近十微米水平的光刻根本難以實(shí)現(xiàn)。而本實(shí)用新型采用激光和提高物鏡數(shù)值孔徑的方法，使分辨率提高5倍以上，能滿足高端個(gè)人電子設(shè)備PCB和ITO的光刻需要。2)與現(xiàn)有的高端光刻機(jī)相比，亞微米以下光刻水平的光刻機(jī)由于光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和工藝難度大，因而造價(jià)昂貴，用于PCB和ITO的近10微米水平的光刻是大材小用，造成不必要的成本浪費(fèi)。而本實(shí)用新型則相對而言，光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單和工藝難度較小，因而用于高端個(gè)人電子設(shè)備PCB和ITO光刻的成本可以節(jié)約5倍以上。3)本實(shí)用新型采用激光大面積投影曝光方式，掩模板和基板保持空間位置共軛而成像，避免了現(xiàn)代光刻機(jī)一次一個(gè)像素點(diǎn)直接曝光成像所帶來的生產(chǎn)效率低的問題，因而能夠滿足高產(chǎn)量和高產(chǎn)率的需求。4)本實(shí)用新型使用光棒來成型和均勻化激光束，代替了常用的微透鏡陣列器作為均束器，易于加工成型，方法簡單有效，比高難度加工要求的微透鏡陣列器更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。5)本實(shí)用新型通過把激光擴(kuò)束整形成所需尺寸照射到掩膜板上(進(jìn)行一次性大面積曝光)，再通過雙遠(yuǎn)心設(shè)計(jì)的物鏡投影，其掩模板和光刻基板的位置相對固定，降低了光刻對位的要求，比高難度對位的掃描光刻具有大的優(yōu)勢?？傊緦?shí)用新型是一種分辨率高、焦深大、畸變小、結(jié)構(gòu)簡單、一次性大面積曝光的方便實(shí)用的光刻光學(xué)系統(tǒng)，可用于小型化的高端個(gè)人電子設(shè)備PCB和ITO的光刻。

下面參照附圖，結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述。[0022]圖1是本實(shí)用新型激光照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型激光投影成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 本實(shí)用新型的大視場直接投影式激光光刻光學(xué)系統(tǒng)，包括有激光照明系統(tǒng)及激光投影成像系統(tǒng)，其中本實(shí)用新型的激光照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括有依次裝設(shè)的第一柱面鏡1、第二柱面鏡2、會(huì)聚球面透鏡3、勻光棒4、第一照明透鏡5、第二照明透鏡 6、第三照明透鏡7、第四照明透鏡8、第五照明透鏡9，且第五照明透鏡9的后端裝設(shè)有掩模板10 ；本實(shí)用新型的激光投影成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，包括有依次裝設(shè)的第一投影透鏡11、第二投影透鏡12、第三投影透鏡13、第四投影透鏡14、光闌15、第五投影透鏡 16、第六投影透鏡17、第七投影透鏡18、第八投影透鏡19，且第一投影透鏡11的前端裝設(shè)有物面20，第八投影透鏡19的后端裝設(shè)有像面21，掩模板10處于投影系統(tǒng)的物面20上。本實(shí)施例中，采用35Inm波長的XeF準(zhǔn)分子激光器，上述第一柱面鏡1，第二柱面鏡 2相互組合，把長方形的準(zhǔn)分子激光光斑整形成正方形的平行光斑。上述會(huì)聚球面透鏡3使準(zhǔn)直的光斑全部會(huì)聚進(jìn)入光棒。上述勻光棒4起均勻光斑的作用。根據(jù)光刻產(chǎn)品形狀與大小，光棒的橫截面形狀應(yīng)與其一致，成像到掩模面上的光斑大小應(yīng)與其一致，能最大程度地利用光的能量。本實(shí)施例中，上述第一照明透鏡5、第二照明透鏡6、第三照明透鏡7、第四照明透鏡8、第五照明透鏡9均為球面透鏡。整組的作用是把光棒后表面的均勻光斑放大成像到掩模板10上，且滿足照明數(shù)值孔徑(NA)的要求。本實(shí)施例中，上述照明系統(tǒng)光斑大小為IlOmmX60mm，工作波長為351nm，玻璃材料全部采用熔石英，照明數(shù)值孔徑(NA)為0.02。上述附圖1中各光學(xué)器件滿足以下條件
權(quán)利要求1.一種大視場直接投影式激光光刻光學(xué)系統(tǒng)，包括有激光照明系統(tǒng)及激光投影成像系統(tǒng)，其中激光照明系統(tǒng)包括有依次裝設(shè)的第一柱面鏡(1)、第二柱面鏡(2)、會(huì)聚球面透鏡(3)、勻光棒(4)、第一照明透鏡(5)、第二照明透鏡(6)、第三照明透鏡(7)、第四照明透鏡 (8)、第五照明透鏡(9)，且第五照明透鏡(9)的后端裝設(shè)有掩模板(10)；激光投影成像系統(tǒng)包括有依次裝設(shè)的第一投影透鏡(11)、第二投影透鏡(12)、第三投影透鏡(13)、第四投影透鏡(14)、光闌(15)、第五投影透鏡(16)、第六投影透鏡(17)、第七投影透鏡(18)、第八投影透鏡(19)，且第一投影透鏡(11)的前端是物面(20)，第八投影透鏡(19)的后端裝是像面 (21)，掩模板(10)處于投影系統(tǒng)的物面(20)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場直接投影式激光光刻光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述激光照明系統(tǒng)中，第一柱面鏡(1)、第二柱面鏡(2)相互組合，把長方形的準(zhǔn)分子激光光斑整形成正方形的光斑，再由會(huì)聚球面透鏡使準(zhǔn)直的光斑全部會(huì)聚進(jìn)入勻光棒(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場直接投影式激光光刻光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第一照明透鏡(5)、第二照明透鏡(6)、第三照明透鏡(7)、第四照明透鏡(8)、第五照明透鏡(9) 均為球面透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場直接投影式激光光刻光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述由勻光棒(4)對準(zhǔn)分子激光進(jìn)行均束，勻光棒預(yù)先被加工成橫截面的形狀與光刻對象的產(chǎn)品大小形狀相似，最后由球面透鏡組放大為所需尺寸，在掩模上獲得均勻的光斑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場直接投影式激光光刻光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述激光投影成像系統(tǒng)中，第一投影透鏡(11)、第二投影透鏡(12)、第三投影透鏡(13)、第四投影透鏡(14)、第五投影透鏡(16)、第六投影透鏡(17)、第七投影透鏡(18)、第八投影透鏡(19)八塊球面透鏡組合成一種大視場、高分辨率的投影物鏡，其結(jié)構(gòu)和物像關(guān)系完全對稱，放大倍率為-1，使掩模板(10 )所處在的物面(20 )和像面(21)的位置成物像共軛關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場直接投影式激光光刻光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述采用雙遠(yuǎn)心的光路設(shè)計(jì)，物方和像方都是遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)，避免掩模板(10)和像面(21)的移動(dòng)而引起其放大率的改變，且掩模板(10)和像面(21)相對照度一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場直接投影式激光光刻光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述激光照明系統(tǒng)由準(zhǔn)分子激光作為光源。
專利摘要本實(shí)用新型是一種大視場直接投影式激光光刻光學(xué)系統(tǒng)。包括激光照明系統(tǒng)及激光投影成像系統(tǒng)，激光照明系統(tǒng)包括依次裝設(shè)的第一柱面鏡、第二柱面鏡、會(huì)聚球面透鏡、勻光棒、第一照明透鏡、第二照明透鏡、第三照明透鏡、第四照明透鏡、第五照明透鏡，且第五照明透鏡的后端裝設(shè)有掩模板；激光投影成像系統(tǒng)包括依次裝設(shè)的第一投影透鏡、第二投影透鏡、第三投影透鏡、第四投影透鏡、光闌、第五投影透鏡、第六投影透鏡、第七投影透鏡、第八投影透鏡，且第一投影透鏡的前端是物面，第八投影透鏡的后端裝是像面，掩模板處于投影系統(tǒng)的物面上。本實(shí)用新型的光學(xué)系統(tǒng)分辨率高、焦深大、畸變小、結(jié)構(gòu)簡單、方便實(shí)用，可用于小型化的高端個(gè)人電子設(shè)備PCB和ITO的一次性大面積投影光刻。
文檔編號(hào)G02B27/09GK202257030SQ20112040094
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者周金運(yùn), 李文靜, 林清華, 梅龍華, 裴文彥, 雷亮 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)