[发明专利]一种基于紫外LED光源的光刻机

说明书

技术领域

本发明涉及微电子、微纳光子器件制备等微纳加工领域，特别涉及一种基于紫外LED光源的光刻机。

背景技术

光刻技术是一种精密的微细加工技术。目前，基于紫外光源的光刻机大多以高压汞灯做曝光光源，采用Hg的i线(365nm)曝光。其存在的主要问题为：

1、光学系统复杂。汞灯光源属于立体全方位辐照，为实现单一波长均匀辐照，其光学系统包括光栏、快门、准直镜、透镜组(一般需要几十个甚至上百个透镜)、i线滤光片、场镜、反射镜等等。复杂的光学系统成为光刻机价格高昂和小型化的瓶颈。

2、稳定性低。汞灯的发光极金属在使用中容易加热变形，导致其光斑容易移动，所以需要经常调节，特别是刚完成预热的时候。

3、寿命短。光刻机使用的高压汞灯寿命一般在2000小时左右。加之高压汞灯需要提前预热，且开启后不能关闭，这进一步导致了汞灯在曝光中其有效利用率进一步降低。

4、温度高。汞灯在使用时温度高达一千摄氏度以上，这对光学系统及附属器件有很大的影响，故基于汞灯光源的光刻机需要加入风冷或水冷系统，这进一步增加了设备的价格和操作的复杂性。

5、能耗高。现有光刻机使用的高压汞灯功率一般都在1000W以上，经过一系列光学元件后，其有效曝光的功率密度在5-20mW/cm²，故其能量利用率低，加之汞灯开启后不能关闭，导致不曝光期间，能量的进一步浪费。

6、不环保。汞是有毒物质，一旦泄露，会对环境造成严重污染且严重影响操作者的健康和安全。

发明内容

本发明的目的是克服现有光刻技术基于高压汞灯的不足之处，提供一种结构简单、运行稳定、寿命长、节能、环保的基于紫外LED光源的光刻机。

实现上述目的的技术方案如下：

一种基于紫外LED光源的光刻机，其特征在于：其包括：发光控制器、紫外LED光源光学系统、光栏、掩模板、光刻胶和光刻胶衬底基片；其中，

所述发光控制器，用于控制曝光时间和相对辐照强度，并且其曝光方式采用接触式或接近式；

所述紫外LED光源光学系统，通过对紫外LED光源和透镜空间分布的光学设计，或仅通过对紫外LED光源空间分布的光学设计，实现紫外LED光源所发紫外光束在距该紫外LED光源一定距离即工作距离处的曝光面的均匀辐照曝光；

所述光栏，用于控制曝光面积以及消除边缘杂散光对样品的辐照。

进一步的，根据所述的基于紫外LED光源的光刻机所用紫外LED光源的峰值波长在315nm至400nm。

进一步的，根据所述的紫外LED光源光学系统，为了实现曝光面的均匀辐照，该紫外LED光源光学系统可采用3种不同的方式：

1)紫外LED光源排布在平面上，在该紫外LED光源前加透镜组，实现距该紫外LED光源一定距离即工作距离处的曝光面的均匀辐照；

2)紫外LED光源排布在具有一定曲率半径的弧面上，在每个紫外LED前加1个透镜，实现该紫外LED光源工作距离处的曝光面的均匀辐照；

3)紫外LED光源排布在具有一定曲率半径的弧面上，实现该紫外LED光源工作距离处的曝光面的均匀辐照。

进一步的，所述紫外LED光源采用紫外LED阵列，实现高强度均匀辐照曝光。

进一步的，对于曝光的控制通过控制LED的曝光时间和/或相对曝光辐照强度。

进一步的，对曝光时间的控制通过发光的开、关完成。曝光时间采用0.1s-999.9s倒计时进行。

进一步的，对相对曝光辐照强度的控制通过控制紫外LED光源的发光模式完成，所述相对曝光辐照强度在最大值的1％-100％之间可调。

上述技术方案的创新原理和相比传统技术的优势为：

1、光源采用紫外LED光源，多个LED单元排列成阵列结构，实现LED发射光在一定距离处的辐照面上满足接触式或接近式光刻要求的均匀辐照；

2、LED光源的阵列结构可以为以下三种结构之一：LED阵列分布为平面，在LED阵列前加透镜组(一般用2个透镜即可)，或者LED阵列结构分布为弧面，且在每个紫外LED前加一个透镜，形成透镜阵列，或者LED阵列结构分布为弧面，没有透镜阵列，直接形成照明；例如使用4×4的LED平面阵列和2个透镜，可在距离光源约20mm处，实现辐照强度约2100mW/cm²的均匀辐照；