[发明专利]一种激光直写系统与光刻方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及激光光刻领域，尤其是一种具有三维导航聚焦功能的激光直写系统与方法，可用于精密掩膜制造、微机电系统器件制作、半导体无掩膜光刻，大幅面微纳图形制造等领域。

背景技术

激光直写光刻技术属于一种新兴的无掩膜微纳加工方法。广泛用于掩膜制造，半导体器件制作以及微纳图形制作领域。激光直写加工的基板可能是相对较平整的晶圆、掩膜版，也有可能平整度较差的蓝宝石衬底、甚至是表面涂有光阻剂易变形材料例如：有机玻璃等等。

现有激光直写系统普遍都有焦距控制模块。例如：中国专利申请CN102385261A公布一种光刻机共轴对焦装置及对焦方法，中国专利CN101477306B提到了一种利用四象限探测器作为焦距检测的激光直写系统。中国专利CN101846890B公布一种并行光刻系统。上述装置和系统公布的调焦检测方法各不相同，但在焦距的控制方法上都采用了在线实时监测调焦方式。这种方式在低速刻写以及基板自身比较平整情况下对焦距的控制没有问题，但在将刻写速度提升，平台运动速度100mm/s向上，焦距控制就出现了明显滞后，系统的鲁棒性差。

分析其原因主要存在以下几点问题难以克服：

1.离焦检测方法中，涉及到CCD图像采集与分析，一般CCD传输帧数小于100帧，刻写速度上去之后采样频率达不到，造成用于分析的采样数据不够。

2.纵然采用超高速相机，但在获得图像信息之后需要将其转换成执行电机的电信号，这个环节涉及图像识别处理与伺服信号转换，有时间延迟，造成焦距控制滞后。

3.采用象限探测器作为离焦检测器件，但其探测行程有限，一些基板存在翘曲变形，从基板一点快速移动到另外一点，如果两者之前的焦距相差大于测量量程，很容易造成调焦轴跑飞现象。

此外，需要在线实时监测与处理数据对硬件配置要求也相应提高，造成设备成本上升。

发明内容

有鉴于此,本发明的目的在于提供一种具有导航聚焦功能的激光直写方法与系统。解决现有激光直写系统焦距控制无法满足高速化刻写的需要，提升激光直写系统的整体性能。

根据本发明的目的提出的一种激光直写系统，包括焦距测量系统和曝光系统，所述焦距测量系统采用离线的方式测量整个待刻物体表面的三维形貌信息之后，将所述三维形貌信息转化为调焦信息并发送给所述曝光系统，所述曝光系统根据所述调焦信息，在对所述待刻物体表面进行光刻过程中，调节焦距以适合所述待刻物体表面的凹凸程度，使曝光点始终聚焦于所述光刻物体的表面。

优选的，所述调焦信息为物体表面各点的水平坐标X、Y值与该点的离焦量△Z之间的对应关系。

优选的，所述焦距测量系统集成于所述曝光系统中，该焦距测量系统与所述曝光系统至少共享同一个物镜和同一个载物台，所述载物台上放置所述待刻物体。

优选的，所述激光直写系统还包括控制物镜上下移动的第一驱动电机、驱动所述物镜和所述载物台做相对水平移动的第二驱动电机，以及中央控制器，通过所述物镜的上下移动和相对载物台的水平移动，所述焦距测量系统完成对整个待刻物体表面的三维形貌测量，并通过所述中央控制器计算获得所述调焦信息。

优选的，所述焦距测量系统还包括第一光源、测量光路、象散光学器件和第一CCD传感器，所述第一光源发出的入射光经过测量光路，从物镜入射到待刻物体表面，所述待刻物体表面发出的反射光则从物镜进入测量光路、象散光学器件和第一CCD传感器，测量时，所述第一光源发出的入射光在待刻物体表面形成一个光斑，所述第一CCD传感器根据该光斑大小，实时调整物镜的焦距，并在物镜与待刻物体表面做相对水平移动时，在若干选定的测量点上获取这些点的调焦信息。

优选的，所述曝光系统还包括第二光源、图形发生器和曝光光路，所述第二光源发出的入射光经过图形发生器、曝光光路，从物镜入射到待刻物体表面形成曝光图形。

优选的，所述激光直写系统还包括一在线调焦辅助系统。

优选的，所述焦距测量系统和所述曝光系统各自分离设置，该焦距测量系统与所述曝光系统各自包括一个物镜和一个载物台，其中焦距测量系统对应的物镜和载物台为测量物镜和测量载物台，曝光系统对应的物镜和载物台为曝光物镜和曝光载物台，所述测量载物台和曝光载物台均用以放置待刻物体。