步進投影數字光刻機在中科院光電所研制成功
不詳 ?文 中國科學院光電技術研究所 何坤堯 周鵬浩 責編 陳玉萍 ? 2008年11月01日 ? ?創(chuàng)新成果
光刻機
光刻機原理圖
近日，由中國科學院光電技術研究所與南昌航空大學研制的“步進投影數字光刻機”，順利通過中國科學院成都分院主持的科技成果鑒定。專家們對項目的研發(fā)成果和完成情況給予了充分的肯定及高度評價，一致認為，該項目采用數字微鏡陣列（DMD）技術，實現了圖形與灰度等級均可實時編輯的數字掩模，研制成功了首臺實用的微米級步進縮小投影無掩模版數字化光刻設備。設備功能完整，工藝兼容性強，總體集成技術具有創(chuàng)新性，達到國際先進水平，并具有廣泛的應用前景。
隨著微電子工業(yè)的迅速發(fā)展，數字光刻技術和裝備的研發(fā)已成為當今世界各國工業(yè)界高度關注的焦點。因此，探索廉價、高靈活性、低成本的新的微細加工光刻途徑，已成為信息技術領域一項緊迫的技術經濟課題。中科院光電所與南昌航空大學組成的項目組審時度勢，創(chuàng)新研發(fā)的步進投影無掩模版數字化光刻機，基于DMD（Digital Micromirror Device）的數字微鏡陣列技術，形成數碼掩模，并通過自動調焦、步進位移、投影成像、自動無縫拼接，實現了無掩模版數字化光刻加工新方法，解決了目前我國經濟社會的實際需求。該設備不僅具有當今電子束直寫和激光光學直寫式的“無掩?！碧卣鳎瑫r具備光學光刻、步進投影曝光、無掩模版成像，可進行數碼掩模編輯和對調焦標記、對準標記、圖形灰度的編輯，功能完整，從而大大提高設備的生產效率，降低研發(fā)成本和加工工藝成本，使用更加靈活方便；尤其是采用“投影成像”，有效消除了接近接觸式光刻可能對基片和掩模帶來損傷的不足，顯現了數字光刻技術的靈活性。
該設備主要由曝光光源、準直鏡、光束均勻器、數字微鏡陣列（數字掩模）、縮小投影物鏡、檢焦系統、工件臺及控制系統集成。其工作原理如圖所示。
曝光光源發(fā)出的光束經準直鏡、光束能量積分均勻器后入射到數字微鏡DMD空間光調制器上（DMD是一個陣列，由m×n個可偏轉微平面鏡組成，各微鏡是否偏轉受圖形發(fā)生器傳過來的信號控制，不偏轉的微鏡組合實現所需的掩模圖形），各微鏡受圖形發(fā)生器信號控制，形成需要曝光的圖形。經DMD反射的光線，通過縮小投影系統成像在焦平面上。為獲得大曝光面積的圖形，采用精密工件臺步進運動對DMD在焦平面上的成像進行圖形拼接，從而在光刻膠表面最終形成所需的圖形。由此有效解決了掩模制造、小批量生產以及微納結構加工，微光學元件領域中出現的成本、效率、安全性及曝光劑量的連續(xù)調制等問題。同時該設備可根據需要采用紫外光、深紫外光，甚至更短波長的極紫外光作為光源，從而具有很強的技術延伸性和工藝兼容性，是從事微納器件新技術加工的一種高端技術設備，更易在光刻實踐中推廣，有著非常好的應用前景。
項目組通過本項目的研究，著力在數字掩模光刻、分辨力增強、均勻照明、工件臺精密位移、對準、投影成像技術等關鍵單元技術上取得突破，并通過總體集成技術創(chuàng)新，拓展產品性能，形成具有自主知識產權的科技成果。在成果鑒定會上，專家們對該成果在關鍵技術上取得的創(chuàng)新給予了高度贊賞，尤其在下列的關鍵技術上取得的創(chuàng)新與突破給予了充分的肯定。
1、采用反射式投影技術，實現DMD對圖像灰度、曝光劑量的實時編輯；
2、采用積木錯位蠅眼透鏡平滑衍射技術，實現平行均勻照明，不均勻性達到0.5%；
3、采用高精度投影物鏡，實現投影式無掩模版光刻，其分辨力達1μm；
4、采用計算機分級控制和光柵精密測量技術，實現工件臺精密定位，誤差小于0.6μm；
5、采用可編輯對準標記和CCD同軸對準技術，對準誤差小于0.35μm。
該設備的成功研制，實現了從傳統的直寫式或掩模復制光刻方法向數字信息化光刻的躍進。為開展微納器件等微納加工特殊復合加工技術研究創(chuàng)造了堅實的條件支撐，對促進我國信息技術領域的技術進步有著顯著的現實意義。
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