曝光裝置與曝光方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明集成電路制造領(lǐng)域，尤其涉及一種曝光裝置與曝光方法。
【背景技術(shù)】
[0002]投影曝光裝置能夠?qū)⒀谀０嫔系碾娐穲D形經(jīng)過投影物鏡等光學(xué)系統(tǒng)以一定放大或縮小的倍率投影于涂有感光膠的基板上。目前投影曝光裝置已廣泛應(yīng)用于集成電路的制造，并且近年來應(yīng)用范圍擴(kuò)展到平板顯示、印刷電路板制造等領(lǐng)域。
[0003]隨著市場(chǎng)對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)品需求量的不斷增大和生產(chǎn)商對(duì)其價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力的不斷追求，初始加工的硅片、平板顯示基板和PCB基板的尺寸不斷增大。在晶圓制造領(lǐng)域，450_設(shè)備的需求已經(jīng)提上具體日程，要求450mm曝光設(shè)備具有300mm設(shè)備相當(dāng)甚至更高的產(chǎn)能，掩模成本在IC制造中，單套掩模板價(jià)格可達(dá)上千萬美金，與曝光設(shè)備幾乎等價(jià)；在平板顯示領(lǐng)域，普遍采用掃描投影式曝光裝置，為了保持、甚至提高產(chǎn)率，掩模的尺寸隨基板世代的提升而增大，掩模的管理和維護(hù)成本不斷上升，同時(shí)對(duì)掩模臺(tái)、掩模傳輸、框架提出了更高的要求。在PCB領(lǐng)域，隨著基板大小的增加，無法再使用接近接觸式光刻設(shè)備進(jìn)行圖形加工；另外，由于PCB產(chǎn)品的附加值較小，采用類似平板顯示的掃描投影曝光裝置會(huì)導(dǎo)致成本增力口。因此，具備一定產(chǎn)能的無掩模曝光裝置能夠滿足目前的微納制造發(fā)展趨勢(shì)。
[0004]無掩模光刻能有效地降低光刻系統(tǒng)的復(fù)雜度(無需掩模臺(tái)、掩模傳輸、框架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單)和掩模的加工、維護(hù)成本，是進(jìn)行大尺寸基板光刻的發(fā)展趨勢(shì)之一，而基于空間光調(diào)制器(Spatial Light Modulator,以下簡(jiǎn)稱SLM)的無掩模光刻方法因其制作靈活、可靠性高和產(chǎn)率較客觀等優(yōu)勢(shì)越來越多地被用來制作印刷電路板(PCB )、薄膜液晶面板(TFT )、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)。
[0005]US7612865、US7253882、US20090086182、US2008258069 分別公開了用于 PCB 加工的無掩模光刻設(shè)備，其特點(diǎn)為:汞燈或激光二極管(Laser D1de,以下簡(jiǎn)稱LD)出射的紫外光經(jīng)照明系統(tǒng)后入射到數(shù)字微鏡陣列(Digital Micromirror Device,以下簡(jiǎn)稱DMD)表面，DMD生成待曝光的圖形，經(jīng)過投影物鏡成像到涂膠基板表面，基板做掃描運(yùn)動(dòng)，DMD不斷地改變圖形，從而得到完整的待曝光圖形。
[0006]然而，以上各系統(tǒng)存在一個(gè)很大的缺陷。在無掩模曝光系統(tǒng)中，微反射鏡陣列(如DMD)所生成的圖形是離散的，而基板卻在做連續(xù)掃描。每幅曝光圖形由SLM生成后會(huì)保持一段時(shí)間，該時(shí)間為SLM的顯示周期(或稱為frame rate)，以DMD為例，目前其最大刷新率為32K fps,即31.25 μ s，若采用汞燈或LD等連續(xù)光源，假設(shè)基板以0.5m/s的速度做掃描運(yùn)動(dòng)，則相當(dāng)于產(chǎn)生了 0.5m/sX31.25 μ s=15.625 μ m的衰退(fading)。這一缺陷極大的限制了無掩模光刻的應(yīng)用，使之不能進(jìn)行高分辨率圖形的曝光，或者只能在很慢的掃描速度下進(jìn)行曝光，極大影響產(chǎn)率。
[0007]此外，傳統(tǒng)曝光設(shè)備的工作流程包含了上片、測(cè)量、曝光的過程，盡管雙臺(tái)結(jié)構(gòu)問世使上片、測(cè)量的時(shí)間不影響設(shè)備產(chǎn)率，但卻增加了對(duì)設(shè)備空間的需求，隨著晶圓和基板尺寸的越來越大，雙臺(tái)結(jié)構(gòu)所占用的空間也會(huì)逐漸使設(shè)備用戶難以負(fù)擔(dān)。
[0008]從以上背景可以看出，對(duì)基于SLM的無掩模光刻系統(tǒng)而言，需要考慮在保證無掩模光刻系統(tǒng)分辨率的情況下，提高其產(chǎn)率的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種曝光裝置與曝光方法，能夠解決無掩模光刻產(chǎn)率與分辨率的矛盾，有效提升掃描速度，提高產(chǎn)率。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種曝光裝置，用于對(duì)設(shè)有標(biāo)記的基板進(jìn)行曝光處理，所述裝置包括:
[0011]曝光臺(tái)，所述曝光臺(tái)的表面設(shè)有基板臺(tái)和基板臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述基板臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)所述基板臺(tái)沿掃描方向移動(dòng)，所述基板固定于所述基板臺(tái)上；
[0012]測(cè)量主基板，所述測(cè)量主基板設(shè)有基板對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)和調(diào)焦系統(tǒng)，所述測(cè)量主基板固定于所述曝光臺(tái)的表面，并沿步進(jìn)方向橫跨于所述基板臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的上方，所述步進(jìn)方向與掃描方向垂直；
[0013]曝光主基板，所述曝光主基板設(shè)有曝光系統(tǒng)組和光源，所述曝光主基板固定于所述曝光臺(tái)的表面，并沿步進(jìn)方向橫跨于所述基板臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的上方。
[0014]進(jìn)一步的，在所述的曝光裝置中，所述曝光系統(tǒng)組包括多個(gè)曝光單元。
[0015]進(jìn)一步的，在所述的曝光裝置中，所述曝光單元沿步進(jìn)方向交錯(cuò)排列并且剛性連接，所述光源為激光器，所述曝光單元包括多個(gè)微反射鏡陣列DMD、物鏡組和多個(gè)分光鏡和/或反射鏡，用于將激光器發(fā)出的光線通過微反射鏡陣列DMD、分光鏡和/或反射鏡和物鏡組投影至所述基板的表面。
[0016]進(jìn)一步的，在所述的曝光裝置中，每個(gè)所述曝光單元均設(shè)有調(diào)焦驅(qū)動(dòng)器。
[0017]進(jìn)一步的，在所述的曝光裝置中，所述曝光主基板設(shè)有曝光系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)所述曝光系統(tǒng)組在步進(jìn)方向上移動(dòng)。
[0018]進(jìn)一步的，在所述的曝光裝置中，所述調(diào)焦系統(tǒng)采用多個(gè)調(diào)焦探測(cè)器。
[0019]進(jìn)一步的，在所述的曝光裝置中，所述基板對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)和調(diào)焦系統(tǒng)沿掃描方向位于所述測(cè)量主基板兩側(cè)。
[0020]進(jìn)一步的，在所述的曝光裝置中，所述物鏡組包括兩排物鏡組并沿掃描方向位于所述曝光主基板兩側(cè)。
[0021]進(jìn)一步的，在所述的曝光裝置中，所述基板臺(tái)設(shè)有基準(zhǔn)板，所述基準(zhǔn)板上沿步進(jìn)方向設(shè)有多個(gè)圖像對(duì)準(zhǔn)傳感器。
[0022]進(jìn)一步的，在所述的曝光裝置中，所述基板臺(tái)設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸，用于驅(qū)動(dòng)所述基板臺(tái)沿步進(jìn)方向步進(jìn)。
[0023]進(jìn)一步的，在所述的曝光裝置中，所述曝光臺(tái)底部設(shè)有多個(gè)減震器。
[0024]進(jìn)一步的，本發(fā)明還提出了一種曝光方法，采用如上文中任意一種所述的曝光裝置，所述方法包括步驟:
[0025]離線加載掩?；驘o掩模圖形數(shù)據(jù)；
[0026]將所述基板加載至基板臺(tái)上；
[0027]基板臺(tái)沿掃描方向移動(dòng)到測(cè)量主基板下方，由調(diào)焦系統(tǒng)對(duì)所述基板進(jìn)行表面測(cè)量，由基板對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)對(duì)所述基板進(jìn)行基板對(duì)準(zhǔn)；
[0028]基板臺(tái)沿掃描方向繼續(xù)移動(dòng)到曝光系統(tǒng)組下方，由所述曝光系統(tǒng)組對(duì)所述基板進(jìn)行圖形對(duì)準(zhǔn)、離焦補(bǔ)償和掃描曝光。
[0029]進(jìn)一步的，在所述的曝光方法中，所述光源為激光器，所述曝光裝置包括多個(gè)曝光單元，所述曝光單元包括多個(gè)微反射鏡陣列DMD、第一排物鏡組和第二排物鏡組，所述調(diào)焦系統(tǒng)對(duì)所述基板進(jìn)行表面測(cè)量以及由所述曝光系統(tǒng)組對(duì)所述基板進(jìn)行離焦補(bǔ)償?shù)牟襟E包括:
[0030]當(dāng)所述基板臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將所述基板傳輸至所述調(diào)焦系統(tǒng)下方時(shí)，由所述調(diào)焦系統(tǒng)測(cè)量所述基板表面的高度信息；
[0031]當(dāng)所述基板臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將所述基板傳輸至所述第一排物鏡組視場(chǎng)區(qū)域時(shí)，由所述高度信息得出當(dāng)前在所述第一排物鏡組視場(chǎng)區(qū)域中所述基板的離焦量；
[0032]將所述離焦量反饋至所述調(diào)焦驅(qū)動(dòng)器，由所述調(diào)焦驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)第一排物鏡組的像面位置對(duì)所述基板的離焦進(jìn)行補(bǔ)償；
[0033]當(dāng)所述基板臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將所述基板傳輸至所述第二排物鏡組視場(chǎng)區(qū)域時(shí)，由所述高度信息得出當(dāng)前在所述第二排物鏡組視場(chǎng)區(qū)域中所述基板的離焦量；
[0034]將所述離焦量反饋至所述調(diào)焦驅(qū)動(dòng)器，由所述調(diào)焦驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)第二排