專(zhuān)利名稱：一種接近式逐場(chǎng)曝光裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻領(lǐng)域，尤其涉及一種接近式逐場(chǎng)曝光裝置及方法。
背景技術(shù)：
LED (Light Emitting Diode),即發(fā)光二極管，是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件。LED按功率分可分為大功率LED和小功率LED，按亮度分，可分為高亮度LED (HB-LED)和低亮度LED。生產(chǎn)LED的基底目前絕大多數(shù)為藍(lán)寶石基底(A1203)，受限于藍(lán)寶石的物理特性和加工技術(shù)，藍(lán)寶石基底的平整性無(wú)法和硅基底一樣達(dá)到um級(jí)別，按SEMI標(biāo)準(zhǔn)，4英寸藍(lán)寶石基底的平整性最差為40um，6英寸藍(lán)寶石基底的平整性最差為60um。
LED曝光中最常用的光刻機(jī)為Aligner，采用大掩模貼近整片藍(lán)寶石襯底進(jìn)行一次性曝光，稱為接近式曝光，如美國(guó)專(zhuān)利US2007/0035731A1和美國(guó)專(zhuān)利US447911，此外如美國(guó)專(zhuān)利US4530587所公開(kāi)的投影式Stepper曝光，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單產(chǎn)率高等一系列優(yōu)點(diǎn)。圖I所示為接近式曝光的光路圖，因?yàn)樗{(lán)寶石襯底表面的不平整性，接近式曝光時(shí)候掩模和襯底之間存在衍射現(xiàn)象，導(dǎo)致藍(lán)寶石襯底上圖案的成像質(zhì)量變差，特別是在特征尺寸CD較小(比如⑶< Ium << Bow)的時(shí)候成像質(zhì)量或⑶均勻性(> 10% )難以被接受。并且襯底不平整性使得掩?？赡芎鸵r底接觸，導(dǎo)致了所曝光圖案存在缺陷，引起了良率變差或返工率變高等問(wèn)題。采用Mask Aligner曝光，藍(lán)寶石平整性差引起了線寬均勻性變差和良率變差，嚴(yán)重影響LED產(chǎn)品的性能。因此，近年來(lái)出現(xiàn)了采用投影式光刻機(jī)曝光LED。該方法采用了 IC行業(yè)成熟發(fā)展的投影曝光技術(shù)，逐場(chǎng)調(diào)平曝光，精度較高，CD均勻性較好；并且投影式曝光解決不平整性使得掩模和襯底部分位置接觸引起的良率或返工率問(wèn)題。然而，因?yàn)橥队笆焦饪虣C(jī)存在場(chǎng)和場(chǎng)之間存在拼接問(wèn)題，并且產(chǎn)率比自動(dòng)化Aligner低，而且更重要的是，投影式光刻機(jī)的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Aligner，因此投影式光刻機(jī)將在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)無(wú)法替代Aligner成為L(zhǎng)ED曝光生產(chǎn)的主要設(shè)備。為此，如何持續(xù)改進(jìn)Alinger的性能，解決Aligner在LED曝光的各種問(wèn)題，仍是一個(gè)廣泛的研究課題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明改進(jìn)了掩模對(duì)準(zhǔn)機(jī)，采用比基底小的視場(chǎng)在基底上逐場(chǎng)曝光。本發(fā)明一種接近式逐場(chǎng)曝光裝置，包括照明分系統(tǒng)，用以出射平行光；掩模臺(tái)，用以承載一掩模，所述平行光入射至所述掩模；工件臺(tái)，用以承載一基底，所述基底表面被劃分為多個(gè)曝光區(qū)域；調(diào)焦調(diào)平分系統(tǒng)，用以于曝光前對(duì)所述基底表面的多個(gè)曝光區(qū)域進(jìn)行面形測(cè)量以獲得與所述多個(gè)曝光區(qū)域分別對(duì)應(yīng)的面形數(shù)據(jù)；以及 位置測(cè)量分系統(tǒng)，用以測(cè)量所述工件臺(tái)的位置，
在進(jìn)行步進(jìn)曝光過(guò)程中，于一曝光區(qū)域完成曝光之后，驅(qū)動(dòng)所述工件臺(tái)下降并步進(jìn)至下一曝光區(qū)域，并透過(guò)所述調(diào)焦調(diào)平分系統(tǒng)依據(jù)所述下一曝光區(qū)域?qū)?yīng)的面形數(shù)據(jù)及所述位置測(cè)量系統(tǒng)側(cè)得的所述工件臺(tái)的位置數(shù)據(jù)將所述工件臺(tái)調(diào)整到曝光平面，之后驅(qū)動(dòng)工件臺(tái)上升，開(kāi)啟所述照明系統(tǒng)對(duì)所述下一曝光區(qū)域進(jìn)行曝光。其中，所述照明分系統(tǒng)包括光源和勻光器。更近一步地，還包括可變狹 縫，所述平行光經(jīng)過(guò)所述可變狹縫入射至所述掩模。其中，所述工件臺(tái)內(nèi)設(shè)有吸附所述基底的真空吸盤(pán)。其中，所述調(diào)焦調(diào)平分系統(tǒng)采用激光和二維光電傳感器對(duì)所述基底表面的多數(shù)個(gè)曝光區(qū)域進(jìn)行面形測(cè)量。更近一步地，還包括對(duì)準(zhǔn)分系統(tǒng)，用以于曝光前對(duì)所述工件臺(tái)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)作業(yè)。一種曝光的方法，包括如下步驟將掩模上載至掩模臺(tái)上；將基底上載至工件臺(tái)上，所述基底表面被劃分為多數(shù)個(gè)曝光區(qū)域；通過(guò)調(diào)焦調(diào)平分系統(tǒng)和所述工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)，依次測(cè)量所述基底表面的多個(gè)曝光區(qū)域的面形，并記錄面形數(shù)據(jù)；以及行逐場(chǎng)曝光，直至所述基底表面的所有曝光區(qū)域曝光完成，其中，于一曝光區(qū)域完成曝光之后，驅(qū)動(dòng)所述工件臺(tái)下降并步進(jìn)至下一曝光區(qū)域，并透過(guò)所述調(diào)焦調(diào)平分系統(tǒng)依據(jù)所述下一曝光區(qū)域?qū)?yīng)的面形數(shù)據(jù)及位置測(cè)量系統(tǒng)側(cè)得的所述工件臺(tái)的位置數(shù)據(jù)將所述工件臺(tái)調(diào)整到曝光平面，之后驅(qū)動(dòng)工件臺(tái)上升，開(kāi)啟照明系統(tǒng)對(duì)所述下一曝光區(qū)域進(jìn)行曝光。更近一步地，還包括在逐場(chǎng)曝光前通過(guò)對(duì)準(zhǔn)分系統(tǒng)對(duì)所述工件臺(tái)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)作業(yè)。更近一步地，還包括下載所述基底。其中，所述照明分系統(tǒng)包括光源和勻光器，用以出射平行光，所述平行光入射至所述掩模。其中，所述平行光透過(guò)一可變狹縫入射至所述掩模。與傳統(tǒng)的對(duì)準(zhǔn)光刻機(jī)Aligner采用大掩模一次曝光的方法相比，本發(fā)明采用了小視場(chǎng)逐場(chǎng)調(diào)平曝光，改進(jìn)了分辨能力均勻性并減少了掩模和基底的接觸而提高了良率。傳統(tǒng)的Aligner接近式曝光，受基底平整性以及衍射及掩?；卓赡芙佑|等影響，其均勻性和良率較差。此外，盡管本發(fā)明產(chǎn)率較低，但是通過(guò)采用更好的工件臺(tái)，其運(yùn)動(dòng)速度快，穩(wěn)定時(shí)間少，其產(chǎn)率仍能達(dá)到85wph以上，比手動(dòng)的Aligner ( 30wph)高許多，而僅略低于全自動(dòng)的 Aligner ( 120wph)。與投影式曝光裝置及其拼接方法相比，本發(fā)明不需要投影物鏡而實(shí)現(xiàn)逐場(chǎng)調(diào)平曝光，因此本發(fā)明具有成本更低的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的投影式曝光裝置，需要采用昂貴的物鏡系統(tǒng)，大大增加了曝光裝置的成本。目前LED生產(chǎn)線普遍精度要求幾個(gè)um或最多要求0. Sum以上，傳統(tǒng)Aligner接近式曝光的精度目前已能達(dá)到Ium左右，成本遠(yuǎn)比投影式曝光裝置低。本發(fā)明為改進(jìn)型Aligner，成本遠(yuǎn)比投影式曝光裝置低，而精度也可達(dá)到亞微米，滿足LED工業(yè)的需求。


圖I所示為接近式曝光的光路圖；圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的曝光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的曝光裝置的工作原理示意圖；圖4所示為根據(jù)本發(fā)明曝光方法的流程圖；圖5所不為一典型的曝光處方；圖6所示為場(chǎng)彎曲度的模型。
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。為了便于描述和突出顯示本發(fā)明，附圖中省略了現(xiàn)有技術(shù)中已有的相關(guān)部件，并將省略對(duì)這些公知部件的描述。圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的曝光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)本發(fā)明的曝光裝置包括照明分系統(tǒng)1，工件臺(tái)15，位置測(cè)量分系統(tǒng)13，調(diào)焦調(diào)平分系統(tǒng)10，對(duì)準(zhǔn)分系統(tǒng)8等。照明分系統(tǒng)I包括光源2和勻光器4，光源2可采用汞燈，經(jīng)凹面鏡會(huì)聚和勻光器4勻光后為掩模7提供均勻的平行光照明。掩模7安裝在掩模臺(tái)5上，掩模7大小在本實(shí)施例中為50mm方片(2英寸片)，掩模上方有可變狹縫6，可變狹縫6可調(diào)整掩模曝光區(qū)域的大小。工件臺(tái)有六個(gè)自由度，其中XY方向可以大范圍運(yùn)動(dòng)，本實(shí)施例中，XY的運(yùn)動(dòng)范圍為400mm以上，ZRxRyRz可小范圍調(diào)整，本實(shí)施例中，Z調(diào)整范圍3mm，RxRyRz調(diào)整范圍20mrad，XYZ運(yùn)動(dòng)精度IOOnm內(nèi)，而RxRyRz調(diào)整精度在Iurad內(nèi)。工件臺(tái)內(nèi)安裝真空吸盤(pán)12，可吸附基底11。本實(shí)施例中所用基底尺寸為IOOmm或150_(4英寸片或6英寸片)，所用基底材料為藍(lán)寶石(A1203)。工件臺(tái)通過(guò)位置測(cè)量分系統(tǒng)13測(cè)量位置，本實(shí)施例中采用光柵尺測(cè)量Rz，而采用激光干涉儀測(cè)量XYZ和RxRy。本實(shí)施例中調(diào)焦調(diào)平分系統(tǒng)10采用激光和二維PSD (光電傳感器)進(jìn)行測(cè)量。而對(duì)準(zhǔn)分系統(tǒng)8，利用物鏡將基底標(biāo)記成像到CCD16進(jìn)行識(shí)別，然后調(diào)整工件臺(tái)位置進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明的曝光裝置采用小視場(chǎng)逐場(chǎng)曝光或大視場(chǎng)整場(chǎng)曝光，其成像原理和Aligner接近式曝光相同。根據(jù)本發(fā)明的曝光裝置不需要成像物鏡，如圖3所示，當(dāng)基底不平整時(shí)，采用小視場(chǎng)逐場(chǎng)調(diào)平接近式曝光。其中，曝光前先采用FLS測(cè)量面形和對(duì)準(zhǔn)，然后工件臺(tái)多次運(yùn)動(dòng)，對(duì)基底各場(chǎng)曝光，最后完成整個(gè)基底曝光。在面形測(cè)量時(shí)，首先工件臺(tái)下降，根據(jù)曝光處方，步進(jìn)到待測(cè)位置，再上升進(jìn)行調(diào)焦調(diào)平，測(cè)量該位置處的面形，重復(fù)上述過(guò)程，直到獲得完整的面形數(shù)據(jù)。在曝光時(shí)，首先工件臺(tái)下降，根據(jù)曝光處方，移動(dòng)工件臺(tái)，將基底所需曝光區(qū)域移動(dòng)到掩模下方(此時(shí)，與一般Stepper不同，因?yàn)榛撞黄秸瑸榱吮苊饣缀脱谀＝佑|，工件臺(tái)必須先在Z向遠(yuǎn)離掩模運(yùn)動(dòng)(比如運(yùn)動(dòng)Imm)，然后再水平運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)曝光場(chǎng)位置(如圖5所示))，根據(jù)所測(cè)量的基底面形數(shù)據(jù)，按位置測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量值，調(diào)整工件臺(tái)到最適合曝光的平面一該平面不會(huì)接觸掩模，并且與掩模的平均距離與其它曝光場(chǎng)一致，然后上升到指定位置，再根據(jù)曝光處方，打開(kāi)照明系統(tǒng)的快門(mén)曝光合適的時(shí)間。參考SUSS Aligner 公式估算 Step Aligner 分辨力CD = I. 5* [ (a+d/2) *lambda]0.5其中，⑶為Aligner分辨能力(um), a為掩模和基底的距離(um), d為膠厚(um),lambda為光波長(zhǎng)(um)。根據(jù)該公式,按0. 365um波長(zhǎng)估算，當(dāng)膠厚為I. 2um,則Step Aligner、極限分辨力為0. 7um,當(dāng)膠厚為0. 6um，則極限分辨力為0. 5um。如果距離a = 0. 22um, d =
I.2um,那么 CD = 0. 8um。圖5示出了一種曝光處方的實(shí)施例，根據(jù)該處方，按照從位置I至位置90的順序依次進(jìn)行曝光。下面結(jié)合圖4，對(duì)本發(fā)明的曝光 裝置的工作流程進(jìn)行詳細(xì)描述。I.上掩模將50mm掩模經(jīng)過(guò)傳輸系統(tǒng)上到掩模臺(tái)內(nèi)。2.上基底將4寸藍(lán)寶石基底傳輸?shù)焦ぜ_(tái)上方，放下，啟動(dòng)真空吸附，將基底吸附于真空吸盤(pán)上。3.面形測(cè)量工件臺(tái)下降，根據(jù)曝光處方，通過(guò)調(diào)焦調(diào)平分系統(tǒng)和工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)，依次測(cè)量各擬曝光區(qū)域的面形，并記錄面形數(shù)據(jù)。根據(jù)3個(gè)位置點(diǎn)調(diào)焦調(diào)平,3個(gè)位置點(diǎn)在基底的坐標(biāo)為(0mm, 60mm),(51. 96mm, -30mm), (-51. 96mm, -30mm)成等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，工件臺(tái)步進(jìn)移動(dòng)，使得三個(gè)位置點(diǎn)在調(diào)焦調(diào)平分系統(tǒng)下方，依次測(cè)量此三點(diǎn)的垂向位置，然后工件臺(tái)根據(jù)此調(diào)整姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)調(diào)焦調(diào)平。注意，在對(duì)準(zhǔn)精度要求不高的情況下(比如> Ium)，可以省略此步。4.對(duì)準(zhǔn)通過(guò)對(duì)準(zhǔn)物鏡測(cè)量基底標(biāo)記多個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記位置，然后建立坐標(biāo)系計(jì)算調(diào)整量，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整工件臺(tái)位置姿態(tài)。注意，如果基底無(wú)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，則可以省略此步。可變狹縫調(diào)整曝光區(qū)域尺寸為10mm*10mm。5.逐場(chǎng)曝光(I)工件臺(tái)下降(2)步進(jìn)與調(diào)平按照用戶的曝光處方(圖4)，移動(dòng)工件臺(tái)，將基底所需曝光區(qū)域移動(dòng)到掩模下方。與一般Stepper不同，因?yàn)榛撞黄秸?，為了避免基底和掩模接觸，工件臺(tái)必須先在Z向遠(yuǎn)離掩模運(yùn)動(dòng)(比如運(yùn)動(dòng)1_)，然后再水平運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)曝光場(chǎng)位置(如圖5)。根據(jù)所測(cè)量的基底面形數(shù)據(jù)，按位置測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量值，調(diào)整工件臺(tái)到最適合曝光的平面。(3)工件臺(tái)上升工件臺(tái)上升到指定位置，所上升到的平面不會(huì)接觸掩模，并且與掩模的平均距離與其它曝光場(chǎng)一致。⑷曝光根據(jù)曝光處方，打開(kāi)照明系統(tǒng)的快門(mén)曝光合適的時(shí)間。6.下基底。在本實(shí)施例中，工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度>=350mm/s,穩(wěn)定時(shí)間< 200ms,經(jīng)過(guò)計(jì)算(交換片(被曝光的片下片和未曝光的片上片)5s，全場(chǎng)調(diào)平I. 5s,基底面形測(cè)量8s，對(duì)準(zhǔn)3s，逐場(chǎng)調(diào)焦調(diào)平與曝光25s (250mJ/cnT2下，25shots)),產(chǎn)率能夠達(dá)到85wph,遠(yuǎn)大于手動(dòng)Aligner曝光裝置,接近全自動(dòng)Aligner曝光的產(chǎn)率,與Stepper產(chǎn)率相當(dāng)。
參見(jiàn)圖6，建模估計(jì)每場(chǎng)彎曲度，設(shè)D為基底直徑，d為場(chǎng)寬度，B為基底彎曲度，那么有場(chǎng)彎曲度X B*d*d/(D*D)。焦深和分辨能力的關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種接近式逐場(chǎng)曝光裝置，包括 照明分系統(tǒng)，用以出射平行光； 掩模臺(tái)，用以承載一掩模，所述平行光入射至所述掩模； 工件臺(tái)，用以承載一基底，所述基底表面被劃分為多個(gè)曝光區(qū)域； 調(diào)焦調(diào)平分系統(tǒng)，用以于曝光前對(duì)所述基底表面的多個(gè)曝光區(qū)域進(jìn)行面形測(cè)量以獲得與所述多個(gè)曝光區(qū)域分別對(duì)應(yīng)的面形數(shù)據(jù)；以及位置測(cè)量分系統(tǒng)，用以測(cè)量所述工件臺(tái)的位置， 在進(jìn)行步進(jìn)曝光過(guò)程中，于一曝光區(qū)域完成曝光之后，驅(qū)動(dòng)所述工件臺(tái)下降并步進(jìn)至下一曝光區(qū)域，并透過(guò)所述調(diào)焦調(diào)平分系統(tǒng)依據(jù)所述下一曝光區(qū)域?qū)?yīng)的面形數(shù)據(jù)及所述位置測(cè)量系統(tǒng)側(cè)得的所述工件臺(tái)的位置數(shù)據(jù)將所述工件臺(tái)調(diào)整到曝光平面，之后驅(qū)動(dòng)工件臺(tái)上升，開(kāi)啟所述照明系統(tǒng)對(duì)所述下一曝光區(qū)域進(jìn)行曝光。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的曝光裝置，其中，所述照明分系統(tǒng)包括光源和勻光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的曝光系統(tǒng)，還包括可變狹縫，所述平行光經(jīng)過(guò)所述可變狹縫入射至所述掩模。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的曝光裝置，其中，所述工件臺(tái)內(nèi)設(shè)有吸附所述基底的真空吸盤(pán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的曝光裝置，其中，所述調(diào)焦調(diào)平分系統(tǒng)采用激光和二維光電傳感器對(duì)所述基底表面的多數(shù)個(gè)曝光區(qū)域進(jìn)行面形測(cè)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的曝光裝置，還包括對(duì)準(zhǔn)分系統(tǒng)，用以于曝光前對(duì)所述工件臺(tái)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)作業(yè)。
7.—種曝光的方法,包括 將掩模上載至掩模臺(tái)上； 將基底上載至工件臺(tái)上，所述基底表面被劃分為多數(shù)個(gè)曝光區(qū)域； 通過(guò)調(diào)焦調(diào)平分系統(tǒng)和所述工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)，依次測(cè)量所述基底表面的多個(gè)曝光區(qū)域的面形，并記錄面形數(shù)據(jù)；以及 行逐場(chǎng)曝光，直至所述基底表面的所有曝光區(qū)域曝光完成， 其中，于一曝光區(qū)域完成曝光之后，驅(qū)動(dòng)所述工件臺(tái)下降并步進(jìn)至下一曝光區(qū)域，并透過(guò)所述調(diào)焦調(diào)平分系統(tǒng)依據(jù)所述下一曝光區(qū)域?qū)?yīng)的面形數(shù)據(jù)及位置測(cè)量系統(tǒng)側(cè)得的所述工件臺(tái)的位置數(shù)據(jù)將所述工件臺(tái)調(diào)整到曝光平面，之后驅(qū)動(dòng)工件臺(tái)上升，開(kāi)啟照明系統(tǒng)對(duì)所述下一曝光區(qū)域進(jìn)行曝光。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的曝光方法，還包括在逐場(chǎng)曝光前通過(guò)對(duì)準(zhǔn)分系統(tǒng)對(duì)所述工件臺(tái)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)作業(yè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的曝光方法，還包括下載所述基底。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的曝光方法，其中，所述照明分系統(tǒng)包括光源和勻光器，用以出射平行光，所述平行光入射至所述掩模。
11.根據(jù)權(quán)利要求11所述的曝光方法，其中，所述平行光透過(guò)一可變狹縫入射至所述掩模。
全文摘要
一種接近式逐場(chǎng)曝光裝置，包括照明分系統(tǒng)、工件臺(tái)、位置測(cè)量分系統(tǒng)、調(diào)焦調(diào)平分系統(tǒng)和對(duì)準(zhǔn)分系統(tǒng)；從照明分系統(tǒng)出射的均勻的平行光入射至掩模臺(tái)上的掩模，其特征在于，曝光裝置的視場(chǎng)基底小，工件臺(tái)有XYZRxRyRz六個(gè)自由度，XY方向可以大范圍運(yùn)動(dòng)，ZRxRyRz可小范圍調(diào)整，在曝光前先對(duì)基底進(jìn)行面形測(cè)量和對(duì)準(zhǔn)，曝光時(shí)根據(jù)基底的面形數(shù)據(jù)，以及對(duì)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)按照曝光處方打開(kāi)照明系統(tǒng)進(jìn)行逐場(chǎng)曝光。
文檔編號(hào)G03F7/20GK102736422SQ20111008148
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者張俊, 陳勇輝 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司