本發(fā)明涉及一種光刻設(shè)備，特別涉及一種曝光裝置及方法。

背景技術(shù)：

光刻設(shè)備是一種將所需圖案應(yīng)用到襯底上，通常是襯底的目標部分上的機器。例如，可以將光刻設(shè)備用在集成電路的制造中。在這種情況下，可認為是掩?；蜓谀０娴膱D案形成裝置用于生成對應(yīng)于所述集成電路的單層的電路圖案?？梢詫⒃搱D案成像到襯底(例如，硅晶片)上的目標部分(例如，包括一部分管芯、一個或多個管芯)上。特殊的，在LED制造領(lǐng)域，首先需要將密集孔的圖案成像到圖形化藍寶石襯底。

和線條的成像相比，密集孔或密集圓柱的成像會困難得多，其實際的焦深也會大大減少，因此，對光刻而言，焦面的控制要求就非常高；另一方面，相較于硅片，圖形化藍寶石襯底本身的特點在于材質(zhì)比較硬，面型翹曲較大，這又進一步降低了實際可使用的焦深(Useful Depth Of Focus,UDOF)，在實際可使用的焦深不夠的情況下，光刻系統(tǒng)焦面控制誤差導(dǎo)致的離焦量會造成基底上圖形的一致性超出可接收范圍，宏觀效果顯示為在相同光照條件下，基底上不同圖形的區(qū)域明暗程度不同，形成肉眼可觀測到的“不一致(Not Consistent)”或“色差(Color Difference)”現(xiàn)象。在產(chǎn)線上，肉眼觀察是一個重要指標，肉眼對“不一致”或“色差”現(xiàn)象非常敏感，因此，對各種工藝參數(shù)的控制，尤其是焦面控制的要求就非常高。

請參考圖1，現(xiàn)有技術(shù)中的照明系統(tǒng)的勻光設(shè)計，采用四邊形的勻光棒10。請參考圖2，現(xiàn)有技術(shù)的掩模20采用四邊形形狀，掩模可以進行方形拼接，此 種結(jié)構(gòu)的照明系統(tǒng)和掩模主要用于激光退火領(lǐng)域，無法用于LED光刻領(lǐng)域。

目前，曝光圖形化藍寶石襯底圖形的光刻機，受鏡頭設(shè)計成本或控制系統(tǒng)設(shè)計等因素的影響，這些機器良率低，適應(yīng)性差，難以滿足大批量的生產(chǎn)需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種曝光裝置，以在相同曝光視場的情況下能夠有效降低物鏡場曲對焦深的影響，提高實際可使用的焦深；在投影物鏡相同的焦深的情況下，擴大了曝光視場的曝光面積。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種曝光裝置，包括曝光單元，，用于對晶圓進行曝光；所述曝光單元包括照明系統(tǒng)和掩模，所述照明系統(tǒng)包括勻光單元，所述勻光單元包括正六邊形的勻光石英棒。

進一步的，本發(fā)明的上述曝光裝置，所述掩模的形狀為與所述勻光石英棒相匹配的正六邊形。

進一步的，本發(fā)明的上述曝光裝置，還包括泛曝光單元，用于對曝光后的晶圓進行泛曝光。

進一步的，本發(fā)明的上述曝光裝置，所述泛曝光單元，包括物料支撐結(jié)構(gòu)，用于承載曝光后的晶圓；泛曝光源，提供泛曝光能量；泛曝光控制單元，用于控制所述泛曝光源的打開或閉合，以及控制所述泛曝光源打開或閉合的時間。

進一步的，本發(fā)明的上述曝光裝置，所述泛曝光源密閉設(shè)置在所述物料支撐結(jié)構(gòu)的下方，以阻止外部光源進入泛曝光單元。

進一步的，本發(fā)明的上述曝光裝置，所述物料支撐結(jié)構(gòu)向下兼容設(shè)置，以用于承載所有規(guī)格尺寸的晶圓。

進一步的，本發(fā)明的上述曝光裝置，還包括晶圓盒單元，用于存放晶圓；提取單元，用于提取晶圓；預(yù)對準單元，用于將提取的晶圓進行對位；曝光單元，通過正六邊形的勻光石英棒和掩模將對準后的晶圓進行曝光。

進一步的，本發(fā)明的上述曝光裝置，所述提取單元為旋轉(zhuǎn)機械手。

進一步的，本發(fā)明的上述曝光裝置，所述晶圓為藍寶石襯底或硅襯底或鍺硅襯底。

進一步的，本發(fā)明的上述曝光裝置，所述照明系統(tǒng)，還依次包括光源、聚光單元、中繼單元，所述勻光單元位于所述聚光單元與所述中繼單元之間。

進一步的，本發(fā)明的上述曝光裝置，所述照明系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述勻光單元與所述中繼單元之間的可動刀口，用于開啟或關(guān)閉光源以及調(diào)節(jié)光源經(jīng)聚光單元的照射視場大小。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供一種曝光方法，至少包括以下步驟：將照明系統(tǒng)的勻光單元中的勻光石英棒設(shè)計成正六邊形形狀，將掩模的形狀設(shè)計成與所述勻光石英棒相匹配的正六邊形的步驟進行曝光。

進一步的，本發(fā)明的曝光方法，在曝光步驟之后，還增加了泛曝光的步驟，使經(jīng)過泛曝光的圖形變成規(guī)則的柱形形狀。

進一步的，本發(fā)明的曝光方法，在曝光時，采用對晶圓的表面形貌特征進行全部測量后，然后一次性對晶圓進行曝光的步驟。

進一步的，本發(fā)明的曝光方法，至少包括以下步驟：提取步驟，用于提取晶圓；預(yù)對準步驟；將晶圓進行對位；曝光步驟，通過正六邊形的勻光石英棒和掩模將對準后的晶圓進行曝光。

進一步的，本發(fā)明的曝光方法，在曝光時，采用對晶圓的表面形貌特征進行連續(xù)多次測量后，然后一次性對晶圓進行曝光的步驟。

進一步的，本發(fā)明的曝光方法，所述測量的具體步驟為：采用垂向測量裝置連續(xù)多次測量晶圓的表面形貌特征，將載片運動臺與所述垂向測量裝置的測量結(jié)果進行匹配，擬合并計算出每一個視場相對于最佳焦面的傾斜度。

進一步的，本發(fā)明的曝光方法，所述曝光的具體步驟為：通過載片運動臺的垂向傳感器控制晶圓的最佳焦面，一次性的進行步進曝光。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的曝光裝置及方法，將照明系統(tǒng)中勻光單元的勻光石英棒由四邊形改進為正六邊形，并將掩模匹配設(shè)計為正六邊形。具有在相 同曝光視場的情況下，正六邊形的對角線長度要比四邊形的對角線的長度要小，降低了投影物鏡對焦深的影響，提高了投影物鏡實際有用的焦深；在投影物鏡相同的焦深的情況下，正六邊形的勻光石英棒反映的正六邊形曝光視場，擴大了曝光視場的曝光面積的技術(shù)效果。本發(fā)明由于提高了投影物鏡實際有用的焦深，因此，能夠克服光刻系統(tǒng)焦面控制誤差導(dǎo)致的離焦量會造成基底上圖形的一致性超出可接收范圍的缺陷；能夠克服肉眼觀測到的“不一致”或“色差”的現(xiàn)象。本發(fā)明的勻光石英棒和掩模的匹配設(shè)計，以及形成的正六邊形拼接，特別適應(yīng)于LED制造領(lǐng)域等密集孔或集圓柱的成像工藝。本發(fā)明增加了泛曝光單元及泛曝光的步驟，以改善曝光步驟的圖形的側(cè)壁陡度，使經(jīng)過泛曝光的圖形變成規(guī)則的柱形形狀，以提高曝光產(chǎn)品良率。本發(fā)明的曝光方法，通過連續(xù)多次測量晶圓的表面形貌特征，擬合并計算出每一個視場相對于最佳焦面的傾斜度，然后一次性對晶圓進行曝光的步驟，與現(xiàn)有技術(shù)中采用的測量一次曝光一次的循環(huán)步驟相比，具有降低了晶圓物料的敏感度，提高了對硬度較高的襯底例如藍寶石襯底或者翹曲的晶圓的適應(yīng)能力。本發(fā)明采用一次性曝光的步驟，具有節(jié)省了曝光的工時，降低制造成本的效果。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的勻光棒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是現(xiàn)有技術(shù)的掩模的拼接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的曝光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的曝光單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的勻光石英棒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明的掩模的拼接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7－8是物鏡視場與曝光視場關(guān)系的效果圖；

圖9是本發(fā)明增加泛曝光單元的曝光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是本發(fā)明泛曝光單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是本發(fā)明的物料支撐結(jié)構(gòu)與泛曝光源的結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖；

圖12是未加入泛曝光的傳統(tǒng)曝光效果圖；

圖13是加入泛曝光的效果圖；

圖14是晶圓傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15－16是本發(fā)明的照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖17是硅片工作臺位置和垂向測量裝置的測量結(jié)果進行匹配的示意圖；

圖18是擬合并計算出每一個視場相對于最佳焦面的傾斜度的示意圖。

現(xiàn)有技術(shù)圖示：10、勻光棒，20、掩模。

本發(fā)明圖示：100、曝光單元，110、照明系統(tǒng)，111、光源，112、聚光單元，113、勻光單元，1131、勻光石英棒，114、中繼單元，115、可動刀口，120、掩模，200、晶圓，201、曝光圖形，202、泛曝光圖形，300、泛曝光單元，301、物料支撐結(jié)構(gòu)，302、泛曝光源，303、泛曝光控制單元，304、提取單元，305、晶圓盒單元，306、預(yù)對準單元，401、物鏡視場、402、正六邊形曝光視場，403、四邊形曝光視場。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細描述：

實施例一

請參考圖3至6，本實施方式提供一種曝光裝置，包括曝光單元100，用于對晶圓200進行曝光；所述曝光單元100包括照明系統(tǒng)110和掩模120，所述照明系統(tǒng)110包括勻光單元113，所述勻光單元113包括正六邊形的勻光石英棒1131，所述掩模120的形狀為與所述勻光石英棒1131相匹配的正六邊形。

請參考圖5至8，本發(fā)明的曝光裝置，將照明系統(tǒng)110中勻光單元113的勻光石英棒1131由四邊形改進為正六邊形，并將掩模120匹配設(shè)計為正六邊形。圖7－8是物鏡視場與曝光視場關(guān)系的效果圖，請參考圖8，在相同曝光視場的情況下，正六邊形的勻光石英棒1131反映的正六邊形曝光視場的對角線長度要 比四邊形曝光視場的對角線的長度要短，從而降低了投影物鏡對焦深的影響，提高了投影物鏡實際有用的焦深；請參考圖7，在投影物鏡相同的焦深的情況下，正六邊形的勻光石英棒1131反映的正六邊形曝光視場大于四邊形的勻光石英棒的曝光視場，從而擴大了曝光視場的曝光面積。本發(fā)明由于提高了投影物鏡實際有用的焦深，因此，能夠克服光刻系統(tǒng)焦面控制誤差導(dǎo)致的離焦量會造成基底上圖形的一致性超出可接收范圍的缺陷；能夠克服肉眼觀測到的“不一致”或“色差”的現(xiàn)象。本發(fā)明的勻光石英棒1131和掩模120的匹配設(shè)計，以及形成的六邊形拼接的掩模120，特別適應(yīng)于LED制造領(lǐng)域等密集孔或集圓柱的成像工藝。

其中，晶圓200為藍寶石襯底或硅襯底或鍺硅襯底等。

請參考圖5和15，本發(fā)明的照明系統(tǒng)110，還依次包括汞燈或LED等光源111、聚光單元112、中繼單元114，所述勻光單元113位于所述聚光單元112與所述中繼單元114之間。

請參考圖16，本發(fā)明的曝光裝置，還包括設(shè)置在勻光單元113與所述中繼單元114之間的可動刀口115，用于開啟或關(guān)閉光源111以及調(diào)節(jié)光源111經(jīng)聚光單元112的照射視場大小。即本發(fā)明可以根據(jù)可動刀口115配合不同尺寸大小的掩模120進行調(diào)節(jié)曝光視場的大小，以適應(yīng)于各種尺寸晶圓200的曝光工藝。

請參考圖14，本發(fā)明的曝光裝置，還包括晶圓盒單元305，用于存放晶圓200；提取單元304，用于提取晶圓200；預(yù)對準單元306，用于將提取的晶圓200進行對位；曝光單元100，通過正六邊形的勻光石英棒1131和掩模120將對準后的晶圓200進行曝光。本發(fā)明的預(yù)對準單元306和曝光單元100可分體設(shè)計，也可以一體式設(shè)計。本發(fā)明的提取單元304、預(yù)對準曝光單元100與泛曝光單元300構(gòu)成晶圓傳輸系統(tǒng)，以用于實現(xiàn)曝光前后以及泛曝光前后對晶圓200的傳輸。提取單元304在晶圓盒單元305、預(yù)對準單元306、曝光單元100中均起到對晶圓200提取的作用。例如可以采用旋轉(zhuǎn)機械手為提取單元304，將晶圓 盒單元305的晶圓200提取放入預(yù)對準單元306，也可以將預(yù)對準單元306的晶圓200放入到曝光單元100進行曝光，還可以將曝光單元100的晶圓200提取回收。

請參考圖9、圖12、圖13，本發(fā)明的曝光裝置，還包括泛曝光單元300，用于對曝光后的晶圓200進行泛曝光。增加泛曝光單元300后，晶圓傳輸系統(tǒng)則由提取單元304、晶圓盒單元305、預(yù)對準單元306、曝光單元100、泛曝光單元300構(gòu)成。本發(fā)明增加了泛曝光單元300，能夠改善曝光步驟的圖形的側(cè)壁陡度，使經(jīng)過泛曝光的圖形變成規(guī)則的柱形形狀，以提高曝光產(chǎn)品良率。圖12是未加入泛曝光的傳統(tǒng)曝光效果圖；曝光圖形201的側(cè)壁出現(xiàn)陡度，本圖示示例了曝光圖形201的側(cè)壁陡度為規(guī)則的梯形結(jié)構(gòu)，梯形結(jié)構(gòu)中上底與下底之差的線段與腰線圍合成的三角形的側(cè)壁部分均為多余的部分，實際傳統(tǒng)曝光后曝光圖形201也可能是非等腰梯形結(jié)構(gòu)。圖13是加入泛曝光的效果圖；對曝光圖形201進行泛曝光后形成泛曝光圖形202，泛曝光圖形202去除了側(cè)壁的多余部分，使圖形為柱形形狀或接近柱形形狀。由此可知，本發(fā)明增加泛曝光單元后，能夠提高產(chǎn)品的曝光良率。

請參考圖10，所述泛曝光單元300，包括物料支撐結(jié)構(gòu)301，用于承載曝光后的晶圓200；泛曝光源302，提供泛曝光能量；泛曝光控制單元303，用于控制所述泛曝光源302的打開或閉合，以及控制所述泛曝光源302打開或閉合的時間。

請參考圖11，所述泛曝光源302密閉設(shè)置在所述物料支撐結(jié)構(gòu)301的下方，以阻止外部光源進入泛曝光單元300。此種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于，防止外部散射光源通過物料支撐結(jié)構(gòu)301照射到泛曝光單元300承載的晶圓200上，避免外部散射光源對晶圓200泛曝光的影響，以提高泛曝光的良率。

作為較佳的實施方式，所述物料支撐結(jié)構(gòu)301向下兼容設(shè)置，以用于承載所有規(guī)格尺寸的晶圓200。此種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于，能夠適應(yīng)于4英寸、8英寸、10英寸、16英寸等所有尺寸的晶圓200，兼容性較好。

實施例二

本實施例二提供一種曝光方法，本實施例二是基于實施例一的曝光裝置，至少包括以下步驟：將照明系統(tǒng)的勻光單元中的勻光石英棒設(shè)計成正六邊形形狀，將掩模的形狀設(shè)計成與所述勻光石英棒相匹配的正六邊形的步驟進行曝光。在相同曝光視場的情況下，正六邊形的勻光石英棒反映的正六邊形曝光視場的對角線長度要比四邊形曝光視場的對角線的長度要短，從而降低了投影物鏡的焦深，提高了投影物鏡實際有用的焦深；在投影物鏡相同的焦深的情況下，正六邊形的勻光石英棒反映的正六邊形曝光視場大于四邊形的勻光石英棒的曝光視場，從而擴大了曝光視場的曝光面積。

作為較佳的實施方式，本發(fā)明的曝光方法，在曝光步驟之后，還增加了泛曝光的步驟，以改善曝光步驟的圖形的側(cè)壁陡度，使經(jīng)過泛曝光的圖形變成規(guī)則的柱形形狀，以提高曝光圖形的良率。結(jié)合實施例一的泛曝光單元可知，本發(fā)明增加泛曝光步驟后，能夠提高產(chǎn)品的曝光良率，便于后續(xù)工藝的加工和制造，有效提高產(chǎn)品的合格率。

本發(fā)明的曝光方法具體包括以下步驟：提取步驟，用于提取晶圓；預(yù)對準步驟；將晶圓進行對位；曝光步驟，通過正六邊形的勻光石英棒和掩模將對準后的晶圓進行曝光；泛曝光步驟，用于將曝光后的晶圓進行泛曝光。該具體步驟對晶圓的曝光工藝處理可以進行流水化作業(yè)，便于制造和管理。

作為較佳的實施方式，本發(fā)明的曝光方法，在曝光時，采用對晶圓的表面形貌特征進行連續(xù)多次測量后，然后一次性對晶圓進行曝光的步驟。其中，測量的具體步驟為：采用垂向測量裝置連續(xù)多次測量晶圓的表面形貌特征，將載片運動臺與所述垂向測量裝置的測量結(jié)果進行匹配，擬合并計算出每一個視場相對于最佳焦面的傾斜度。此步驟的優(yōu)點在于，測量具有多次連續(xù)性，無需等待傳統(tǒng)曝光方法中曝光后再次測量的步驟，節(jié)約了測量的工時。其中，曝光的具體步驟為：通過載片運動臺的垂向傳感器控制晶圓的最佳焦面，一次性的進行步進曝光。此步驟的優(yōu)點在于，通過步進一次性曝光，使晶圓的曝光更加精 確，具有節(jié)省了曝光的工時，降低制造成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量的效果。

由于傳統(tǒng)的曝光流程，直接用垂向測量裝置控制硅片工件臺，由于垂向測量裝置通常響應(yīng)速度較慢，因此直接控制的效率較低。且直接控制用有限的點進行調(diào)平代表全場的面型，對晶圓的面型要求較高，尤其是片子的邊緣，要求更高，一旦物料情況稍差，焦深稍小，就會帶來場場間的不一致情況，影響曝光良率。

采用本發(fā)明的曝光方法后，可以克服傳統(tǒng)曝光流程的上述缺陷。下面以硅片為例給出以下具體實施例來說明本發(fā)明的曝光過程及其效果。

步驟S1，將硅片傳輸?shù)焦杵ぜ_；

步驟S2，硅片工件臺執(zhí)行全局對準；

步驟S3，硅片工件臺保持硅片工件臺垂向姿態(tài)不變，采用硅片工件臺的垂向傳感器，例如光柵尺，在全視場范圍內(nèi)高速來回掃描，工件臺記錄實時位置并傳到上位機；

步驟S4，垂向測量裝置在硅片工件臺掃描的同時，連續(xù)測量，記錄每次測量結(jié)果并傳到上位機；

步驟S5，上位機將硅片工作臺位置和垂向測量裝置的測量結(jié)果進行匹配，如圖17所示，擬合并計算出每一個視場相對于最佳焦面的傾斜度，如圖18所示。

步驟S6，硅片由硅片工件臺的垂向傳感器控制到最佳焦面，進行步進曝光

步驟S7，將曝光后的硅片傳輸?shù)椒浩毓鈫卧?/p>

步驟S8，執(zhí)行泛曝光；

步驟S9，從泛曝光單元下片。

采用本發(fā)明的上述步驟的曝光方法，通過連續(xù)多次測量，精確定位最佳焦面，能夠充分考慮晶圓的面型分布，曝光結(jié)果一致性良好，良率提高。即使在掃描測量時需要一定的時間，但整體時間仍優(yōu)于傳統(tǒng)的曝光流程；本發(fā)明由于垂向測量裝置不參與直接控制，因此硅片工件臺水平向或垂向都能以高速運動 的方式進行補償，以適應(yīng)硬度較高或者翹曲的晶圓。

本發(fā)明的曝光方法，通過連續(xù)多次測量晶圓的表面形貌特征，擬合并計算出每一個視場相對于最佳焦面的傾斜度，然后一次性對晶圓進行曝光的步驟，與現(xiàn)有技術(shù)中采用的測量一次曝光一次的循環(huán)步驟相比，具有降低了晶圓物料的敏感度，提高了對硬度較高的襯底例如藍寶石襯底或者翹曲的晶圓的適應(yīng)能力。本發(fā)明采用一次性曝光的步驟，具有節(jié)省了曝光的工時，降低制造成本的效果。

本實施方式中的六邊形指正六邊形；四邊形是指正四邊形，即正方形。

本發(fā)明不限于上述具體實施方式，本發(fā)明的曝光裝置及方法，同樣適用于集成光電系統(tǒng)、磁疇存儲器的引導(dǎo)和檢測圖案，平板顯示器、液晶顯示器、薄膜磁頭等領(lǐng)域。凡在本發(fā)明的權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)所作出的任何變化，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。