[发明专利]曝光装置及曝光方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光刻领域，尤其涉及一种曝光装置及曝光方法。

背景技术

投影曝光装置能够将掩模版上的电路图形经过投影物镜等光学系统以一定放大或缩小的倍率投影于涂有感光胶的基底上。目前投影曝光装置已广泛应用于集成电路的制造，并且近年来应用范围扩展到平板显示、印刷电路板制造等领域。

随着市场对半导体产品需求量的不断增大和生产商对其价格竞争力的不断追求，初始加工的平板显示基板和PCB基板的尺寸不断增大。在平板显示领域，普遍采用扫描投影式曝光装置，为了保持、甚至提高产率，掩模的尺寸随基板世代的提升而增大，掩模的管理和维护成本不断上升，同时对掩模台、掩模传输、框架提出了更高的要求。在PCB领域，随着基板大小的增加，无法再使用接近接触式光刻设备进行图形加工；另外，由于PCB产品的附加值较小，采用类似平板显示的扫描投影曝光装置会导致成本增加。

无掩模光刻能有效地降低光刻系统的复杂度(无需掩模台、掩模传输、框架结构简单)和掩模的加工、维护成本，是进行大尺寸基底光刻的发展趋势之一，而基于空间光调制器（Spatial Light Modulatro，以下简称SLM）的无掩模光刻方法因其制作灵活、可靠性高和产率较客观等优势越来越多地被用来制作印刷电路板（PCB）、薄膜液晶面板（TFT）、微机电系统（MEMS）。

US7612865、US7253882、US20090086182、US2008258069分别为Dainippon Screen、Fujifilm、Maskless Lithography Inc、ORC等公司的用于PCB加工的无掩模光刻设备，其特点为：汞灯或激光二极管(Laser Diode，以下简称LD)出射的紫外光经照明系统后入射到数字微镜阵列(Digital Micromirror Device，以下简称DMD)表面，DMD生成待曝光的图形，经过投影物镜成像到涂胶基底表面，基底做扫描运动，DMD不断地改变图形，从而得到完整的待曝光图形。

以上各系统存在一个很大的缺陷。在无掩模曝光系统中，空间光调制器(例如是DMD)所生成的图形是离散的，而基底却在做连续扫描。每幅曝光图形由SLM生成后会保持一段时间，该时间为SLM的显示周期。帧速率（即刷新率，Frame Rate）即一秒钟里出现的画面的数量，以DMD为例，目前其最大刷新率为32K fps，即31.25us，若采用汞灯或LD等连续光源，假设基底以0.5m/s的速度做扫描运动，则相当于产生了0.5m/s×31.25us=15.625um的fading。这一缺陷极大的限制了无掩模光刻的应用，使之不能进行高分辨率图形的曝光，或者只能在很慢的扫描速度下进行曝光，极大影响产率。

参考文献（Marc Klosner and Kanti Jain.“Massively parallel,large-area maskless lithography”,Applied Physics Letters 2004,84,2880-2882）中，Anvik公司提出了利用脉冲激光器作为光源，利用脉冲光脉宽较窄(几十ns)的特点，可避免产生以上的fading效果。然而，脉冲激光器功率提升难度较大，随着基底面积增加，光源能量问题将更加突出。

在以上背景下，如何提高DMD的有效frame rate是提高无掩模光刻设备性能的一大关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种曝光装置及曝光方法，可以提高SLM的有效刷新率，从而提高无掩模光刻设备产率，并可以减少了SLM图形的显示时间，从而可以使用连续光源制作高分辨率图形的。

为了达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：

一种曝光装置，用于对涂胶基底进行至少两次曝光，包括：照明单元、至少两个空间光调制器、运动机构、投影物镜、工件台、涂胶基底以及控制单元，所述至少两个空间光调制器分别安装于所述运动机构上，所述空间光调制器、所述运动机构以及所述工件台分别由所述控制单元控制，载有所述涂胶基底的所述工件台在所述控制单元的控制下运动到待曝光位置，所述运动机构在所述控制单元的控制下将所述至少两个空间光调制器依次调整至所述投影物镜的物面进行曝光，每个空间光调制器在所述控制单元的控制下依次进行数据载入阶段、器件重置阶段和图形显示阶段，所述控制单元控制各空间调制器同时进行上述任一阶段。