CN102998913A - 同步定位光刻曝光装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步定位光刻曝光装置及方法，该装置包括二维运动平台、位于所述二维运动平台正上方用于承载待刻蚀对象的压电陶瓷运动模块、以及位于所述压电陶瓷运动模块上方的光源发生装置，所述二维运动平台包括控制二维运动平台沿第一方向运动的第一传动装置，所述压电陶瓷运动模块包括控制压电陶瓷运动模块沿与第一方向相反的第二方向运动的第二传动装置。本发明通过控制压电陶瓷运动模块运动时间与曝光时间的匹配关系，从而达到精确的同步定位曝光，消除运动曝光误差。

Description

同步定位光刻曝光装置及方法

技术领域

本发明涉及光刻曝光技术领域，特别是涉及一种同步定位光刻曝光装置及方法。

背景技术

“激光干涉光刻”是实现像素化100纳米以下结构的极重要方法，具有低成本、无掩模、高效率、无玷污、大面积和环境要求低的优点。激光干涉光刻的重要性在于：

(1)易得到纳米结构；

(2)并行光刻，效率高，与信息光学技术结合，可实现准周期与非周期结构；

(3)实现超大幅面。

近年来激光干涉光刻获得迅猛地发展。光束扫描光刻技术是在此基础上利用扫描控制方法将干涉光刻微区拼接形成宏观大幅面光刻效果的一种新兴干涉光刻技术方法，是无油墨先进印刷技术工业化生产大幅面制版的支撑技术。因此研究光束扫描光刻对推动我国无油墨先进印刷技术的工业化发展具有重要的现实意义和巨大的经济价值。

光束扫描干涉光刻技术制作的大幅面光刻品质取决于微区内的纳米结构分辨率和微区间拼接的精度。在光刻刻蚀过程中，由于曝光过程被刻蚀工件始终处于运动状态，因此系统在工作过程中会产生运动曝光形成误差。如何控制微区间拼接精度，减小或消除光刻曝光误差已经成为当前大幅面光刻制版面临的严峻问题。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种同步定位光刻曝光装置及方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种同步定位光刻曝光装置及方法，其可达到精确的同步定位曝光，并消除运动曝光误差。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种同步定位光刻曝光装置，所述装置包括二维运动平台、位于所述二维运动平台正上方用于承载待刻蚀对象的压电陶瓷运动模块、以及位于所述压电陶瓷运动模块上方的光源发生装置，所述二维运动平台包括控制二维运动平台沿第一方向运动的第一传动装置，所述压电陶瓷运动模块包括控制压电陶瓷运动模块沿与第一方向相反的第二方向运动的第二传动装置。

作为本发明的进一步改进，所述第一传动装置和第二传动装置的传动速率相等。

作为本发明的进一步改进，所述第二传动装置包括与压电陶瓷运动模块一端相连的脉冲电压发生装置，当压电陶瓷运动模块上有电压时，压电陶瓷伸长形成瞬时运动，压电陶瓷运动模块上无电压时，压电陶瓷复位。

作为本发明的进一步改进，所述装置还包括检测模块，用于检测待刻蚀对象是否运动到待刻蚀位置，若是，则启动第二传动装置，若否，关闭第二传动装置。

作为本发明的进一步改进，所述光源发生装置包括依次相连的激光源、激光传输系统及激光头。

相应地，一种同步定位光刻曝光方法，所述方法包括以下步骤：

S1、将待刻蚀对象固定于压电陶瓷运动模块上，开启光源发生装置；

S2、使二维运动平台带动压电陶瓷运动模块沿第一方向运动；

S3、检测待刻蚀对象是否运动到待刻蚀位置，若是，控制压电陶瓷运动模块沿与第一方向相反的第二方向运动并进行刻蚀，若否，返回执行步骤S2。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中压电陶瓷运动模块的运动速度与步骤S2中二维运动平台的运动速度大小相等方向相反。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3还包括：

将压电陶瓷运动模块复位到初始位置。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3后还包括：

重复执行步骤S2~S3，直至待刻蚀对象全部刻蚀完成。

本发明的有益效果是：本发明提供的同步定位光刻曝光装置及方法，通过压电陶瓷运动平台实现待刻蚀对象的瞬时运动，产生与高精度二维运动平台的反向等速运动，使待刻蚀对象形成与激光头同步、相对静止的运动状态，从而实现同步光刻曝光。通过控制压电陶瓷运动模块运动时间与曝光时间的匹配关系，从而达到精确的同步定位曝光，消除运动曝光误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一优选实施方式中同步定位光刻曝光装置的结构示意图；

图2为本发明一优选实施方式中同步定位光刻曝光装置的工作流程示意图。

其中：

10    二维运动平台         20    待刻蚀对象

30    压电陶瓷运动模块     40    光源发生装置

41    激光源            42    激光传输系统

43    激光头

具体实施方式

本发明公开了一种同步定位光刻曝光装置，包括二维运动平台、位于二维运动平台正上方用于承载待刻蚀对象的压电陶瓷运动模块、以及位于压电陶瓷运动模块上方的光源发生装置，二维运动平台包括控制二维运动平台沿第一方向运动的第一传动装置，压电陶瓷运动模块包括控制压电陶瓷运动模块沿与第一方向相反的第二方向运动的第二传动装置。

相应地，本发明还公开了一种同步定位光刻曝光方法，该方法包括以下步骤：

S1、将待刻蚀对象固定于压电陶瓷运动模块上，开启光源发生装置；

S2、使二维运动平台带动压电陶瓷运动模块沿第一方向运动；

S3、检测待刻蚀对象是否运动到待刻蚀位置，若是，控制压电陶瓷运动模块沿与第一方向相反的第二方向运动并进行刻蚀，若否，返回执行步骤S2。

本发明提供的同步定位光刻曝光装置及方法，通过压电陶瓷运动平台实现待刻蚀对象的瞬时运动，产生与高精度二维运动平台的反向等速运动，使待刻蚀对象形成与激光头同步、相对静止的运动状态，从而实现同步光刻曝光。通过控制压电陶瓷运动模块运动时间与曝光时间的匹配关系，从而达到精确的同步定位曝光，消除运动曝光误差。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参图1所示，本发明一优选实施方式中的同步定位光刻曝光装置，包括二维运动平台10、位于二维运动平台10正上方用于承载待刻蚀对象20的压电陶瓷运动模块30、以及位于压电陶瓷运动模块30上方的光源发生装置40，其中，二维运动平台包括控制二维运动平台沿第一方向运动的第一传动装置(未图示)，压电陶瓷运动模块包括控制压电陶瓷运动模块沿与第一方向相反的第二方向运动的第二传动装置(未图示)，如图1所示，第一传动装置控制二维运动平台水平向左运动，第二传动装置控制压电陶瓷运动模块带动待刻蚀对象向右移动。

本实施方式在刻蚀过程中第一传动装置和第二传动装置的传动速率相等，即二维运动平台10和压电陶瓷运动模块30的绝对运动速度大小相等且方向相反，参图1所示，当二维运动平台在刻蚀过程中向左运动△x距离时，压电陶瓷运动模块和待刻蚀对象也向右对应运动△x距离，如此设置，当第一传动装置和第二传动装置均处于运动状态时，压电陶瓷运动模块30上的待刻蚀对象20相对于光源发生装置40处于静止状态，可实现同步曝光。

第二传动装置包括与压电陶瓷运动模块一端相连的脉冲电压发生装置，当压电陶瓷运动模块上有电压时，压电陶瓷伸长形成瞬时运动，压电陶瓷运动模块上无电压时，压电陶瓷复位。压电陶瓷的伸长和复位都是瞬间完成，速度远大于二维平台运动速度。压电陶瓷的伸长和复位都是瞬间完成的，不会对工艺造成难度上的增加。

压电陶瓷目前用的很普遍，原理是：一种陶瓷材料有压电效应，即受到外界施加的压力后材料自身就会产生电荷的累积，即由压力产生电荷的现象就叫压电效应。从而可以通过电荷的变化来感应压力的变化。另外压电陶瓷还有逆压电效应，即在有外加电场的作用下，自身材料会产生微小形变，因此本发明通过这个逆压电特性将压电陶瓷做成微位移制动器，实现微小位移的精确控制。

对于该同步定位光刻曝光装置，工作时在激光曝光的极短时间里，通过对压电陶瓷通电，使陶瓷在△x位移内产生一个和运动平台相反的运动速度，这时相对于激光头来说，压电陶瓷上的待刻蚀件就是相对静止的，此时曝光就可以保证精度，不会产生相对运动的曝光误差。

其中，光源发生装置40包括依次相连的激光源41、激光传输系统42及激光头43，产生的激光为大幅面激光。该装置还包括检测模块(未图示)，用于检测待刻蚀对象是否运动到待刻蚀位置，若是，则启动第二传动装置，若否，关闭第二传动装置。

参图2所示，本发明一优选实施方式中的同步定位光刻曝光方法，包括以下步骤：

S1、将待刻蚀对象固定于压电陶瓷运动模块上，开启光源发生装置；

S2、使二维运动平台带动压电陶瓷运动模块沿第一方向运动；

S3、检测待刻蚀对象是否运动到待刻蚀位置，若是，控制压电陶瓷运动模块沿与第一方向相反的第二方向运动并进行刻蚀，若否，返回执行步骤S2。

其中，步骤S3中压电陶瓷运动模块的运动速度与步骤S2中二维运动平台的运动速度大小相等且方向相反，当压电陶瓷运动模块和二维运动平台均运动时，压电陶瓷运动模块上的待刻蚀对象相对于光源发生装置处于静止状态，可实现同步曝光。

进一步地，步骤S3还包括：

将压电陶瓷运动模块复位到初始位置。

重复执行步骤S2~S3，直至待刻蚀对象全部刻蚀完成。

本实施方式中压电陶瓷运动模块的运动和复位通过施加脉冲电压实现，脉冲电压可为负电压与0电压，也可为正电压与0电压。如固定压电陶瓷运动模块的左端，当压电陶瓷运动模块有外加电场的作用下，自身材料会产生微小形变，瞬时形成微小位移，与二维运动平台产生相对运动；当没有外加电场时，压电陶瓷运动模块就会复位到初始位置。

现有技术中，大幅面激光干涉光刻在干涉刻蚀过程中，控制核心单元将图像分解成时序微区，根据光栅的位置反馈信号触发激光束，经过二元光学调整模块调整纳米结构条纹后，在掩模板上曝光。由于曝光过程中被刻蚀工件始终处于运动状态，因此系统工作过程中会产生运动曝光形成误差。

与现有技术相比，本发明提供了一种同步定位光刻曝光装置及方法，通过压电陶瓷运动平台实现待刻蚀对象的瞬时运动，产生与高精度二维运动平台的反向等速运动，使待刻蚀对象形成与激光头同步、相对静止的运动状态，从而实现同步光刻曝光。通过控制压电陶瓷运动模块运动时间与曝光时间的匹配关系，从而达到精确的同步定位曝光，消除运动曝光误差。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种同步定位光刻曝光装置，所述装置包括二维运动平台、位于所述二维运动平台正上方用于承载待刻蚀对象的压电陶瓷运动模块、以及位于所述压电陶瓷运动模块上方的光源发生装置，其特征在于，所述二维运动平台包括控制二维运动平台沿第一方向运动的第一传动装置，所述压电陶瓷运动模块包括控制压电陶瓷运动模块沿与第一方向相反的第二方向运动的第二传动装置。

2.根据权利要求1所述的同步定位光刻曝光装置，其特征在于，所述第一传动装置和第二传动装置的传动速率相等。

3.根据权利要求1所述的同步定位光刻曝光装置，其特征在于，所述第二传动装置包括与压电陶瓷运动模块一端相连的脉冲电压发生装置，当压电陶瓷运动模块上有电压时，压电陶瓷伸长形成瞬时运动，压电陶瓷运动模块上无电压时，压电陶瓷复位。

4.根据权利要求2所述的同步定位光刻曝光装置，其特征在于，所述装置还包括检测模块，用于检测待刻蚀对象是否运动到待刻蚀位置，若是，则启动第二传动装置，若否，关闭第二传动装置。

5.根据权利要求1所述的同步定位光刻曝光装置，其特征在于，所述光源发生装置包括依次相连的激光源、激光传输系统及激光头。

6.一种如权利要求1所述的同步定位光刻曝光方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、将待刻蚀对象固定于压电陶瓷运动模块上，开启光源发生装置；

S2、使二维运动平台带动压电陶瓷运动模块沿第一方向运动；

S3、检测待刻蚀对象是否运动到待刻蚀位置，若是，控制压电陶瓷运动模块沿与第一方向相反的第二方向运动并进行刻蚀，若否，返回执行步骤S2。

7.根据权利要求6所述的同步定位光刻曝光方法，其特征在于，所述步骤S3中压电陶瓷运动模块的运动速度与步骤S2中二维运动平台的运动速度大小相等方向相反。

8.根据权利要求6所述的同步定位光刻曝光方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：

将压电陶瓷运动模块复位到初始位置。

9.根据权利要求8所述的同步定位光刻曝光方法，其特征在于，所述步骤S3后还包括：

重复执行步骤S2~S3，直至待刻蚀对象全部刻蚀完成。

Images