CN106933058A - 一种曝光装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种曝光装置及方法，该装置包括激光器、光学系统、掩模版、基底台和运动控制模块，所述激光器发射光源经所述光学系统汇聚成平行光，经所述掩模版入射到位于所述基底台上的基底表面，所述运动控制模块在基底曝光过程中控制所述基底台作垂向运动。本发明采用运动控制模块控制工件台在基底边缘曝光的过程中作垂向扫描运动，无需控制工件台的垂直方向实际位置，只需控制垂向扫描距离即可，简化了操作过程。

Description

一种曝光装置及方法
技术领域
本发明涉及一种曝光装置及方法，特别涉及一种用于基底边缘曝光的曝光装置及曝光方法，应用于半导体器件制造领域。
背景技术
光刻是一种将掩模图案曝光成像到基底上的工艺技术，是半导体器件制造工艺中的一个重要步骤。曝光是光刻工艺的一个重要环节，曝光方式分为接触式、接近式、投影式和直写式。在实际中，如果基底部分视场处于基底边缘处，通常不能作为用于制作芯片的部分，这部分如果不进行曝光处理，则会引起基底边缘翘曲的问题。一般采取的办法是对边缘场进行低分辨率的、周期性图形曝光，这样可以有效地降低边缘翘曲的问题。由于没有专门针对边缘场曝光处理的设备，现有技术中较为通用的做法为使用型号较旧的光刻机进行边缘场曝光。但是这种做法会提高生产成本。而且，现有的光刻机都需要进行垂向控制，过程复杂，浪费工序。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、无需垂向控制、快速有效的用于基底边缘曝光的曝光装置，还提供一种用于基底边缘曝光的曝光方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种曝光方法，用于基底边缘曝光，包括：
步骤一、将掩模版放置在掩模台上，将基底放置在基底台上，运动控制模块控制所述基底台移动，使所述基底上的待曝光边缘场移动到曝光位置；
步骤二、计算并设置所述基底台的垂向运动速度；
步骤三、所述基底台匀速的垂向周期性运动，对所述基底上的待曝光边缘场进行曝光；
步骤四、判断是否完成所有边缘场曝光，若没有，所述基底台水平移动，将下一待曝光边缘场移到曝光位置，重复步骤二和三；若完成所有边缘场曝光，取下基底，操作结束。
优选的，所述掩模版上的掩模图形为周期性图形，曝光光源在垂直方向的分布则呈周期性，且所述曝光光源的垂直方向周期Ts满足，Ts＝2P2/λ，其中，P为所述掩模图形的周期，λ为所述曝光光源的波长。
优选的，所述基底台垂向运动一个周期的运动距离等于整数倍个所述曝光光源的垂直方向周期。
优选的，所述基底台匀速的垂向运动一个周期的时间等于一个给定的基底边缘场曝光时间。
优选的，所述步骤四中还包括，所述基底台按照预设的边缘场曝光路径进行移动，从一个已曝光好的边缘场移动到下一个待曝光边缘场。
一种曝光装置，用于基底边缘曝光，包括激光器、光学系统、掩模版、基底台和运动控制模块，所述激光器发射光源经所述光学系统汇聚成平行光，经所述掩模版入射到位于所述基底台上的基底表面，所述运动控制模块在基底曝光过程中控制所述基底台作垂向运动。
优选的，所述光学系统包括反射镜和前组镜片，所述激光器发射光源经所述反射镜入射到所述前组镜片上，所述前组镜片将所述光源汇聚成平行光，入射到所述掩模版上。
优选的，所述运动控制模块在曝光前/后，控制所述基底台运动，使得所述基底上的待曝光边缘场移动到曝光位置；在曝光过程中，控制所述基底台沿垂直方向进行匀速的垂向周期性运动。
优选的，所述掩模版上的掩模图形为周期性图形，所述光源在垂直方向的分布则呈周期性，且光源的垂直方向周期Ts满足，Ts＝2P2/λ，其中，P为所述掩模图形的周期，λ为所述光源的波长。
优选的，所述基底台垂向运动一个周期的运动距离等于整数倍个所述光源的垂直方向周期。
优选的，所述基底台垂向运动一个周期的时间等于一个给定的基底边缘场曝光时间。
与现有技术相比，本发明采用运动控制模块控制工件台作垂向扫描运动，由于垂直方向光强为周期性分布，无需控制垂直方向实际位置，只需控制垂向扫描距离即可，省去了工件台的垂直方向定位系统，简化了操作过程，降低了成本，提高了产率。同时，在设备中省去了投影物镜部分，降低了制作成本。
附图说明
图1是本发明中光强在垂直方向呈周期性分布的示意图；
图2是本发明一具体实施方式中用于基底边缘曝光的曝光装置的结构示意图；
图3是本发明一具体实施方式中用于基底边缘曝光的曝光方法的流程示意图；
图4是本发明一具体实施方式中用于基底边缘曝光的曝光装置静态曝光时光强的示意图；
图5是本发明一具体实施方式中用于基底边缘曝光的曝光装置垂向扫描曝光时光强的示意图；
图6是本发明一具体实施方式中用于基底边缘曝光的曝光装置的边缘场曝光路径的示意图。
图中，11是基底，12是光刻胶，13是掩模版，2是基底台，31是反射镜，32是前组镜片，4是激光器，5是运动控制模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图2示出了本发明的用于基底边缘曝光的曝光装置，包括激光器4、光学系统、掩模版13、基底台2和运动控制模块5。具体地，所述激光器4发射光源经光学系统汇聚成平行光，该平行光经掩模版13入射到位于基底台2上的基底11表面，所述运动控制模块5在基底曝光过程中控制基底台2作垂向运动。本发明通过运动控制模块5控制基底台2作垂向扫描运动，能够快速有效地曝光。由于光源通过掩模版13后的垂直方向光强为周期性分布，无需控制基底台2的垂直方向实际位置，只需控制基底台2垂向扫描距离即可，简化了操作过程。
继续参照图2，所述光学系统包括反射镜31和前组镜片32，所述激光器4发射光源经反射镜31入射到前组镜片32上，前组镜片32将光源汇聚成平行光，入射到掩模版13上。进一步的，所述基底11表面涂覆有光刻胶12。
所述运动控制模块5在曝光前/后，控制基底台2运动到所要曝光的边缘场上；在曝光过程中，控制基底台2沿垂直方向进行匀速周期性运动，完成曝光后，基底台2停止运动。
如图1、图4和图5所示，所述掩模版13的曝光图形为周期性图形，包括密集线型、密集孔型，确保通过该掩模版13的光束的光强在垂直方向呈周期性分布。具体的，该光强垂直方向周期Ts可以用公式计算，其中，P为掩模图形周期，λ为光源波长。
作为优选，所述基底台2的匀速运动一个周期的时间等于一个给定的基底曝光时间，其在一个给定的基底曝光时间内的运动距离为光强垂直方向周期的整数倍。
具体地，所述运动控制模块5通过公式计算曝光过程中基底台2的垂向移动速度v，其中，s为基底台2在一个给定的曝光时间t内的垂向运动距离，其等于一个曝光时间t内光强垂直方向周期的n倍，n为整数。本发明通过在曝光过程中采取基底台2在垂直方向与光强进行同步运动，且基底台2的垂向运动距离正好为光强垂直方向周期的整数倍，可以实现以下2个作用：在掩模图形和周期不变的情况下，分辨率提高一倍，即：使掩模图形分辨率与基底图形分辨率比例为1：2；如图4和图5所示，横坐标表示基底11上的位置，纵坐标表示对应位置处的光强分辨率。由于垂直方向光强为周期性分布，无需控制垂直方向实际位置，只需控制基底台2的垂向扫描距离即可，在增加垂向扫描后，光强分辨率比静态下提升一倍。
如图3所示，结合图1和图2，本发明还提供一种用于基底边缘曝光的曝光方法，包括：
步骤一、将基底11放置在基底台2上，基底台2的运动控制模块5控制基底台2找到目标边缘场；
步骤二、所述运动控制模块5通过公式及计算并设置曝光过程中基底台2的垂向移动速度，使其满足在一个给定的曝光时间t内完成n个光强垂直方向周期的运动，n为整数，其中，P为掩模图形周期，λ为光源波长；
步骤三、所述运动控制模块5控制基底台2以设置的速度匀速运动进行边缘场曝光，至曝光结束基底台2停止运动；
步骤四、判断是否完成所有边缘场曝光，若没有全部完成，基底台2水平移动到下一目标边缘场，重复步骤二和三；若完成所有曝光，取下基底11，操作结束。
优选地，步骤二和步骤三中的采用的曝光图形为周期性图形。
优选地，在步骤一前还包括：预先设定基底11的边缘场曝光路径，步骤四中，基底台2按照预设的边缘场曝光路径进行移动，从已完成曝光的边缘场移动到待曝光的边缘场。。
下面通过一实施例，详细说明本发明：
具体地，采用ArF光源，掩模版采用250nm密集图形，设定曝光时间t为0.1秒，ArF光源波长λ为193nm。那么设置如下：掩模图形500nm密集线，掩模图形周期P＝1um；代入公式计算可知，光强垂直方向周期Ts＝10.36um；取整数n＝1，根据公式得到运动速度v＝0.1036mm/s。计算出的运动速度通过运动控制模块5传达给基底台2，基底台2可根据输入的运动速度进行垂向运动，对基底边缘场进行曝光，在一个基底边缘场曝光完后按照预设的曝光路径移动，进行下一个基底边缘场的曝光，如图6所示，给出了一个曝光路径规划示意图，粗体框为基底边缘场，箭头为基底台运动方向，虚线表示这个场不作为边缘场进行边缘曝光。
由此可知，本发明采用运动控制模块5控制基底台2作垂向扫描运动，由于通过掩模版13的光源的垂直方向光强为周期性分布，基底台2只需在曝光时间内按照预设的运动速度匀速运动即可，无需控制垂直方向实际位置，只需控制垂向扫描距离即可，简化了操作过程。本发明的结构简单，在设备中省去了投影物镜部分，成本低，且实现方便，快速有效。另外，由于基底台2的垂向速度满足在给定曝光时间内完成n个光强垂直方向周期的运动，n为整数，可以在掩模图形和周期不变的情况下，分辨率提高一倍，能够快速有效地曝光。
综上所述，本发明的用于基底边缘曝光的曝光装置及方法，该装置包括激光器4、光学系统、掩模版13、基底台2和运动控制模块5。所述激光器4发射光源经光学系统汇聚成平行光，该平行光经掩模版13入射到位于基底台2上的基底11表面，所述运动控制模块5在基底曝光过程中控制基底台2作垂向运动。本发明采用运动控制模块5控制基底台2作垂向扫描运动，由于垂直方向光强为周期性分布，无需控制垂直方向实际位置，只需控制垂向扫描距离即可，简化了操作过程，降低了成本，提高了产率。同时，在设备中省去了投影物镜部分，降低了制作成本。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种曝光方法，用于基底边缘曝光，其特征在于，包括：
步骤一、将掩模版放置在掩模台上，将基底放置在基底台上，运动控制模块控制所述基底台移动，使所述基底上的待曝光边缘场移动到曝光位置；
步骤二、计算并设置所述基底台的垂向运动速度；
步骤三、所述基底台匀速的垂向周期性运动，对所述基底上的待曝光边缘场进行曝光；
步骤四、判断是否完成所有边缘场曝光，若没有，所述基底台水平移动，将下一待曝光边缘场移到曝光位置，重复步骤二和三；若完成所有边缘场曝光，取下基底，操作结束。
2.根据权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述掩模版上的掩模图形为周期性图形，曝光光源在垂直方向的分布则呈周期性，且所述曝光光源的垂直方向周期Ts满足，Ts＝2P2/λ，其中，P为所述掩模图形的周期，λ为所述曝光光源的波长。
3.根据权利要求2所述的曝光方法，其特征在于，所述基底台垂向运动一个周期的运动距离等于整数倍个所述曝光光源的垂直方向周期。
4.根据权利要求1或3所述的曝光方法，其特征在于，所述基底台匀速的垂向运动一个周期的时间等于一个给定的基底边缘场曝光时间。
5.根据权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述步骤四中还包括，所述基底台按照预设的边缘场曝光路径进行移动，从一个已曝光好的边缘场移动到下一个待曝光边缘场。
6.一种曝光装置，用于基底边缘曝光，其特征在于，包括激光器、光学系统、掩模版、基底台和运动控制模块，所述激光器发射光源经所述光学系统汇聚成平行光，经所述掩模版入射到位于所述基底台上的基底表面，所述运动控制模块在基底曝光过程中控制所述基底台作垂向运动。
7.根据权利要求6所述的曝光装置，其特征在于，所述光学系统包括反射镜和前组镜片，所述激光器发射光源经所述反射镜入射到所述前组镜片上，所述前组镜片将所述光源汇聚成平行光，入射到所述掩模版上。
8.根据权利要求6所述的曝光装置，其特征在于，所述运动控制模块在曝光前/后，控制所述基底台运动，使得所述基底上的待曝光边缘场移动到曝光位置；在曝光过程中，控制所述基底台沿垂直方向进行匀速的垂向周期性运动。
9.根据权利要求8所述的曝光装置，其特征在于，所述掩模版上的掩模图形为周期性图形，所述光源在垂直方向的分布则呈周期性，且光源的垂直方向周期Ts满足，Ts＝2P2/λ，其中，P为所述掩模图形的周期，λ为所述光源的波长。
10.根据权利要求9所述的曝光装置，其特征在于，所述基底台垂向运动一个周期的运动距离等于整数倍个所述光源的垂直方向周期。
11.根据权利要求6或10所述的曝光装置，其特征在于，所述基底台垂向运动一个周期的时间等于一个给定的基底边缘场曝光时间。
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