CN111796487A - 基于uv-led光刻光源的无掩模扫描曝光方法及光刻机 - Google Patents

基于uv-led光刻光源的无掩模扫描曝光方法及光刻机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于UV‑LED光刻光源的无掩模扫描曝光方法及光刻机，方法包括：利用UV‑LED光源作为光刻光源，用于形成点阵式曝光场；所述UV‑LED光源的出射光束通过微透镜阵列在晶圆表面形成点阵式排列的多个曝光点区域，其中，晶圆安装在晶圆工件台上；曝光时，通过控制系统控制所述晶圆工件台进行步进扫描运动，完成对整块晶圆的曝光。本发明通过晶圆工件台的步进扫描运动，可以实现无限大曝光区域，并且，可以提高曝光效率。

Description

基于UV-LED光刻光源的无掩模扫描曝光方法及光刻机
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体地，涉及一种光刻机及其曝光方法。
背景技术
曝光是微加工过程中一个必不可少的工艺，也是光刻过程中的一个关键步骤。现有技术中，通常采用计算机控制高精度激光束扫描，在光刻胶上直接曝光写出所设计图形，从而将所设计图形转移到掩模上。但是，此种方法的效率较低，且曝光区域有限。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种基于UV-LED光刻光源的无掩模扫描曝光方法，包括：
利用UV-LED光源作为光刻光源，用于形成点阵式曝光场；
所述UV-LED光源的出射光束通过微透镜阵列在晶圆表面形成点阵式排列的多个曝光点区域，其中，晶圆安装在晶圆工件台上；
曝光时，通过控制系统控制所述晶圆工件台进行步进扫描运动，完成对整块晶圆的曝光。
优选地，所述晶圆工件台包括：XY运动台、Z轴晶圆卡盘、真空吸盘和气压缸，真空吸盘安装在XY运动台上，Z轴晶圆卡盘用于卡在晶圆的周边，气压缸用于将晶圆吸附在真空吸盘上。
优选地，通过所述XY运动台在XY平面内的运动带动晶圆进行步进扫描运动。
优选地，所述晶圆工件台进行步进扫描运动时，将晶圆工件台按照蛇形移动，并按照蛇形路线依次对各个曝光点区域进行扫描曝光。
优选地，所述无掩模扫描曝光方法用于制作平面光栅。
本发明的另一个方面是提供一种基于UV-LED光刻光源的无掩模扫描曝光方法，包括：
利用UV-LED光源作为光刻光源，用于形成曝光场；
所述UV-LED光源的出射光束通过微透镜阵列在晶圆表面形成多个曝光点区域，且多个曝光点区域的中心点位于同一直线上，其中，晶圆安装在晶圆工件台上；
曝光时，通过控制系统控制所述晶圆工件台进行旋转运动，完成对整块晶圆的曝光。
优选地，所述晶圆工件台包括：XY运动台、Z轴晶圆卡盘、真空吸盘和气压缸，真空吸盘安装在XY运动台上，Z轴晶圆卡盘用于卡在晶圆的周边，气压缸用于将晶圆吸附在真空吸盘上。
优选地，通过所述Z轴晶圆卡盘绕Z轴的旋转运动带动晶圆进行旋转运动。
本发明的再一个方面提供了一种基于UV-LED光刻光源的无掩模光刻机，包括：
光源，采用UV-LED光源作为光刻光源，用于形成点阵式曝光场；
微透镜阵列，用于对UV-LED的出射光束进行聚焦，形成聚焦光束；
晶圆工件台，用于安装晶圆；
控制系统，用于控制驱动机构驱动晶圆工件台运动；
所述UV-LED光源的出射光束通过微透镜阵列在晶圆表面形成点阵式排列的多个曝光点区域，曝光时，若多个曝光点区域呈点阵式排列，则控制晶圆工件台进行步进扫描运动，若多个曝光点区域呈直线排列，则控制晶圆工件台进行旋转运动，完成对整块晶圆的曝光。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明利用点阵式曝光点进行扫描曝光，提高了曝光效率，并且可实现无限大曝光区域的曝光；本发明利用UV-LED光源作为光刻光源，UV-LED光源发光效率高、能耗低、寿命长，使用时无需预热；本发明利用微透镜阵列代替整形光路，使得光学系统简单高效。
附图说明
图1是本发明所述基于UV-LED光刻光源的无掩模扫描曝光方法的流程示意图；
图2是本发明中在晶圆上形成点阵式曝光点区域的示意图；
图3是本发明中UV-LED光源与微透镜阵列的示意图；
图4是本发明中步进扫描运动的示意图；
图5是本发明所述基于UV-LED光刻光源的无掩模扫描曝光方法的另一实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
图1是本发明所述基于UV-LED光刻光源的无掩模扫描曝光方法的流程示意图，如图1所示，本发明所述基于UV-LED光刻光源的无掩模扫描曝光方法，可以用于无掩模光刻机的曝光，包括：
S1，利用UV-LED光源1作为光刻光源，用于形成点阵式曝光场。UV-LED光源1是一种紫外发光二极管，利用UV-LED光源1替代了光刻机曝光系统中复杂的光源准直光路，并且，由于UV-LED光源1具有发光效率高、能耗低、寿命长等特点，使用时无需预热，使得本发明所述曝光方法更加绿色环保。
S2，所述UV-LED光源1的出射光束通过微透镜阵列2在晶圆3表面形成点阵式排列的多个曝光点区域4，其中，晶圆3安装在晶圆工件台上，晶圆指的是制作硅半导体集成电路所用的硅晶片，晶圆3上涂有光刻胶，通过曝光可以实现图案转移，将待曝光图案在晶圆3上固定，可用于制作各种电路元件结构。图2是本发明中在晶圆上形成点阵式曝光点区域的示意图，图3是本发明中UV-LED光源与微透镜阵列的示意图，如图2和图3所示，UV-LED光源1发出的光经过微透镜阵列2之后，形成聚焦细光束，从而可以在晶圆3表面形成呈点阵式排列的多个曝光点区域4。本发明利用微透镜阵列2代替整形光路，使得光学系统简单高效。
S3，曝光时，通过控制系统控制所述晶圆工件台进行步进扫描运动，完成对整块晶圆3的曝光，从而实现待曝光图案的转移，使之在晶圆3上固定。
本发明的扫描曝光方法中，无需掩模与晶圆的对准步骤，简化了曝光系统的结构，并提高了曝光效率。
在本发明的一个实施例中，所述晶圆工件台包括：XY运动台、Z轴晶圆卡盘、真空吸盘和气压缸，真空吸盘安装在XY运动台上，Z轴晶圆卡盘用于卡在晶圆3的周边，气压缸用于将晶圆3吸附在真空吸盘上。其中，XY运动台用于在XY平面内运动，调整X坐标和Y坐标，Z轴晶圆卡盘具有高分辨率的旋转轴，可以调整晶圆3的旋转角度。通过驱动机构驱动XY运动台在XY平面内的移动，同时带动其上吸附的晶圆3运动。
本发明中，对驱动机构的具体构成没有限定，驱动机构可以是驱动伺服电机，对驱动机构驱动XY运动台在XY平面内移动的驱动方式没有限定。
本发明中，驱动机构通过控制系统控制，控制系统可以采用闭环控制系统。并且，控制系统接收UV-LED光源的光束信号，对驱动机构进行控制，从而控制晶圆工件台的移动。并且，控制系统还可以控制UV-LED光源的启闭与光强大小。
在一个实施例中，所述晶圆工件台进行步进扫描运动时，将晶圆工件台按照蛇形移动，并按照蛇形路线依次对各个曝光点区域4进行扫描曝光。图4是本发明中步进扫描运动的示意图，图中的圆点表示呈点阵式排列的各个曝光点区域4，箭头表示扫描方向。
本发明通过晶圆工件台的步进扫描运动，可以实现无限大曝光区域，并且，可以提高曝光效率。
由于本发明的曝光方法可以适用于在晶圆3表面形成周期性图形(例如，在晶圆3表面重复出现的孔、柱、锥等图形)，优选地，所述无掩模扫描曝光方法用于制作平面光栅，尤其是大面积平面光栅。
图5是本发明所述基于UV-LED光刻光源的无掩模扫描曝光方法的另一实施例的流程示意图，如图5所示，基于UV-LED光刻光源的无掩模扫描曝光方法，包括：
S11，利用UV-LED光源作为光刻光源，用于形成曝光场；
S21，所述UV-LED光源的出射光束通过微透镜阵列在晶圆表面形成多个曝光点区域，且多个曝光点区域的中心点位于同一直线上(例如，多个中心点可以呈一行或一列排列，也可以排列在呈任意角度倾斜的一条线上)，其中，晶圆安装在晶圆工件台上；
S31，曝光时，通过控制系统控制所述晶圆工件台进行旋转运动，完成对整块晶圆的曝光。
关于晶圆工件台的具体组成以及工作过程与上述实施例中相同，在此不再赘述。
需要说明的是，通过所述Z轴晶圆卡盘绕Z轴的旋转运动带动晶圆进行旋转运动。
本发明还提供一种基于UV-LED光刻光源的无掩模光刻机，包括：光源，采用UV-LED光源1作为光刻光源，用于形成点阵式曝光场；微透镜阵列2，用于对UV-LED的出射光束进行聚焦，使其形成聚焦细光束；晶圆工件台，位于微透镜阵列2的下方，用于安装晶圆3；控制系统，用于控制驱动机构驱动晶圆工件台移动，所述UV-LED光源的出射光束通过微透镜阵列2在晶圆3表面形成多个曝光点区域，多个曝光点区域可以呈点阵式排列，也可以呈直线排列，曝光时，通过控制系统控制所述晶圆工件台进行步进扫描运动或旋转运动，完成对整块晶圆3的曝光，从而实现待曝光图案的转移，使之在晶圆3上固定。
其中，多个曝光点区域呈点阵式排列时，所述晶圆工件台通过XY运动台在水平面内的运动做步进扫描运动；相应地，多个曝光点区域的中心呈直线排列时，所述晶圆工件台通过Z轴晶圆卡盘绕Z轴做旋转运动。
上述无掩模光刻机中不包括掩模，无需掩模标记与晶圆标记对准，系统结构简单。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于UV-LED光刻光源的无掩模扫描曝光方法，其特征在于，包括：
利用UV-LED光源作为光刻光源，用于形成点阵式曝光场；
所述UV-LED光源的出射光束通过微透镜阵列在晶圆表面形成点阵式排列的多个曝光点区域，其中，晶圆安装在晶圆工件台上；
曝光时，通过控制系统控制所述晶圆工件台进行步进扫描运动，完成对整块晶圆的曝光。
2.根据权利要求1所述的基于UV-LED光刻光源的无掩模扫描曝光方法，其特征在于，所述晶圆工件台包括：XY运动台、Z轴晶圆卡盘、真空吸盘和气压缸，真空吸盘安装在XY运动台上，Z轴晶圆卡盘用于卡在晶圆的周边，气压缸用于将晶圆吸附在真空吸盘上。
3.根据权利要求2所述的基于UV-LED光刻光源的无掩模扫描曝光方法，其特征在于，通过所述XY运动台在XY平面内的运动带动晶圆进行步进扫描运动。
4.根据权利要求1所述的基于UV-LED光刻光源的无掩模扫描曝光方法，其特征在于，所述晶圆工件台进行步进扫描运动时，将晶圆工件台按照蛇形移动，并按照蛇形路线依次对各个曝光点区域进行扫描曝光。
5.根据权利要求1所述的基于UV-LED光刻光源的无掩模扫描曝光方法，其特征在于，所述无掩模扫描曝光方法用于制作平面光栅。
6.一种基于UV-LED光刻光源的无掩模扫描曝光方法，其特征在于，包括：
利用UV-LED光源作为光刻光源，用于形成曝光场；
所述UV-LED光源的出射光束通过微透镜阵列在晶圆表面形成多个曝光点区域，且多个曝光点区域的中心点位于同一直线上，其中，晶圆安装在晶圆工件台上；
曝光时，通过控制系统控制所述晶圆工件台进行旋转运动，完成对整块晶圆的曝光。
7.根据权利要求6所述的基于UV-LED光刻光源的无掩模扫描曝光方法，其特征在于，所述晶圆工件台包括：XY运动台、Z轴晶圆卡盘、真空吸盘和气压缸，真空吸盘安装在XY运动台上，Z轴晶圆卡盘用于卡在晶圆的周边，气压缸用于将晶圆吸附在真空吸盘上。
8.根据权利要求7所述的基于UV-LED光刻光源的无掩模扫描曝光方法，其特征在于，通过所述Z轴晶圆卡盘绕Z轴的旋转运动带动晶圆进行旋转运动。
9.一种基于UV-LED光刻光源的无掩模光刻机，其特征在于，包括：
光源，采用UV-LED光源作为光刻光源，用于形成点阵式曝光场；
微透镜阵列，用于对UV-LED光源的出射光束进行聚焦，形成聚焦光束；
晶圆工件台，用于安装晶圆；
控制系统，用于控制驱动机构驱动晶圆工件台运动；
所述UV-LED光源的出射光束通过微透镜阵列在晶圆表面形成多个曝光点区域，多个曝光点区域呈点阵式排列或直线排列，
曝光时，若多个曝光点区域呈点阵式排列，则控制晶圆工件台进行步进扫描运动，若多个曝光点区域呈直线排列，则控制晶圆工件台进行旋转运动，完成对整块晶圆的曝光。
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