CN1241068C - 基板曝光装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基板曝光装置，包括至少一线光源与一控制系统。其中，线光源由多个点光源所组成，而控制系统将图案转换为一时间信号以控制每一个点光源在不同时间的明、灭状态，且控制系统控制扫描光源照射于基材表面的光阻，以使得该光阻曝光。本发明还提出一种基板曝光方法，是通过多个点光源所构成的至少一线光源对光阻进行单次或是多次的扫描，以使得转移至光阻上的图案具有较佳的分辨率。

Description

基板曝光装置及方法

技术领域

本发明是有关于一种基板曝光装置及方法，且特别是有关于一种不需要光罩(photo mask)即可将图案(pattern)转移至光阻上的基板曝光装置及方法。

背景技术

微影(photolithography)可以说是整个半导体工艺中举足轻重的步骤之一。晶圆的制作中，各层薄膜的图案以及掺杂的区域等都是由微影工艺来决定。因此，我们通常以一个工艺所需要经过的微影次数，即其所需要的光罩数量来衡量这个工艺的复杂程度。进行微影工艺时，必须先将晶圆加温以将其表面上的水分子蒸除，这个步骤称为脱水烘烤(dehydration bake)。接着进行涂底(priming)，适当的涂底可以使晶圆的表面能调整至与光阻的表面能相近，增加光阻于晶圆的附着力。之后才进行光阻涂布、软烤(soft bake)、硬烤(hard bake)等步骤。在晶圆上的光阻经过适当的固化之后，最后再通过曝光(exposure)、显影(development)以将光罩上的图案转移至光阻上。

请参照图1，其为公知微影工艺通过接触式(contact mode)光罩将图案转移至光阻上的示意图。首先提供一基材(substrate)100，基材100上可具有已形成的线路、介电层、介电层图案、或导电层，并于表面配置有光阻102。接着将一光罩110配置于光阻102上。为保护光罩表面，光罩与光组之间以保护膜104隔开，保护膜104同时与光罩110的表面及光阻102的表面接触，之后再通过一光源112的照射对光阻102进行曝光，以将光罩110的图案(pattern)转移至光阻102上。

公知接触式的光罩110架构于一透明基板106上，透明基板106的一表面上配置有图案化遮蔽层108。为保护光罩，夹于透明基板106及光阻102之间的保护层104，同时与透明基板106及光阻102的表面接触。其中，光罩110上的图案化遮蔽层108可将光源112遮蔽以决定照射于光阻102上的图案上。

接着请参照图2，其为公知微影工艺通过非接触式(none-contactmode)光罩将图案转移至光阻上的示意图。首先提供一基材(substrate)200，基材200上配置有光阻202。接着将一光罩210配置于光阻202上方，而在光罩210与光阻202之间配置一透镜组214。之后再通过一光源212的照射对光阻202进行曝光，以将光罩210的图案化遮蔽层208的图案转移至光阻202上在光阻上形成图案216。

公知非接触式的光罩210架构于一透明基板206上，透明基板206的表面上配置有图案化遮蔽层208，光罩210上的图案化遮蔽层208可将光源212遮蔽以决定照射于光阻202上的图案216，而光罩210是通过透镜组214以非接触光阻202的方式，将图案转移至光阻202上。公知的光罩在制作上十分的费时与昂贵，且光罩必须将其放置在适当的环境中保存，因此光罩在维护上的花费很高。

此外，光罩上的图案并无法更动，因此当晶圆或是印刷电路板上的线路设计有所更动时，必须重新制作适用的光罩。

发明内容

本发明的目的在于提出一种不需要光罩的基板曝光装置及方法，可以降低微影工艺中因光罩制作及保存而产生的成本。

为达本发明的目的，提出一种基板曝光装置是由一扫描光源与一控制系统所组成。其中，扫描光源配置于基材上欲进行曝光的光阻上方，而控制系统是用以控制扫描光源或基材沿着一扫描路径移动，并同时将欲形成于光阻上的图案转换为一时间信号，以控制扫描光源在不同时间的明灭状态。

本发明的基板曝光装置中，扫描光源由多个点光源所组成，而多个点光源以单排排列的方式而构成一线光源。此外，也可多个点光源以多排排列的方式而构成多条线光源，各个线光源彼此为平行排列，而各个线光源之间沿着其排列的方向可有一特定的位移(positionshift)，使得每一列线光源中的点光源呈现错位的排列，以提高曝光的分辨率。其中，上述点光源例如为发光二极管、及激光二极管等。

本发明的基板曝光装置中，可于扫描光源与光阻之间配置一透镜组，使得扫描光源的光线经由透镜组的调整之后，照射于光阻上达到曝光的目的。

为达本发明的目的，提出一种基板曝光方法是通过一扫描光源与一控制系统对一基材上的光阻进行曝光。首先将扫描光源配置于光阻上方，接着以控制系统控制扫描光源或是基材沿着扫描路径移动，并通过控制系统将欲形成于光阻上的图案转换为一时间信号以控制扫描光源在不同时间的明灭状态，而对光阻进行曝光。

本发明的基板曝光方法中，可将多个点光源排列成单排线光源，并通过单次或是多次扫描的方式增进曝光图案的分辨率。

本发明的基板曝光方法中，扫描光源扫描的路径可与点光源排列的方向垂直。

本发明的基板曝光方法中，扫描光源扫描的路径可与点光源排列的方向不垂直。

附图说明

图1为公知微影工艺通过接触式光罩将图案转移至光阻上的示意图；

图2为公知微影工艺通过非接触式光罩将图案转移至光阻上的示意图；

图3为依照本发明一较佳实施例通过单排排列的点光源于光阻上形成图案的示意图；

图4为依照本发明一较佳实施例通过多排排列的点光源于光阻上形成图案的示意图；

图5为依照本发明一较佳实施例通过多排排列的点光源于光阻上形成的扫描路径示意图；

图6为依照本发明一较佳实施例一种单排排列的点光源于光阻上进行多重扫描的扫描路径示意图；

图7为依照本发明一较佳实施例另一种单排排列的点光源于光阻上进行多重扫描的扫描路径示意图。

100、200、300：基材

102、202、302：光阻

104：保护层

106、206：透明基板

108、208：图案化遮蔽层

110、210：光罩

112、212：光源

214、310：透镜组

216、312：图案

304：扫描光源

304a、304b、304c、304d：线光源

306：点光源

308：控制系统

314：基材移动方向

316：载具

318：方向

320：扫描路径

P：间距

S：位移

A、B：距离

具体实施方式

首先请参照图3，其为依照本发明一较佳实施例通过单排排列的点光源于光阻上形成图案的示意图。在进行曝光工艺之前，先提供一表面上配置有光阻302的基材300，基材300上可具有已形成的线路、介电层、介电层图案、或导电层，并将基材300放置于一载具316上。其中，基材300例如为印刷电路板或是各式封装基材。基板曝光装置主要是由扫描光源304以及控制系统308所组成。其中，扫描光源304是由多个点光源306所构成，点光源306是以单排排列的方式构成一线光源304，而线光源的排列方向为方向318。其中，点光源306例如为发光二极管、及激光二极管等。而控制系统308是用以控制承载基材300的载具316沿着基材移动方向314移动，并通过控制系统308将欲形成于光阻302上的图案312转换为一时间信号，以控制扫描光源304在不同时间的明灭状态，进而对光阻302进行曝光。此外，在扫描光源304与基材300之间可配置有一透镜组310，此透镜组310能够将扫描光源304的所发出的光线调整(例如图案的缩小、放大、聚焦或散焦等)后照射于光阻302上。

同样请参照图3，载具316上的基材300沿着基材移动方向314移动。控制系统308将欲转移至光阻302上的图形译码(decode)成一维(one dimension)光点对时间的信号，此一维的时间信号可控制扫描光源304中各个点光源306在不同时间的明、灭状态。由于基材300沿着基材移动方向314移动，故基材300与扫描光源304之间也有一相对运动，因此当扫描光源304在不同时间所呈现的明、灭状态，即对应了光阻302在不同位置上的曝光与否。经过扫描光源304扫描之后，扫描光源304会将二维(two dimension)图案312转移至光阻302上。

接着请参照图4，其为依照本发明一较佳实施例通过多排排列的点光源于光阻上形成图案的示意图。在进行曝光工艺之前，先提供一表面上配置有光阻302的基材300，并将基材300放置于一载具316上。基板曝光装置主要是由扫描光源304以及控制系统308所组成。其中，扫描光源304是由多个点光源306所构成，扫描光源304是以多排排列的方式构成多条平行排列的线光源304a、304b、304c、304d，线光源304a、304b、304c、304d的排列方向为方向318，且线光源304a、304b、304c、304d之间沿着方向318会有一位移S(参见图5)，使得每一线光源304a、304b、304c、304d中的点光源306呈现错位的排列，以提高曝光的分辨率。

控制系统308是用以控制承载基材300的载具316沿着基材移动方向314移动，并通过控制系统308将欲形成于光阻302上的图案312转换为一时间信号以控制扫描光源304在不同时间的明灭状态，进而对光阻302进行曝光。此外，在扫描光源304与基材300之间例如配置有一透镜组310，此透镜组310能够将扫描光源304的所发出的光线调整(例如图案的缩小、放大、聚焦或散焦等)后照射于光阻302上。

同样请参照图4，载具316上的基材300沿着基材移动方向314移动。控制系统308将欲转移至光阻302上的图形译码成一维的时间信号，此一维的时间信号可控制扫描光源304中各个点光源306在不同时间的明、灭状态。由于基材300沿着基材移动方向314移动，故基材300与扫描光源304之间具有一相对运动，因此当线光源304a、304b、304c、304d中的各个点光源306在不同时间所呈现的明、灭状态，即对应了光阻302在不同位置上的曝光与否。经过扫描光源304扫描之后，扫描光源304会将二维图案312转移至光阻302上。

接着请参照图5，其为依照本发明一较佳实施例通过多排排列的点光源于光阻上形成的扫描路径示意图。由图5可以清楚得知，点光源306以多排排列的方式构成线光源304a、304b、304c、304d，由于线光源304a与线光源304b之间在方向318上具有一位移S，此位移S为同一线光源中点光源306与相邻点光源间的间距P的1/n，其中n为线光源的总数。同样地，线光源304b与线光源304c之间、线光源304c与线光源304d之间在方向318上同样也具有位移S。

通过基材300沿着基材移动方向314移动，线光源304a、304b、304c、304d会沿着扫描路径320对光阻302进行曝光。各个扫描路径320之间的间隔即为位移S。若以四排线光源304a、304b、304c、304d为例，此扫描光源304在方向318上的分辨率将提升为原先单排排列的4倍。

接着请参照图6，其为依照本发明一较佳实施例一种单排排列的点光源于光阻上进行多重扫描的扫描路径示意图。上述图4中，将点光源306排列成多个线光源304a、304b、304c、304d以增进方向318上的分辨率。但除了改变点光源306的排列方式以外，也可改变扫描光源304的扫描方式来达到较佳的分辨率。由图6中可以清楚得知，点光源306以单排排列的方式排列成一线光源304，而线光源304a沿着方向318排列。单一线光源304排列的方向318与扫描路径320垂直。此外，线光源304沿着扫描路径320对光阻302进行多次的扫描，每一次的扫描的路径都与前一次扫描的路径相差一距离A，此距离A为点光源间距P的1/n，而n为一自然数。

最后请参照图7，其为依照本发明一较佳实施例另一种单排排列的点光源于光阻上进行多重扫描的扫描路径示意图。同样是通过多次扫描对光阻302进行曝光，但于图7中，利用扫描路径320与点光源306排列的方向318之间的夹角不等于90度的方式进行扫描。由于扫描路径320与点光源306排列的方向318之间的夹角不等于90度的缘故，相邻扫描路径320之间的距离B会小于点光源306之间的间距P，因此对扫描的分辨率也会有所增进。

上述图6与图7中，分别以多次扫描以及控制扫描路径与点光源排列的方向之间的夹角不等于90度的方式，进一步的增进分辨率。然而，熟悉该项技术的人应可轻易得知，将上述两种方式作适当的结合将可得到更佳的分辨率。

此外，上述图3至图7中，仅以基材300的移动搭配上扫描光源304在不同时间的明、灭状态控制，以对光阻302进行曝光。然而，基材300上光阻302与扫描光源304之间的相对运动，也可通过扫描光源304甚至透镜组310的移动或透镜组310内部分镜面或透镜的转动或移动来完成。

综上所述，本发明的基板曝光装置及方法至少具有下列优点：

1.本发明的基板曝光装置及方法直接将既定的图案以扫描的方式转移至光阻上，可以省去光罩制作的时间。

2.本发明的基板曝光装置及方法可以将各种不同的图案转移至光阻上，不需要针对不同的图案而制作对应的光罩在制作成本上大幅降低。

3.本发明的基板曝光装置及方法中，通过扫描的方式将图案转移至光阻上可使集成电路的自动化量产更为容易。

4.本发明的基板曝光装置及方法可于产品制作的同时，实时修改线路设计，简短开发时间，并使少量多样的客户化个别设计成为可能。

5.本发明的基板曝光装置中，光源与透镜组的相对位置固定不变，使对准位差固定不变(不因更换光罩而改变)，使位置定位校正较为容易。

6.本发明的基板曝光装置可省掉所有光罩维护及保存的费用。

Claims (28)

1.一种基板曝光装置，可将一图案转移至一基材表面的一光阻层上，其特征是，该基板曝光装置至少包括：

一光源，该光源配置于距该基材具有该光阻层的表面一特定距离处，该光源包括多个点光源；以及

一扫描控制系统，该扫描控制系统将该图案转换为一依时间变换的信号，以控制每一该些点光源在不同时间的明灭状态，且该控制系统使该基板曝光装置具有扫描功能，可使该光源沿着一扫描路径进行至少一次扫描，使该光阻层曝光。

2.如权利要求1所述的基板曝光装置，其特征是，该基材为印刷电路板基材。

3.如权利要求1所述的基板曝光装置，其特征是，该基材为各式封装基材。

4.如权利要求1所述的基板曝光装置，其特征是，该些点光源单排排列以构成一线光源。

5.如权利要求1所述的基板曝光装置，其特征是，该些点光源多排排列以构成多个线光源。

6.如权利要求5所述的基板曝光装置，其特征是，每一该些线光源彼此平行排列。

7.如权利要求6所述的基板曝光装置，其特征是，每一该些线光源与其相邻的线光源之间具有一在排列方向上的位移，以使得该些线光源中的该些点光源彼此呈错位的排列，以提高曝光的分辨率。

8.如权利要求1所述的基板曝光装置，其特征是，该些点光源为发光二极管及激光二极管其中之一。

9.如权利要求1所述的基板曝光装置，其特征是，该扫描功能是以移动该光源来达成。

10.如权利要求1所述的基板曝光装置，其特征是，该扫描功能是以移动该基材来达成。

11.如权利要求1所述的基板曝光装置，其特征是，该装置更包括一载具以承载该基材。

12.如权利要求11所述的基板曝光装置，其特征是，该扫描功能是以移动该载具来达成。

13.如权利要求1所述的基板曝光装置，其特征是，该装置更包括一透镜组，该透镜组配置于该扫描光源与该基材之间的光行径路线上。

14.如权利要求13所述的基板曝光装置，其特征是，该扫描功能是以透镜组内部的至少一零件的转动来达成。

15.如权利要求13所述的基板曝光装置，其特征是，该扫描功能是以透镜组内部的至少一零件的移动来达成。

16.一种基板曝光方法，可将一图案转移至一基材表面的的一光阻层上，其特征是，该基板曝光方法至少包括：

提供一光源于距该基材具有该光阻层的表面一特定距离处，其中该扫描光源包括多个点光源；以及

提供一控制系统，该控制系统将该图案转换为一依时间变换的信号，以控制每一该些点光源在不同时间的明灭状态，并提供扫描功能，使该光源沿着一扫描路径进行至少一次扫描，以使该光阻层曝光。

17.如权利要求16所述的基板曝光方法，其特征是，该基材为印刷电路板基材。

18.如权利要求16所述的基板曝光方法，其特征是，该基材为各式封装基材。

19.如权利要求16所述的基板曝光方法，其特征是，该扫描功能是以移动该光源来达成。

20.如权利要求16所述的基板曝光方法，其特征是，该扫描功能是以移动该基材来达成。

21.如权利要求16所述的基板曝光方法，其特征是，该方法更包括提供一载具以承载该基材。

22.如权利要求21所述的基板曝光方法，其特征是，该扫描功能是以移动该载具来达成。

23.如权利要求16所述的基板曝光方法，其特征是，该方法更包括提供一透镜组于该扫描光源与该基材之间的光行径路线上。

24.如权利要求23所述的基板曝光方法，其特征是，该扫描功能是以透镜组内部的至少一零件的转动来达成。

25.如权利要求23所述的基板曝光方法，其特征是，该扫描功能是以透镜组内部的至少一零件的移动来达成。

26.如权利要求16所述的基板曝光方法，其特征是，该些点光源为发光二极管及激光二极管其中之一。

27.如权利要求16所述的基板曝光方法，其特征是，该些点光源排列成至少一线光源，而该线光源的轴向与扫描方向垂直，以至少一次扫描的方式进行扫描。

28.如权利要求16所述的基板曝光方法，其特征是，该些点光源排列成至少一线光源，而该线光源的轴向与扫描方向不垂直，以至少一次扫描的方式进行扫描。

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