接近式曝光装置及其曝光方法与流程

本公开的实施例涉及曝光技术领域，具体地涉及接近式曝光装置及其曝光方法，例如用于显示器件、微电子器件、半导体器件等的制作中。

背景技术：

接近式曝光机是光刻工艺中常见的一种类型的曝光机。与投影式曝光机相比，接近式曝光机成本低，稼动率(activation)高，光刻效果可以满足大多种需求，在现代光刻工艺中应用最为广泛。

在接近式曝光机中，掩模板与涂覆有光刻胶的待曝光的玻璃基板以微小的间隙对置，间隙(Gap)尺寸例如为100um-400um，该间隙可以有效避免掩模板与待曝光基板直接接触而引起的掩模板和待曝光基板的损伤。在曝光时，曝光光线通过掩模板投射到待曝光基板上，以将掩模板的图案复制到基板上。

接近式曝光机中，掩模板与玻璃基板之间的曝光间隙直接影响复制到基板上的图案的尺寸及曝光精度。因此曝光间隙的均一性及准确度直接影响产品的品质。

技术实现要素：

考虑到现有技术中的一个或多个问题，本公开的实施例旨在提供一种接近式曝光装置，以提高曝光精度。

本公开实施例的一方面提供了一种接近式曝光装置，包括装载台、保持器、真空罩以及泵送机构。所述保持器安装到所述装载台上，用于保持所述掩模板。所述真空罩设置在所述掩模板的上方，用于在所述掩模板的上方形成密封空间。所述泵送机构连接到所述真空罩，以从所述真空罩抽吸空气，用于在所述掩模板的上方形成负压状态。

根据本公开的一个示例性的实施例，所述真空罩还包括至少一个空气导入孔，所述至少一个空气导入孔用于向所述真空罩中引入外部空气。

根据本公开的一个示例性的实施例，所述空气导入孔上安装有调节阀门，所述调节阀门构造成调节通过所述空气导入孔流入的外部空气的流量。

根据本公开的一个示例性的实施例，所述真空罩固定在所述装载台上。

根据本公开的一个示例性的实施例，所述装载台的下方设置有密封结构，用于在装载台和掩模板之间形成密封状态。

根据本公开的一个示例性的实施例，所述接近式曝光装置还包括驱动机构，用于驱动所述保持器上下移动。

根据本公开的一个示例性的实施例，所述驱动机构为液压式驱动机构，包括活塞杆、气缸体和电液伺服阀。所述活塞杆连接至所述保持器，以驱动所述保持器上下移动。所述气缸体容纳所述活塞杆和液压油。所述电液伺服阀通过第一液压油管道和第二液压油管道连接到汽缸体，并通过控制液压油通过第一液压油管道和第二液压油管道进出汽缸体来控制所述活塞杆上下移动。

根据本公开的一个示例性的实施例，所述接近式曝光装置还包括控制单元，所述控制单元用于控制所述泵送机构的泵送操作。

根据本公开的一个示例性的实施例，所述接近式曝光装置还包括控制单元，所述控制单元用于控制所述驱动机构的操作。

根据本公开的一个示例性的实施例，所述接近式曝光装置还包括控制单元，所述控制单元用于控制所述调节阀门的开口度。

根据本公开的一个示例性的实施例，所述接近式曝光装置还包括负压测量装置，用于测量所述真空罩内的负压的大小，并将测量结果发送给控制单元。所述控制单元根据所述负压测量装置的测量结果控制所述泵送机构的泵送操作。

本公开的另一方面提供一种使用第一方面的接近式曝光装置的曝光方法，包括：将掩模板装载在保持器上，以与待曝光基板对置；利用泵送机构抽吸设置在所述掩模板的上方的真空罩中的空气，以在所述掩模板的上方形成负压状态；以及通过所述掩模板对待曝光基板照射光线，以对所述待曝光基板进行曝光。

根据本公开的一个示例性的实施例，将掩模板装载在保持器上包括：远离装载台移动所述保持器，以在所述保持器上方留出装载所述掩模板的空间；利用所述空间将所述掩模板放置在曝光位置或装载在保持器上；以及朝向所述装载台移动所述保持器至曝光位置。

根据本公开的一个示例性的实施例，所述的接近式曝光装置的曝光方法，还包括：在曝光完成后从所述保持器卸载所述掩模板，所述卸载包括：对真空罩下方的密封空间去真空；远离装载台移动所述保持器，以在所述保持器上方留出卸载掩模板的空间；以及利用所述空间从所述保持器卸载所述掩模板。

根据本公开的一个示例性的实施例，所述的接近式曝光装置的曝光方法，还包括：在曝光的过程中，测量所述真空罩中的负压的大小，并根据测量结果调节所述真空罩中的负压至目标压力。

为了使本公开的目的、特征及优点能更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本公开作进一步说明。

附图说明

图1是示出根据本公开的一个实施例的接近式曝光装置的简要示意图；

图2是示出根据本公开的一个实施例的接近式曝光装置的示例结构的示意图；

图3是示出根据图2所示的实施例的接近式曝光装置改善掩模板变形的效果的示意图；

图4是示出图2中的真空罩与装载台的固定结构的示意图；

图5是示出图2中的真空罩的示例结构的示意图；

图6a和图6b是示出图2中的液压驱动机构的工作过程的放大图；

图7是如图2所示的接近式曝光装置的控制系统的方框图；

图8示出了如图2所示的接近式曝光装置的曝光过程的流程图；

图8a示出了装载掩模板的过程的流程图；以及

图8b示出了卸载掩模板的过程的流程图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开的实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种部件的形状以及它们之间的相对大小仅是示例性的，本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小的部件。

图1是示出根据本公开的一个实施例的接近式曝光装置的简要示意图。如图1所示，接近式曝光装置包括装载台1和保持器2。保持器2安装到装载台1上，用于保持掩模板3。在掩模板3和待曝光基板4之间存在间隙P。通过掩模板3对基板照射光线，例如UV光束或者其他波长的光束，以对基板上的材料层进行曝光。

根据该实施例的曝光装置，如图1的示意图所示，由于重力效应会导致掩模板1中心区域在微观上存在一定程度的凹陷变形，例如，1200×800尺寸的掩模板，中心区域相对于周边区域约有80um的凹陷。从而，在掩模板3和待曝光基板4之间的间隙P不均匀。

图2示出了根据本公开的另一个实施例的接近式曝光装置100的结构示意图。如图2所示，接近式曝光装置100包括：装载台10、保持器20、真空罩30以及泵送机构40。装载台10用于装载掩模板11。保持器20安装到装载台10上，用于保持掩模板11。保持器20例如可以采用真空吸附或机械夹取的方式保持掩模板。真空罩30设置在掩模板11的上方，用于在掩模板11的上方形成密封空间。泵送机构40通过连接管路41连接到真空罩30，以从真空罩30抽吸空气，用于在掩模板11的上方形成负压状态。泵送机构40例如可以为空气泵。泵送机构40也可以向真空罩30注入空气。

图3示出了根据图2所示的实施例的接近式曝光装置100改善掩模板变形的效果的示意图。如图3所示，通过泵送机构40从真空罩30中抽吸空气，在掩模板11的上方的密封空间31中形成负压状态。从而，可以抵消重力对掩模板11的作用，防止掩模板11由于重力作用而挠曲变形，使掩模板11保持水平状态。换言之，能够在掩模板11和待曝光基板90之间保持均匀的曝光间隙P，防止由于掩模板11的变形导致曝光装置的曝光精度下降。

根据该实施例，真空罩30、泵送机构40和连接管路41均设置于装载台10的外部，无需对装载台10进行大的改造，即可以方便地用于接近式曝光装置的升级中。

另外，如图2和3所示，装载台10的下方设置有密封结构50，用于在对真空罩30抽真空的情况下密封掩模板11，在掩模板11的上方形成密封空间31。该密封结构50例如可以为橡胶垫圈，材质为高纯度硅橡胶，防止内部添加物析出产生颗粒污染掩模板。该橡胶垫圈的形状可以根据掩模板的形状对应地设计。例如，掩模板11为矩形时，橡胶垫圈的形状为对应矩形掩模板周边形状的矩形环状垫圈。橡胶垫圈的长度、宽度和线框厚度可以根据应用适当地选择。

如图2所示的掩模板曝光装置中，真空罩30固定在装载台10上。真空罩30和装载台10之间可以采用真空吸附或机械连接的方式连接在一起，并且相互之间保持密封。图4示出了真空罩30和装载台10之间通过机械方式连接的一个示例的示意图。如图4所示，装载台10上设置有卡槽12，真空罩30的底面上设置有固定杆32，固定杆32与卡槽12接触部分设置有橡胶垫33，有助于保持密封性。通过将固定杆32经由橡胶垫33插入装载台10上的卡槽12中，即可实现密封的机械连接。

图5示出了图2中的真空罩30的一个示例结构的示意图。如图5所示，在掩模板为矩形的情况下，该真空罩30为如图5所示的大致矩形盒状形状。该矩形盒的底面朝向掩模板开口。真空罩30左右两端的侧表面上形成有空气导出孔35。空气导出孔35可分别通过连接管路41连接到泵送机构40，如图2所示。可以理解，空气导出孔35的数量、尺寸和设置位置不受限制，可以根据不同的应用进行设置。

另外，根据本公开的一个实施例，在真空罩30上可以形成至少一个空气导入孔36。如图5所示，空气导入孔36设置在真空罩30的前表面和后表面上。可以理解，空气导入孔36的数量、尺寸和设置位置不受限制，可以根据应用进行设置。设置空气导入孔36的作用是引入外部空气，以在对真空罩30抽真空的过程中平衡真空罩30中的压力，防止真空罩内部负压过大，导致掩模板朝向与重力相反的方向变形而损坏掩模板。

另外，可选地，可以在空气导入孔36上安装调节阀门37，并通过控制调节阀门37的开口度来调节通过空气导入孔36流入真空罩30的外部空气的流量，以平衡真空罩30中的负压，更好地控制真空罩30内的真空度。

作为真空罩的材质，例如可选用高强度玻璃(石英材质)，透过率＞95％，SiO₂含量大于99.5％。另外，它热膨胀系数低，耐高温，化学稳定性好，透紫外光，高平坦度，可以保证光的直线通过性，密度2.4-2.6×103Kg/m³。

根据一些实施例，对于长1500mm-1600mm，宽900mm-1000mm，高100mm-200mm，厚度8-10mm的真空罩，空气导出孔36的孔径尺寸可以为20mm-30mm，空气导入孔37的孔径大小可以为10-15mm。

当开始对真空罩30抽真空时，空气导入孔36的调节阀门37操作，收缩孔径，使空气导入孔36保留1.0-1.5mm的开孔。然后，空气泵开始抽气，抽气速度保持在1.0-1.5m³/min，当负压检测器显示腔内压力在10Kpa-15Kpa时，掩模板变形可基本消失。若压力过大，可降低抽气速度或者增加调节阀门37的孔径。

根据本公开的一个实施例，如图2所示，接近式曝光装置100还可以包括驱动机构60，用于驱动保持器20上下移动。具体地，当装载掩模板30时，驱动机构60可以驱动保持器20远离装载台10移动，从而在保持器20和装载台10之间留出较大的空间，便于装载掩模板11。当完成掩模板11的装载后，驱动机构60可以驱动保持器20朝向装载台10移动，使得掩模板11接触装载台10下方的密封结构50，从而在装载台10、真空罩30和掩模板11之间形成密封空间31。以此方式，可以方便地装载掩模板。

这里，可以利用机械臂将掩模板11先放置到曝光位置，然后移动保持器20到曝光位置并将掩模板11装载到保持器20上；或者，可以先将掩模板11装载到保持器20上，然后将保持器20移动到曝光位置。

本公开的上述实施例中保持器可以上下移动，可移动距离例如为0mm-500mm。从而，防止因为在装载台10上安装真空罩30导致的装载和卸载掩模板11的不便。

根据一个示例性实施例，如图2和6a-6b所示，驱动机构60可以为液压式驱动机构，包括：活塞杆61、气缸体62以及电液伺服阀63。活塞杆61连接至保持器20，以驱动保持器20上下移动。气缸体62可以固定到装载台10上，用于容纳活塞杆61和液压油。该电液伺服阀63通过第一液压油管道64和第二液压油管道65连接到汽缸体62，并通过控制液压油经由第一液压油管道64和第二液压油管道65进出汽缸体来控制活塞杆61上下移动。

图6a和图6b是示出图2中的液压驱动机构的工作过程的放大图。图6a示出了驱动机构60驱动保持器20远离装载台10的状态，而图6b示出了驱动机构60驱动保持器20接近装载台10的状态。

具体地，如图6a所示，装载掩模板11时，电液伺服阀63控制上方的第一液压油管道64进油，下方的第二液压油管道65出油。这样，液压驱动机构中的活塞杆61向下移动，驱动保持器20下降，直到保持器20上方预留出足够空间后，保持液压稳定，并放置掩模板11至曝光位置。之后，如图6b所示，电液伺服阀63控制进出油方向变化，上方的第一液压油管道64出油，下方的第二液压油管道65进油。这样，活塞杆62向上移动，驱动保持器20上升，将掩模板11卡位并固定。此时，掩模板11与装载台10下方的橡胶垫圈50紧密接触。然后，液压系统保持恒定，将掩模板11保持在曝光位置，准备好曝光。

本领域技术人员应当理解，驱动机构60不限于液压驱动机构。只要能够驱动保持器20上下移动，驱动机构60具体构造不限。

此外，如图2所示，接近式曝光装置100还可以包括控制单元70，用于控制泵送机构40的泵送操作，从而控制真空罩30内的负压的大小。控制单元70例如可包括计算机或者其他的控制器。可选地，控制单元70还可以控制驱动机构60的操作，例如通过电液伺服阀63控制活塞杆61的上下运动。进一步可选地，控制单元70还可以控制调节阀门37的开口度，从而控制通过空气导入孔36流入真空罩30的外部空气的流量，以维持真空罩30内的均衡压力，防止掩模板沿与重力相反的方向变形。

为了更精确地控制真空罩30内的负压的大小，根据本公开的一个实施例，如图2所示，接近式曝光装置100还可以包括负压测量装置80，用于测量真空罩30内的负压的大小，并将测量结果发送给控制单元70。负压检测装置80例如在真空罩30中安装在装载台10的内壁上。控制单元70根据负压测量装置30的测量结果控制泵送机构40的泵送操作和/或调节阀门37的开口度。例如，控制单元70中预先存储对应不同类型掩模板的参考负压值，以作为目标压力，并将负压测量装置80传送的负压值与对应的参考负压值相比较，根据比较的结果相应地控制泵送机构40的泵送操作和/或调节阀门37的开口度，直到负压测量装置80测得的负压值基本上等于目标压力。

在曝光装置安装地处于标准大气压的情况下，参考负压V的计算可采用如下公式：

V＝101325Pa-(M_mask×g)/L_mask×W_mask……(1)

其中，M_mask为掩模板的重量，L_mask为掩模板的长度，W_mask为掩模板的宽度，g为设备安装地的重力加速度。参考负压V表示抵消重力所需要的真空度。本领域的技术人员可以理解，当曝光装置安装地不是标准大气压的情况下，可以用当地的实际气压代替上述的标准气压值101325Pa来修改上述公式(1)。

此外，还可以根据不同曝光装置对真空度进行校准，测试不同真空度下特定掩模板形变量及曝光效果，找到适合不同设备的参考负压值，作为目标压力，本发明对此不做限定。当真空罩内达到了合适的真空度时，掩模板变形可基本消除。

图7示出了根据图2所示的接近式曝光装置100的一个示例的控制系统的方框图。如图7所示，该控制系统包括控制单元70、负压测量装置80、泵送机构40、调节阀门37和驱动机构60。控制单元70从负压测量装置80接收负压测量结果，并根据负压测量结果相应地控制泵送机构40和/或调节阀门37的操作。并且，控制单元70还根据用户输入指令控制驱动机构60以驱动保持器20上下移动，以便于装载和卸载掩模板11。控制单元70可通过有线方式与负压测量装置80、泵送机构40、调节阀门37和驱动机构60连接，也可通过无线方式与负压测量装置80、泵送机构40、调节阀门37和驱动机构60通讯，以实现控制。

以下说明如图2所示的接近式曝光装置100的曝光过程。图8示出了如图2所示的接近式曝光装置的曝光过程的流程图。图8a示出了装载掩模板的过程的流程图；以及图8b示出了卸载掩模板的过程的流程图。

如图2和8所示，曝光过程包括：首先，将掩模板11装载在保持器20上，以与待曝光基板对置(S1)。此时，如图3所示，在装载台10、真空罩30和掩模板11之间形成密封空间31。接着，利用泵送机构40抽吸真空罩30中的空气，以在掩模板11的上方形成负压状态(S2)。再接着，通过掩模板11对待曝光基板照射曝光光线，以对基板进行曝光(S3)。在曝光的过程中，维持真空罩30的负压状态。因此，由于通过泵送机构40在真空罩30中形成负压状态，抵消了重力对掩模板11的作用，防止掩模板11由于重力作用而挠曲变形，使掩模板11始终保持水平状态。这样可以使得掩模板与待曝光基板之间的间隙保持均匀，保证了曝光装置的曝光精度。

根据一个实施例，如图2和8a所示，将掩模板11装载在保持器20上包括：首先，在液压驱动机构60的作用下驱动保持器20远离装载台10移动，例如向下移动200-220mm，以在保持器20上方留出装载掩模板11所需的空间(S11)。接着，利用所述空间将掩模板11装载到保持器20(S12)上。具体地，可以首先将掩模板11放置在准备曝光的曝光位置，例如，可以利用机械臂将掩模板传送至曝光位置，然后，朝向装载台10移动保持器20至曝光位置并装载掩模板11，以准备好曝光；或者，可以首先将掩模板11装载到保持器20上，然后，朝向装载台10移动保持器20至曝光位置，以准备好曝光。由此，防止了因为装载台10上安装了真空罩30导致掩模板11装载不方便。

类似地，如图2和8b所示，当曝光完成后，从保持器20上卸载掩模板11包括：首先，逐步去除真空罩30的负压状态。例如减小泵送机构40的抽吸速率，直到关闭泵送机构。或者，增加空气导入孔36的调节阀门37的开口度，将外部空气引入真空罩30中以去真空(S41)。接着，远离装载台10移动保持器20。例如，利用驱动机构40驱动保持器20向下移动200-220mm，以在保持器上方留出卸载掩模板11的足够空间(S42)。接着，利用该空间从保持器20上卸载掩模板(S43)。例如，利用机械臂将掩模板11从保持器20上取下。由此，防止了因为装载台10上安装了真空罩30导致掩模板11卸载不方便。

可选地，在曝光的过程中，可以测量真空罩30中的负压的大小，并根据测量结果通过控制单元70控制泵送机构40的泵送操作或调节阀门37的开口度，以便于在真空罩30中维持恒定负压。这样可以消除重力对掩模板中间部位的弯曲作用，保持曝光间隙一致，从而更好地保证曝光装置的曝光精度。

如上所述，根据本公开各实施例的接近式曝光装置，通过在装载台上方增加一个真空罩，通过吸真空方法消除重力对掩模板的影响。同时，在真空罩上设置空气导入孔和空气导出孔。掩模板曝光时，通过经由空气导出孔对真空罩抽真空，同时通过空气导入孔适当地导入外部空气，维持真空罩内真空度的平衡。这样一方面抵消重力的影响，同时防止真空罩负压过大的问题，保证掩模板无变形，从而保持曝光间隙一致，保证曝光装置的曝光精度。同时可以在低间隙曝光时，能有效降低掩模板被划伤的风险。

另外，通过改进保持器驱动机构的工作方式，使其在掩模板装载和卸载时，向下移动保持器，在保持器上方预留出足够空间用于装载和卸载掩模板，使得掩模板装载和卸载过程更加容易。

进一步地，本公开的实施例的接近式曝光装置能够精确控制真空罩中的负压的大小，有效解决了掩模板重力形变问题，无需根据每台不同曝光机而制定相应的掩模板，降低掩模板制造成本。

此外，根据本公开实施例的接近式曝光装置中，真空罩、泵送机构和连接管路均设置于装载台的外部，无需对装载台进行大的改造，即可以方便地对现有的接近式曝光装置进行升级。

上述实施例仅例示性的说明了本公开的原理及构造，而非用于限制本公开，本领域的技术人员应明白，在不偏离本公开的总体构思的情况下，对本公开所作的任何改变和改进都在本公开的范围内。本公开的保护范围，应如本申请的权利要求书所界定的范围为准。