一种直写光刻机构及其曝光方法与流程

本发明涉及光刻技术领域，尤其涉及一种直写光刻机构及其曝光方法。

背景技术：

光刻技术广泛应用于半导体和pcb生产领域，是制作半导体器件、芯片和pcb板等产品的工艺步骤之一，其用于在基底表面上印刷特征图形，最终获得依据电路设计所需的图形结构。传统的光刻技术需要制作掩膜的母版或者菲林底片进行曝光操作，制作周期长，且每一版对应单一图形，不能广泛应用。为解决传统光刻技术的问题，直写光刻机构应运而生，其利用数字光处理技术，通过可编程的数字反射镜装置实现编辑不同的所需的图形结构，能够快速切换图形，其不仅可以降低成本，还可以减少制程的时间，正广泛应用于光刻技术领域。

光刻的原理是通过曝光的方法将掩膜图像转移到涂覆于基底表面的光刻胶上，然后通过显影、刻蚀等工艺，最终获得所需的图形结构。光刻胶是光刻工艺中的关键材料之一，常用的光刻胶包括油墨、防焊油墨等，也可分为干膜、湿膜等多种材料，其通过光照后形成相对于某些溶剂的可溶物或者不可溶物，通过刻蚀去除或者保留所述光刻胶，形成所需的图形结构。在光刻工艺中，一般包括清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。对准曝光的过程中，所述光刻机的曝光时间受限于所述光刻胶的感光特性，曝光时间难以减少，降低了设备的效率。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种减少曝光时间提高设备利用率的直写光刻机构及其方法。

本发明的一种直写光刻机构，其包括光源模组、曝光系统和放置待曝光基板的基板平台，曝光模组将光源模组的光线投影到所述基板上，其特征在于：其还包括至少一个升温装置，所述升温装置包括热源，所述热源投射热能量至所述基板，使得所述基板的温度升高。

进一步的，所述热源为投射光源。

进一步的，所述投射光源为红外线光源。

进一步的，所述投射光源的光线通过曝光系统投射至所述基板。

进一步的，所述投射光源的光线通过光源系统和曝光系统投射至所述基板。

进一步的，所述升温装置包括微反射镜阵列，所述投射光源的光线通过所述微反射镜反射至所述基板。

进一步的，所述热源投射的区域为所述放置于所述基板平台上的基板即将要进行曝光的区域，或者正在进行曝光的区域，或者曝光完成的区域，或者上述区域的任意两个区域，或者同时包含上述三个区域。

进一步的，所述热源投射的区域可以与所述投影镜头一次曝光投影的区域重合，或者所述热源投射的区域的面积是所述投影镜头一次曝光投影区域面积的整数倍。

进一步的，所述升温装置还包括控制器，所述控制器控制所述热源的功率和投射区域。

进一步的，所述热源包含多个单元热源。

进一步的，所述单元热源的投射区域的组合为所述热源的投射区域。

进一步的，所述单元热源的投射区域与所述热源的投射区域相同。

上述直写光刻机构的曝光方法为，在所述曝光系统对所述基板进行曝光的同时，所述升温装置预加热所述即将进行曝光的基板的相应区域，或者所述升温装置在所述曝光系统曝光的同时加热相应的曝光区域，或者所述升温装置在所述曝光系统曝光后加热相应的区域，或者所述升温装置对所述三个区域的任意组合的区域进行加热。

进一步的，所述升温装置根据投影图形的不同，控制所述热源投影至所述曝光区域的热能量的不同。

进一步的，所述升温装置根据所述光刻胶的材料不同，所述热源的波长不同等差异特性，调整所述热源的功率。

进一步的，所述升温装置的控制器控制所述单元热源的投射区域和/或者所述单元投射光源的功率。

进一步的，所述升温装置的控制器控制所述单元热源的开启和关闭。

通过上述升温装置的使用，使得所述基板在进行曝光的过程中提前预升温，或者在曝光的过程中进行升温处理，或者曝光完成后进行升温处理提高了光聚合反应的效率，缩短了光聚合反应的时间，进而缩短了光刻机的曝光时间，提高了光刻机的效率。

附图说明：

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为直写光刻机构的整体结构示意图；

图2为直写光刻机构系统框图；

图3为基板区域示意图；

图4a为升温装置投射的区域为即将要进行曝光的区域的示意图；

图4b为升温装置投射的区域为正在进行曝光的区域的示意图；

图4c为升温装置投射的区域既包含将要进行曝光的区域b，又包含正在进行曝光的区域a的示意图

图4d为升温装置投射的区域既包含将要进行曝光的区域b，又包含正在进行曝光的区域a，还包含完成曝光的区域c的示意图。

图5为单元热源的投射区域示意图；

图6为热源一实施例结构示意图。

具体实施方式：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。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发明的概念。

如图1所示，一种直写光刻机构包括底座1、龙门机构2、曝光系统3、对位模组4、多轴运动平台(5、6、7)和基板平台8。所述底座1上设置有所述龙门机构2和多轴运动平台(5、6、7)，所述多轴运动平台(5、6、7)上设置有所述基板平台8，所述龙门机构上设置有所述对位系统4和所述曝光系统3。其中所述多轴运动平台(5、6、7)带动所述基板平台在x方向、y方向和z方向运动，所述对位系统4和曝光系统3可固定设置与所述龙门机构2，也可滑动设置于所述龙门机构2。

所述多轴运动平台(5、6、7)包括所述多轴运动平台包括y轴运动组件6、x轴运动组件5及z轴运动组件7，所述y轴运动组件6固定在大理石底座1上，所述x轴运动组件5固定在y轴运动组件6上，所述z轴运动组件7固定在x轴运动组件5上。所述x轴运动组件5带动所述基板平台8沿x方向运动，所述y轴运动组件6带动所述基板平台8沿y方向运动，所述z轴运动组件7带动所述基板平台8沿z轴垂直运动。

如图2所示，上述光刻机构中，还可以可选的包括：

料号系统，用于将输入的不同cad矢量设计文件格式转换为包含轮廓化无交叠多边形图形的中间数据格式；

rip模块，用于将中间数据格式实时膨胀、偏移和旋转，并转换成条带图形，并将条带图形进行y方向拉伸，然后栅格化后形成栅格化的条带点阵图形；

数据处理系统，用于实现条带点阵图形的分块化、图形发生器化、x方向拉伸和图形发生器帧化；

位置矫正模块，用于实现和曝光系统、数据处理系统、运动平台模组和光源模块的双向数据通信；

光源模组，用于实现和位置矫正模块、主控模组和能量矫正模块的双向通信，并为照明系光学组提供可控稳定的大功率光源；

照明系光学组，用于实现将光源模组提供的大功率光源转换到能够覆盖整个图形发生器有效像素阵列的面光源；

图形发生器，为可独立寻址和控制的像素阵列；

主控模组，用于实现和曝光系统、光源模组、能量矫正模块和自动聚焦模组的双向通信；

能量矫正模块，用于实时在线监控照明系光学组以及定时监控投影镜头模组到感光材料表面的光能量波动，实现驱动光源模组改变出光功率大小及闭环控制；

自动聚焦模组，用于实现拖动投影镜头模组在与焦面垂直的方向上移动；

运动平台模组，用于实现在曝光系统的驱动下匀速扫描高速运动的指定坐标地点；

对位模组，由至少一个ccd或cmos相机、一个与ccd或cmos相机匹配的投影成像镜头、一对导轨，一个联轴器、一个丝杆和一个带有编码器的伺服马达或一对定动子和光栅尺构成。

曝光系统，包含投影镜头模组，由至少5片光学透镜组成；所述曝光系统驱动并分别与rip模块、位置矫正模块、主控模组、运动平台模组和对位模组实现双向通信；

上述是光刻机的一种实施例，本发明并不限于应用于上述光刻机。

在曝光过程中，将涂覆有光刻胶的基板放置于所述基板平台8，对位系统4对所述基板进行对位，对位系统4获得所述基板的位置信息，通过所述对位信息进行曝光操作，曝光系统3根据图形信息将光源的光线投射到基板平台8上基板的曝光区域，所述光线引发所述基板上的光刻胶进行光聚合反应。所述光刻胶的聚合反应的速度与温度有关，通过升高发生光聚合反应基板的温度，可以加速光聚合反应的速度，这样可以减少所述所需的曝光时间，进而提高直写光刻机的速度。

为了实现加速光聚合反应的速度，所述光刻机还包括升温装置9，所述主控模块可以控制所述升温装置9。所述升温装置9包括热源，所述热源照射放置于所述基板平台上的基板，对所述基板进行升温处理。所述热源为投射光源，所述投射光源包括红外线光源，或者其他可以促进所述基板升温，并且不会引起所述光刻胶化学变化的其他光源。所述热源还可以是其他能够投射热能量的器件，如加热丝、热风等。

所述升温装置9的热源可以直接投射光能量至所述基板。或者若所述热源为投射光源，所述升温装置9也可以合并在所述光源系统内，所述投射光源的光线通过所述光源系统和所述曝光系统投射至所述基板；所述升温装置也可以合并在所述投影系统内，所述投射光源的光线通过所述投影系统投射至所述基板。所述升温装置可以设置于光刻机内，也可以独立于光刻机存在。

下面通过实施例进行说明，其仅为了方便本领域技术人员理解本发明的思想，而非对于本发明的限制。

如图3所示，区域a为所述基板正在进行曝光的区域，区域b为所述基板即将要进行曝光的区域，区域c为基板完成曝光的区域。

如图4a-4d所示，所述升温装置投射的区域为所述放置于所述基板平台上的基板10即将要进行曝光的区域b；或者正在进行曝光的区域a；或者为基板10完成曝光的区域c；或者既包含将要进行曝光的区域b，又包含正在进行曝光的区域a；或者既包含将要进行曝光的区域b，又包含完成曝光的区域c；或者既包含正在进行曝光的区域a，又包含完成曝光的区域c；或者既包含将要进行曝光的区域b，又包含正在进行曝光的区域a，还包含完成曝光的区域c。所述热源照射的区域；与所述投影镜头一次曝光投影的区域有关。所述热源照射的区域可以与所述投影镜头一次曝光投影的区域重合，或者所述热源照射的区域的面积是所述投影镜头一次曝光投影区域面积的整数倍，其中，所述热源照射区域在x方向的长度是所述投影镜头投影区域在x方向长度的整数倍，或者所述热源照射区域的长度在y方向的长度为所述投影镜头投影区域在y方向长度的整数倍。所述x方向为所述投影镜头横向排列的方向，所述y方向为所述投影镜头纵向扫描的方向。

所述热源的数量与所述热源照射的区域面积有关，若所述热源照射的区域与所述投影镜头一次曝光投影的区域重合，或者所述热源照射区域的长度在y方向的长度为所述投影镜头投影区域在y方向长度的整数倍，所述热源的数量与所述投影镜头的数量相同。若所述热源照射区域的长度在x方向的长度为所述投影镜头投影区域在x方向长度的整数倍，则根据所述倍数关系，确定所述热源的数量，较佳的，所述投影镜头的数量为所述热源数量的整数倍。如：所述热源照射区域的长度在x方向的长度为所述投影镜头投影区域在x方向长度的2倍，所述投影镜头的数量为4个，则相应的所述热源的数量为2个；所述热源照射区域的长度在x方向的长度为所述投影镜头投影区域在x方向长度的3倍，所述投影镜头的数量为6个，则相应的所述热源的数量为2个。

所述升温装置9还包括控制器，所述控制器控制所述热源的功率，根据所述光刻胶的材料不同，所述热源的波长不同等差异特性，以及由于要投影到所述基板的图形不同，投影到所述基板上的光能量不同，所述基板投影区域的温度分布也不同。所述控制器通过调节所述热源的功率和/或者投射区域的范围，控制所述升温装置的升温指数。

如图5所示，所述升温装置9中的每个热源包含多个单元热源，所述单元热源的投射区域的组合为所述热源的投射区域，控制装置可以根据需要控制所述热源，通过打开或者关闭所述单元热源，控制所述热源的投射区域，同时，控制所述单元热源的功率，控制所述热源的功率。如图所示，所述热源包括四个单元热源，分别投影的区域为a、b、c、d四个区域，根据所述投影至所述a、b、c、d四个区域的图像结构不同，所述a、b、c、d四个区域的所接收的光能量不同，所述控制装置调节所述单元热源的功率，使得所述a、b、c、d四个区域所接收的总的能量相同，即所述的四个区域所接收的所述光影投影至所述基板的光能量和所述单元热源所投射至所述基板的热能量的总和相同。最终使得所述基板所处的温度均相同，所述光聚合反应的速率也均相同。上述虽然是给出四个单元热源的实施例，但是其并不是对于本发明的限制，所述单元热源的数量足够多，以满足对于所述基板各区域间不同的升温需求。所述单元热源投射的区域的图形也不限于正方形、长方形、圆形、三角形、梯形等规则或者不规则图形。

所述升温装置9中的每个热源包含多个单元热源，多个所述单元热源的投射区域与所述热源的投射区域相同，所述控制装置根据需要控制所述热源，通过打开或者关闭所述单元热源，控制所述热源的功率。

如图6所示，当所述热源为投射光源时，所述升温装置9可以包含数字微反射镜阵列，所述控制单元控制所述微反射镜阵列所形成的图形结构，所述热源发出的光线通过所述微反射镜整列投射至所述基板，更加精细的控制所述升温装置对所述基板的升温处理。

所述升温装置9可以置于所述龙门机构上，或者置于所述龙门机构的对侧；或者平行于所述龙门机构设置，其高度可以高于所述龙门机构，也可以低于所述龙门机构；或者垂直于所述龙门机构设置，或者其他可能的位置。只要使得所述升温装置的投射区域位于所述放置于所述基板平台上的基板上的对应区域。并且也可以通过其他光学装置，使得所述升温装置的投射区域位于所述放置于所述基板平台上的基板上的对应区域；所述升温装置9也可以独立于所述光刻机设置。

上述直写光刻机构对基板进行曝光时，在所述曝光系统对所述基板进行曝光的同时，所述升温装置预加热所述即将进行曝光的基板的相应区域，或者所述升温装置在所述曝光系统曝光的同时加热相应的曝光区域，所述升温装置在所述曝光系统曝光后加热相应的区域，或者为所述三个区域的任意组合。所述三个区域的任意组合包括但不限于所述升温装置既预加热所述即将进行曝光的基板的相应区域，又在所述曝光系统曝光的同时加热相应的曝光区域；所述升温装置既预加热所述即将进行曝光的基板的相应区域，又加热所述曝光系统曝光后的区域；所述升温装置既在所述曝光系统曝光的同时加热相应的曝光区域，又加热所述曝光系统曝光后的区域；所述升温装置同时加热三个区域。预加热所述基板，可以使得所述基板开始曝光时，即处于高效的光聚合反应；在基板曝光的过程中进行加热，可以在曝光的同时，加速光聚合反应；在基板曝光后进行加热，可以使得所述基板虽然曝光时间减少，仍可以获得相同的光聚合反应效果。

通过上述升温装置9的使用，使得所述基板在进行曝光的过程中提前预升温，或者在曝光的过程中进行升温处理，或者在曝光后进行升温处理，通过在曝光过程中的不同阶段进行升温处理，提高了光聚合反应的效率，缩短了光聚合反应的时间，进而缩短了光刻机的曝光时间，提高了光刻机的效率。