1.本发明属于光刻设备技术领域，具体涉及一种接近接触式曝光装置。


背景技术：

2.接近接触式曝光机广泛应用于集成电路制造、微机电器件制造、晶圆级先进封装制造、显示面板制造、led器件制造、印刷电路版制造、触摸屏制造、太阳能光伏制造等工业应用领域。
3.曝光机采用类似照片冲印的技术，将掩模版上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片或基板或印刷电路板等(以下统称：工件)上。曝光机一般分为：接近接触式曝光机、激光直写曝光机、步进式投影曝光机、扫描式投影曝光机等。
4.接近接触式曝光机采用接触与非接触(接近)两种方式实现。接触式曝光是将掩模版与光刻胶直接接触，采用这种方法在光刻胶上获得的图形与掩模版完全一致，如图1所示；接近式光刻是在掩模版与光刻胶之间留出一个极小的缝隙(一般为0～500μm)的曝光方式，如图2所示。这两种曝光方式各有优缺点，使用接触式曝光时，掩模版与光刻胶直接接触，曝光分辨率可以达到0.8μm-2μm，但容易造成掩模版的损坏与光刻胶的污染；而采用接近式曝光时，虽然视掩模版和光刻胶间隙的大小，掩模版的损坏与光刻胶的污染得到缓解，但因为光的衍射将导致掩模版投射到光刻胶上的图形分辨率下降，掩模版和光刻胶的间隙距离0-10μm的接近式曝光分辨率为2μm，掩模版和光刻胶的间隙距离10μm以上的接近式曝光分辨率为3μm以上。由于这一矛盾，造成接近接触式曝光机只能用于低端应用和低端产品，高于3um的曝光需求基本都需要采用昂贵的步进式投影曝光机或扫描式投影曝光机，从而增加了设备的成本投入，影响了产品的竞争力。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提出一种接近接触式曝光装置，通过在掩模版与工件上的光刻胶之间增加一张超薄的透光膜，将掩模版和光刻胶隔离开，然后再采用接触式或接近式曝光方式，解决了现有接近接触式曝光机防污染和曝光高分辨率无法兼得的问题。
6.为了实现上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：
7.一种接近接触式曝光装置，用于将掩模图形接近式曝光或接触式曝光至工件上，包括：
8.照明匀光系统，用于产生接近式曝光或接触式曝光所用均匀平行光；
9.工件台，与所述照明匀光系统相对设置，用于放置所述工件；
10.掩模版，设置在所述照明匀光系统与所述工件台之间，设置有掩模图形；
11.透光膜，针对所述均匀平行光具有高透光性，设置在所述工件与所述掩模版之间，用于隔离所述工件所涂覆光刻胶与所述掩模版。
12.进一步的，所述透光膜设置在一透光膜系统上，所述透光膜系统包括第一转轴和第二转轴；所述第一转轴与第二转轴平行设置，用于在所述工件与所述掩模版之间滚动设
置所述透光膜。
13.进一步的，所述均匀平行光为i线、gh线、ghi线、krf曝光光源、arf曝光光源或euv曝光光源。
14.进一步的，所述透光膜的材质为聚酯(pet)膜、聚乙烯膜(pe)、pdms膜、硝化纤维树脂膜或含f的树脂膜。
15.进一步的，接近式曝光时，所述透光膜与所述掩模版和所述工件非贴合设置；接触式曝光时，所述透光膜至少与所述掩模版和所述工件之一贴合设置。
16.进一步的，所述透光膜的厚度区间为纳米级至百微米级。
17.进一步的，所述掩模版支撑或吸附在掩模版台上，所述掩模台固定在第一六自由度的运动机构上；所述第一六自由度的运动机构用于调整所述掩模台的位置和姿态。
18.进一步的，所述工件支撑或吸附在工件台上，所述工件台固定在第二六自由度的运动机构上；所述第二六自由度的运动机构用于调整所述工件台的位置和姿态。
19.进一步的，所述接近接触式曝光装置还包括调焦调平系统，用于通过测量所述工件的光刻胶面与所述掩模版之间的至少两组点间隙，计算所述工件的光刻胶面与所述掩模版之间的间隙和平行度。
20.进一步的，所述接近接触式曝光装置还包括对准系统，设置有对准传感器，用于通过测量所述工件与所述掩模版上的对准标记，建立所述工件与所述掩模版图形之间的坐标关系。
21.进一步的，所述对准系统至少包括上对准机构、下对准机构和中对准机构之一；
22.所述上对准机构应用于工件的上表面设置有对准标记，所述下对准机构应用于工件的下表面设置有对准标记，所述中对准机构设置在所述掩模版与所述工件之间；对准方法为：
23.当所述工件输送到工作区域后，所述上对准机构、下对准机构和/或中对准机构基于设置在所述掩模版和所述工件上的对准标记建立所述工件与所述掩模版之间的位置关系；通过所述位置关系控制所述第一六自由度的运动机构和/或所述第二六自由度的运动机构完成所述工件与所述掩模版之间的位置对准。
24.采用上述技术方案，本发明还能够带来以下有益效果：
25.采用本发明的接近接触式曝光装置，可以使接近接触式曝光机用于3um以下的曝光领域，从而可以部分取代投影曝光机，降低客户的使用成本。
26.本发明的透光膜可为滚动循环设置，能够降低透光膜的更换成本。
27.本发明提出调焦调平系统以及对准系统，且对准系统可灵活设置，能够提高工件与掩模版之间的对准精度以及距离姿态把控。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
29.图1为本发明背景技术中，接触式曝光机的工作原理示意图；
30.图2为本发明背景技术中，接近式曝光机的工作原理示意图；
31.图3为本发明具体实施方式中，一种接近接触式曝光装置的工作原理示意图；
32.图4为本发明具体实施方式中，一种接近接触式曝光装置的结构总装图；
33.图5为本发明具体实施方式中，一种接近接触式曝光装置的爆炸视图；
34.图6为本发明具体实施方式中，一种基于双向镜头对准系统的接近接触式曝光装置示意图；
35.其中：1、基座；2、工件台；3、吸盘；4、工件；5、透光膜；6、掩模台；7、掩模版；8、上对准机构及移进出机构；9、照明匀光系统；10、第一六自由度的运动机构；11、下对准机构。
具体实施方式
36.下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
37.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
39.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
40.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
41.在本发明的一个实施例中，提出一种接近接触式曝光装置，用于将掩模图形接近式曝光或接触式曝光至工件4上，如图3或图5所示，包括：
42.照明匀光系统9，用于产生接近式曝光或接触式曝光所用均匀平行光；
43.工件台2，与照明匀光系统9相对设置，用于放置工件4；
44.掩模版7，设置在照明匀光系统9与工件台2之间，设置有掩模图形；
45.透光膜5，针对均匀平行光具有高透光性，设置在工件4与掩模版7之间，用于隔离工件4所涂覆光刻胶与掩模版7。
46.在一个实施例中，如图5所示，透光膜5设置在一透光膜5系统上，透光膜5系统包括第一转轴和第二转轴；第一转轴与第二转轴平行设置，用于在工件4与掩模版7之间滚动设
置透光膜5。
47.在本实施例中，均匀平行光为i线、gh线、ghi线、krf曝光光源、arf曝光光源或euv曝光光源。
48.在本实施例中，透光膜5的材质为聚酯(pet)膜、聚乙烯膜(pe)、pdms膜、硝化纤维树脂膜或含f的树脂膜。
49.在本实施例中，接近式曝光时，透光膜5与掩模版7和工件4非贴合设置；接触式曝光时，透光膜5至少与掩模版7和工件4之一贴合设置。
50.在本实施例中，掩模版7支撑或吸附在掩模台6上，掩模台固定在第一六自由度的运动机构10上；第一六自由度的运动机构10用于调整掩模台的位置和姿态。
51.在本实施例中，工件4支撑或吸附在工件台2上，工件台2固定在第二六自由度的运动机构上；第二六自由度的运动机构用于调整工件台的位置和姿态。
52.在本实施例中，接近接触式曝光装置还包括调焦调平系统，用于通过测量工件4的光刻胶面与掩模版7之间的至少两组点间隙，计算工件4的光刻胶面与掩模版7之间的间隙和平行度，根据间隙和平行度，通过第一六自由度的运动机构10和第二六自由度的运动机构调节掩模版7与工件4的光刻胶面之间的相对俯仰以及平行距离，使光刻胶面与掩模版7之间的间隙达到接近式曝光工艺需求或接触式曝光工艺需求。
53.在本实施例中，接近接触式曝光装置还包括对准系统，设置有对准传感器，用于通过测量工件4与掩模版7上的对准标记，建立工件4与掩模版7图形之间的坐标关系。
54.在本实施例中，对准系统至少包括上对准机构、下对准机构11和中对准机构之一；
55.上对准机构应用于工件4的上表面设置有对准标记，下对准机构11应用于工件4的下表面设置有对准标记，中对准机构设置在掩模版7与工件4之间；对准方法为：
56.在本实施例中，上对准机构与移进出机构集成在一起，如图5所示，为上对准机构及移进出机构8。当工件4输送到工作区域后，上对准机构及移进出机构8、下对准机构11和/或中对准机构基于设置在掩模版7和工件4上的对准标记建立工件4与掩模版7之间的位置关系；通过位置关系控制第一六自由度的运动机构10和/或第二六自由度的运动机构完成工件4与掩模版7之间的位置对准。上对准机构及移进出机构8、下对准机构11、中对准机构可以在机台上都配置，也可以根据需要仅配置其中一种对准机构。
57.在本实施例中，工件4上的对准标记为结构相同的对准孔或对准图形，对准装置上设置摄像装置或波形发射接收装置，摄像装置的照射角度垂直于工作位，当探测到掩模版7与工件4上的对准孔或对准图形重叠时，则表明掩模版7与工件4已完成对准。
58.在本发明的一个实施例中，接近接触式曝光装置的基本原理示意图如图3所示，图4为其结构总装图，图5为爆炸视图。该装置主要由照明匀光系统9(含光源、快门、反光镜)、掩模台6、掩模版7、透光膜5及透光膜5更换系统、基座1、工件台2、吸盘3、工件4(硅片/pcb等)、上对准机构及移进出机构8、下对准机构11、调焦调平传感器、工件4传输系统和掩模版7传输系统等几部分组成。
59.在本实施例中，光源采用汞灯或激光器，提供i线或gh线或ghi线或krf或arf或euv曝光光源。快门系统用于控制光源的开闭。曝光光源经过快门后由匀光系统将照明光均化为平行照明光，并经过反射镜或照明光路系统中其他光学镜片之后照射进入掩模版7。掩模版7支撑或吸附在掩模台6上，在曝光之前掩模台6通过第一六自由度的运动机构10来调整
掩模版7的位置和姿态。将工件4放置并吸附在吸盘3上，通过工件台2输送到工作区域后，开启快门，曝光光线经过掩模版7后经过透光膜5，然后照射在工件4上的光刻胶上，对工件4表面涂敷的光刻胶进行曝光。在曝光之前工件台2通过第二六自由度的运动机构来调整工件4的位置和姿态。若是接触式曝光模式，则工件4或掩模版7与透光膜5均完全接触或者其中之一与透光膜5完全接触；若是接近式曝光模式，则工件4或掩模版7与透光膜5均接近而不接触。调焦调平系统是通过调焦调平传感器测量硅片上表面和掩模版7下表面的间距，并据此调平工件4和掩模版7，并控制两者之间的间隙。
60.在本实施例中，上对准机构或下对准机构11是指通过对准传感器分别或同时测量掩模版7标记和工件4标记，建立工件4与掩模版7图形之间精确的坐标关系。对准系统可以采用图像识别方式，也可以采用光栅识别方式进行信号测量和提取。上对准机构用于工件4上表面有对准标记的场合：工件4输送到工作区域后，上对准机构将工件4和掩模版7建立位置关系；下对准机构11用于工件4下表面有对准标记的场合：工件4输送到工作区域之前，下对准机构11首先获取掩模版7的坐标位置，再将工件4输送到工作位置，下对准机构11再获取工件4的坐标位置，从而将工件4和掩模版7建立位置关系。若采用上对准机构时，需要具备移进移出的机构，以确保上对准机构不会影响曝光光路。此外，也有些接近接触式曝光机采用在掩模版7和工件4之间安装可以同时测量掩模版7和工件4的双向镜头对准系统，如图6所示，该种对准系统也需要具备移进移出的机构，以确保对准系统不会影响曝光光路。
61.在本实施例中，吸盘3和掩模台6系统均采用电机驱动方式实现水平和垂向的xyzrxryrz多自由度运动，如图5所示，工件台2由xyzrxryrz多自由度运动调整吸盘3，第一六自由度运动机构用于调整掩模台6。
62.在本实施例中，工件4传输系统用于给曝光机自动取放工件4；掩模版7传输系统用于给曝光机自动取放掩模版7。当曝光机采用手动或半自动上下片或上下版时，则不需要全自动的工件4传输系统或掩模版7传输系统。
63.本实施例中透光膜5是采用roll-to-roll的方式进行更换的。透光膜5的更换可以每曝光一张工件4就进行一次更换，也可以曝光多张工件4后再进行一次更换，从而节省透光膜5的消耗。当然，透光膜5也可以采用自动张膜机构，每次需要更换膜时张一张膜然后进行人工或自动更换，甚至可以把透光膜5直接贴在工件4上的光刻胶的表面，然后通过掩模版7接触或接近式进行曝光等。本专利主要是保护在工件4上的光刻胶与掩模版7之间透过透光膜5进行曝光的曝光装置及其方法，而对于透光膜5的更换细节不做过多的限制。
64.现有的接近接触式曝光机支持单面对准和曝光，也支持双面对准和曝光，相关技术均是公知技术。因此，通过在双面曝光机上增加本专利提出的光刻胶和掩模版7之间具有透光膜5的相关设计均落入本专利的范围。
65.本装置实施例中，透光膜5可以采用聚酯(pet)膜、聚乙烯膜(pe)、pdms膜；硝化纤维树脂膜(high-molecular-weight nitrocellulose polymers)；含f的树脂膜(amorphous fluoropolymers)，如聚四氟乙烯(teflon)；以及含f的聚合物膜等透光膜5。膜的厚度可以从纳米级厚度到百微米级厚度。凡是可用于透过上述提到的其中之一光源的透光膜5均在此专利保护范围内。
66.本装置实施例中，工件4可以是晶圆级玻璃、平板型玻璃、晶圆级模封物(mold compound wafer)、平板型模封物(mold compound plate)、晶圆级硅片、太阳能基板或pcb
板，但并不局限于此处所列举的，应当以实际工艺需求为准。
67.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。