一种倒置接触式光学曝光光刻设备及曝光方法
技术领域
本发明涉及接触式曝光光刻设备技术领域，具体为一种倒置接触式光学曝光光刻设备及曝光方法。
背景技术
现如今随着半导体和集成电路制造行业的发展，光刻技术逐渐成为集成电路制造的关键之处。广义上来讲，光刻技术即半导体和集成电路制造中利用光学和化学反应原理等方法，将金属电极、半导体元器件等电路结构图形复制到在基材上(例如金属层、半导体层和介电材料层)，形成所需图形的工艺技术。
当前主要用于结构图形加工的技术有：接近式曝光光刻技术、投影式曝光光刻技术、电子束曝光光刻技术、接触式曝光光刻技术等。
接触式曝光光刻技术即涂有光刻胶的基片与光刻版直接接触。更具体的讲：将光刻胶涂覆于基片上后进行预烘，其次将紫外光通过光刻版照射到基片表面，曝光区域的光刻胶发生化学反应；再通过显影技术溶解去除曝光区域或未曝光区域(前者为正性光刻胶，后者为负性光刻胶)，使光刻版上的图形复印到光刻胶薄膜上。接触式曝光具有分辨率高、复印面积大、复印精度好、曝光设备简单、操作方便和生产效率高等特点。但当掩膜版与硅片接触和对准时，容易损伤和沾污光刻版，影响成品率和光刻版寿命，对准精度的提高也受到较多的限制。接触式曝光适用于分立元件和中、小规模集成电路的生产。但本发明将光刻版倒置可以减少接触式光刻方法对光刻版的损伤和沾污，并且设备便宜、结构简单、灵活性强、高可靠性(效果良好，阵列结构光源，出光均匀)，适用于小规模器件的制造。下文对本发明进行进一步的详细说明。
接近式曝光光刻技术与接触式曝光光刻技术相似，但区别在于在曝光时硅片和掩膜版之间保留有很小的间隙(间隙一般在10～25μm之间)，此间隙可以大大减少对掩膜版的损伤。是由于光源衍射导致接近式曝光的分辨率较低，一般在4 μm左右，因此接近式曝光光刻技术只能应用于图形尺寸较大的集成电路生产线中；
投影式曝光是利用光学投影成像的原理，通过投影物镜、透镜或反射镜将光刻版上的图形投影到衬底上的曝光方法。投影曝光光刻技术能够得到较高的分辨率，并且由于掩膜版与硅片之间的距离较远，可以避免对光刻版的损伤和污染。但是投影式曝光设备结构复杂、设备成本高，很少应用在小批量的器件结构加工。
电子束曝光(EBL)技术和激光直写技术已经成为超微纳加工最常用的技术手段，但是它的商业化应用还是存在着很大的阻碍，主要原因有：一是设备价格高昂；二是采用直写的方式进行精细结构加工，加工效率非常低，很难实现大面积结构图形的制造。电子束直写光刻技术无法实现高效、低成本和大面积微纳结构加工的需求，因而极大降低了其产业化的应用价值，更无法运用到大规模的工业量产化中。
因此，如何达到制造设备价格低廉、设备结构简单、操作方便、灵活性强、高可靠性的要求，并且能够减少对光刻版的损伤，适于小元件和中、小规模集成电路的生产，成为现有结构图形加工领域亟需解决的问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种倒置接触式光学曝光光刻设备及曝光方法，接触式光学曝光光刻设备能够达到出光均匀且效率高、基板高度可调、曝光时间可控的实验效果，并降低了对光刻版的磨损。
(二)技术方案
针对现有接触式光学曝光光刻设备的不足，进行进一步优化，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种倒置接触式光学曝光光刻设备，包括水平设置的基板，所述基板的下端边缘通过多个可拆卸式安装的杆架连接有光学平台，光学平台上设有电源、紫外光源装置和时间继电器；
所述紫外光源装置与电源、时间继电器通过导线相连接；
所述基板的顶端中部开设有自上而下依次向内收缩的放置槽，且基板的四个边缘角均倒角为圆弧边；
所述光学平台水平设置，用于保持光刻设备水平放置并固定光刻设备的位置；
所述时间继电器用于根据不同条件控制曝光时间。
作为本技术方案的进一步优化，所述紫外光源装置包括对应设置在放置槽下方位置的透镜，透镜通过多个支架安装在安装座的上端，安装座固定在光学平台的上端面，透镜与安装座之间形成有密闭的灯光腔，灯光腔内设有多个阵列分布的LED芯片，多个LED芯片的底部设有用于保证光刻设备在工作温度下长期工作的散热片。
作为本技术方案的进一步优化，所述杆架为电动升降杆架,且杆架的伸缩端上设有用于准确调节基板高低的刻度线。
作为本技术方案的进一步优化，所述透镜为弧形向上凸起的凸镜结构，用于封装和保护所述LED芯片，并保证阵列的LED芯片出光均匀。
针对现有接触式曝光方法的不足，进行进一步优化，基于上述倒置接触式光学曝光光刻设备的曝光方法，曝光方式为接触式曝光，所述方法具体步骤如下，
S1、将光刻版悬空倒置在基板的放置槽内；
S2、将基片旋涂上正性光刻胶并正面放置于光刻版背面上；
S3、紫外光源装置的紫外光透过光刻版照射在附有光刻胶的基片表面，形成显影；
S4、采用正性显影工艺去除曝光区域的光刻胶，在基片表面形成曝光图形。
作为本技术方案的进一步优化，步骤S1中，所述光刻版的正面朝下，背面朝上。
作为本技术方案的进一步优化，步骤S2中，所述基片为硅片。
作为本技术方案的进一步优化，步骤S2中，所述基片的背面上粘附具有配重的透明规则物体。
(三)有益效果
本发明实施例提供了一种倒置接触式光学曝光光刻设备及曝光方法，具备以下有益效果：
1.本发明的紫外光源装置采用阵列结构，保证了光源的出光稳定；透镜用于封装所述LED芯片，用于保护LED芯片，保证阵列的LED芯片出光均匀，且保证出光为平行光；散热风扇位于光源底部，保证光刻设备在正常工作温度下工作，防止设备使用时间过长、散热不均匀。
2.本发明所述基板设计出不同尺寸的凹槽，方便放置不同尺寸的光刻版，基板四角为圆弧边，防止被划伤。
3.本发明中杆架为升降杆架，可以根据不同情况调节基板高低，并且杆架设计有精准的刻度能够准确调节基板高低，配合时间继电器可根据不同条件控制曝光时间，曝光时间可控。
4.本发明将紫外光源装置放置于整个设备下方，即将紫外光源装置放置在基板下方，因此可以将光刻版倒置在基板上，光刻版正面朝上，背面朝上，基材光刻便捷。
5.本发明提供的光刻设备制造简单、价格低廉，出光均匀且效率高，基板高度可调、曝光时间可控，效果良好，出光均匀，适用于小元件和中、小规模集成电路的生产。
6.本发明提供的曝光方法，将基片对准光刻版放置，这大大降低了对光刻版的磨损，并且透过透明物体可以清晰看到基片是否对准光刻版，便于校准，因此本发明提出的方法不仅降低了对光刻版的损伤，而且实验效果好。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种倒置接触式光学曝光光刻设备及曝光方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1为本发明中倒置接触式光学曝光光刻设备的结构示意图；
图2为为本发明中倒置接触式光学曝光光刻设备的紫外光源装置示意图；
图3为本发明中倒置接触式光学曝光光刻设备的紫外光源装置正视图；
图4为本发明中倒置接触式光学曝光光刻设备的基板俯视图。
图中：基板1、放置槽11、杆架2、电源3、紫外光源装置4、透镜41、LED 芯片42、支架43、散热片44、安装座45、时间继电器5、光学平台6。
具体实施方式
下面结合附图1-4和实施例对本发明进一步说明：
一种倒置接触式光学曝光光刻设备，包括水平设置的基板1，基板1的下端边缘通过多个可拆卸式安装的杆架2连接有光学平台6，光学平台6上设有电源3、紫外光源装置4和时间继电器5；
所述紫外光源装置4与电源3、时间继电器5通过导线相连接，可以准确控制曝光时间；
本实施例中，如图1和4所示，所述基板1的顶端中部开设有自上而下依次向内收缩的放置槽11，方便放置不同尺寸的光刻版，且基板1的四个边缘角均倒角为圆弧边，防止划伤；
本实施例中，如图1所示，所述光学平台6水平设置，起到支撑作用，并用于保持光刻设备水平放置并固定光刻设备的位置；
所述时间继电器5用于根据不同条件控制曝光时间。
本实施例中，如图2-3所示，所述紫外光源装置4包括对应设置在放置槽11 下方位置的透镜41，透镜41通过多个支架43安装在安装座45的上端，安装座45固定在光学平台6的上端面，透镜41与安装座45之间形成有密闭的灯光腔，灯光腔内设有多个阵列分布的LED芯片42，阵列的LED芯片出光均匀，且保证出光为平行光，可靠性高，多个LED芯片42的底部设有用于保证光刻设备在工作温度下长期工作的散热片14，防止设备使用时间过长、散热不均匀。
可以理解的是，本实施例与其他接触式光学曝光光刻设备不同，本发明将紫外光源装置放置于整个设备下方，即将紫外光源装置放置在基板下方，因此可以将光刻版倒置在基板上。
本实施例中，如图1所示，所述杆架2为电动升降杆架,且杆架2的伸缩端上设有用于准确调节基板1高低的刻度线。
本实施例中，如图1-3所示，所述透镜41为弧形向上凸起的凸镜结构，用于封装和保护所述LED芯片42，并保证阵列的LED芯片42出光为平行光且出光均匀。
本实施例中，如图1所示，倒置接触式光学曝光光刻设备整体组合后，达到制造设备价格低廉、设备结构简单、操作方便、灵活性强、可靠性高，效果良好，阵列结构光源，出光均匀，并且能够减少对光刻版的损伤，适用于小元件和中、小规模集成电路的生产。
本发明还提供了基于上述倒置接触式光学曝光光刻设备的曝光方法，该方法具体步骤如下：
S1、将光刻版悬空倒置在基板1的放置槽11内，光刻版的正面朝下，背面朝上；
S2、将基片旋涂上正性光刻胶并正面放置于光刻版背面上，在放置之前，可将旋涂有正性光刻胶薄膜的基片进行预烘，保证正性光刻胶的作用发挥，基片可为硅片，硅片的材质可有效的保证后续良好的显影作用；
其中，基片的背面上粘附具有配重的透明规则物体，透过透明规则物体可以清晰看到基片是否对准光刻版，便于校准，实验效果好；
S3、紫外光源装置4的紫外光透过光刻版照射在附有光刻胶的基片表面，形成显影；
S4、采用正性显影工艺去除曝光区域的光刻胶，曝光区域的光刻胶与显影液发生化学反应，在基片表面形成曝光图形，随后，再依次进行定影、刻蚀或沉积等工艺，保证结构图形的加工。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。
