图形化直显布光的光刻掩膜版、制备方法及成像装置

技术领域

本发明属于光刻掩膜版技术领域，具体地涉及一种图形化直显布光的光刻掩膜版、制备方法及成像装置。

背景技术

半导体光刻掩膜版是半导体芯片结构制程中必不可少的器件结构制作工具，整个半导体芯片结构都是通过图像掩膜制作出来的，光刻掩膜版是一种高精密的图像转移工具，在芯片工艺中起到结构层与结构层之间的衔接作用。目前传统掩膜版主要以透明石英玻璃或苏打玻璃作为基板，在基板上利用磁控溅射蒸镀金属Cr层作为掩膜体材料，用激光直写的方式制作母版图形，通过光刻、显影、刻蚀等半导体工艺，对母版图形进行复制制作子版，母版和子版称作为掩膜版。传统掩膜版中每一块掩膜版对应一种掩膜图形，掩膜图形随着掩膜版的制成，图形是固定不变的，在芯片制程工艺中，随着芯片结构的变化，所用到不同图形的掩膜版也会增多，每涉及到一道光刻工艺，都要更换一次掩膜版，多道光刻工艺之间的套刻误差也会随之叠加，套刻工序越多，误差就越大。传统掩膜版是通过UV光源照射在掩膜版上实现布光的，随着掩膜图形线宽尺寸的变小，透过掩膜版的UV光会出现衍射效应，从而影响晶圆成像效果。

例如公告号为CN 105549319 A的发明专利公开了一种掩膜版，具有图形控制层，该图形控制层包括透光单元、与各个透光单元相连的控制电路；所述控制电路与各个透光单元相连，用于控制每一个透光单元在透光状态和不透光状态之间进行转换，以形成不同的掩膜图案。该方法虽然可以通过控制电路对各个透光单元进行控制，使得该掩膜版能够提供不同的掩膜图形。但是其用于制作半导体芯片的结构时，仍然需要通过UV光源照射在掩膜版上实现布光，随着掩膜图形线宽尺寸的变小，透过掩膜版的UV光依然会出现衍射效应，从而影响晶圆成像效果。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的是提供一种图形化直显布光的光刻掩膜版、制备方法及成像装置，该光刻掩膜版设置Micro UV LED芯片阵列，通过Micro UV LED芯片阵列直接显示掩膜图形，该掩膜版本身就是一个UV发光光源，不存在光学衍射效应，避免了传统掩膜版在线宽变小的情况下引起的光学衍射现象。

本发明的技术方案是：

一种图形化直显布光的光刻掩膜版，包括掩膜版基板，所述掩膜版基板上设置有图形显示层和显示控制层，所述图形显示层包括阵列设置的Micro UV LED芯片，所述MicroUV LED芯片组成显示屏；所述显示控制层包括与各个Micro UV LED芯片连接的控制电路，所述控制电路用于控制每一个Micro UV LED芯片的通断，以使得图形显示层形成不同的掩膜图案光路。

优选的技术方案中，所述Micro UV LED芯片通过巨量转移的方式倒装焊接于掩膜版基板。

优选的技术方案中，所述显示控制层包括在掩膜版基板的第二表面设置的第一绝缘层，所述第一绝缘层的上表面设置有负电极电路层，所述负电极电路层的上表面设置有第二绝缘层，所述第二绝缘层的上表面设置有正电极电路层，所述第二绝缘层上开设有负电极焊接窗口，所述Micro UV LED芯片的负电极通过负电极焊接窗口与负电极电路层连接，所述Micro UV LED芯片的正电极与正电极电路层连接。

优选的技术方案中，所述掩膜版基板的第一表面设置有UV光限制层。

优选的技术方案中，所述Micro UV LED芯片的上方设置有保护层，所述保护层的材质为石英或蓝宝石晶体。

优选的技术方案中，所述保护层的表面还设置有防眩光光子晶体纳米结构层，所述防眩光光子晶体纳米结构层包括阵列排布的微透镜结构，所述微透镜弧度范围为0.5～3rad，所述微透镜的高度为150～300nm。

本发明还公开了一种图形化直显布光的光刻掩膜版的制备方法，包括以下步骤：

S01：在掩膜版基板的第二表面通过物理气相沉积第一绝缘层；

S02：在第一绝缘层的上表面制备负电极电路层，在负电极电路层的上表面通过物理气相沉积第二绝缘层，在第二绝缘层的上表面制备正电极电路层；

S03：在第二绝缘层上开设负电极焊接窗口；

S04：将所述Micro UV LED芯片的负电极通过负电极焊接窗口与负电极电路层连接，将所述Micro UV LED芯片的正电极与正电极电路层连接，所述Micro UV LED芯片呈阵列分布，组成显示屏；

S05：将UV LED芯片连接控制电路，通过控制电路控制每一个Micro UV LED芯片的通断，以使得图形显示层形成不同的掩膜图案光路。

优选的技术方案中，在所述Micro UV LED芯片的上方通过物理气相沉积保护层，所述保护层的材质为石英或蓝宝石晶体。

优选的技术方案中，在所述保护层的表面通过纳米压印的方式制备防眩光光子晶体纳米结构层，所述防眩光光子晶体纳米结构层包括阵列排布的微透镜结构，所述微透镜弧度范围为0.5～3rad，所述微透镜的高度为150～300nm。

本发明又公开了一种曝光成像装置，包括上述任一项所述的图形化直显布光的光刻掩膜版和投影物镜，通过控制电路控制每一个Micro UV LED芯片的通断，以使得图形化直显布光的光刻掩膜版形成不同的掩膜图案光路，通过投影物镜调整掩膜图案光路的线宽尺寸，在晶圆上实现相应芯片结构的曝光成像。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、该光刻掩膜版设置Micro UV LED芯片阵列，通过Micro UV LED芯片阵列直接显示掩膜图形，该掩膜版本身就是一个UV发光光源，通过控制阵列排布的Micro UV LED芯片的发光来实现图形化直显布光功能的，犹如一个小型图形化显示器，可以根据芯片结构层工艺的变化，随时变化掩膜图形，较传统掩膜版中一块掩膜版对应一种掩膜图形有很大的区别。

2、本发明的光刻掩膜版在芯片制造过程中若涉及到多道光刻工艺时，无需更换掩膜版，可以只通过一块掩膜版来回显示变换掩膜图形就能够解决复杂的芯片结构工艺制程，大大提高了生产效率。

3、本发明所涉及到的光刻掩膜版的直显布光功能在整个芯片制程中掩膜版的位置是始终固定不变的，变动的是直显的掩膜图形，掩膜版不动的情况下在一定程度上大大提高了工艺的套刻精准度。

4、本发明的光刻掩膜版具有直接显示的功能，掩膜版本身就是一个UV发光光源，不存在光学衍射效应，避免了传统掩膜版在线宽变小的情况下引起的光学衍射现象。直显布光后的图形化光路通过投影物镜系统实现晶圆成像，投影物镜系统可以调整图形化光路的线宽尺寸，最终在晶圆上实现相应芯片结构的曝光成像。利用Micro UV LED芯片制备的图形化直显布光功能的光刻掩膜版还具有使用寿命长，曝光响应时间快，光路均匀性好等特点，适合大规模批量生产，可广泛应用于复杂的半导体芯片工艺制程。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明图形化直显布光的光刻掩膜版的结构示意图；

图2为本发明微透镜结构示意图；

图3为本发明图形化直显布光的光刻掩膜版制备方法的流程图；

图4为本发明曝光成像装置的原理示意图。

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，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。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。

实施例

如图1所示，一种图形化直显布光的光刻掩膜版，包括掩膜版基板2，掩膜版基板2上设置有图形显示层和显示控制层；图形显示层包括阵列设置的Micro UV LED芯片1，也即紫外Micro LED芯片，所述Micro UV LED芯片组成显示屏；显示控制层包括与各个Micro UVLED芯片1连接的控制电路，所述控制电路用于控制每一个Micro UV LED芯片1的通断，以使得图形显示层形成不同的掩膜图案光路。

Micro LED 是一种采用微缩化和随阵化技术的LED，它将LED 结构设计进行薄膜化、微小化与阵列化，使其能定址每一个像素点、单独发光，将像素距离由原来的毫米级降到微米级。Micro UV LED技术是由氮化镓芯片的微小版本组成的屏幕，Micro UV LED显示器是通过将晶片切割成微小器件，并以并行拾取和放置技术将其转移到晶体管底板上。

Micro UV LED芯片的尺寸大小在1*1um到10*10um之间，每个Micro UV LED芯片之间的间距在≤1um，控制电路控制每个Micro UV LED芯片1作为一个像素可以单独点亮并控制其发光强度，通过控制Micro UV LED芯片1的发光来实现图形化直显布光功能。

掩膜版基板2选用一种硬度比较大抗翘曲能力比较强的材料，掩膜版基板2可选用石英材料、苏打玻璃材料、蓝宝石材料中的一种。

掩膜版基板2的厚度范围在50～2000um之间，翘曲度控制在0～10um之间。

较佳的，掩膜版基板2可选用石英材料制成，厚度为100um之间，翘曲度为5um。

该光刻掩膜版，犹如一个小型图形化显示器，可以根据芯片结构层工艺的变化，随时变化掩膜图形。在芯片制造过程中若涉及到多道光刻工艺时，无需更换掩膜版，可以只通过一块掩膜版来回变换掩膜图形就能够解决复杂的芯片结构工艺制程，大大提高了生产效率。

一较佳的实施例中，Micro UV LED芯片1通过巨量转移的方式倒装焊接于掩膜版基板。可以采用巨量转印设备实现巨量转移。

巨量转移技术的步骤为：从预定位置以非常高的空间精度和方向拾取微型模具（预制）；将这些微型芯片移动到预定位置，同时保持微型芯片的相对空间位置和方向；然后，在保持新的相对位置和方向的同时，有选择地在该新位置分配微芯片。

一较佳的实施例中，显示控制层的具体实现方案可以如下：显示控制层包括在掩膜版基板2的第二表面4设置的第一绝缘层6，第一绝缘层6的上表面设置有负电极电路层7，负电极电路层7的上表面设置有第二绝缘层8，第二绝缘层8的上表面设置有正电极电路层9，第二绝缘层8上开设有负电极焊接窗口10，Micro UV LED芯片1的负电极12通过负电极焊接窗口10与负电极电路层7连接，Micro UV LED芯片1的正电极14与正电极电路层9连接。

第一绝缘层6的材质为氧化铝材料、氮化硅材料、氧化硅材料中的一种，第一绝缘层6的厚度范围在100～200nm之间。较佳的，第一绝缘层6的材质为氧化铝材料，厚度为150nm。

负电极电路层7的材质为导电性比较好的铜、银、金、镍、锡的一种或者多种合金，负电极电路层7的厚度在200～500nm之间。较佳的，负电极电路层7的材质为铜，厚度为300nm。

第二绝缘层8的材质为氧化铝材料、氮化硅材料、氧化硅材料中的一种，所述第二绝缘层8的厚度范围在200～500nm之间。较佳的，第二绝缘层8的材质为氮化硅材料，厚度为200nm。

正电极电路层9的材质为导电性比较好的铜、银、金、镍、锡的一种或者多种合金，所述正电极电路层9的厚度在200～500nm之间。较佳的，正电极电路层9的材质为铜，厚度为200nm。

正电极电路层9与负电极电路层7组成垂直交错状的栅电极电路，正、负电极电路层之间通过第二绝缘层8绝缘隔开。

每一个Micro UV LED芯片1的正电极14与负电极12都与正电极电路层9上的正电极焊点13和负电极电路层7上的负电极焊点11一一对应，并相互独立，通过对正、负电极电路层的设计，可以做到精确控制每一个Micro UV LED芯片1的发光，实现对每一个像素点的控制。

一较佳的实施例中，掩膜版基板2的第一表面3设置有UV光限制层5。用于限制UV光显示，即掩膜版的背面不显示，为掩膜区域。

UV光限制层5的材质为金属铬材料、硅材料、非透明氧化铝材料、氧化铁材料中的一种，UV光限制层5的厚度范围在100～200nm之间。较佳的，UV光限制层5的材质为金属铬材料，厚度为150nm。

一较佳的实施例中，Micro UV LED芯片1的上方设置有保护层15，保护层15的材质为石英或蓝宝石晶体，保护层15的厚度在200～500nm。较佳的，保护层15的材质为石英，厚度为400nm。

一较佳的实施例中，保护层15的表面还设置有防眩光光子晶体纳米结构层16，所述防眩光光子晶体纳米结构层16包括阵列排布的微透镜结构160，如图2所示，微透镜结构160的直径100～300nm成阵列排布，排布周期设置范围可以为300～500nm，所述微透镜160弧度范围为0.5～3rad，所述微透镜160的高度为150～300nm。

防眩光光子晶体纳米结构16是通过纳米压印的方式制备得到的，防眩光光子晶体纳米结构16的作用是为了提高UV光光路的均匀性控制，从而提高光刻工艺的精准度和良率。最终制得所需要的具有图形化直显布光功能的光刻掩膜版17。

如图3所示，本发明还公开了一种图形化直显布光的光刻掩膜版的制备方法，包括以下步骤：

S01：在掩膜版基板的第二表面通过物理气相沉积第一绝缘层；

S02：在第一绝缘层的上表面制备负电极电路层，在负电极电路层的上表面通过物理气相沉积第二绝缘层，在第二绝缘层的上表面制备正电极电路层；

S03：在第二绝缘层上开设负电极焊接窗口；

S04：将所述Micro UV LED芯片的负电极通过负电极焊接窗口与负电极电路层连接，将所述Micro UV LED芯片的正电极与正电极电路层连接，所述Micro UV LED芯片呈阵列分布，组成显示屏；

S05：将Micro UV LED芯片连接控制电路，通过控制电路控制每一个Micro UV LED芯片的通断，以使得图形显示层形成不同的掩膜图案光路。

物理气相沉积可以为溅射或电子束蒸发的方法镀膜。

Micro UV LED芯片是通过巨量转移的方式倒装焊接在基板上的，每一个Micro UVLED芯片的正电极与负电极都与正电极电路层上的正电极焊点和负电极电路层上的负电极焊点一一对应，并相互独立，通过对正、负电极电路层的设计，可以做到精确控制每一个Micro UV LED芯片的发光，实现对每一个像素点的控制。

一较佳的实施例中，在Micro UV LED芯片的上方通过物理气相沉积保护层，保护层的材质为石英或蓝宝石晶体，保护层的厚度在200～500nm之间。

一较佳的实施例中，在所述保护层的表面通过纳米压印的方式制备防眩光光子晶体纳米结构层，所述防眩光光子晶体纳米结构层包括阵列排布的微透镜结构，如图2所示，微透镜结构160的直径100～300nm成阵列排布，排布周期设置范围可以为300～500nm，所述微透镜160弧度范围为0.5～3rad，所述微透镜160的高度为150～300nm。

如图4所示，本发明又公开了一种曝光成像装置，包括上述的图形化直显布光的光刻掩膜版17和投影物镜19，通过控制电路控制每一个Micro UV LED芯片的通断，以使得图形化直显布光的光刻掩膜版形成不同的掩膜图案光路18，通过投影物镜19调整掩膜图案光路18的线宽尺寸，在晶圆20上实现相应芯片结构的曝光成像。

在整个芯片制程中掩膜版位置始终固定不变，变动的是直显的掩膜图形，掩膜版不动的情况下一定程度上提高了工艺的套刻精准度。其次，由于本发明方法所涉及到的具有图形化直显布光功能的光刻掩膜版17具有直接显示的功能，掩膜版本身就是一个UV发光光源，不存在光学衍射效应，避免了传统掩膜版在线宽变小的情况下引起的光学衍射现象。利用Micro UV LED芯片制备的图形化直显布光功能的光刻掩膜版还具有使用寿命长，曝光响应时间快，光路均匀性好等特点，适合大规模批量生产，可广泛应用于复杂的半导体芯片工艺制程。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。