CN100456141C - 批量硅片曝光的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种批量硅片曝光的方法，用于大视场投影物镜光刻系统，该光刻系统采用的掩模版上的掩模图形包括大图形和小图形，可以对硅片进行大视场图形曝光和小视场图形曝光，其中，该方法包括如下步骤：a.传送硅片到工件台上；b.对硅片进行调焦调平以及硅片对准；c.对硅片编号；d.编号为奇数的硅片和编号为偶数的硅片分别规划不同的曝光路径，并对应执行不同的曝光流程。与现有技术相比，本发明方法针对奇数偶数编号硅片采用不同的曝光路径规划，除第1片硅片之外，每片硅片只进行1次掩模对准操作，从而有效提高光刻机的产率。

Description

批量硅片曝光的方法
技术领域
本发明涉及大视场投影物镜光刻系统，尤其涉及批量硅片曝光的方法。
背景技术
采用光刻技术制作的微器件包括集成电路IC、平板显示器、微机电系统MEMS，以及用于倒装法IC互连技术的凸块(bump)互连等。光刻工艺采用选定的辐射源(如紫外光源)对涂有光敏物质的工件(如硅片)进行曝光。此光敏物质一般是涂布在硅片表面的光刻胶，光刻胶分为正性光刻胶和负性光刻胶，正胶即指被曝光部分经显影后去除的光刻胶，负胶即指未被曝光部分经显影后去除的光刻胶。一般，光刻工艺包括以下几步：在硅片上涂光刻胶、用带图形掩模版对硅片进行曝光以在光刻胶内形成图形潜像、显影以形成立体图形、刻蚀以在硅片上形成立体图形、去除剩余光刻胶。重复进行设计所要求的步骤就可以在硅片上获得特定的器件结构。
在一些采用负胶的光刻工艺中，要求在硅片边缘选定区域内的一些曝光场完全不能进行曝光操作，这是由于在该区域的光刻胶经显影后要求去除。凸块(bump)互连光刻技术就是这种典型情况，即在硅片上制造用于连接电路板接触引线的导体凸块。凸块(bump)光刻技术制造导体凸块需要采用电化学电镀工艺，该工艺要求硅片边缘与电极要充分接触。由于此工艺要求，硅片边缘选定区域不可以进行曝光操作，即必须保证没有光刻胶以与电极有均匀的电接触。如果采用接触、接近式曝光技术，硅片整体同时曝光，这样硅片边缘无胶区域可以通过设计掩模图形来一并解决。然而，在投影曝光技术中不可能通过掩模图形预先设计来形成硅片边缘无胶区域，这是因为投影曝光技术形成的曝光场依赖于掩模图形尺寸与步进间距。
这样，导体凸块(bump)电镀工艺要求投影曝光技术只能在硅片边缘选定区域之外的硅片中心区域进行曝光操作，这即是标准曝光模式。硅片边缘选定区域是指硅片边缘无光刻胶区域的尺寸所形成的环形区域。硅片可用区域(硅片中心区域)是指硅片名义直径减去硅片边缘无光刻胶区域的尺寸后所形成的圆形区域。标准曝光模式是指在硅片上规划的曝光场阵列完全位于硅片可用区域之内的一种图形规划方式，见图2所示，是标准曝光模式12寸硅片图形分布。
请参阅由Ultratech Stepper公司申请并于2004年6月22日公告的美国专利USP No.6,753,947(以下简称947专利)。在投影光刻技术中，无论是步进式曝光(Step-and-Repeat)、扫描式曝光(Step-and-Scan)、还是闪光式曝光(Flash-on-the-Fly)，其基本工作流程是一致的，包含上下片流程、全场调焦调平流程、全场对准流程、硅片曝光四大步骤。947专利提出一种利用光源单脉冲闪光曝光来制作器件的光刻系统及方法，采用经济型小视场投影物镜(曝光视场为11mm×11mm)达到与大视场投影物镜(曝光视场为26mm×33mm)相同的产率，该专利是采用缩短单场曝光时间的方法来达到与大曝光视场同样产率的目的。然而，该专利在批量硅片曝光时，由于存在不同的掩模图形尺寸，需要进行掩模图形的切换动作，每片硅片要进行掩模对准2次，不利于提高光刻机产率。
此外，影响光刻机产率的因素主要有：曝光视场尺寸、照明光强、剂量需求、工件台运动性能、交换片性能、调焦对准测量性能等。一般在曝光时间(由照明光强与光刻胶剂量需求所决定)、工件台运动性能、交换片性能、调焦对准测量性能相同的条件下，曝光视场尺寸对产率的影响就是绝对的。因此，在已经有图形分布的硅片上决定这些曝光视场的曝光次序，即合理规划一个优化曝光路径对提高光刻机产率就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的批量硅片曝光的方法，其可以有效提高光刻机产率。
为了达到上述的目的，本发明提供一种批量硅片曝光的方法，用于大视场投影物镜光刻系统，该光刻系统采用的掩模版上的掩模图形包括大图形和小图形，可以对硅片进行大视场图形曝光和小视场图形曝光，其中，该方法包括如下步骤：a.传送硅片到工件台上；b.对硅片进行调焦调平以及硅片对准；c.对硅片编号；d.编号为奇数的硅片和编号为偶数的硅片的曝光路径不同，并对应执行不同的曝光流程；
步骤d中所述编号为奇数的硅片曝光流程包括如下步骤：a1.进行硅片大视场图形曝光至硅片上所有大视场图形结束；b1.进行掩模小图形对准，然后进行硅片小视场图形曝光至硅片上所有小视场图形结束；c1.判断批量硅片曝光是否结束，以决定是继续曝光流程还是结束曝光流程，如果继续曝光流程，则返回步骤a，进行偶数硅片曝光，执行步骤a、b、d；
步骤d中所述编号为偶数的硅片曝光流程包括如下步骤：a2.此时掩模处于小图形位置，不需要再进行掩模小图形对准，即减少1次掩模对准，直接进行小视场图形曝光至所有小视场图形结束；b2.进行掩模大图形对准，然后进行大视场图形曝光至所有大视场图形结束；c2.判断批量硅片曝光是否结束，以决定是继续曝光流程还是结束曝光流程，如果继续曝光流程，则返回步骤a，进行奇数硅片曝光，执行步骤a、b、d，即不需要再进行掩模对准，直接进行曝光，减少1次掩模对准。
与现有技术相比，本发明批量硅片曝光的方法，针对奇数偶数编号硅片采用不同的曝光路径，除第1片硅片之外，每片硅片只进行1次掩模对准操作，从而有效提高光刻机的产率。
附图说明
通过本发明实施例并结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：
图1是本发明的采用大视场投影物镜光刻系统的示意图；
图2是标准曝光模式12寸硅片图形分布示意图；
图3是本发明批量硅片曝光的方法的流程图；
图4是本发明编号为奇数的硅片的曝光路径规划示意图；
图5是本发明编号为偶数的硅片的曝光路径规划示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
请参阅图1，图1是本发明的采用大视场投影物镜光刻系统的示意图，该光刻系统至少包括物平面1，投影物镜3以及像平面5构成。物平面1中采用的掩模版(未图示)上同时包含大图形(图形尺寸为44mm×44mm)和小图形(图形尺寸为22mm×22mm)。投影物镜3的物方视场达到44mm×44mm，掩模版由驱动控制装置(如掩模台)推动以实现大小图形之间的切换，使之分别与投影物镜3的物方视场重合或充分接近。这样就可以通过投影物镜3分别进行对像平面5硅片的可用区域中间部分采用大视场图形曝光，在硅片可用区域的边缘部分采用小视场图形曝光，从而实现图2中标准曝光模式的硅片图形分布。
请参阅图2，是本发明中采用的标准曝光模式12寸硅片图形分布示意图。标准曝光模式是指在硅片上规划的曝光场阵列完全位于硅片可用区域之内的一种图形规划方式。
硅片边缘选定区域是指硅片边缘无光刻胶区域的尺寸所形成的环形区域。硅片可用区域(硅片中心区域)是指硅片名义直径减去硅片边缘选定区域的尺寸后所形成的圆形区域。
请参阅图3，是本发明批量硅片曝光方法的流程图。首先传送硅片到工件台上(S21)，对硅片进行调焦调平以及硅片对准(S23)，然后对硅片编号(S25)。
如果该硅片编号为奇数，则执行奇数编号硅片曝光子流程(S27)，如果该硅片标号为偶数，则执行偶数编号硅片曝光子流程(S29)。
编号为奇数的硅片曝光子流程(S27)为：先判断该硅片编号是否为1，如果该硅片编号为1，则先执行掩模大图形对准，如果该硅片编号不为1，则不用执行掩模大图形对准，直接执行大视场图形曝光至所有大视场图形结束，接着推动掩模小图形至投影物镜物方视场位置进行掩模小图形对准，然后进行小视场图形曝光至所有小视场图形结束。最后判断批量硅片曝光是否结束，以决定是继续曝光流程还是结束曝光流程，如果继续曝光流程，则返回步骤S21。
编号为偶数的硅片曝光子流程(S29)为：由于掩模台已经处于小图形位置并进行了小图形对准，因此可以直接进行小视场图形曝光至所有小视场图形结束，接着推动掩模大图形至投影物镜物方视场位置进行大图形对准，然后进行大视场图形曝光至所有大视场图形结束。最后判断批量硅片曝光是否结束，以决定是继续曝光流程还是结束曝光流程，如果继续曝光流程，则返回步骤S21。
请参阅图4，是本发明编号为奇数的硅片的曝光路径规划示意图，首先进行大视场图形(44mm×44mm)曝光再进行小视场(22mm×22mm)图形曝光，即曝光从第1个大视场图形开始，按照箭头所指顺序曝光24个内部大视场图形，然后掩模版切换到小图形位置，执行掩模版上小图形对准，按照箭头所指顺序曝光边缘部分24个小视场图形，到第48场结束。
请参阅图5，是编号为偶数的硅片的曝光路径规划示意图，首先进行小视场(22mm×22mm)图形曝光再进行大视场图形(44mm×44mm)曝光，即曝光从第1个小视场图形开始，按照箭头所指顺序曝光24个边缘部分小视场图形，然后掩模版切换到大图形位置，执行掩模版上大图形对准，按照箭头所指顺序曝光内部24个大视场图形，到第48场结束。
批量硅片曝光时，由于存在不同的掩模图形尺寸，需要进行掩模图形的切换动作，一般需要重新进行掩模图形对准流程。如果按现有技术中不分奇数偶数编号硅片进行同样的路径规划曝光，那么每片硅片需要进行掩模对准2次。而本发明提出方法，除第1片硅片之外，每片硅片只进行1次掩模对准操作，从而提高光刻机的产率，具体例子参阅表1。
表1采用不同方法的光刻产率比较
以上描述的仅仅是基于本发明的几个较佳实施例，并不能以此来限定本发明的范围。任何对本发明的方法作本技术领域内熟知步骤的替换、组合、分立，以及对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出本发明的揭露以及保护范围。

Claims (1)

1、一种批量硅片曝光的方法，用于大视场投影物镜光刻系统，该光刻系统采用的掩模版上的掩模图形包括大图形和小图形，可以对硅片进行大视场图形曝光和小视场图形曝光，其特征在于，该方法包括如下步骤：
a.传送硅片到工件台上；
b.对硅片进行调焦调平以及硅片对准；
c.对硅片编号，对第1片硅片进行掩模大图形对准；
d.编号为奇数的硅片和编号为偶数的硅片的曝光路径不同，并对应执行不同的曝光流程；
步骤d中所述编号为奇数的硅片曝光流程包括如下步骤：
a1.进行硅片大视场图形曝光至硅片上所有大视场图形结束；
b1.进行掩模小图形对准，然后进行硅片小视场图形曝光至硅片上所有小视场图形结束；
c1.判断批量硅片曝光是否结束，以决定是继续曝光流程还是结束曝光流程，如果继续曝光流程，则返回步骤a，进行偶数硅片曝光，执行步骤a、b、d；
步骤d中所述编号为偶数的硅片曝光流程包括如下步骤：
a2.此时掩模处于小图形位置，不需要再进行掩模小图形对准，即减少1次掩模对准，直接进行小视场图形曝光至所有小视场图形结束；
b2.进行掩模大图形对准，然后进行大视场图形曝光至所有大视场图形结束；
c2.判断批量硅片曝光是否结束，以决定是继续曝光流程还是结束曝光流程，如果继续曝光流程，则返回步骤a，进行奇数硅片曝光，执行步骤a、b、d，即不需要再进行掩模对准，直接进行曝光，减少1次掩模对准。
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