CN103913955B - 双面光刻机及双面光刻方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双面光刻机，在同一腔体中包括互为镜像对称的第一激光光路和第二激光光路，载片台为夹式结构，第一激光光路和第二激光光路分别用于对晶圆的正面和背面曝光。本发明还公开了一种双面光刻方法。本发明能够实现在同一腔体中进行双面露光，且双面曝光过程中，晶圆的X和Y方向的位置相同，仅需改变晶圆的Z方向的位置，从而能够避免X和Y方向的镜像误差并提高光刻的套刻精度，实现光刻工艺的精度改善。

Description

双面光刻机及双面光刻方法
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种双面光刻机。本发明还涉及一种双面光刻方法。
背景技术
如图1所示，是现有光刻机的结构示意图；现有光刻机包括由光源101、掩膜版系统102和透镜倍率系统103组成的激光光路。
光源101提供用于曝光也即露光的激光如248nm的KrF光源或365nm的Iline光源，光源101产生的激光通过内部的透镜或反射镜提供一强度均匀的平行光到掩膜版系统102的一面，光线穿过透镜倍率系统103后投影到晶圆104上并实现对晶圆104的表面曝光。
现有光刻机还包括载片台105，用于放置晶圆104并能通过传动装置实现载片台105在X、Y和Z三个方向进行位置调节。
现有光刻机还包括自动调焦调平系统，自动调焦调平系统包括光发射装置106a和光接收装置106b，通过光发射装置106a和光接收装置106b探测晶圆104的位置从而控制载片台105的移动并使晶圆104的位置调节到位于光线经过透镜倍率系统103投影后的焦深范围内并使晶圆104平面水平。
现有一些半导体集成电路工艺中，需要在晶圆104的正面以及背面都进行图形曝光，所以需要采用到双面光刻工艺方法，现有双面光刻方法采用如图1所示的光刻机进行，首先将晶圆104的正面涂布光刻胶并放置在载片台105上，通过自动调焦调平系统的探测以及载片台105的位置调节使晶圆104进行正面预对准并进行露光；之后需要将晶圆104翻转并对晶圆104的背面涂布光刻胶并放置在载片台105上，通过自动调焦调平系统的探测以及载片台105的位置调节使晶圆104进行背面预对准并进行背面露光。
现有工艺的一个缺点是进行双面曝光时需要将晶圆104进行一次翻转，在装置制动方面引入硬性的镜面X和Y方向误差，在高精度的对准前带来一定局限性即限制了套刻精度（OVL）的进一步的提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双面光刻机，能实现在同一腔体中进行双面露光，从而能够避免X和Y方向的镜像误差并提高光刻的套刻精度，实现光刻工艺的精度改善。为此，本发明还提供一种双面光刻方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的双面光刻机包括：
一腔体。
第一激光光路，设置于所述腔体的顶部并用于提供光源对晶圆的正面进行曝光。
第二激光光路，设置于所述腔体的底部并用于提供光源对所述晶圆的背面进行曝光。
载片台为夹式结构，用于放置所述晶圆并能使所述晶圆的正面和背面都同时露出；通过控制器的控制，所述载片台的位置能够在X、Y和Z三个方向上调节。
所述第一激光光路和所述第二激光光路提供的光源波长相同，且所述第一激光光路和所述第二激光光路相对于所述载片台呈镜像对称关系，所述第一激光光路和所述第二激光光路之间通过一转换器进行联动控制。
进一步的改进是，所述第一激光光路和所述第二激光光路的光源都为248nm的KrF光源或365nm的Iline光源。
进一步的改进是，所述第一激光光路包括第一掩膜版系统，所述第二激光光路包括第二掩膜版系统，所述第一掩膜版系统和所述第二掩膜版系统相对于所述载片台呈镜像对称关系；所述第二掩膜版系统的掩膜版正面存在凹槽，所述第二掩膜版系统的掩膜版倒置在载物台上。
进一步的改进是，所述第一激光光路包括第一透镜倍率系统，所述第二激光光路包括第二透镜倍率系统，所述第一透镜倍率系统用于将穿过所述第一掩膜版系统的光线投影到所述晶圆正面，所述第二透镜倍率系统用于将穿过所述第二掩膜版系统的光线投影到所述晶圆背面。
进一步的改进是，所述双面光刻机包括第一自动调焦调平装置和第二自动调焦调平装置，所述第一自动调焦调平装置和所述第二自动调焦调平装置分别置于所述载片台的顶部和底部并相对于所述载片台呈镜像对称关系，所述第一自动调焦调平装置控制所述晶圆的正面位于所述第一激光光路的焦深内并水平，所述第二自动调焦调平装置控制所述晶圆的背面位于所述第二激光光路的焦深内并水平。
进一步的改进是，所述载片台的夹式结构由两个对称的机械手臂控制，所述两个机械手臂能在X、Y和Z三个方向上联动。
为解决上述技术问题，本发明提供的双面光刻方法包括如下步骤：
步骤一、将所述晶圆正面用的光刻掩膜版放置在所述第一激光光路中，将所述晶圆背面用的光刻掩膜版放置在所述第二激光光路中。
步骤二、将双面涂有光刻胶的所述晶圆放置在所述载片台上。
步骤三、通过对所述载片台的X、Y和Z三个方向的调整实现对所述晶圆的正面进行调焦调平。
步骤四、控制所述第一激光光路完成所述晶圆的正面曝光。
步骤五、通过对所述载片台的Z方向的调整实现对所述晶圆的背面进行调焦调平。
步骤六、控制所述第二激光光路完成所述晶圆的背面曝光。
本发明双面光刻机包括一套互为镜像的激光光路，能够实现在同一腔体中进行双面露光，且双面曝光过程中，晶圆的X和Y方向的位置相同，仅需改变晶圆的Z方向的位置，从而能够避免X和Y方向的镜像误差并提高光刻的套刻精度，实现光刻工艺的精度改善。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有光刻机的结构示意图；
图2是本发明实施例双面光刻机的结构示意图。
具体实施方式
如图2所示，是本发明实施例双面光刻机的结构示意图。本发明实施例双面光刻机包括：
一腔体。
第一激光光路，设置于所述腔体的顶部并用于提供光源对晶圆4的正面进行曝光。
第二激光光路，设置于所述腔体的底部并用于提供光源对所述晶圆4的背面进行曝光。
载片台为夹式结构，用于放置所述晶圆4并能使所述晶圆4的正面和背面都同时露出；通过控制器的控制，所述载片台的位置能够在X、Y和Z三个方向上调节。本发明实施例中，所述载片台的夹式结构由两个对称的机械手臂5a和5b控制，所述两个机械手臂5a和5b组成一联动装置并能在X、Y和Z三个方向上联动。
所述第一激光光路和所述第二激光光路提供的光源波长相同，本发明实施例中所述第一激光光路和所述第二激光光路的光源都为248nm的KrF光源或365nm的Iline光源。
所述第一激光光路和所述第二激光光路相对于所述载片台呈镜像对称关系，所述第一激光光路和所述第二激光光路之间通过一转换器进行联动控制。
所述第一激光光路包括光源1a、第一掩膜版系统2a和第一透镜倍率系统3a。所述光源1a产生的激光通过内部的透镜或反射镜提供一强度均匀的光到第一掩膜版系统2a的一面，光线穿过第一透镜倍率系统3a后投影到晶圆4的正面上并实现对晶圆4的正面曝光。
所述第二激光光路包括光源1b、第二掩膜版系统2b和第二透镜倍率系统3b。所述光源1b产生的激光通过内部的透镜或反射镜提供一强度均匀的光到第二掩膜版系统2b的一面，光线穿过第二透镜倍率系统3b后投影到晶圆4的背面上并实现对晶圆4的背面曝光。
所述第二掩膜版系统2b中采用的掩膜版采用正面即玻璃（glass）面存在凹槽的掩膜版（Mask）。所述第二掩膜版系统2b的掩膜版倒置在载物台上。
所述双面光刻机包括第一自动调焦调平装置和第二自动调焦调平装置，所述第一自动调焦调平装置和所述第二自动调焦调平装置分别置于所述载片台的顶部和底部并相对于所述载片台呈镜像对称关系，所述第一自动调焦调平装置控制所述晶圆4的正面位于所述第一激光光路的焦深内并水平，所述第二自动调焦调平装置控制所述晶圆4的背面位于所述第二激光光路的焦深内并水平。
本发明实施例中第一自动调焦调平装置包括光发射装置6a和光接收装置6b，通过光发射装置6a和光接收装置6b探测晶圆4的正面位置从而控制载片台的移动并使晶圆4的正面位置调节到位于光线经过第一透镜倍率系统3a投影后的焦深范围内并使晶圆4平面水平。
本发明实施例中第二自动调焦调平装置包括光发射装置6c和光接收装置6d，通过光发射装置6c和光接收装置6d探测晶圆4的背面位置从而控制载片台的移动并使晶圆4的背面位置调节到位于光线经过第二透镜倍率系统3b投影后的焦深范围内并使晶圆4平面水平。
本发明实施例双面光刻方法包括如下步骤：
步骤一、将所述晶圆4正面用的光刻掩膜版放置在所述第一激光光路中，将所述晶圆4背面用的光刻掩膜版放置在所述第二激光光路中。
步骤二、将双面涂有光刻胶的所述晶圆4放置在所述载片台上。
步骤三、采用第一自动调焦调平装置对所述晶圆4的位置进行探测，并通过所述两个机械手臂5a和5b的联动实现对所述载片台的X、Y和Z三个方向的位置调整，使所述晶圆4的正面进行调焦调平。
步骤四、控制所述第一激光光路完成所述晶圆4的正面曝光。
步骤五、采用第二自动调焦调平装置对所述晶圆4的位置进行探测，并通过所述两个机械手臂5a和5b的联动实现对所述载片台的Z方向的位置调整，使所述晶圆4的背面进行调焦调平。
步骤六、控制所述第二激光光路完成所述晶圆4的背面曝光。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种双面光刻机，其特征在于，双面光刻机包括：
一腔体；
第一激光光路，设置于所述腔体的顶部并用于提供光源对晶圆的正面进行曝光；
第二激光光路，设置于所述腔体的底部并用于提供光源对所述晶圆的背面进行曝光；
载片台为夹式结构，用于放置所述晶圆并能使所述晶圆的正面和背面都同时露出；通过控制器的控制，所述载片台的位置能够在X、Y和Z三个方向上调节；
所述第一激光光路和所述第二激光光路提供的光源波长相同，且所述第一激光光路和所述第二激光光路相对于所述载片台呈镜像对称关系，所述第一激光光路和所述第二激光光路之间通过一转换器进行联动控制；
所述第一激光光路包括第一掩膜版系统，所述第二激光光路包括第二掩膜版系统，所述第一掩膜版系统和所述第二掩膜版系统相对于所述载片台呈镜像对称关系；所述第二掩膜版系统的掩膜版正面存在凹槽，所述第二掩膜版系统的掩膜版倒置在载物台上；
所述双面光刻机包括第一自动调焦调平装置和第二自动调焦调平装置，所述第一自动调焦调平装置和所述第二自动调焦调平装置分别置于所述载片台的顶部和底部并相对于所述载片台呈镜像对称关系，所述第一自动调焦调平装置控制所述晶圆的正面位于所述第一激光光路的焦深内并水平，所述第二自动调焦调平装置控制所述晶圆的背面位于所述第二激光光路的焦深内并水平；
所述载片台的夹式结构由两个对称的机械手臂控制，所述两个机械手臂能在X、Y和Z三个方向上联动；双面曝光过程中，晶圆的X和Y方向的位置相同，仅需改变晶圆的Z方向的位置。
2.如权利要求1所述的双面光刻机，其特征在于：所述第一激光光路和所述第二激光光路的光源都为248nm的KrF光源或365nm的Iline光源。
3.如权利要求1所述的双面光刻机，其特征在于：所述第一激光光路包括第一透镜倍率系统，所述第二激光光路包括第二透镜倍率系统，所述第一透镜倍率系统用于将穿过所述第一掩膜版系统的光线投影到所述晶圆正面，所述第二透镜倍率系统用于将穿过所述第二掩膜版系统的光线投影到所述晶圆背面。
4.一种使用如权利要求1至3任一所述的双面光刻机进行双面光刻的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将所述晶圆正面用的光刻掩膜版放置在所述第一激光光路中，将所述晶圆背面用的光刻掩膜版放置在所述第二激光光路中；
步骤二、将双面涂有光刻胶的所述晶圆放置在所述载片台上；
步骤三、通过对所述载片台的X、Y和Z三个方向的调整实现对所述晶圆的正面进行调焦调平；
步骤四、控制所述第一激光光路完成所述晶圆的正面曝光；
步骤五、通过对所述载片台的Z方向的调整实现对所述晶圆的背面进行调焦调平；
步骤六、控制所述第二激光光路完成所述晶圆的背面曝光。
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