CN104678710A - 边缘曝光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种边缘曝光装置，包括：吸附旋转台，用于吸附和带动硅片旋转；马达，为所述吸附旋转台提供动力；边缘曝光镜头组件，包括边缘曝光镜头和曝光光斑监控镜头；所述边缘曝光镜头沿光传播方向依次包括：曝光光源，第一、第二复眼透镜，正交放置的第一柱面变倍镜组和第二柱面变倍镜组以及分光镜；以及控制器，用于控制马达、边缘曝光镜头和曝光光斑监控镜头动作。本发明通过对第一和第二柱面变倍镜组的组合焦距的分别调节，来分别控制边缘曝光场的长、宽尺寸，通过第一、第二复眼透镜与第一、第二柱面变倍镜组配合获得曝光场，通过同轴的对曝光场光斑的成像或能量探测光路实现自动对焦、曝光剂量和曝光尺寸的监控功能。

Description

边缘曝光装置

技术领域

本发明涉及硅片边缘曝光工艺，特别涉及一种边缘曝光装置。

背景技术

硅片边缘曝光（WEE）是IC电路前道制造非常重要的工艺之一。如图1和图2所示，由于硅片边缘11存在裂纹，判断方向的缺口12（Notch），光刻胶的剩余物、清洗的污染物，镀膜、刻蚀、抛光的不均匀等缺陷，导致硅片边缘11不能使用或即使整个硅片边缘布满了芯片，但仍会由于硅片边缘11的问题而成为废片，这就需要将硅片边缘11部分的光刻胶提前曝光去除掉。

电镀在IC电路后道封装工艺中，需要利用硅片边缘11做阳极，硅片中间的电镀窗口为阴极，通过控制阴阳极之间的电流大小及电镀液的浓度来控制金属凸块（Bump）的高度。由于光刻胶不导电，因此在电镀工艺之前需要将硅片边缘11的光刻胶去掉，而去边宽度大小取决于前道WEE工艺的去边宽度。另外，在某些特殊的工艺中还会要求对硅片边缘11内部一定宽度的环形区域13进行曝光，这就对WEE系统的光斑尺寸调整、能量利用率等诸多方面提出了更高的要求。

目前的边缘曝光系统，通过光路中的方形光阑来控制曝光场的形状，这种曝光系统能量利用率存在问题。由于能量损失与光阑处被遮挡的面积呈平方关系，因此当曝光场大小有可调的要求时，能量效率问题变的尤为严重。而专利号US2002/0092964A1的美国专利，公开另一种边缘曝光系统包含边缘曝光镜头和距离传感器，距离传感器的作用是测量镜头到硅片表面的距离，借此来整体调节镜头的位置后进行曝光，这种确定焦面的方法只是个标定转换的结果，并不能代表真实的最佳焦面，且最佳焦面调整的方法略显复杂，同时没有曝光尺寸和剂量监控的能力。

发明内容

本发明提出了一种曝光场形状光学可调、曝光位置可控，具有闭环反馈的自动调焦、剂量和曝光尺寸监控的边缘曝光装置。

为解决上述技术问题，本发明提供一种边缘曝光装置，包括：吸附旋转台，用于吸附和带动硅片旋转，从而进行边缘曝光；

马达，为所述吸附旋转台提供动力；

边缘曝光镜头组件，包括边缘曝光镜头和曝光光斑监控镜头，用于对硅片边缘的光刻胶进行曝光、监控，并反馈曝光参数；

所述边缘曝光镜头沿光传播方向依次包括：曝光光源，第一、第二复眼透镜，正交放置的第一柱面变倍镜组和第二柱面变倍镜组以及分光镜；曝光光源产生的光束经由第一、第二复眼透镜分波面匀光后，由第一、第二柱面变倍镜组变倍和调整光束大小，再经分光镜，照射在硅片边缘和曝光光斑监控镜头上；

以及

控制器，分别与所述马达和边缘曝光镜头组件连接，并控制马达、边缘曝光镜头和曝光光斑监控镜头动作。

进一步的，所述曝光光斑监控镜头沿光传播方向依次包括：衰减片、探测镜头和探测器；硅片表面曝光场能量经衰减片、探测镜头后，由探测器接收，探测器将接收到的信息反馈给控制器。

进一步的，所述探测器为CCD或能量探测器。

进一步的，所述边缘曝光镜头还包括设置在曝光光源与第一复眼透镜之间的耦合镜组，曝光光源产生的光束经耦合镜组到达第一、第二复眼透镜进行分波面匀光。

进一步的，硅片边缘曝光场为长方形，其长度和宽度至少其中之一为可调的，其满足：

$D_{\mathrm{FT}}=P_{\mathrm{LA}1}*\frac{f_{\mathrm{FL}}}{f_{\mathrm{LA}1}*f_{\mathrm{LA}2}}*[(f_{\mathrm{LA}1}+f_{\mathrm{LA}2})-D_{12}]$

其中，D_FT为曝光场的长度或宽度；P_LA1为第一复眼透镜的微透镜间距；f_LA1、f_LA2分别为第一、第二复眼透镜的焦距；f_FL为第一柱面变倍镜组或第二柱面变倍镜组的组合焦距；D₁₂为第一、第二复眼透镜的间距。

进一步的，所述第一柱面变倍透镜组沿光传播方向依次包括第一柱面透镜组和第二柱面透镜组；第二柱面变倍透镜组沿光传播方向依次包括第三柱面透镜组和第四柱面透镜组。

进一步的，所述第一柱面变倍镜组或第二柱面变倍镜组的组合焦距f_FL满足：

$f_{\mathrm{FL}}=\frac{F_{L1}*F_{L2}}{F_{L1}+F_{L2}-d}$

其中，F_L1为第一或第三柱面透镜组的焦距、F_L2为第二或第四柱面透镜组的焦距；d为第一、第二柱面透镜组主平面之间的距离或第三、第四柱面透镜组主平面之间的距离。

进一步的，所述曝光光源采用LED光源或激光。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、运用复眼透镜与柱面变倍镜组相结合、联动的方式，实现无光阑的长方形曝光场，并且曝光场长宽尺寸可以分别自由调节，因是光学调节方式，在此过程中无额外的能量损失，使得边缘曝光系统的能量利用率达到最大化；

2、边缘曝光装置中加入了曝光光斑监控镜头，实现了最佳焦面、剂量控制和调整的功能，增加了边缘曝光尺寸监控等实用功能；

3、两组不同方向的柱面变倍镜组（第一柱面变倍镜组和第二柱面变倍镜组）调节其各自组合焦距的方式，来分别控制边缘曝光场的长、宽尺寸，通过第一、第二复眼透镜与第一柱面变倍镜组和第二柱面变倍镜组配合获得长方形的曝光场，通过同轴的对曝光场光斑的成像或能量探测光路实现自动对焦、曝光剂量和曝光尺寸的监控功能；

4、本发明可以通过闭环的信号反馈系统对最佳焦面、剂量进行实时控制和调整，同时，曝光场长、宽尺寸与柱面变倍镜组的组合焦距的算法相结合，可以达到自动计算和控制的效果。

附图说明

图1和图2分别为硅片的俯视图；

图3为本发明一具体实施方式中边缘曝光装置的结构示意图；

图4为本发明一具体实施方式中边缘曝光镜头组件的结构示意图；

图5为本发明一具体实施方式中第一、第二柱面变倍镜组的变倍原理图；

图6为本发明一具体实施方式中边缘曝光装置的工作流程图。

图1～2中：11-硅片边缘、12-缺口、13-环形区域。

图3～6中：100-硅片、110-吸附旋转台、120-马达、130-控制器、140-边缘曝光镜头、141-曝光光源、142-第一复眼透镜、143-第二复眼透镜、144-第一柱面变倍镜组、144a-第一柱面透镜组、144b-第二柱面透镜组、145-第二柱面变倍镜组、145a-第三柱面透镜组、145b-第四柱面透镜组、146-分光镜、147-耦合镜组、150-曝光光斑监控镜头、151-衰减片、152-探测镜头、153-探测器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参照图3～6，本发明的边缘曝光装置主要由吸附旋转台110、马达120、控制器130和边缘曝光镜头组件四部分组成。具体地，

所述吸附旋转台110，用于吸附和带动硅片100旋转，从而进行边缘曝光的装置。

所述马达120，为带动所述吸附旋转台110转动的运动装置。

控制器130，为控制边缘曝光过程的控制系统，其用于对吸附旋转台110，马达120以及边缘曝光镜头组件进行控制，按流程收发指令及对曝光光斑监控镜头150的反馈信号进行分析从而对边缘曝光过程起到控制的作用。

请重点参照图4，所述边缘曝光镜头组件，用于对硅片100边缘的光刻胶进行曝光、监控和反馈曝光参数，包括边缘曝光镜头140和曝光光斑监控镜头150；

所述边缘曝光镜头140的主要功能是为边缘曝光提供曝光场尺寸、均匀性、剂量满足要求的曝光光斑，其沿光传播方向依次包括：曝光光源141，耦合镜组147，第一复眼透镜142，第二复眼透镜143，正交设置的第一、第二柱面变倍镜组144、145和分光镜146。

所述曝光光斑监控镜头150沿光传播的方向依次包括：衰减片151、探测镜头152和探测器153。所述曝光光斑监控镜头150通过对边缘曝光光斑成像或收集硅片100表面曝光场反射光能量来达到自动对焦、曝光场尺寸及剂量监控的目的。当然，所述边缘曝光镜头140和曝光光斑监控镜头150的各光学器件同轴设置，实现了最佳焦面、剂量控制和调整的功能，增加了边缘曝光尺寸监控等实用功能。进一步的，所述探测器153为CCD或能量探测器。

光束由曝光光源141发出，经耦合镜组147到达第一、第二复眼透镜142、143上进行分波面匀光，经正交放置的第一、第二柱面变倍镜组144、145后，其在曝光场长宽方向上的尺寸被调整，再经分光镜146后均匀的照射在硅片100需要曝光的位置；硅片100表面曝光场能量经衰减片151，探测镜头152，最终被探测器153接收，探测器153将相关信息反馈给控制器130。

较佳的，所述边缘曝光镜头140的曝光光源141可为普通照明光源、LED光源或激光。

本实施例中，所述边缘曝光镜头140通过第一、第二复眼透镜142、143和正交设置的第一、第二柱面变倍镜组144、145组合的方式，可以达到矩形曝光场能量分布均匀、长宽分别可调的目的。

请重点参照图5，所述第一、第二柱面变倍镜组144、145控制曝光场长宽尺寸的原理为：

采用第一、第二复眼透镜142、143和第一、第二柱面变倍镜组144、145搭配的方式来形成曝光场，并且曝光场的长、宽尺寸可分别进行调节。较佳的，本实施例中硅片边缘曝光场为长方形。结合图4可知，曝光场的长度或宽度D_FT与各个光学元件参数之间的关系为：

$D_{\mathrm{FT}}=P_{\mathrm{LA}1}*\frac{f_{\mathrm{FL}}}{f_{\mathrm{LA}1}*f_{\mathrm{LA}2}}*[(f_{\mathrm{LA}1}+f_{\mathrm{LA}2})-D_{12}]---\left(1.1\right)$

其中，P_LA1为第一复眼透镜142的微透镜间距；

f_LA1、f_LA2分别为第一、第二复眼透镜142、143的焦距；

f_FL为第一柱面变倍镜组144或第二柱面变倍镜组145的组合焦距；

D₁₂为第一、第二复眼透镜142、143的间距。

由式（1.1）可知，在第一、第二复眼透镜142、143的各项参数确定的情况下，曝光场的长度或宽度D_FT仅与第一柱面变倍镜组144或第二柱面变倍镜组145的组合焦距f_FL相关。当然，第一、第二柱面变倍镜组144、145在正交方向上互不相关，分别调整其组合焦距便可以达到分别控制曝光场长、宽尺寸的目的。

请继续参照图3～6，进一步的，所述第一、第二柱面变倍镜组144、145分别包括两组柱面透镜，具体地，所述第一柱面变倍镜组144沿光传播方向依次包括：第一柱面透镜组144a和第二柱面透镜组144b；第二柱面变倍透镜组145沿光传播方向依次包括第三柱面透镜组145a和第四柱面透镜组145b。下面将详细说明第一、第二柱面变倍镜组144、145的组合焦距f_FL的原理：

由于所述第一、第二柱面变倍镜组144、145摆放的方向相互正交，因其原理相同，在这里仅分析其中的第一柱面变倍镜组144的变倍原理，则第一柱面变倍镜组144的组合焦距f_FL的表达式为：

$f_{\mathrm{FL}}=\frac{F_{L1}*F_{L2}}{F_{L1}+F_{L2}-d}---\left(1.2\right)$

其中，F_L1、F_L2分别为第一、第二柱面透镜组144a、144b的焦距；d为第一、第二柱面透镜组144a、144b主平面的距离。

由于第一柱面变倍镜组144的主平面到硅片100的距离为第一柱面变倍镜组144的组合焦距f_FL。换句话说，由于硅片100位于第一柱面变倍镜组144的焦面上，所以在变倍的同时需要同步控制第一柱面变倍镜组144到硅片100的距离，从而保证曝光光斑质量最佳。

请参照图6，并结合图3～5.下面将详细说明本发明的边缘曝光装置的主要工作过程：

首先，上位机向控制器130输入边缘曝光的需求（如曝光场的长宽尺寸、位置等）；

接着，硅片100上片；具体地，硅片100通过硅片传输装置上片到吸附旋转台110上，控制器130控制吸附旋转台110吸附硅片100。

接着，控制器130通过上层指令控制边缘曝光镜头组件的水平位置，计算调节曝光场尺寸所需的变倍比。

接着，曝光光源141开启，为边缘曝光提供曝光场尺寸、均匀性、剂量满足要求的曝光光斑；曝光光斑监控镜头150进行探测并反馈数据给控制器130调节曝光剂量和曝光最佳焦面位置，在确认以上调节均完成后，马达120开始带动吸附旋转台110旋转，开始硅片100边缘曝光过程，曝光光斑监控镜头150在此过程中对最佳焦面的位置、曝光场的大小和曝光的剂量不断进行监视，并反馈探测的信息为控制器130的动作做反馈，吸附旋转台110在旋转预定的圈数后，马达120停止转动，整个边缘曝光过程结束。

综上所述，本发明提供一种边缘曝光装置，包括：吸附旋转台110，用于吸附和带动硅片100旋转，从而进行边缘曝光；马达120，为所述吸附旋转台110提供动力；边缘曝光镜头组件，包括边缘曝光镜头140和曝光光斑监控镜头150，用于对硅片100边缘的光刻胶进行曝光、监控，并反馈曝光参数；所述边缘曝光镜头140沿光传播方向依次包括：曝光光源141，第一、第二复眼透镜142、143，正交放置的第一柱面变倍镜组144和第二柱面变倍镜组145以及分光镜146；曝光光源141产生的光束经由第一、第二复眼透镜142、143分波面匀光后，由第一、第二柱面变倍镜组144、145变倍和调整光束大小，再经分光镜146，照射在硅片100边缘和曝光光斑监控镜头150上；以及控制器130，分别与所述马达120和边缘曝光镜头组件连接，并控制马达120、边缘曝光镜头140和曝光光斑监控镜头150动作。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、运用复眼透镜与柱面变倍镜组相结合、联动的方式，实现无光阑的长方形曝光场，并且曝光场长宽尺寸可以分别自由调节，因是光学调节方式，在此过程中无额外的能量损失，使得边缘曝光系统的能量利用率达到最大化；

2、边缘曝光装置中加入了曝光光斑监控镜头150，实现了最佳焦面、剂量控制和调整的功能，增加了边缘曝光尺寸监控等实用功能；

3、两组不同方向的柱面变倍镜组（第一柱面变倍镜组144和第二柱面变倍镜组145）调节其各自组合焦距的方式，来分别控制边缘曝光场的长、宽尺寸，通过第一、第二复眼透镜142、143与第一柱面变倍镜组144和第二柱面变倍镜组145配合获得长方形的曝光场，通过同轴的对曝光场光斑的成像或能量探测光路实现自动对焦、曝光剂量和曝光尺寸的监控功能；

4、本发明可以通过闭环的信号反馈系统对最佳焦面、剂量进行实时控制和调整，同时，曝光场长、宽尺寸与柱面变倍镜组的组合焦距的算法相结合，可以达到自动计算和控制的效果。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种边缘曝光装置，包括：

吸附旋转台，用于吸附和带动硅片旋转，从而进行边缘曝光；

马达，为所述吸附旋转台提供动力；

边缘曝光镜头组件，包括边缘曝光镜头和曝光光斑监控镜头，用于对硅片边缘的光刻胶进行曝光、监控，并反馈曝光参数；

所述边缘曝光镜头沿光传播方向依次包括：曝光光源，第一、第二复眼透镜，正交放置的第一柱面变倍镜组和第二柱面变倍镜组以及分光镜；曝光光源产生的光束经由第一、第二复眼透镜分波面匀光后，由第一、第二柱面变倍镜组变倍和调整光束大小，再经分光镜，照射在硅片边缘和曝光光斑监控镜头上；

以及

控制器，分别与所述马达和边缘曝光镜头组件连接，并控制马达、边缘曝光镜头和曝光光斑监控镜头动作。

2.如权利要求1所述的边缘曝光装置，其特征在于，所述曝光光斑监控镜头沿光传播方向依次包括：衰减片、探测镜头和探测器；硅片表面曝光场能量经衰减片、探测镜头后，由探测器接收，探测器将接收到的信息反馈给控制器。

3.如权利要求2所述的边缘曝光装置，其特征在于，所述探测器为CCD或能量探测器。

4.如权利要求1所述的边缘曝光装置，其特征在于，所述边缘曝光镜头还包括设置在曝光光源与第一复眼透镜之间的耦合镜组，曝光光源产生的光束经耦合镜组到达第一、第二复眼透镜进行分波面匀光。

5.如权利要求1所述的边缘曝光装置，其特征在于，硅片边缘曝光场为长方形，其长度和宽度至少其中之一为可调的，其满足：

$D_{\mathrm{FT}}=P_{\mathrm{LA}1}*\frac{f_{\mathrm{FL}}}{f_{\mathrm{LA}1}*f_{\mathrm{LA}2}}*[(f_{\mathrm{LA}1}+f_{\mathrm{LA}2})-D_{12}]$

其中，D_FT为曝光场的长度或宽度；P_LA1为第一复眼透镜的微透镜间距；f_LA1、f_LA2分别为第一、第二复眼透镜的焦距；f_FL为第一柱面变倍镜组或第二柱面变倍镜组的组合焦距；D₁₂为第一、第二复眼透镜的间距。

6.如权利要求5所述的边缘曝光装置，其特征在于，所述第一柱面变倍透镜组沿光传播方向依次包括第一柱面透镜组和第二柱面透镜组；第二柱面变倍透镜组沿光传播方向依次包括第三柱面透镜组和第四柱面透镜组。

7.如权利要求6所述的边缘曝光装置，其特征在于，所述第一柱面变倍镜组或第二柱面变倍镜组的组合焦距f_FL满足：

$f_{\mathrm{FL}}=\frac{F_{L1}*F_{L2}}{F_{L1}+F_{L2}-d}$

其中，F_L1为第一或第三柱面透镜组的焦距、F_L2为第二或第四柱面透镜组的焦距；d为第一、第二柱面透镜组主平面之间的距离或第三、第四柱面透镜组主平面之间的距离。

8.如权利要求1所述的边缘曝光装置，其特征在于，所述曝光光源采用LED光源或激光。