CN104714375B - 一种晶片曝光设备及其曝光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶片曝光设备及其曝光方法，可对不同形状不同尺寸的晶片进行曝光，尤其对于曝光标记缺失的破损晶片，可实现精准对位。在其一实施例中，所述曝光设备通过在其晶片载台上方设置的移动式第一光学成像系统扫描晶片表面获取晶片图像，并通过曝光设备的控制系统将晶片图像与第一光罩图像对比、转化为模拟图像，进一步通过模拟图像与第二光罩图像的对准，同步实现晶片与光罩板的精准对位。利用本发明的晶片曝光设备及其曝光方法，可减少曝光过程中由于无法精准对位导致的光罩偏离现象。

Description

一种晶片曝光设备及其曝光方法

技术领域

本发明涉及半导体光罩领域，特别涉及一种晶片曝光设备及其曝光方法。

背景技术

在半导体器件的制程中，通常需光刻技术在表面涂有光敏感介质（即光阻）的半导体晶片上印刷具有特征的构图。光刻制程一般包括涂胶、曝光、显影等工艺，其中曝光工艺的关键是精准对位和自动曝光两个步骤。

精准对位步骤，是在自动曝光步骤之前高精度地将光罩板和晶片进行对位。对位精度是曝光设备的重要参数之一，直接影响曝光效果，如果对位不准，将导致理论曝光位置和实际曝光位置不符合，进而影响器件的良率。现有曝光设备对位方式中，常通过移动承载晶片的晶片载台将光罩板上的对位标记和晶片上的对位标记对准，从而实现对位。但是，由于受物镜间距的限制，往往因为对位标记超出视野范围使曝光设备不能正常进行曝光，从而影响曝光设备的稼动率，降低生产效率。并且，在半导体制程中，由于种种原因导致晶片破损。对于破损晶片，其上的对位标记缺失，在手动调节曝光机晶片载台使光罩和破损晶片对位时，容易产生偏离，且作业难度高，增加破损晶片的光罩偏几率。

鉴于以上现有技术中的不足，针对对位标记超出曝光设备物镜间距的大尺寸或小尺寸的晶片或对位标记缺失的破损晶片，有必要提供一种新的曝光方法和曝光设备。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种晶片曝光设备，包括光源、物镜、光罩板及承载光罩板的光罩载台、表面涂覆有光阻的晶片及承载晶片的晶片载台、控制系统，以及位于所述晶片载台上方的对晶片进行扫描的可移动式第一光学成像系统，其特征在于：所述曝光设备还包括位于晶片载台下方的第二光学成像系统。

其中，所述晶片包括破损晶片；所述第一和第二光学成像系统为电荷耦合元件（Charge Coupled Device，CCD）；所述第一和第二光学成像系统所使用的光波为非曝光光波；所述第一光学成像系统为高分辨率CCD；所述第二光学成像系统为低分辨率CCD，其可相对于所述晶片载台移动或固定于所述晶片载台台的正下方；所述晶片载台为透明晶片载台，并且透明晶片载台可相对于光罩载台升降。

利用本发明提供的曝光设备，本发明还公开了一种晶片曝光方法。

在其一实施例中，本发明提供一种晶片曝光方法，具体步骤如下：

S101：所述第一光学成像系统扫描所述晶片正面获取晶片图像并传输至所述控制系统；

S102：所述控制系统调取预存的第一光罩图像，并生成同时具有所述晶片图像和第一光罩图像特征的模拟图像，所述第一光罩图像与晶片图像上的光罩图案一致；

S103：所述控制系统调取预存的第二光罩图像，并使所述第二光罩图像与所述模拟图像对准，同时所述控制系统调整所述晶片载台的位置，使所述晶片和光罩板对准；

S104：所述光源发出曝光光波穿过所述光罩板上的光罩图案照射到所述晶片上进行曝光。

在其另一实施例中，本发明提供另一晶片曝光方法，具体步骤如下：

S201：所述第二光学成像系统对所述晶片背面拍照获取第一晶片图像并传输至所述控制系统，所述控制系统在所述第一晶片图像上选取若干个参考点；

S202：所述第一光学成像系统扫描所述参考点对应的所述晶片正面位置获取第二晶片图像；

S203：所述第一晶片图像和第二晶片图像在所述控制系统内转化成同时具有所述第一晶片图像和第二晶片图像特征的晶片图像；

S204：所述控制系统调取预存的第一光罩图像，并生成同时具有所述晶片图像和第一光罩图像特征的模拟图像，所述第一光罩图像与晶片图像上的光罩图案一致；

S205：所述控制系统调取预存的第二光罩图像，并使所述第二光罩图像与所述模拟图像对准，同时所述控制系统调整所述晶片载台的位置，使所述晶片和光罩板对准；

S206：所述光源发出曝光光波穿过所述光罩板上的光罩图案照射到所述晶片上进行曝光。

其中，所述晶片图像、第一晶片图像、第二晶片图像、第一光罩图像、第二光罩图像均采用不同颜色填充以便区分；所述第一光罩图像和第二光罩图像上的光罩图案相同或不同；所述第一光罩图像和第二光罩图像上分别设置有位置对应的第一标记和第二标记，所述第一标记和第二标记相同；所述晶片载台与所述模拟图像行为同步；所述参考点位于第一晶片图像边缘，其尺寸与晶粒尺寸相同。

现有技术中，曝光设备由于受物镜间距的限制，曝光标记超出物镜视野范围的大尺寸或小尺寸晶片，以及曝光标记缺失的破损晶片，现有曝光设备均无法实现晶片和光罩板的精准对位。相较于现有技术，本发明的有益效果包括：可对不同形状不同尺寸的晶片，尤其是曝光标记缺失的破损晶片，进行精准对位和曝光，有效解决晶片在曝光过程中由于无法精准对位而导致的光罩偏离现象。

附图说明

图1为本发明之曝光设备结构示意图。

图2为本发明之曝光设备结构示意图。

图3为本发明之实施例1的曝光方法步骤流程图。

图4为本发明之实施例2的曝光方法步骤流程图。

图5为本发明之实施例2的第一晶片图像和参考点示意图。

附图标注：1：光源；2：物镜；3：光罩板；4：光罩载台；5：晶片；6：晶片载台；7：第一光学成像系统；8：第二光学成像系统；9：控制系统；10：参考点。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的内容作进一步的说明。

实施例1

如附图1和附图2所示为本发明提供的曝光设备结构示意图，其包括光源1，光源1发出曝光光波使光阻性能改变；将光源1发出的紫外光转变成平行光的物镜2；具有光罩图案的光罩板3及承载光罩板3的光罩载台4；表面涂覆有光阻的晶片5及承载晶片5的晶片载台6；位于晶片载台6上方对晶片5进行扫描第一光学成像系统7，第一光学成像系统7可相对于晶片载台6移动，用于对晶片5正面进行扫描；位于晶片载台6下方的第二光学成像系统8，第二光学成像系统8可相对于所述晶片载台6移动（附图1所示），或者固定于晶片载台6的正下方（附图2所示），用于对晶片5的背面进行扫描或拍照；控制系统9，至少用于控制光源1的开启、第一光学成像系统7和第二光学成像系统8的移动、以及晶片载台6的移动。

其中，光源1为汞灯，其发出紫外光对晶片5曝光处理。第一光学成像系统7和第二光学成像系统9均优选CCD，由于第一CCD 7需扫描晶片5正面的图案，第一CCD 7优选高分辨率的CCD，例如可分辨的最小尺寸为10-50μm的CCD，而第二CCD 8只需通过扫描或拍照获取晶片5背面的轮廓图，第二CCD 8优选低分辨率的CCD，例如可分辨的最小尺寸为100-500μm的CCD，并且为了方便使用，第二CCD 8优选固定于晶片载台6的正下方；为了防止晶片5上的光阻在曝光前接触曝光光波进而性能改变，第一CCD 7和第二CCD 8均优选用非曝光光波，例如与晶片光刻环境一致的黄光。本曝光设备中，为了实现第二CCD 8从晶片载台6下方对晶片5扫描或拍照的功能，晶片载台6选用透明材料制备形成透明晶片载台6，并且可相对于光罩载台4升降。该曝光设备可解决由于受物镜2间距的限制，大尺寸和小尺寸晶片上的曝光标记未落入视野范围，或曝光标记缺失的破损晶片5与光罩板3无法精准对位的不足，本实施例中的大尺寸晶片的尺寸大于或等于2寸，优选大于2寸且小于或等于10寸，而小尺寸晶片的尺寸小于2寸，优选大于或等于0.2寸且小于2寸。

利用图1中提供的曝光设备，对晶片5进行曝光处理时，如图3所示，本实施例提供的具体方法步骤如下：

S101：第一CCD 7扫描晶片5正面获取晶片图像并传输至所述控制系统9；

S102：控制系统9调取预存的第一光罩图像，并生成同时具有所述晶片图像和第一光罩图像特征的模拟图像，第一光罩图像与晶片图像上的光罩图案一致；

S103：控制系统9调取预存的第二光罩图像，并使第二光罩图像与模拟图像对准，同时控制系统9调整晶片载台6的位置，使晶片5和光罩板3对准；

S104：光源1发出曝光光波穿过光罩板3照射到晶片5上进行曝光。

其中，晶片图像、第一光罩图像、第二光罩图像均采用不同颜色填充以区分，例如分别以红色、蓝色、黄色进行图像的填充。第一光罩图像和第二光罩图像上的光罩图案相同或不同，本实施例中以具有平边的2寸第一光罩图像和第二光罩图像为例，并且第一光罩图像和第二光罩图像上的光罩图案不同，第一光罩图像上为MESA图案，而第二光罩图案上为ITO图案；第一光罩图像上的光罩图案与晶片图像上的一致，即晶片图像上的光罩图案为MESA图案。第一光罩图像和第二光罩图像上分别设置有位置对应的第一标记和第二标记，第一标记和第二标记相同，均可采用十字标记。由于本发明中的曝光方法是通过调整第二光罩图像与模拟图像对准，以达到将晶片5对光罩板3对准的目的，而通常承载光罩板3的光罩载台4位置固定，因此，需晶片载台6与模拟图像在调整位置时行为同步。

具体地，S101步骤中，将晶片5置于晶片载台6上，晶片载台6相对于光罩载台4下降到设定位置，采用发出黄光并具有高分辨率的第一CCD 7由晶片载台6的侧边初始位置移动至晶片5上方，以Z字型路径扫描晶片5正面获取具有晶粒上光罩图案的晶片图像，并传输至控制系统9，控制系统9中晶片图像以红色填充便于区分；扫描结束后，第一CCD 7恢复初始位置，防止其遮挡光源1发出的曝光光波，并且晶片载台6上升到初始位置。

S102步骤中，控制系统9 分析晶片图像上的光罩图案，调取其中预存的第一光罩图像，第一光罩图像与晶片图像上的光罩图案相同，均为MESA光罩图案，并且第一光罩图像上具有十字形的第一标记，第一光罩图像以蓝色填充便于区分。然后，在控制系统9中，将晶片图像和第一光罩图像上的MESA光罩图案通过调整使其完全重合，然后转化生成同时具有晶片图像和第一光罩图像特征的模拟图像，该特征包括MESA光罩图案、晶片轮廓、第一光罩图像上的第一标记，从而将晶片轮廓、第一标记呈现在模拟图像上，模拟图像以红色和蓝色填充；该步骤中的调整方式为固定第一光罩图像、调整晶片图像，或固定晶片图像、调整第一光罩图像，或同时调整晶片图像和第一光罩图像。控制系统9也可参照第一光罩图像，在晶片图像的基础上采用绘图软件（如CAD）绘制出两者的差异区域，进而形成具有第一标记的模拟图像。

S103步骤中，控制系统9调取其中预存的第二光罩图像，第二光罩图像以黄色填充以边区分，其上具有ITO光罩图案，然后将模拟图像上的第一标记与第二光罩图像上的第二标记通过调整使其完全重合，该步骤中的调整方式为固定第二光罩图像、调整模拟图像；调整模拟图像的同时，控制系统9同步调整晶片载台6在二维平面上的角度，通过模拟图像与第二光罩图像的对准，实现晶片5与光罩板3的精准对位。

S104步骤中，曝光设备的光源1发出的紫外光通过物镜2后形成平行紫外光，平行紫外光穿过光罩板3上的图案并将该图案投射到晶片5表面的光阻上，使光阻变性，完成晶片5的曝光。

相较于现有技术，本发明采用将晶片图像和第一光罩图像上通过光罩图案对准，以及将模拟图像与第二光罩图像通过标记对准，实现对不同形状不同尺寸的晶片，尤其是曝光标记缺失的破损晶片，进行精准对位和曝光，可有效解决晶片在曝光过程中由于无法精准对位而导致的光罩偏离现象。

实施例2

如图4和图5所示，本实施例提供的另一晶片曝光方法，具体方法步骤如下：

S201：第二CCD 对晶片5背面拍照获取第一晶片图像并传输至控制系统9，控制系统9在第一晶片图像上选取若干个参考点10（如附图4所示）；

S202：第一CCD扫描参考点10对应的所述晶片5正面位置获取第二晶片图像；

S203：第一晶片图像和第二晶片图像在控制系统9内转化成同时具有第一晶片图像和第二晶片图像特征的晶片图像；

S204：控制系统9调取预存的第一光罩图像，并生成同时具有所述晶片图像和第一光罩图像特征的模拟图像，第一光罩图像与晶片图像上的光罩图案一致；

S205：控制系统9调取预存的第二光罩图像，并使第二光罩图像与所述模拟图像对准，同时控制系统9调整晶片载台6的位置，使晶片5和光罩板3对准；

S206：光源1发出曝光光波穿过光罩板3照射到晶片5上进行曝光。

本实施例与实施例1的区别在于：为了提高获取晶片图像的效率，本实施例中在晶片载台6上的晶片5的正下方采用固定设置的第二CCD 8，对晶片5进行拍照，获取具有晶片轮廓的第一晶片图像，再在第一晶片图像的边缘选取若干个参考点10，该参考点10与晶粒的尺寸一致，本实施例优选4个参考点10，然后，第一CCD 7仅对晶片5正面上与参考点10对应的晶粒进行扫描，获取具有光罩图案的第二晶片图像。第一晶片图像、第二晶片图像、晶片图像、第一光罩图案、第二光罩图案均采用不同颜色填充以区分。本实施例中，通过采用固定式的第二CCD 8先获取参考点10，再采用移动式第一CCD 7只对参考点10对应的晶粒进行扫描，从而缩短了扫描晶片的时间，提高了获取晶片图像的效率。

应当理解的是，上述具体实施方案为本发明的优选实施例，本发明的范围不限于该实施例，凡依本发明所做的任何变更，皆属本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种晶片曝光方法，包括以下步骤：

步骤1：提供一曝光设备，所述曝光设备包括光源、物镜、光罩板及承载光罩板的光罩载台、表面涂覆有光阻的晶片及承载晶片的晶片载台，位于所述晶片载台上方并对晶片进行扫描的可移动式第一光学成像系统；所述第一光学成像系统扫描所述晶片正面获取晶片图像并传输至控制系统；

步骤2：所述控制系统调取预存的第一光罩图像，并生成同时具有所述晶片图像和第一光罩图像特征的模拟图像，所述第一光罩图像与晶片图像上的光罩图案一致；

步骤3：所述控制系统调取预存的第二光罩图像，并使所述第二光罩图像与所述模拟图像对准，同时所述控制系统调整所述晶片载台的位置，使所述晶片和光罩板对准；

步骤4：所述光源发出曝光光波穿过所述光罩板上的光罩图案照射到所述晶片上进行曝光。

2.根据权利要求1所述的一种晶片曝光方法，其特征在于：所述晶片图像、模拟图像、第一光罩图像、第二光罩图像均采用不同颜色填充以便区分。

3.一种晶片曝光方法，包括以下步骤：

步骤1：提供一曝光设备，所述曝光设备包括光源、物镜、光罩板及承载光罩板的光罩载台、表面涂覆有光阻的晶片及承载晶片的晶片载台，位于所述晶片载台上方并对晶片进行扫描的可移动式第一光学成像系统，位于晶片载台下方的第二光学成像系统以及控制系统；所述第二光学成像系统对所述晶片背面拍照获取第一晶片图像并传输至控制系统，所述控制系统在所述第一晶片图像上选取若干个参考点；

步骤2：所述第一光学成像系统扫描所述参考点对应的所述晶片正面位置获取第二晶片图像；

步骤3：所述第一晶片图像和第二晶片图像在所述控制系统内转化成同时具有所述第一晶片图像和第二晶片图像特征的晶片图像；

步骤4：所述控制系统调取预存的第一光罩图像，并生成同时具有所述晶片图像和第一光罩图像特征的模拟图像，所述第一光罩图像与晶片图像上的光罩图案一致；

步骤5：所述控制系统调取预存的第二光罩图像，并使所述第二光罩图像与所述模拟图像对准，同时所述控制系统调整所述晶片载台的位置，使所述晶片和光罩板对准；

步骤6：所述光源发出曝光光波穿过所述光罩板上的光罩图案照射到所述晶片上进行曝光。

4.根据权利要求3所述的一种晶片曝光方法，其特征在于：第一晶片图像、第二晶片图像、晶片图像、模拟图像、第一光罩图像、第二光罩图像均采用不同颜色填充以便区分。

5.根据权利要求1或3所述的一种晶片曝光方法，其特征在于：所述第一光罩图像和第二光罩图像上的光罩图案相同或不同。

6.根据权利要求1或3所述的一种晶片曝光方法，其特征在于：所述第一光罩图像和第二光罩图像上分别设置位置对应的第一标记和第二标记，所述第一标记和第二标记相同。

7.根据权利要求1或3所述的一种晶片曝光方法，其特征在于：所述晶片载台与模拟图像行为同步。

8.根据权利要求3所述的一种晶片曝光方法，其特征在于：所述参考点位于所述第一晶片图像的边缘，其尺寸与所述晶片上晶粒尺寸一致。

9.根据权利要求1或3所述的一种晶片曝光方法，其特征在于：所述晶片包括曝光标记缺失的破损晶片，以及具有完整曝光标记但曝光标记未落入所述物镜视野范围的大尺寸或小尺寸的晶片。

10.根据权利要求3所述的一种晶片曝光方法，其特征在于：所述第一光学成像系统和第二光学成像系统为电荷耦合元件。

11.根据权利要求3所述的一种晶片曝光方法，其特征在于：所述第二光学成像系统可相对于所述晶片载台移动或固定于所述晶片载台的正下方。

12.根据权利要求3所述的一种晶片曝光方法，其特征在于：所述第一光学成像系统和第二光学成像系统所使用的光波均为非曝光光波。

13.根据权利要求1或3所述的一种晶片曝光方法，所述第一光学成像系统为高分辨率的电荷耦合元件。

14.根据权利要求3所述的一种晶片曝光方法，其特征在于：所述第二光学成像系统为高分辨率或低分辨率的电荷耦合元件。

15.根据权利要求1或3所述的一种晶片曝光方法，其特征在于：所述晶片载台为透明晶片载台，所示透明晶片载台可相对于所示光罩载台升降。