CN106292195B - 边缘曝光装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种边缘曝光装置和方法，该装置包括：预对准部件，包括：旋转台，用于控制所述旋转台X向移动的X向运动机构、用于控制所述旋转台Y向移动的Y向运动机构和用于图像采集的检测装置；曝光部件，包括：曝光镜头和曝光控制器，所述曝光镜头位置固定，所述曝光控制器控制所述曝光镜头进行曝光动作。本发明的预对准部件可实现X向、Y向的自动切换，从而完全可以满足在硅片不同位置曝光的位置切换需求，同时曝光部件为了确保曝光性能的稳定，曝光镜头静止不动，直线切换过程通过预对准部件进行。

Description

边缘曝光装置和方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种边缘曝光装置和方法。

背景技术

边缘曝光机是track机(涂胶显影机)的一个重要组成部分，随着track机248nm工艺需求的逐渐细化，边缘曝光机也需要同步跟随适应多样化的工艺需求。边缘曝光机需要适应的曝光工艺整体而言分为三大类，分别为整周曝光、直线曝光和分段曝光。

整周曝光需要满足只在硅片边缘位置指定宽度曝光和在距离硅片边缘一段距离指定宽度曝光，如图1a和图1b所示，其中硅片边缘的阴影区域为曝光区域；直线曝光需要满足在指定的位置按照指定宽度和长度曝光，曝光区域最大宽度为2倍曝光镜头视场宽度，曝光区域中垂线经过硅片中心，如图1c中的阴影区域所示；分段曝光需满足只分段曝光一段和分段曝光多段并满足曝光位置均匀分布，其中单独一段分段曝光指的是在指定的曝光起始位置开始曝光一定的角度和宽度的扇形区域，曝光最大宽度为4倍曝光镜头视场宽度，如图1d中的阴影区域所示；分段曝光多段均布则要求按照给定的曝光角度、宽度和曝光段数，使得曝光区域按照曝光段数均匀分布在整个硅片表面，如图1e中的阴影区域所示。

边缘曝光机除了需要满足以上各种不同的工艺需求以外，还要实现与track机交互的基本工作流程，即边缘曝光机要承载由track机传送来的涂胶硅片，操控涂胶硅片预对准，操控涂胶硅片按用户输入参数曝光，曝光结束后通知track机取走涂胶硅片。

基于上述对工艺和工作流程定义的实际要求，边缘曝光机需包括两个主要的组成部分：预对准部件和边缘曝光部件。传统的边缘曝光机采用的预对准部件包括：P-Chuck(P-吸盘)、C-Chuck(C-吸盘)、C-Chuck运动机构、R向运动组件、Z向运动组件和边缘图像采集组件。其中P-Chuck、C-Chuck用于承载硅片，C-Chuck运动机构用于完成对硅片偏心的补偿，R向运动组件实现旋转运动。该结构的设计约束了预对准部件不能完成Y向和X向的运动，因此在进行边缘曝光时只能整圈曝光硅片边缘部分，而不能满足以上定义的边缘曝光的不同种工艺需求。传统的边缘曝光部件如图2所示，包括预对准系统100、边缘曝光系统200和控制系统300，其曝光镜头除了可根据不同尺寸硅片直线切换外，没有其他更详细的设计约束，也就限制了对不同胶厚的涂胶硅片曝光性能的约束。

如图3所示，传统的边缘曝光运动控制方案也较简单，只在预对准结束曝光开始前软件下发命令打开(shutter on)曝光控制器(shutter)，运动结束后软件操作关闭(shutter off)曝光控制器，同时在整个整圈曝光过程中旋转轴使用正常工作速度旋转曝光，这种控制方式使得曝光区域起始位置和终止位置存在类似“骨头状”的过曝现象，并且曝光起始和终止位置边界的slop(溢出)非常大。

发明内容

本发明提供一种边缘曝光装置和方法，以解决现有技术中边缘曝光装置不能完成Y向和X向的运动；硅片曝光时，曝光起始和终止位置边界出现过曝现象的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种边缘曝光装置，包括：预对准部件，包括：旋转台，用于控制所述旋转台X向移动的X向运动机构、用于控制所述旋转台Y向移动的Y向运动机构和用于图像采集的检测装置；曝光部件，包括：曝光镜头和曝光控制器，所述曝光镜头位置固定，所述曝光控制器控制所述曝光镜头进行曝光动作。

作为优选，所述旋转台上设置有陶瓷吸盘。

作为优选，所述曝光部件还包括光筛挡片和能量传感器，所述光筛挡片和能量传感器均设置在所述曝光镜头下方。

作为优选，所述预对准部件还包括：LED光源、硅片切换装置和预对准机构升降装置。

作为优选，所述检测装置采用线阵CCD。

一种边缘曝光方法，包括：上片至旋转台；检测装置检测硅片的偏心量，X向、Y向运动机构完成对硅片的偏心补偿，旋转台调节硅片方向；X向、Y向运动机构将硅片带动到曝光位置处；曝光部件计算曝光强度、曝光速度和曝光时间后，执行曝光动作；曝光结束，X向、Y向运动机构将硅片带到下片位。

作为优选，硅片曝光前，曝光部件判断是否需要照度优化，若是，进行曝光照度优化，并计算曝光参数，若否，直接计算曝光参数。

作为优选，硅片曝光结束后，曝光部件判断是否需要照度优化，若是，将曝光部件的照度恢复至曝光前。

作为优选，还包括：对曝光硅片进行显影；显微镜观察曝光硅片。

作为优选，执行曝光动作时，采取匀速运动阶段曝光策略。

作为优选，执行曝光动作包括：设定硅片曝光的起始点和结束点；硅片进入匀速运动；开启曝光控制器，使曝光镜头在硅片起始点处开始曝光；关闭曝光控制器，使曝光镜头在硅片结束点处停止曝光。

作为优选，曝光控制器开启时间为曝光控制器的开启延时时间或曝光控制器的开启延时时间与其3sigma值的和。

作为优选，曝光控制器关闭时间为曝光控制器的关闭延时时间或曝光控制器关闭时间为曝光控制器的关闭延时时间与其3sigma值的和。

作为优选，采用曝光控制器跟随旋转台控制的方式曝光硅片。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明的预对准部件可实现X向、Y向的自动切换，从而完全可以满足在硅片不同位置曝光的位置切换需求，同时曝光部件为了确保曝光性能的稳定，曝光镜头静止不动，直线切换过程通过预对准部件进行。

附图说明

图1a-1e为硅片的不同曝光方式示意图；

图2为现有技术中边缘曝光机的曝光部件结构示意图；

图3为现有技术中边缘曝光机的曝光控制方式示意图；

图4为本发明实施例1中边缘曝光装置的俯视图；

图5为本发明实施例1中边缘曝光装置的主视图；

图6为本发明实施例1中边缘曝光方法的流程示意图；

图7为本发明实施例1中曝光控制方式示意图；

图8为本发明实施例2中曝光控制方式示意图；

图9为本发明实施例3中曝光控制器跟随控制的原理图。

图中：1-X向运动机构，2-Y向运动机构，3-旋转台，4-检测装置，5-硅片切换装置，6-硅片，7-曝光镜头，8-光筛挡片，9-能量传感器，10-预对准机构升降装置。

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。

实施例1

本发明的边缘曝光装置，包括预对准部件和曝光部件。

如图4和图5所示，所述预对准部件包括：带有陶瓷吸盘的旋转台3，用于控制所述旋转台3进行X向移动的X向运动机构1、用于控制所述旋转台3进行Y向移动的Y向运动机构2和用于图像采集的检测装置4，所述检测装置4采用线阵CCD，进一步的，所述预对准部件还包括与线阵CCD配套的LED光源、硅片切换装置5和用于上下硅片6的预对准机构升降装置10。

所述曝光部件包括：曝光镜头7、曝光控制器、光筛挡片8和能量传感器9。所述曝光镜头7位置固定，可以确保曝光性能的稳定性；所述曝光控制器控制所述曝光镜头7进行曝光动作，所述光筛挡片8和能量传感器9均设置在所述曝光镜头7下方，用于标定初始照度机器常数并计算在曝光过程中使用的实时照度值。

较之传统的预对准部件，本发明的预对准部件可实现X向、Y向的自动切换，从而完全可以满足在硅片6不同位置曝光的位置切换需求，同时曝光部件为了确保曝光性能的稳定，曝光镜头7静止不动，直线切换过程通过预对准部件进行，同时还增设了光筛挡片8和光强检测的能量传感器9，用于标定初始照度机器常数并计算在曝光过程中使用的实时照度值。

请参照图6，并结合图4和图5，本发明还提供一种边缘曝光方法，其包括：

上片至旋转台3，即预对准部件通过旋转台3的陶瓷吸盘接收并吸附track机传送来的涂胶硅片6；

检测装置4采集硅片6边缘图像信息计算硅片6的偏心量，X向、Y向运动机构1、2完成对硅片6定心时的偏心补偿，旋转台3完成对硅片6曝光前的定向，预对准结束；

接着，X向、Y向运动机构1、2将硅片6带动到曝光位置处；

曝光部件判断是否需要照度优化，若是，进行曝光照度优化，并计算曝光参数，若否，直接计算曝光参数。具体地，曝光部件根据用户给定的曝光类型、位置、光强、剂量等参数进行曝光并计算曝光照度、曝光速度和曝光时间，计算曝光强度、曝光速度和曝光时间后，执行曝光动作；

硅片6曝光结束后，曝光部件判断是否需要照度优化，若是，将曝光部件的照度恢复至曝光前；

曝光结束，X向、Y向运动机构1、2将硅片6带到下片位。具体地，曝光结束后硅片6由X、Y向运动机构1、2下片到下片位，同时WEE通知track机取走已曝光完成的硅片6。接着，根据需要，可以对曝光硅片6进行显影，并用显微镜观察曝光硅片6。

较佳的，在曝光过程中，采取只在匀速运动阶段曝光的策略，即针对整周曝光和分段曝光要求旋转台3在匀速运动过程中才打开曝光控制器开始曝光；而对于直线曝光只在旋转台3在X向匀速运动过程中才打开曝光控制器开始曝光。具体如下：

首先确定硅片6曝光的设定点的位置，该设定点包括：起始点和结束点；

硅片6进入匀速运动；

开启曝光控制器，使曝光镜头在硅片6起始点处开始曝光；具体地，在设定点(即起始点)位置将进入匀速运动时，也就是说，在旋转台3匀速旋转或者硅片6沿X轴匀速运动后，下发开启信号(shutter_on_enble trigger)，在给定的开启延时时间(shutter_on_response_time)后，曝光控制器真正打开；

关闭曝光控制器，使曝光镜头7在硅片6结束点处停止曝光。具体地，旋转台3和X向上的硅片6设定点(即结束点)位置轨迹规划匀速运动结束前，在关闭延时时间(shutter_off_response_time)前下发开启信号，在给定的延时时间(shutter_off_response_time)后，曝光控制器真正关闭。

上述方法的优点在于：确保只在匀速运动阶段曝光，解决了曝光开始和终止位置过曝的问题。

实施例2

本实施例是针对分段曝光和直线曝光当曝光宽度为视场整数倍时，出现实际曝光区域第一段和第二段的衔接位置存在“阶梯状”现象，且该现象不稳定，也就是曝光边界不整齐，同时曝光起始终止位置陡度同样较大的问题。造成这种现象的原因为曝光控制器从命令下发到真正打开曝光控制器的延时时间存在较大的3sigma值(误差值)。关闭命令下发到真正关闭的延时时间也存在较大的3sigma值(误差值)，而这两个较大的3sigma值是由曝光控制器本身的电气性能所决定，如图7中圆圈部分所示。

如图8所示，因此，本实施例在整周曝光和分段曝光时，在设定点(起始点)位置前的shutte_on_delay时间下发开启信号，该shutte_on_delay时间为开启延时时间与其3sigma值的和，可以保证设定点开始匀速运动时，曝光控制器是真实的打开状态；在shutter_on_delay时间+曝光时间-shutter_off_delay时间后下发关闭信号，确保在到达结束点后，曝光控制器是真实关闭的，其中，shutter_off_delay时间为关闭延时时间与其3sigma值的和。

同样在直线曝光时，在设定点位置前的shutte_on_delay时间下发开始信号，该时间包含开启延时时间和开启延时时间的3sigma值，尽量保证设定点开始运动时曝光控制器是真实的打开状态；在shutter_on_delay时间+曝光时间-shutter_off_delay时间后下发关闭的使能信号，确保在停止运动后，曝光控制器是真实关闭的。

本实施例有效地解决了曝光区域起始位置和终止位置不齐的问题，且当开启延时时间的3sigma值和关闭延时时间的3sigma值计算的比较切合真正的电气性能时曝光区域起始位置和终止位置的边缘陡度较小，而采用本实施例的方法曝光的硅片在CD-SEM下的图形可以满足需求。

实施例3

由于实施例1和2中，曝光控制器的开启延时时间和关闭延时时间的3sigma数据是根据一定数量的统计数据计算的平均值，而并不是曝光控制器的电气性能的真实显示。本实施例为了可以更好地实时控制曝光控制器，采用将曝光控制器与旋转台、X向运动机构进行跟随控制方式，从而可以提高只在匀速段曝光时的曝光性能。

如图9所示，本实施例给出了曝光控制器跟随控制的控制器设计说明。旋转台和X向运动机构为主动轴Z1，即通过将控制旋转台运动的电机和设置在旋转台上的位置传感器连接在系统中，而曝光控制器为跟随运动，当旋转台和X向运动机构带动硅片开始匀速运动时，下发曝光控制器打开跟随运动触发信号(即触发开关闭合)，曝光控制器根据旋转台和X向运动机构下发的跟随位置进行同步跟随运动，直至曝光控制器完全打开，此时下发曝光控制器打开跟随运动结束信号(触发开关打开)，曝光控制器停止跟随运动。

具体地，当旋转台匀速旋转或者沿X向匀速运动结束时，提前下发曝光控制器关闭跟随运动信号，曝光控制器根据下发的关闭跟随位置进行同步运动，直至曝光控制器完全关闭，且同时旋转台匀速运动结束，此时下发曝光控制器关闭跟随运动结束信号。本实施例可确保在匀速运动阶段曝光的要求，并且可以同时确保曝光控制器的运动与旋转台的运动同步，大大提高曝光区域边缘的slop性能。

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 (7)

1.一种边缘曝光方法，其特征在于，包括：

上片至旋转台；

检测装置检测硅片的偏心量，X向、Y向运动机构完成对硅片的偏心补偿，旋转台调节硅片方向；

X向、Y向运动机构将硅片带动到曝光位置处；

曝光部件计算曝光强度、曝光速度和曝光时间后，执行曝光动作；

曝光结束，X向、Y向运动机构将硅片带到下片位；

其中，执行曝光动作时，采取匀速运动阶段曝光策略；

所述执行曝光动作包括：

设定硅片曝光的起始点和结束点；

硅片进入匀速运动；

在曝光控制器开启时间提前量时开启曝光控制器，使曝光镜头在硅片起始点处开始曝光；

在曝光控制器关闭时间提前量时关闭曝光控制器，使曝光镜头在硅片结束点处停止曝光。

2.如权利要求1所述的边缘曝光方法，其特征在于，硅片曝光前，曝光部件判断是否需要照度优化，若是，进行曝光照度优化，并计算曝光参数，若否，直接计算曝光参数。

3.如权利要求1所述的边缘曝光方法，其特征在于，硅片曝光结束后，曝光部件判断是否需要照度优化，若是，将曝光部件的照度恢复至曝光前。

4.如权利要求1所述的边缘曝光方法，其特征在于，还包括：对曝光硅片进行显影；显微镜观察曝光硅片。

5.如权利要求1所述的边缘曝光方法，其特征在于，所述曝光控制器开启时间提前量为曝光控制器的开启延时时间或曝光控制器的开启延时时间与其3sigma值的和。

6.如权利要求1所述的边缘曝光方法，其特征在于，所述曝光控制器关闭时间提前量为曝光控制器的关闭延时时间或曝光控制器关闭时间为曝光控制器的关闭延时时间与其3sigma值的和。

7.如权利要求1所述的边缘曝光方法，其特征在于，采用曝光控制器跟随旋转台控制的方式曝光硅片。