CN113031405B - 量产型双面激光直写光刻机及其控制方法 - Google Patents

量产型双面激光直写光刻机及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种量产型双面激光直写光刻机及其控制方法，应用于集成电路制造，量产型双面激光直写光刻机的移动平台包括多个区域；多个载物装置对应设置于多个区域，每个载物装置的上下两侧安装有单个或多个光学引擎，以对对应区域内的载物装置上的晶圆进行曝光；光学引擎带有同轴或旁轴对准的对准相机，利用寻边器对晶圆位置进行预对准处理；移载装置用于移取晶圆，将晶圆移入或移出相应区域内的载物装置。本发明能够同时对多个区域的多片晶圆的双面进行曝光，解决了集成电路曝光对位精度低，效率低的问题，极大提高了曝光产能，利于实现集成电路制造和晶圆级封装的量产。

Description

量产型双面激光直写光刻机及其控制方法
技术领域
本发明涉及曝光机技术领域，尤其是涉及一种量产型双面激光直写光刻机及其控制方法。
背景技术
目前，激光直写式光刻机普遍应用于集成电路和封装领域，由于其生产效率较低，在集成电路和封装领域多用于掩膜板的生产和研发样品的实验线里。由于激光直写式光刻机无需掩膜板可直接把计算机设计图形制备在基板上，基于直写光刻的数字化的属性，因而具有更高的灵活性和广泛适应性，可广泛用于提升新品开发效率，满足小批量多样化生产需求。
但目前的直写式光刻机的规模生产效率低，对位精度低，导致其无法应用在集成电路和封装领域的大规模量产线上。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种量产型双面激光直写光刻机，能够同时对多个区域的多片晶圆的双面进行曝光，解决了集成电路曝光对位精度低，效率低的问题，极大提高了曝光产能，利于实现集成电路制造和晶圆级封装的量产。
为此，本发明的第二个目的在于提出一种集成电路制造设备。
为此，本发明的第三个目的在于提出一种量产型双面激光直写光刻机的控制方法。
为实现上述目的，本发明第一方面的实施例公开了一种量产型双面激光直写光刻机，应用于集成电路制造，所述量产型双面激光直写光刻机，包括：移动平台、多个载物装置、对准相机、光学引擎和移载装置，其中，所述移动平台包括多个区域；多个所述载物装置对应设置于多个所述区域，用于承载晶圆，每个所述载物装置的上下两侧安装有单个或多个所述光学引擎，所述光学引擎用于对对应区域内的所述载物装置上的晶圆进行曝光，所述光学引擎根据晶圆上的Mark位置对每个镜头进行图形数据变换处理，并根据变换后得到的图形位置数据在各晶圆相对应的位置进行曝光；所述对准相机设置在所述光学引擎的同轴或旁轴位置，用于根据所述晶圆上的Mark位置对所述晶圆进行对准；所述移载装置用于移取所述晶圆，将所述晶圆移入或移出相应区域内的所述载物装置。
根据本发明实施例的量产型双面激光直写光刻机，能够同时对多个区域的多片晶圆的双面进行曝光，减少了翻板的时间，提高了曝光效率，避免了对位精度低的情况；其中每片晶圆有专门的光学引擎对其进行曝光，光学引擎只负责对应区域位置晶圆的曝光，从而缩短了曝光行程，提高了曝光对位精度。由此，解决了集成电路曝光对位精度低，效率低的问题，极大提高了曝光产能，进而利于实现集成电路制造和晶圆级封装的量产。
另外，本发明实施例的量产型双面激光直写光刻机还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，所述光学引擎由空间光调制器构成。
在一些示例中，多个所述载物装置相互独立设置于多个所述区域，每个所述载物装置由相互独立的所述光学引擎对对应区域内的晶圆进行曝光。
在一些示例中，所述移动平台可同步在步进方向和扫描方向移动。
在一些示例中，所述载物装置被配置为由双层透明玻璃构成。
在一些示例中，所述载物装置通过抽真空的方式固定所述晶圆。
在一些示例中，所述移载装置包括移载机或机械手，所述移载机或机械手上设置有移料吸盘，所述移料吸盘具有多个吸盘。
在一些示例中，所述移载机或机械手通过所述移料吸盘同时将多个晶圆移入或移出所述移动平台。
为实现上述目的，本发明第二方面的实施例公开了一种集成电路制造设备，包括如本发明上述第一方面实施例所述的量产型双面激光直写光刻机。
根据本发明实施例的集成电路制造设备，其具有的量产型双面激光直写光刻机，能够同时对多个区域的多片晶圆的双面进行曝光，减少了翻板的时间，提高了曝光效率，避免了对位精度低的情况；其中每片晶圆有专门的光学引擎对其进行曝光，光学引擎只负责对应区域位置晶圆的曝光，从而缩短了曝光行程，提高了曝光对位精度。由此，解决了集成电路曝光对位精度低，效率低的问题，极大提高了曝光产能，进而利于实现集成电路制造和晶圆级封装的量产。
为实现上述目的，本发明第三方面的实施例公开了一种量产型双面激光直写光刻机的控制方法，应用于集成电路制造，所述方法包括以下步骤：提供移动平台，所述移动平台分包括多个区域，每个所述区域对应设置有一个载物装置；移载装置将晶圆移取到预对准的位置上，利用寻边器对晶圆位置进行预对准处理；所述移载装置将预对准过的晶圆移入移动平台相对应的区域；对准相机根据所述晶圆上的Mark位置对晶圆进行对准；所述光学引擎根据晶圆上Mark位置对每个镜头进行图形数据变换处理，并根据变换后得到的图形位置数据在各晶圆相对应的位置进行曝光；晶圆曝光结束，所述移载装置将曝光过的晶圆移出所述载物装置。
根据本发明实施例的量产型双面激光直写光刻机的控制方法，能够同时对多个区域的多片晶圆的双面进行曝光，减少了翻板的时间，提高了曝光效率，避免了对位精度低的情况；其中每片晶圆有专门的光学引擎对其进行曝光，光学引擎只负责对应区域位置晶圆的曝光，从而缩短了曝光行程，提高了曝光对位精度。由此，解决了集成电路曝光对位精度低，效率低的问题，极大提高了曝光产能，进而利于实现集成电路制造和晶圆级封装的量产。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的量产型双面激光直写光刻机的结构框图；
图2是根据本发明另一个实施例的量产型双面激光直写光刻机的结构示意图3是根据本发明一个具体实施例的移载装置进行晶圆上下料的过程示意图；
图4是根据本发明一个具体实施例的量产型双面激光直写光刻机的控制方法的流程图。
附图标记：100-量产型双面激光直写光刻机；110-移动平台；120-载物装置；130-对准相机；140-光学引擎；150-移载装置；151-机械手；1511-移料吸盘。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的量产型双面激光直写光刻机及其控制方法。
图1是根据本发明一个实施例的量产型双面激光直写光刻机的结构框图。该量产型双面激光直写光刻机可应用于集成电路制造，能够同时对多个区域的多片晶圆的双面进行曝光，解决了集成电路曝光对位精度低，效率低的问题，极大提高了曝光产能，利于实现集成电路制造和晶圆级封装的量产。
如图1所示，并结合图2所示，该量产型双面激光直写光刻机100，包括：移动平台110、多个载物装置120、对准相机130、光学引擎140和移载装置150。
其中，移动平台110包括多个区域。
多个载物装置120对应设置于多个区域，用于承载晶圆，每个载物装置120的上下两侧安装有单个或多个光学引擎140。换言之，即在移动平台110的每个区域对应设置一个载物装置120，用于承载晶圆，从而在移动平台110上可同时放置多个晶圆，以便同时对多个晶圆进行双面曝光。结合图2所示，每个载物装置120的上下两侧安装有单个或多个光学引擎140，从而可同时对晶圆的双面进行曝光，即可实现对多个晶圆的双面同时进行曝光，从而提高了曝光效率。
光学引擎140用于对对应区域内的载物装置120上的晶圆进行曝光，光学引擎140根据晶圆上的Mark位置对每个镜头进行图形数据变换处理，并根据变换后得到的图形位置数据在各晶圆相对应的位置进行曝光。即，每个光学引擎140仅对其对应的载物装置120所在区域内的晶圆进行曝光，从而缩短了曝光行程，提高了曝光精度。
对准相机130设置在光学引擎140的同轴或旁轴位置，用于根据晶圆上的Mark位置对晶圆进行对准。移载装置150用于移取晶圆，将晶圆移入或移出相应区域内的载物装置120。即，移载装置150用于将晶圆移入至相应区域内的载物装置120上，或者将晶圆从载物装置120上移出。从而，通过移载装置150可实现晶圆的上下料。
从而，该量产型双面激光直写光刻机100，移动平台110分为多个区域，多个载物装置120对应位于移动平台110的多个区域上，每个载物装置120的上下两侧安装有单个或多个光学引擎140，对准相机130设置在光学引擎140的同轴或旁轴位置，光学引擎140负责对应区域内晶圆的曝光，对准相机130根据Mark位置进行对位。从而，能够同时对多个区域内的多片晶圆的双面进行曝光，减少了翻板的时间，提高了曝光效率，避免了对位精度低的情况；其中每片晶圆有专门的光学引擎140对其进行曝光，光学引擎140只负责对应区域位置晶圆的曝光，从而缩短了曝光行程，提高了曝光对位精度。由此，解决了集成电路曝光对位精度低，效率低的问题，极大提高了曝光产能，进而利于实现集成电路制造和晶圆级封装的量产。
在本发明的一个实施例中，光学引擎140可由空间光调制器构成，具体例如由激光准直透镜构成，从而可提高曝光效率高、曝光速度和可靠性，同时降低曝光能耗。
在具体实施例中，光学引擎140例如通过支架固定在载物装置120的上下两侧。
在本发明的一个实施例中，多个载物装置120相互独立设置于多个区域，每个载物装置120由相互独立的光学引擎140对对应区域内的晶圆进行双面曝光。具体而言，即多个载物装置120之间是相互独立的，每个载物装置120由独立的光学引擎140负责对应区域内晶圆的曝光，从而可实现多个晶圆双面同时曝光。换言之，对每片晶圆上下两面配置有专门的光学引擎140对其进行曝光，光学引擎140只负责对应载物装置120所在区域内的晶圆的曝光，从而缩短了曝光行程，提高了曝光精度；多个光学引擎140可实现多个晶圆双面同时曝光。
在本发明的一个实施例中，移动平台110可同步在步进方向和扫描方向移动。步进方向即X方向，扫描方向即Y方向，即移动平台110可同步在步进方向X和扫描方向Y移动，从而提高了移动平台110的灵活性和适配性。
在具体实施例中，移动平台110沿步进方向X和扫描方向Y运动，对准相机130根据晶圆上的Mark位置对准晶圆，载物装置120上下两侧的光学引擎140对每个区域的晶圆进行双面变换曝光，从而实现对多片晶圆的双面同时曝光，提高了曝光效率和曝光精度。
在本发明的一个实施例中，载物装置120被配置为由双层透明玻璃构成。具体而言，即每个载物装置120均由上下两层透明玻璃构成，对应设置在多个区域内。
在本发明的一个实施例中，载物装置120通过抽真空的方式固定晶圆。具体而言，载物装置120由上下两层透明玻璃构成，上下两层透明玻璃通过抽真空吸附在一起，从而固定晶圆。在具体实施例中，上层玻璃两侧例如设置有真空吸盘，下层玻璃两侧例如设置有真空管道，通过抽真空的方式使上下两层透明玻璃吸在一起，从而将晶圆固定。
在本发明的一个实施例中，结合图3所示，移载装置150包括移载机(图中未示出)或机械手151，移载机或机械手151上设置有移料吸盘1511，移料吸盘1511具有多个吸盘。
在本发明的一个实施例中，移载机或机械手151通过移料吸盘1511同时将多个晶圆移入或移出移动平台110。
具体的，在图3所示示例中，以移载装置150包括机械手151为例，机械手151可为多个，每个机械手151上设置有移料吸盘1511，即移载装置150具有多个移料吸盘1511，从而可同时抓取多个晶圆，将多个晶圆同时移入或移出移动平台110，实现多个晶圆同时上下料，从而提高了上下料效率。
其中，结合图3所示，每个移料吸盘1511具有多个吸盘，多个吸盘可同时抓取多个晶圆，提高抓取的牢固性，避免晶圆移动过程中发生掉落而产生浪费，从而提高了晶圆上下料过程的可靠性，也利于节约成本。
在具体实施例中，移载机或机械手151例如通过电控系统控制，移载机或机械手151上的多个移料吸盘1511例如以M*N阵列的方式排布，对应于移动平台110上多个区域内放置的多个晶圆的排布方式。从而，移载机或机械手151通过移料吸盘1511把M*N阵列的晶圆对应移到移动平台110的多个载物装置120中，实现晶圆上料，进而移动平台110将晶圆送到指定曝光区域进行曝光，曝光结束后，移载机或机械手151通过移料吸盘1511将晶圆移走，实现晶圆下料。
在具体实施例中，结合图1至图3所示，该量产型双面激光直写光刻机100，包括移动平台110、载物装置120、光学引擎140、对准相机130和移载装置150，移载装置150包括移载机或机械手151。移动平台110分为多个区域，每个区域设置有由上下两层透明玻璃组成的载物装置120，每个载物装置120的上下两侧安装有单个或多个光学引擎140，移载机或机械手151负责把晶圆送到移动平台110对应区域上的载物装置120里。
具体的，移动平台110将载物装置120移出台面，移载机或机械手151通过移料吸盘1511将N行*M列的晶圆送到移动平台110的对应区域位置，晶圆通过真空吸附固定在移动平台110上，移动平台110移到指定曝光区域位置，每个区域位置对应的光学引擎140负责对该区域内的晶圆进行曝光；移动平台110沿步进方向X和扫描方向Y同步移动，寻边器对晶圆位置进行预对准，移载装置120将预对准过的晶圆移入移动平台相对应的区域；对准相机130根据Mark位置对每片晶圆进行对准，上下两侧的光学引擎140只负责对应区域内晶圆的曝光；光学引擎140根据晶圆上的Mark位置对每个镜头进行图形数据变换处理，并根据变换后得到的图形位置数据在各晶圆相对应的位置进行双面曝光；曝光结束后，移载机或机械手151通过移料吸盘1511将曝光过的晶圆移取到指定位置，即将曝光过的晶圆移出载物装置120。
在具体实施例中，该量产型双面激光直写光刻机100的具体控制过程如下：
1)提供移动平台110，移动平台110分为多个区域，每个区域设置有由上下两层透明玻璃组成的载物装置120。
2)移动平台110将载物装置120移出台面，移载机或机械手151使用移料吸盘1511将晶圆送到对应的载物装置120里。
3)移动平台110沿步进方向X和扫描方向Y同步运动，移动平台110将晶圆移到指定曝光区域，每个载物装置120的上下两侧的光学引擎140负责对应区域内晶圆的曝光。
4)利用寻边器对晶圆位置进行预对准处理，移载装置150将预对准过的晶圆移入移动平台110相对应的区域。
5)对准相机130根据晶圆上的Mark位置对晶圆进行对准，光学引擎140根据Mark位置对晶圆上下两面进行对准曝光。
6)晶圆曝光结束，移载机或机械手151使用移料吸盘1511将曝光过的晶圆移出载物装置120。
从而，在该具体实施例中，该量产型双面激光直写光刻机100，能同时双面曝光多片晶圆，晶圆两面同时曝光减少了翻板的时间，同时避免了对位精度低的问题，从而实现集成电路制造和晶圆级封装的量产，其中每片晶圆有专门的光学引擎140对其进行曝光，光学引擎140只负责对应区域位置晶圆的曝光，缩短了曝光行程，提高了曝光精度。另外，该量产型双面激光直写光刻机100具有包括多个移料吸盘1511的移载机或机械手151，从而可以同时移取多个晶圆，大大提高了曝光机上下料效率。从而，该量产型双面激光直写光刻机100可有效应用于集成电路制造设备或集成电路制造工艺中。
根据本发明实施例的量产型双面激光直写光刻机，能够同时对多个区域的多片晶圆的双面进行曝光，减少了翻板的时间，提高了曝光效率，避免了对位精度低的情况；其中每片晶圆有专门的光学引擎对其进行曝光，光学引擎只负责对应区域位置晶圆的曝光，从而缩短了曝光行程，提高了曝光对位精度。由此，解决了集成电路曝光对位精度低，效率低的问题，极大提高了曝光产能，进而利于实现集成电路制造和晶圆级封装的量产。
本发明的进一步实施例提出了一种集成电路制造设备，该设备包括本发明上述任意一个实施例所描述的量产型双面激光直写光刻机。
从而，该集成电路制造设备在进行双面激光直写光刻时，其具体实现方式与本发明上述任意一个实施例所描述的量产型双面激光直写光刻机的具体实现方式类似，具体请参见量产型双面激光直写光刻机部分的描述，为了减少冗余，此处不再赘述。
根据本发明实施例的集成电路制造设备，其具有的量产型双面激光直写光刻机，能够同时对多个区域的多片晶圆的双面进行曝光，减少了翻板的时间，提高了曝光效率，避免了对位精度低的情况；其中每片晶圆有专门的光学引擎对其进行曝光，光学引擎只负责对应区域位置晶圆的曝光，从而缩短了曝光行程，提高了曝光对位精度。由此，解决了集成电路曝光对位精度低，效率低的问题，极大提高了曝光产能，进而利于实现集成电路制造和晶圆级封装的量产。
另外，根据本发明上述实施例的集成电路制造设备的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
本发明的实施例还提出了一种量产型双面激光直写光刻机的控制方法。其中，涉及的所述量产型双面激光直写光刻机例如为本发明上述任意一个实施例所描述的量产型双面激光直写光刻机100。该量产型双面激光直写光刻机的控制方法可应用于集成电路制造，能够同时对多个区域的多片晶圆的双面进行曝光，解决了集成电路曝光对位精度低，效率低的问题，极大提高了曝光产能，利于实现集成电路制造和晶圆级封装的量产。
图4是根据本发明一个实施例的量产型双面激光直写光刻机的控制方法的流程图。如图4所示，该量产型双面激光直写光刻机的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：提供移动平台，移动平台分为多个区域，每个区域对应设置有一个由双层透明玻璃组成的载物装置。
步骤S2：移载装置将晶圆移取到预对准的位置上，利用寻边器对晶圆位置进行预对准处理。
步骤S3：移载装置将预对准过的晶圆移入移动平台相对应的区域。
步骤S4：对准相机根据晶圆上的Mark位置对晶圆进行对准。
步骤S5：光学引擎根据晶圆上的Mark位置对每个镜头进行图形数据变换处理，并根据变换后得到的图形位置数据在各晶圆上下两面相对应的位置进行曝光。
步骤S6：晶圆双面曝光结束，移载装置将曝光过的晶圆移出载物装置。
需要说明的是，本发明实施例的量产型双面激光直写光刻机的控制方法在进行双面激光直写光刻控制时，其具体实现方式与本发明上述任意一个实施例所描述的量产型双面激光直写光刻机的具体实现方式类似，具体请参见量产型双面激光直写光刻机部分的描述，为了减少冗余，此处不再赘述。
根据本发明实施例的量产型双面激光直写光刻机的控制方法，能够同时对多个区域的多片晶圆的双面进行曝光，减少了翻板的时间，提高了曝光效率，避免了对位精度低的情况；其中每片晶圆有专门的光学引擎对其进行曝光，光学引擎只负责对应区域位置晶圆的曝光，从而缩短了曝光行程，提高了曝光对位精度。由此，解决了集成电路曝光对位精度低，效率低的问题，极大提高了曝光产能，进而利于实现集成电路制造和晶圆级封装的量产。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种量产型双面激光直写光刻机，其特征在于，应用于集成电路制造，所述量产型双面激光直写光刻机，包括：移动平台、多个载物装置、对准相机、光学引擎和移载装置，其中，
所述移动平台包括多个区域；
多个所述载物装置对应设置于多个所述区域，用于承载晶圆，每个所述载物装置的上下两侧安装有单个或多个所述光学引擎，其中，多个所述载物装置相互独立设置于多个所述区域，每个所述载物装置由相互独立的所述光学引擎对对应区域内的晶圆进行曝光；
所述光学引擎用于对对应区域内的所述载物装置上的晶圆进行曝光，所述光学引擎根据晶圆上的Mark位置对每个镜头进行图形数据变换处理，并根据变换后得到的图形位置数据在各晶圆相对应的位置进行曝光；
所述对准相机设置在所述光学引擎的同轴或旁轴位置，用于根据所述晶圆上的Mark位置对所述晶圆进行对准；
所述移载装置用于移取所述晶圆，将所述晶圆移入或移出相应区域内的所述载物装置。
2.根据权利要求1所述的量产型双面激光直写光刻机，其特征在于，所述光学引擎由空间光调制器构成。
3.根据权利要求1所述的量产型双面激光直写光刻机，其特征在于，所述移动平台可同步在步进方向和扫描方向移动。
4.根据权利要求1-3任一项所述的量产型双面激光直写光刻机，其特征在于，所述载物装置被配置为由双层透明玻璃构成。
5.根据权利要求4所述的量产型双面激光直写光刻机，其特征在于，所述载物装置通过抽真空的方式固定所述晶圆。
6.根据权利要求1所述的量产型双面激光直写光刻机，其特征在于，所述移载装置包括移载机或机械手，所述移载机或机械手上设置有移料吸盘，所述移料吸盘具有多个吸盘。
7.根据权利要求6所述的量产型双面激光直写光刻机，其特征在于，所述移载机或机械手通过所述移料吸盘同时将多个晶圆移入或移出所述移动平台。
8.一种集成电路制造设备，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的量产型双面激光直写光刻机。
9.一种如权利要求1-7任一项所述的量产型双面激光直写光刻机的控制方法，其特征在于，应用于集成电路制造，所述方法包括以下步骤：
提供移动平台，所述移动平台包括多个区域，每个所述区域对应设置有一个载物装置，其中，多个所述载物装置相互独立设置于多个所述区域，每个所述载物装置由相互独立的光学引擎对对应区域内的晶圆进行曝光；
移载装置将晶圆移取到预对准的位置上，利用寻边器对晶圆位置进行预对准处理；
所述移载装置将预对准过的晶圆移入移动平台相对应的区域；
对准相机根据所述晶圆上的Mark位置对晶圆进行对准；
所述光学引擎根据晶圆上的Mark位置对每个镜头进行图形数据变换处理，并根据变换后得到的图形位置数据在各晶圆相对应的位置进行曝光；
晶圆曝光结束，所述移载装置将曝光过的晶圆移出所述载物装置。
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