CN114355731A - 晶圆边缘曝光系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种晶圆边缘曝光系统及方法。该曝光系统包括：升降平台，可沿其中心轴垂直升降，其上表面用于放置晶圆，晶圆包括中心区域和包围所述中心区域的边缘区域；曝光镜头，其曝光时可在焦平面产生环形光，该环形光的曝光区域与晶圆的边缘区域对齐；其中，晶圆的上表面涂覆有光刻胶，当曝光镜头进行曝光时，升降平台将晶圆的上表面送至曝光镜头的焦平面，对晶圆的边缘区域的光刻胶进行一次性曝光。本公开去除了马达结构，整个曝光系统非常简单，可以减少成本；对晶圆采用上下运动的方式代替了旋转方式，速度非常快，节省了工艺时间；采用一次性曝光方式，比起旋转方式的WEE，工艺时间非常短，提升了生产效率。

Description

晶圆边缘曝光系统及方法

技术领域

本公开涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种晶圆边缘曝光系统及方法。

背景技术

由于工艺局限，晶圆边缘往往缺陷很高，在晶圆边缘的图形很容易形成缺陷源，因此在涂胶后需要去除晶圆边缘特定宽度的光刻胶。WEE是Wafer Edge Exposure(晶圆边缘曝光)的简称，其过程是将晶圆边缘特定宽度区域内的光刻胶采用曝光显影的方式去除，并且各个光刻工艺层次的WEE的宽度是不一致的，WEE的准确度直接影响到晶圆上的有效面积，即晶圆上实际可产出的芯片数目，因此需要准确控制。

传统的边缘曝光装置是将晶圆通过真空吸附在旋转平台上，在晶圆边缘上方固定一套紫外曝光镜头以产生一定大小尺寸的均匀照明光斑，然后利用旋转台的旋转来实现晶圆边缘曝光。然而这种传统的边缘曝光装置结构复杂，并且生产效率低。

发明内容

本公开的目的是提供一种晶圆边缘曝光系统、及一种晶圆边缘曝光方法。

本公开第一方面提供一种晶圆边缘曝光系统，包括：

升降平台，可沿其中心轴垂直升降，其上表面用于放置晶圆，所述晶圆包括中心区域和包围所述中心区域的边缘区域；

曝光镜头，其曝光时可在焦平面产生环形光，该环形光的曝光区域与所述晶圆的边缘区域对齐；

其中，所述晶圆的上表面涂覆有光刻胶，当所述曝光镜头进行曝光时，所述升降平台抬升所述晶圆，使得所述晶圆的上表面与所述曝光镜头的焦平面重合，从而能够对所述晶圆的边缘区域的光刻胶进行一次性曝光。

本公开第二方面提供一种晶圆边缘曝光方法，基于第一方面中所述的晶圆边缘曝光系统，包括：

提供待处理晶圆，所述晶圆包括中心区域和包围所述中心区域的边缘区域；

在所述晶圆的上表面涂覆光刻胶；

抬升所述晶圆，使得所述晶圆的上表面与曝光镜头的焦平面重合；

所述曝光镜头在焦平面产生环形光，对所述晶圆的边缘区域的光刻胶进行一次性曝光。

本公开与现有技术相比的优点在于：

(1)本公开比起旋转方式的WEE，去除了马达结构，整个曝光系统非常简单，可以减少成本。

(2)本公开中控制晶圆上下运动的动力单元采用气缸，可以使系统故障和损坏减少。

(3)本公开中对晶圆采用上下运动的方式代替了旋转方式，速度非常快，节省了工艺时间。

(4)本公开中采用一次性曝光方式，比起旋转方式的WEE，工艺时间非常短，提升了生产效率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本公开的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本公开所提供的一种晶圆边缘曝光系统的示意图；

图2示出了晶圆的中心区域和边缘区域的示意图；

图3示出了曝光镜头在焦平面产生的环形光的示意图；

图4A示出了本公开所提供的一种变焦单元的示意图；

图4B示出了本公开所提供的一种具体的变焦轴锥的示意图；

图5示出了本公开所提供的一种光路单元的示意图；

图6和图7示出了本公开所提供的对晶圆边缘进行曝光的过程示意图；

图8示出了本公开所提供的一种晶圆边缘曝光方法的流程图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

为了解决现有技术中存在的问题，本公开实施例提供一种晶圆边缘曝光系统、及一种晶圆边缘曝光方法，下面结合附图进行说明。

图1示出了本公开所提供的一种晶圆边缘曝光系统的示意图。

请参考图1，该曝光系统10包括：升降平台100和曝光镜头200。

其中，升降平台100，可沿其中心轴垂直升降，其上表面用于放置晶圆20，晶圆20包括中心区域21和包围中心区域的边缘区域22，边缘区域22的宽度为d1，如图2所示。

具体的，如图1所示，升降平台100包括：工件台110、对准导板120和动力单元130。

其中，工件台110用于放置晶圆20；

对准导板120，用于晶圆20与工件台110的自对准；这里，对准导板120上宽下窄便于实现晶圆20与工件台110的自对准，对准导板120较窄部分之间的宽度可以根据晶圆的直径来具体设置。

动力单元130，其与工件台110连接，用于使工件台沿其中心轴垂直升降。

具体的，如图1所示，动力单元130包括丝杆131和气缸132。丝杆131可以保证工件台110上升或下降的精确性，气缸132由于结构简单，则可以使故障和破损减少。

曝光镜头200，其曝光时可在焦平面产生环形光，如图3所示，该环形光的曝光区域与晶圆的边缘区域对齐，也就是说，理想情况下环形光的曝光区域的宽度d2与晶圆的边缘区域22的宽度为d1大小相同，且两个区域相互对齐，以进行晶圆边缘曝光工艺。

曝光前，在晶圆的上表面涂覆光刻胶，当曝光镜头200进行曝光时，升降平台100抬升晶圆20，使得晶圆20的上表面与曝光镜头200的焦平面重合，从而能够对晶圆的边缘区域的光刻胶进行一次性曝光。也就是说，通过相应宽度的环形光可以只进行一次曝光，就可以完成晶圆边缘曝光工艺，进而提升生产效率。

具体的，曝光镜头200包括：外壳210、发光源220(未图示)、变焦单元230及光路单元240。其中，

发光源220，设置于外壳210内部，用于提供光源；具体的，发光源220可以为准分子激光或者为紫外光等光源。

变焦单元230，设置于外壳210内部，沿光线传播的方向位于发光源220的前方，用于将光源发出的发散光变更为平行光，曝光时,不会对周围的光刻胶产生影响。实际应用中，变焦单元230可以采用变焦轴锥(Zoom Axicon)，如图4A所示。图4B所示为一种具体的变焦轴锥的示意图，通过轴锥1和轴锥2将直径为D的平行光变换为宽度为d的环形光。

光路单元240，设置于外壳210前端，沿光线传播的方向位于变焦单元230的前方，用于将平行光的光束形状转变为环形，并控制环形光的曝光区域，也就是控制环形光的曝光区域与晶圆的需要曝光的边缘区域对齐。实际应用中，光路单元240可以采用极化整形元件(Polarization Shaping Element)，如图5所示。

本实施例中，曝光系统10进行晶圆边缘曝光的过程为：借助机械手将晶圆放在升降平台100上自对准(如图6所示)，然后升降平台100将晶圆的上表面送至曝光镜头200的焦平面(如图7所示)，然后进行边缘曝光工艺。边缘曝光工艺完成后，可以借助机械手将晶圆送去进行下一工艺。

根据本公开的一些实施方式中，曝光系统10还可以包括：

控制单元300(未图示)，其分别连接升降平台100和曝光镜头200；

其中，当曝光镜头200进行曝光时，控制单元300控制升降平台100将晶圆的上表面送至曝光镜头的焦平面，进行曝光。

具体的，控制单元300可以获取到曝光镜头200的焦平面的位置数据，进而控制升降平台将晶圆的上表面抬升至曝光镜头的焦平面。

根据本公开的一些实施方式中，曝光系统10还可以包括：

测量单元400(未图示)，用于在曝光镜头进行曝光时，测量环形光在晶圆边缘的实际曝光尺寸，并将该实际曝光尺寸发送至控制单元300；优选的，该测量单元400可以为照相机，例如CCD相机。

相应的，控制单元300，还用于根据实际曝光尺寸调整曝光镜头。具体的，控制单元可以根据实际曝光尺寸调整曝光镜头的曝光尺寸，以满足相应要求。

本公开与现有技术相比的优点在于：

(1)本公开比起旋转方式的WEE，去除了马达结构，整个曝光系统非常简单，可以减少成本。

(2)本公开中控制晶圆上下运动的动力单元采用气缸，可以使系统故障和损坏减少。

(3)本公开中对晶圆采用上下运动的方式代替了旋转方式，速度非常快，节省了工艺时间。

(4)本公开中采用一次性曝光方式，比起旋转方式的WEE，工艺时间非常短，提升了生产效率。

图8示出了本公开所提供的一种晶圆边缘曝光方法的流程图；

本公开所提供的晶圆边缘曝光方法，基于上述实施例中的晶圆边缘曝光系统10；该晶圆边缘曝光方法包括以下步骤：

步骤S101：提供待处理晶圆，晶圆包括中心区域和包围中心区域的边缘区域；

步骤S102：在晶圆的上表面涂覆光刻胶；

步骤S103：抬升晶圆，使得晶圆的上表面与曝光镜头的焦平面重合；

步骤S104：曝光镜头在焦平面产生环形光，对晶圆的边缘区域的光刻胶进行一次性曝光。

根据本公开的一些实施方式中，上述方法还包括以下步骤：

在曝光镜头进行曝光时，测量环形光在晶圆边缘的实际曝光尺寸；

根据实际曝光尺寸调整曝光镜头。

本公开与现有技术相比的优点在于：

(1)本公开比起旋转方式的WEE，去除了马达结构，整个曝光系统非常简单，可以减少成本。

(2)本公开中控制晶圆上下运动的动力单元采用气缸，可以使系统故障和损坏减少。

(3)本公开中对晶圆采用上下运动的方式代替了旋转方式，速度非常快，节省了工艺时间。

(4)本公开中采用一次性曝光方式，比起旋转方式的WEE，工艺时间非常短，提升了生产效率。

在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之。

Claims (10)

1.一种晶圆边缘曝光系统，其特征在于，包括：

升降平台，可沿其中心轴垂直升降，其上表面用于放置晶圆，所述晶圆包括中心区域和包围所述中心区域的边缘区域；

曝光镜头，其曝光时可在焦平面产生环形光，该环形光的曝光区域与所述晶圆的边缘区域对齐；

其中，所述晶圆的上表面涂覆有光刻胶，当所述曝光镜头进行曝光时，所述升降平台抬升所述晶圆，使得所述晶圆的上表面与所述曝光镜头的焦平面重合，从而能够对所述晶圆的边缘区域的光刻胶进行一次性曝光。

2.根据权利要求1所述的曝光系统，其特征在于，所述曝光系统还包括：

控制单元，其分别连接所述升降平台和所述曝光镜头；

其中，当所述曝光镜头进行曝光时，所述控制单元控制所述升降平台将所述晶圆的上表面送至所述曝光镜头的焦平面。

3.根据权利要求1所述的曝光系统，其特征在于，所述曝光镜头包括：

外壳；

发光源，设置于所述外壳内部，用于提供光源；

变焦单元，设置于所述外壳内部，沿光线传播的方向位于所述发光源的前方，用于将光源发出的发散光变更为平行光；

光路单元，设置于所述外壳前端，沿光线传播的方向位于所述变焦单元的前方，用于将平行光的光束形状转变为环形，并控制环形光的曝光区域。

4.根据权利要求3所述的曝光系统，其特征在于，所述曝光镜头的发光源为准分子激光或者为紫外光。

5.根据权利要求1所述的曝光系统，其特征在于，所述升降平台包括：

工件台，用于放置晶圆；

对准导板，用于所述晶圆与所述工件台的自对准；

动力单元，其与所述工件台连接，用于使所述工件台沿其中心轴垂直升降。

6.根据权利要求5所述的曝光系统，其特征在于，所述动力单元包括丝杆和气缸。

7.根据权利要求2所述的曝光系统，其特征在于，所述曝光系统还包括：

测量单元，用于在所述曝光镜头进行曝光时，测量所述环形光在晶圆边缘的实际曝光尺寸，并将该实际测量好的曝光尺寸发送至所述控制单元；

所述控制单元，还用于根据所述实际测量好的曝光尺寸调整所述曝光镜头。

8.根据权利要求7所述的曝光系统，其特征在于，所述测量单元为照相机。

9.一种晶圆边缘曝光方法，基于权利要求1-8任一项所述的晶圆边缘曝光系统，其特征在于，所述方法包括：

提供待处理晶圆，所述晶圆包括中心区域和包围所述中心区域的边缘区域；

在所述晶圆的上表面涂覆光刻胶；

抬升所述晶圆，使得所述晶圆的上表面与曝光镜头的焦平面重合；

所述曝光镜头在焦平面产生环形光，对所述晶圆的边缘区域的光刻胶进行一次性曝光。

10.根据权利要求9所述的曝光方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述曝光镜头进行曝光时，测量所述环形光在晶圆边缘的实际曝光尺寸；

根据所述实际曝光尺寸调整所述曝光镜头。

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