CN116300326A - 一种双面光刻机 - Google Patents

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王敬
王凤玲
雷彪
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Abstract

本发明涉及光刻机领域，公开了一种双面光刻机，包括曝光单元，所述曝光单元包括基本曝光光路、光路选择结构、正面曝光光路、背面曝光光路和晶圆承载载台，所述基本曝光光路产生的光束经过光路选择结构时可选择性地进入正面曝光光路和/或背面曝光光路，以对所述晶圆承载载台上的晶圆的正面和/或背面进行曝光，所述光路选择结构包括光路选择底座和驱动光路选择底座旋转的驱动件，所述光路选择底座上沿旋转路径依次设置有正面光路区域、背面光路区域和双面光路区域，所述正面光路区域内设有直穿通孔，背面光路区域内设置有变向反射镜，双面光路区域内设有半透半反分束板。本发明能够对晶圆的双面进行同时曝光，并且能够降低损伤晶圆的风险。

Description

一种双面光刻机
技术领域
本发明涉及光刻机技术领域，尤其涉及一种双面光刻机。
背景技术
光刻是芯片制造工艺中最关键的技术，在整个芯片制造工艺中，几乎每个工艺的实施，都离不开光刻的技术，而光刻机是实施光刻的主要设备。在进行光刻工艺时，主要利用光刻机发出的光束，使其通过具有图形的光罩，然后对涂有光刻胶的晶圆薄片进行曝光，光刻胶见光后会发生性质变化，从而将光罩上的图形复印到晶圆薄片上，使得晶圆薄片具有电子线路图的作用。
现有的光刻机主要是单独对晶圆正面进行步进式光刻，或者对准晶圆背面部分特定区域后再进行步进式光刻，然而却无法实现对晶圆进行双面同时曝光，只有分别对晶圆的正面和反面进行曝光，这不仅降低工作效率，而且也不能够保证晶圆双面曝光后的匹配度。此外，现有的光刻机也不能大区域的背面对准后曝光。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种双面光刻机，解决了背景技术中指出的，现有的光刻机主要是单独对晶圆正面进行步进式光刻，或者对准晶圆背面部分特定区域后再进行步进式光刻，无法实现对晶圆进行双面曝光的问题。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种双面光刻机，包括曝光单元，所述曝光单元包括基本曝光光路、光路选择结构、正面曝光光路、背面曝光光路和晶圆承载载台，所述基本曝光光路产生的光束经过光路选择结构时可选择性地进入正面曝光光路和/或背面曝光光路，以对所述晶圆承载载台上的晶圆的正面和/或背面进行曝光，所述光路选择结构包括光路选择底座和驱动光路选择底座旋转的驱动件，所述光路选择底座上沿旋转路径依次设置有正面光路区域、背面光路区域和双面光路区域，所述正面光路区域内设有直穿通孔，所述背面光路区域内设置有变向反射镜，所述双面光路区域内设有半透半反分束板。
进一步，所述晶圆承载载台包括载台本体和安装在载台本体上的支撑平面，所述支撑平面上设有适配晶圆的圆形通孔，所述支撑平面于圆形通孔内设有多个支撑晶圆边缘的支撑部。
进一步，所述基本曝光光路包括依次设置的发光模块、快门模块、基本曝光透镜组、基本光积分器、光栏控制模块和第一光罩承载载台，从所述发光模块产生的光束依次经过快门模块、基本曝光透镜组、基本光积分器、光栏控制模块和第一光罩承载载台，并进入所述光路选择结构。
进一步，所述背面曝光光路包括背面光积分器、背面曝光反射镜组、第二光罩承载载台和反射镜平整调节机构，所述背面曝光反射镜组包括第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，进入所述背面曝光光路的光束依次通过背面光积分器、第一反射镜、第二光罩承载载台、第二反射镜和第三反射镜，最终对所述晶圆承载载台上的晶圆的背面进行曝光，所述反射镜平整调节机构用于调节第三反射镜的位置。
进一步，所述正面曝光光路内设有第三光罩承载载台，所述双面光刻机还包括光罩传输单元，所述光罩传输单元用于向第一光罩承载载台、第二光罩承载载台和第三光罩承载载台输送或者转移光罩。
进一步，所述双面光刻机还包括料盒承载单元、对中寻缺口单元、晶圆转移单元和晶圆传输单元，所述料盒承载单元用于承载存储晶圆的料盒，所述对中寻缺口单元用于确认待曝光的晶圆的缺口/平边位置，所述晶圆转移单元用于将确认好缺口/平边位置的晶圆转移至晶圆承载载台上，所述晶圆传输单元用于在料盒承载单元、对中寻缺口单元和晶圆转移单元之间传输晶圆。
进一步，所述料盒承载单元包括料盒承载底座、料盒限位块、推片机构和升降机构，所述料盒限位块固定在料盒承载底座上并用于固定料盒，所述推片机构用于将料盒内存储的晶圆推出，所述升降机构安装在料盒承载底座的底侧并用于实现料盒承载底座的升降运动。
进一步，所述对中寻缺口单元包括支撑底座、旋转驱动机构、吸附支撑结构、缺口探测结构和边缘曝光结构，所述旋转驱动机构安装在支撑底座上并用于驱动支撑底座转动，所述吸附支撑结构固定在支撑底座上并用于固定晶圆，所述缺口探测结构用于探测并定位晶圆的缺口/平边位置，所述边缘曝光结构用于对晶圆的边缘进行曝光。
本发明的有益效果：
1、本发明通过在曝光单元中设置光路选择结构，能够选择正面光路区域、背面光路区域和双面光路区域中的其中一个区域，从而选择性地进入正面曝光光路和/或背面曝光光路，以对晶圆的正面和/或背面进行曝光，工作人员可根据实际需求对选择对晶圆进行正面曝光、背光曝光或者双面曝光。
2、本发明中的晶圆承载载台与晶圆的接触部位仅限于支撑部，其接触面积小，可降低损坏晶圆的风险。
3、本发明中的对中寻缺口单元能够在曝光前定位晶圆的缺口/平边位置，使得后续在对晶圆进行曝光时便不再需要对晶圆的缺口/平边位置进行定位，提升工作效率。
附图说明
图1是本发明实施例中双面光刻机的示意图；
图2是本发明实施例中曝光单元的示意图；
图3是本发明实施例中光路选择结构的结构示意图；
图4是本发明实施例中晶圆承载载台的结构示意图；
图5是本发明实施例中反面曝光光路的示意图；
图6是本发明实施例中料盒承载单元的结构示意图；
图7是本发明实施例中对中寻缺口单元的结构示意图；
其中，1、曝光单元；11、基本曝光光路；111、发光模块；112、快门模块；113、基本曝光透镜组；114、基本光积分器；115、光栏控制模块；116、第一光罩承载载台；12、光路选择结构；121、光路选择底座；122、驱动件；123、正面光路区域；124、背面光路区域；125、双面光路区域；126、直穿通孔；127、变向反射镜；128、半透半反分束板；13、正面曝光光路；131、第三光罩承载载台；14、反面曝光光路；141、背面光积分器；142、第二光罩承载载台；143、反射镜平整调节机构；144、第一反射镜；145、第二反射镜；146、第三反射镜；147、背面防尘膜；15、晶圆承载载台；151、载台本体；152、支撑平面；153、支撑部；154、载台移动导轨；155、载台平整调节结构；156、载台微调结构；157、位置测试结构；158、光强测试结构；2、光罩传输单元；3、料盒承载单元；31、料盒承载底座；32、料盒限位块；33、推片机构；34、升降机构；35、侦测机构；4、对中寻缺口单元；41、支撑底座；42、旋转驱动机构；43、吸附支撑结构；44、缺口探测结构；45、边缘曝光结构；5、晶圆转移单元；6、晶圆传输单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种双面光刻机，包括曝光单元1、光罩传输单元2、料盒承载单元3、对中寻缺口单元4、晶圆转移单元5和晶圆传输单元6。其中，曝光单元1用于对晶圆进行曝光处理；光罩传输单元2用于向曝光单元1输送光罩或者转移曝光单元1中的光罩；料盒承载单元3用于承载存储晶圆的料盒；对中寻缺口单元4用于确认待曝光的晶圆的缺口/平边位置；晶圆转移单元5用于将确认好缺口/平边位置的晶圆转移至曝光单元1中；晶圆传输单元6用于在料盒承载单元3、对中寻缺口单元4和晶圆转移单元5之间传输晶圆。
如图2和图3所示，在本实施例中，曝光单元1包括基本曝光光路11、光路选择结构12、正面曝光光路13、背面曝光光路和晶圆承载载台15，基本曝光光路11产生的光束经过光路选择结构12时可选择性地进入正面曝光光路13和/或背面曝光光路，以对晶圆承载载台15上的晶圆的正面和/或背面进行曝光。具体地，光路选择结构12包括光路选择底座121和驱动光路选择底座121旋转的驱动件122，光路选择底座121为扇形结构，光路选择底座121上沿旋转路径依次设置有正面光路区域123、背面光路区域124和双面光路区域125。其中，正面光路区域123内设有直穿通孔126，当曝光光路产生的光束对准直穿通孔126时，可直接穿过光路选择结构12，形成对晶圆正面曝光的光路；背面光路区域124内设置有变向反射镜127，当曝光光路产生的光束对准变向反射镜127时，可根据变向反射镜127的安装位置改变光速的方向，形成对晶圆背面曝光的光路；双面光路区域125内设有半透半反分束板128，当曝光光路产生的光束对准半透半反分束板128时，可根据半透半反分束板128的安装位置，分散出两股光束，分别对晶圆正面和背面进行曝光。在本实施例中，驱动件122可以为电机，电机的输出轴与光路选择底座121的圆心固定，从而驱动光路选择底座121旋转，工作人员可根据实际需求切换光束射向的区域，从而达到选择性地对晶圆的正面和/或背面进行曝光的目的。
如图4所示，在本实施例中，晶圆承载载台15包括载台本体151和安装在载台本体151上的支撑平面152，支撑平面152上设有适配晶圆的圆形通孔，支撑平面152于圆形通孔内设有三个支撑晶圆边缘的支撑部153。当对晶圆进行曝光时，将晶圆放置在支撑平面152的支撑部153上，晶圆的正面和背面均能够暴露在外部，可直接对晶圆的正面和/或背面进行曝光，并且晶圆与晶圆承载载台15的接触部位仅限于支撑部153，其接触面积小，可降低损坏晶圆的风险。
此外，晶圆承载载台15还包括载台移动导轨154、载台平整调节结构155、载台微调结构156、位置测试结构157和光强测试结构158。其中，载台移动导轨154安装在载台本体151的底部，用于载台本体151在X、Y方向上的调节。载台平整调节结构155安装在载台本体151和支撑平面152之间，可对支撑平面152的粗略调节，以实现对晶圆表面平整性的调节。载台微调结构156安装在载台本体151和支撑平面152之间，用于支撑平面152在X、Y和R(旋转)三个方向的微调，以实现进一步精确调节晶圆表面的平整性。位置测试结构157和光强测试结构158均安装载台本体151上，位置测试结构157用于测试支撑平面152的平整性，光强测试结构158用于测试对晶圆的曝光强度。
如图2所示，在本实施例中，基本曝光光路11包括依次设置的发光模块111、快门模块112、基本曝光透镜组113、基本光积分器114、光栏控制模块115和第一光罩承载载台116。其中，发光模块111用于发射对晶圆进行曝光的光束；快门模块112用于控制光束的通断和曝光剂量；基本曝光透镜组113用于调节曝光的焦距；基本光积分器114用于测试曝光剂量；光栏控制模块115用于控制光束的曝光范围；第一光罩承载载台116用于放置光罩。从发光模块111产生的光束依次经过快门模块112、基本曝光透镜组113、基本光积分器114、光栏控制模块115和第一光罩承载载台116，并进入光路选择结构12。通过发光模块111、快门模块112、基本曝光透镜组113、基本光积分器114和光栏控制模块115的相互配合，可选择性地控制曝光光束的曝光范围、曝光剂量、曝光焦距等。
如图5所示，在本实施例中，背面曝光光路包括背面光积分器141、背面曝光反射镜组、第二光罩承载载台142和反射镜平整调节机构143，背面曝光反射镜组包括第一反射镜144、第二反射镜145和第三反射镜146，从光路选择结构12进入背面曝光光路的光束依次通过背面光积分器141、第一反射镜144、第二光罩承载载台142、第二反射镜145和第三反射镜146，最终对晶圆承载载台15上的晶圆的背面进行曝光。背面曝光反射镜组中的三个反射镜可将光束的方向引导至照射到晶圆的背面。反射镜平整调节机构143主要用于调节第三反射镜146的位置，将背面曝光图像与正面曝光图像匹配，使得晶圆正面和背面图像一致，同时也能够对晶圆背面进行大区域的曝光。
此外，背面曝光光路还包括背面防尘膜147，背面防尘膜147设置在第三反射镜146之后，即背面曝光光路的光束最终经过背面防尘膜147才能到达晶圆承载载台15上的晶圆。背面防尘膜147能够降低因晶圆承载载台15运动过程、或者光刻机腔体内环境而导致背面曝光光路受到污染的问题。
如图2所示，在本实施例中，正面曝光光路13内设有第三光罩承载载台131，光罩传输单元2用于向第一光罩承载载台116、第二光罩承载载台142和第三光罩承载载台131输送或者转移光罩。
需要说明的是，基本曝光光路11、正面曝光光路13和背面曝光光路中均设置有一个用于放置光罩的载台。当光路选择结构12选择光束通过正面光路区域123时，可以在第一光罩承载载台116或者第三光罩承载载台131上放置光罩，均能够对晶圆正面起到曝光效果。当光路选择结构12选择光束通过背面光路区域124时，可以在第二光罩承载载台142或者第三光罩承载载台131上放置光罩，均能够对晶圆背面起到曝光效果。当光路选择结构12选择光束通过双面光路区域125时，可以只在第一光罩承载载台116上放置光罩，或者在第二光罩承载载台142和第三光罩承载载台131上同时放置光罩，均能够对晶圆正面和背面起到曝光效果。
如图6所示，在本实施例中，料盒承载单元3包括料盒承载底座31、料盒限位块32、推片机构33和升降机构34。其中，料盒承载底座31主要用于放置存储晶圆的料盒，多片晶圆在料盒内从上至下依次放置。料盒限位块32固定在料盒承载底座31上，料盒限位块32设计为匹配料盒底部的结构，主要用于固定放置在料盒承载底座31上的料盒。推片机构33设计为能够直线运动的机构，推片机构33与料盒承载底座31相互独立，主要用于将料盒内存储的晶圆推出，并推送至晶圆传输单元6上。升降机构34安装在料盒承载底座31的底侧，用于实现料盒承载底座31的升降运动，从而使得推片机构33推送出料盒内不同高度位置的晶圆。
此外，料盒承载单元3还包括侦测机构35，侦测机构35可以为安装在料盒承载底座31上的红外线传感器，用于侦测料盒内有无晶圆，便于工作人员及时更换料盒。
在本实施例中，晶圆转移单元5和晶圆传输单元6均为现有技术中专用于输送晶圆的机械手臂结构，以夹持或者吸附的动作输送晶圆。
如图7所示，在本实施例中，对中寻缺口单元4包括支撑底座41、旋转驱动机构42、吸附支撑结构43、缺口探测结构44和边缘曝光结构45。其中，支撑底座41优选为圆形结构，旋转驱动机构42安装在支撑底座41上并用于驱动支撑底座41转动。旋转驱动机构42可以为电机，电机的输出轴与支撑底座41的圆心固定，以驱动支撑底座41自转。吸附支撑结构43的数量为六个，六个吸附支撑结构43呈环形阵列结构固定在支撑底座41上，并且六个吸附支撑结构43以静电吸附或者真空吸附的方式连接晶圆的边缘。边缘曝光结构45和缺口探测结构44均设置在支撑底座41的上方，并且均相对支撑底座41独立开，可以安装在光刻机内部的其他结构上。缺口探测结构44可以为红外线传感器，用于探测并定位晶圆的缺口/平边位置，在晶圆不断旋转的过程中，缺口探测结构44始终对准晶圆的边缘部位，从而更好地探测并定位晶圆的缺口/平边位置，后续在对晶圆进行曝光时便不再需要对晶圆的缺口/平边位置进行定位。边缘曝光结构45可以为激光器，用于对晶圆的边缘进行曝光，在晶圆不断旋转的过程中，边缘曝光结构45也始终对准晶圆的边缘部位，从而更好地对晶圆的边缘进行曝光。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (8)

1.一种双面光刻机，包括曝光单元(1)，其特征在于，所述曝光单元(1)包括基本曝光光路(11)、光路选择结构(12)、正面曝光光路(13)、背面曝光光路和晶圆承载载台(15)，所述基本曝光光路(11)产生的光束经过光路选择结构(12)时可选择性地进入正面曝光光路(13)和/或背面曝光光路，以对所述晶圆承载载台(15)上的晶圆的正面和/或背面进行曝光，所述光路选择结构(12)包括光路选择底座(121)和驱动光路选择底座(121)旋转的驱动件(122)，所述光路选择底座(121)上沿旋转路径依次设置有正面光路区域(123)、背面光路区域(124)和双面光路区域(125)，所述正面光路区域(123)内设有直穿通孔(126)，所述背面光路区域(124)内设置有变向反射镜(127)，所述双面光路区域(125)内设有半透半反分束板(128)。
2.根据权利要求1所述的双面光刻机，其特征在于，所述晶圆承载载台(15)包括载台本体(151)和安装在载台本体(151)上的支撑平面(152)，所述支撑平面(152)上设有适配晶圆的圆形通孔，所述支撑平面(152)于圆形通孔内设有多个支撑晶圆边缘的支撑部(153)。
3.根据权利要求1所述的双面光刻机，其特征在于，所述基本曝光光路(11)包括依次设置的发光模块(111)、快门模块(112)、基本曝光透镜组(113)、基本光积分器(114)、光栏控制模块(115)和第一光罩承载载台(116)，从所述发光模块(111)产生的光束依次经过快门模块(112)、基本曝光透镜组(113)、基本光积分器(114)、光栏控制模块(115)和第一光罩承载载台(116)，并进入所述光路选择结构(12)。
4.根据权利要求3所述的双面光刻机，其特征在于，所述背面曝光光路包括背面光积分器(141)、背面曝光反射镜组、第二光罩承载载台(142)和反射镜平整调节机构(143)，所述背面曝光反射镜组包括第一反射镜(144)、第二反射镜(145)和第三反射镜(146)，进入所述背面曝光光路的光束依次通过背面光积分器(141)、第一反射镜(144)、第二光罩承载载台(142)、第二反射镜(145)和第三反射镜(146)，最终对所述晶圆承载载台(15)上的晶圆的背面进行曝光，所述反射镜平整调节机构(143)用于调节第三反射镜(146)的位置。
5.根据权利要求4所述的双面光刻机，其特征在于，所述正面曝光光路(13)内设有第三光罩承载载台(131)，所述双面光刻机还包括光罩传输单元(2)，所述光罩传输单元(2)用于向第一光罩承载载台(116)、第二光罩承载载台(142)和第三光罩承载载台(131)输送或者转移光罩。
6.根据权利要求1所述的双面光刻机，其特征在于，所述双面光刻机还包括料盒承载单元(3)、对中寻缺口单元(4)、晶圆转移单元(5)和晶圆传输单元(6)，所述料盒承载单元(3)用于承载存储晶圆的料盒，所述对中寻缺口单元(4)用于确认待曝光的晶圆的缺口/平边位置，所述晶圆转移单元(5)用于将确认好缺口/平边位置的晶圆转移至晶圆承载载台(15)上，所述晶圆传输单元(6)用于在料盒承载单元(3)、对中寻缺口单元(4)和晶圆转移单元(5)之间传输晶圆。
7.根据权利要求6所述的双面光刻机，其特征在于，所述料盒承载单元(3)包括料盒承载底座(31)、料盒限位块(32)、推片机构(33)和升降机构(34)，所述料盒限位块(32)固定在料盒承载底座(31)上并用于固定料盒，所述推片机构(33)用于将料盒内存储的晶圆推出，所述升降机构(34)安装在料盒承载底座(31)的底侧并用于实现料盒承载底座(31)的升降运动。
8.根据权利要求6所述的双面光刻机，其特征在于，所述对中寻缺口单元(4)包括支撑底座(41)、旋转驱动机构(42)、吸附支撑结构(43)、缺口探测结构(44)和边缘曝光结构(45)，所述旋转驱动机构(42)安装在支撑底座(41)上并用于驱动支撑底座(41)转动，所述吸附支撑结构(43)固定在支撑底座(41)上并用于固定晶圆，所述缺口探测结构(44)用于探测并定位晶圆的缺口/平边位置，所述边缘曝光结构(45)用于对晶圆的边缘进行曝光。
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