CN116719211A - 一种用于先进封装的微米级光刻机及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于先进封装的微米级光刻机及应用，属于曝光技术领域。本发明提供一种用于先进封装的微米级光刻机，包括安装在大理石底座上的运动控制平台和龙门、安装在所述运动控制平台上的吸附装置、安装在所述龙门的精对准系统和粗对准系统以及光路系统。本发明设置有粗对准系统和精对准系统组合，虽然对准时间变长，但是能够达到较高的微米级对准精度；利用位移传感器进行实时聚焦对准，能够确保得到准确的焦面，为后续曝光提供良好的效果；能够同时对两个工位的晶圆进行曝光，有效提高了产能效率；利用压电螺钉调节DMD的平面度和倾斜度，进一步减小了手动调节的误差。

Description

一种用于先进封装的微米级光刻机及应用

技术领域

本发明涉及一种用于先进封装的微米级光刻机及应用，属于曝光技术领域。

背景技术

LDI是激光直接成像设备，是用激光扫描的方法直接将图像在衬底上成像的设备，随着LDI技术的发展，在先进封装领域逐渐得到了应用，如倒装封装、重布线层、晶圆级封装、2.5D与3D封装等，先进封装技术有着高对位精准度、解析精度和高产能的要求。另外，曝光过程中存在着已知所要曝光的图形，但对图形的对位信息及布局都是不确认的情况。

对于上述要求，当前的LDI设备还存在以下问题还难以满足上述要求：

在对准精度方面，现有的LDI对准在线路领域的对准精度基本都在±10μm左右，由于PCB线路的mark点较大(2mm左右)，通常选择的对位结构为机械对准轴与低倍率镜头组合，这种组合对微米级的mark点识别困难，且对准精度达不到先进封装领域要求；

在聚焦方面，曝光细小线宽线距和高精度对位时通常选择高倍率的对准远心镜头以及低倍率的曝光镜头，此两类镜头的焦深较小(只有几微米的焦深)，当吸附平台的平面度超过焦深时可能会在对位和曝光过程中导致对位和曝光失焦的情况；

在产能方面，当前的LDI设备都只能单片曝光晶圆光刻，在曝光较小线宽时效率很低。

当前还未出现能够统一解决上述问题的LDI设备。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种用于先进封装的微米级光刻机，包括安装在大理石底座上的运动控制平台和龙门、安装在所述运动控制平台上的吸附装置、安装在所述龙门上的精对准系统、粗对准系统以及光路系统；

所述运动控制平台包括X轴、Y轴和Z轴运动组件，能够使得所述吸附装置在X轴、Y轴和Z轴方向进行移动；

所述精对准系统包括对准相机、高倍远心镜头和点光源；

照明系统是激光直接成像设备中曝光引擎的重要组成部分，用于实现图形转移；在照明系统中，波长、能量、均匀性、发散角等多个曝光引擎关键指标，会直接影响曝光效果和光刻生产效率；

所述粗对准系统包括对准相机，远心镜头和点光源，所述对准相机为大面阵相机。

在本发明的一种实施方式中，所述精对准系统和/或光路系统还包括位移传感器，用于实时检测焦深。

在本发明的一种实施方式中，所述吸附装置上包括吸盘主体、吸盘垫、标定尺组件和吸盘相机，所述吸盘相机和所述标定尺组件设置在所述吸盘垫边缘，分别用于标定所述精对准系统和粗对准系统的对准相机的位置和用于调试与标定曝光镜头倍率夹角。

在本发明的一种实施方式中，所述吸盘主体为大理石材质，所述吸盘垫上设有两个工位能够实现同时吸附两片晶圆，也能够实现对掩膜板的吸附，所述吸盘垫采用多孔陶瓷，可保证晶圆或者掩模板在吸盘上任何区域吸附。所述吸附主体上有晶圆以及掩膜板的定位销钉，可使晶圆以及掩膜板正确放置在吸盘垫上，且吸盘垫上留有机械手取放晶圆凹槽，这样既可实现自动放板也可支持手动放板。

在本发明的一种实施方式中，所述龙门上安装多组光路系统和精对准系统，以实现对两个工位同时进行曝光，且每组精对准系统均与一组光路系统同轴。

在本发明的一种实施方式中，所述光路系统包括照明系统、物镜、DMD和DMD调节装置，所述DMD调节装置在承载DMD的同时，能够实现DMD平面度与倾斜度的调节，所述DMD调节装置的结构与CN215729279U大致相同，区别在于本发明采用能够实现自动调节压电螺钉取代了CN215729279U的只能手动调节的差分调节螺钉，减小了手动调节带来的误差。

本发明还提供一种应用所述微米级光刻机对已知曝光图形、对位信息及布局的晶圆或掩膜板曝光的方法，所述方法包括：

步骤一：将晶圆或掩膜板准确放置在吸附装置的工位上，随后打开吸真空，将晶圆或者掩膜板完全吸附住；

步骤二：通过运动控制平台吸附装置承载晶圆或掩膜板移动至精对准系统下方，选择晶圆或掩膜板的多个mark点进行标记，利用精对准系统的位移传感器实时反馈检测晶圆或掩膜板的位置反馈信号给平台控制系统，通过运动控制平台的Z轴运动组件的运动，来保持焦面位置不变，从而实现实时聚焦对准；

步骤三：对晶圆或掩膜板进行曝光，曝光完成后运动控制平台退出，取下晶圆或掩膜板。

本发明还提供一种应用所述微米级光刻机对已知曝光图形，但未知对位信息及布局的晶圆曝光的方法，所述方法包括：

步骤一：将晶圆准确放置在吸附装置的工位上，随后打开吸真空，将晶圆完全吸附住；

步骤二：通过运动控制平台吸附装置承载晶圆移动至粗对准系统下方，粗对准系统绕着晶圆中心用面阵相机采集数张照片，经过软件算法识别寻找mark点并识别晶圆的布局，根据需要选择多个mark点进行对准，并基于mark点建立料号系统；

步骤三：通过运动控制平台吸附装置承载晶圆或掩膜板移动至精对准系统下方，选择晶圆的多个mark点进行标记，利用精对准系统的位移传感器检测晶圆的位置反馈信号给平台控制系统，通过运动控制平台的Z轴运动组件的运动，来保持焦面位置不变，从而实现实时聚焦对准；

步骤四：对晶圆进行曝光，曝光完成后运动控制平台退出，取下晶圆。

在本发明的一种实施方式中，对晶圆或掩膜板进行曝光时，利用光路系统的位移传感器检测晶圆或掩膜板的位置反馈信号给平台控制系统，通过运动控制平台的Z轴运动组件的运动，来保持焦面位置不变，从而实现实时聚焦对准。在本发明的一种实施方式中，选择的mark点的数量为四个，位于晶圆或掩膜板的四个不同方位，且尽可能的分布在晶圆或者掩模板的角落位置。

需说明的是，本发明定义运动控制平台的平面空间内垂直于所述龙门横梁的为Y轴，平行于所述龙门横梁的为X轴，铅锤方向为Z轴。

术语解释：

DMD：数字微镜器件，是光开关的一种，利用旋转反射镜实现光开关的开合，开闭时间稍长，为微秒量级。作用过程十分简单，光从光纤中出来，射向DMD的反射镜片，DMD打开的时候，光可经过对称光路进入到另一端光纤；当DMD关闭的时候，即DMD的反射镜产生一个小的旋转，光经过反射后，无法进入对称的另一端，也就达到了光开关关闭的效果。

mark点：对准标记，用于晶圆曝光时定位晶圆准确位置的一种标记，一片晶圆可有多个mark以及多种mark。

晶圆：是指制作硅半导体电路所用的硅晶片。

EFEM：是设备前端模块，能够对晶圆进行预对位后自动准确地放置在吸盘上。

压电螺钉：是手动粗调与压电精调相结合的直线压电促动器，手调行程可达9.53mm，精调行程16μm。使用过程中可以通过手动粗调节mm级大行程，再通过压电精调实现nm级的位移与精度，适用于大行程且具有高精度要求的应用。

料号：生产料号，生产不同规格的晶圆或者掩膜板需对应不同的料号，料号由对位信息、曝光图形、曝光物厚度以及对位相机曝光时间等一系列信息组成，在生产之初需要将所有的不同规格的晶圆或者掩膜板做成不同的料号存入料号系统中，在生成过程中切换不同规格晶圆或者掩膜板生产只需要切换料号即可。

本发明的有益效果：

1、本发明设置有粗对准系统和精对准系统组合，虽然对准时间变长，但是能够达到较高的微米级对准精度。

2、本发明利用位移传感器进行实时聚焦对准，能够确保得到准确的焦面，为后续曝光提供良好的效果。

3、本发明能够同时对两个工位的晶圆进行曝光，有效提高了产能效率。

4、本发明利用压电螺钉调节DMD的平面度和倾斜度，进一步减小了手动调节的误差。

5、本发明设置有运动控制平台，能够使得晶圆在XYZ轴上移动，为操作提供便捷。

6、本发明能够利用粗对准系统识别未知晶圆的布局特征并建立料号，适用性广。

附图说明

图1为本发明一种实施方式中整体结构示意图。

图2为本发明一种实施方式中吸附装置的结构示意图。

图3为本发明一种实施方式中精对准系统的结构示意图。

图4为本发明一种实施方式中光路系统的结构示意图。

图5为本发明一种实施方式中DMD调节装置的结构示意图。

图6为本发明一种实施方式中粗对准系统的结构示意图。

图7为本发明一种实施方式中光路系统和精对准系统在龙门连接处的仰视图。

图8为本发明一种实施方式中对晶圆或掩膜板曝光的方法流程图。

图中，1：运动控制平台，2：吸附装置，3：精对准系统，4：光路系统，5：粗对准系统，6：位移传感器，2.1：气源接头，2.2：吸盘垫，2.3：吸盘主体，2.4：晶圆，2.5：定位销钉，2.6：吸盘相机，2.7：标定尺组件，3.1：对准相机，3.2：高倍远心镜头，3.3：固定板，3.4：精对准点光源，4.1：DMD，4.2：压电螺钉，4.3：照明系统，4.4：物镜，4.6：DMD调节装置，4.7：夹角旋转块，4.8：底座，5.1：粗对准点光源，5.2：面阵相机，5.3：面阵相机固定件，5.4：远心镜头7：龙门。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明提供一种用于先进封装的微米级光刻机，包括安装在大理石平台上的运动控制平台1和龙门7、安装在所述运动控制平台1上的吸附装置2、安装在所述龙门7的精对准系统3和粗对准系统5以及光路系统4；

所述运动控制平台1为四轴气浮平台，包括X轴、Y轴和Z轴运动组件，能够使得所述吸附装置在X轴、Y轴和Z轴方向进行移动。

如图2所示，所述吸附装置2的吸盘主体2.3上设有两个工位且均同时能够吸附两个晶圆2.4，所述吸盘主体2.3上还包括吸盘垫2.2、标定尺组件2.7、吸盘相机2.6、定位销钉2.5和气源接头2.1，所述吸盘相机2.6和所述标定尺组件2.7设置在所述吸盘垫2.2边缘；吸盘主体2.3为大理石平台；所述吸盘垫2.2为多孔陶瓷材料，能够实现对晶圆或掩膜板的吸附，可保证晶圆或者掩模板在吸盘上任何区域吸附。所述吸附主体2.3上有晶圆以及掩膜板的定位销钉2.5，可使晶圆以及掩膜板正确放置在吸盘垫2.2上，且吸盘垫2.2上留有机械手取放晶圆凹槽，这样既可实现自动放板也可支持手动放板。

如图3所示，所述精对准系统3包括对准相机3.1、高倍远心镜头3.2和精对准点光源3.4，所述位移传感器6安装于固定板3.3上，所述固定板3.3安装于所述龙门7的横梁上。

如图4所示，所述光路系统4包括照明系统4.3、物镜4.4、DMD4.1和DMD调节装置4.6，所述照明系统4.3连接所述物镜4.4，所述物镜4.4贯穿所述龙门7的横梁且顶部设置有所述DMD调节装置4.6，所述DMD调节装置4.6在承载DMD4.1的同时，能够通过压电螺钉4.2实现DMD4.1平面度与倾斜度的调节。压电螺钉：是手动粗调与压电精调相结合的直线压电促动器，手调行程可达9.53mm，精调行程16μm；使用过程中可以通过手动粗调节mm级大行程，再通过压电精调实现nm级的位移与精度，适用于大行程且具有高精度要求的应用。

如图5所示，所述DMD调节装置4.6包括均为中空结构以便光路通过的DMD承载台4.9、夹角旋转块4.7和底座4.8，所述底座4.8和所述DMD承载台4.9之间由三个压电螺钉4.2和弹性部件连接，所述底座4.8边缘还设有两个压电螺钉4.2用于调节夹角旋转块4.7的旋转。

如图7所示，龙门7的横梁上安装有四组光路系统4和两组精对准系统3，两组相邻的光路系统4分别对应一个晶圆的位置，每两组光路系统4均对应安装有一组精对准系统3，以实现对两个工位同时进行曝光，且每组精对准系统3均与一组光路系统4的光路同轴。

如图6所示，所述粗对准系统5包括安装有粗对准点光源5.1的面阵相机5.2和远心镜头5.4，所述面阵相机5.2由面阵相机固定件5.3安装于所述龙门7的横梁上。所述面阵相机固定件还连通水冷管道，能够给面阵相机5.2进行降温。

所述高倍远心镜头3.2和/或物镜4.4均设置有位移传感器6。

实施例2

如图8所示，本发明还提供一种应用所述微米级光刻机对已知曝光图形、对位信息及布局的晶圆曝光的方法，所述方法包括：

步骤一：通过EFEM系统自动或者依靠定位销钉2.5定位手动将两个晶圆2.4准确放置在吸附装置2的两个工位上，随后打开气源接头2.1，开通吸真空，将两个晶圆2.4同时并完全吸附住；

步骤二：通过运动控制平台吸附装置承载晶圆移动至精对准系统3下方，选择晶圆2.4的四个mark点进行标记，保证高倍远心镜头3.2的圆心与位移传感器6的中心尽可能接近，利用精对准系统3的位移传感器6检测晶圆或掩膜板的位置反馈信号给平台控制系统，通过运动控制平台Z轴运动组件运动来保持焦面位置不变从而实现实时聚焦对准；

步骤三：打开多个光路系统4对两个工位的晶圆2.4同时进行曝光，曝光完成后运动控制平台1退出，取下晶圆2.4。

实施例3

如图8所示，本发明还提供一种应用所述微米级光刻机对已知曝光图形，但未知对位信息及布局的晶圆曝光的方法，所述未知晶圆的排布需有规律的mark点且mark点会在每个shot当中，所述方法包括：

步骤一：通过EFEM系统自动或者依靠定位销钉2.5定位手动将两个晶圆2.4准确放置在吸附装置2的两个工位上，随后打开气源接头2.1，开通吸真空，将两个晶圆2.4同时并完全吸附住；

步骤二：通过运动控制平台吸附装置承载晶圆移动至粗对准系统5下方，将粗对准系统5绕着晶圆2.4的中心用面阵相机采集数张照片，经过软件算法识别寻找mark点并识别晶圆2.4的布局，根据需要选择四个mark点进行对准，并基于四个mark点建立料号系统；

步骤三：通过运动控制平台吸附装置承载晶圆或掩膜板移动至精对准系统3下方，选择晶圆2.4的四个mark点进行标记，保证高倍远心镜头3.2的圆心与位移传感器6的中心尽可能接近，利用精对准系统3的位移传感器6检测晶圆的位置反馈信号给平台控制系统，通过运动控制平台Z轴运动组件运动来保持焦面位置不变从而实现实时聚焦对准；

步骤四：打开多个光路系统4对两个工位的晶圆2.4同时进行曝光，曝光完成后运动控制平台1退出，取下晶圆2.4。

进一步的，在聚焦对准前，由压电螺钉4.2自动调节DMD4.1的平面度以及倾斜角，通过调节平面度使DMD4.1与物镜4.4的镜片完全水平，通过调整倾斜角保证倾斜曝光角度的准确性。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种用于先进封装的微米级光刻机，其特征在于，包括安装在大理石底座上的运动控制平台和龙门、安装在所述运动控制平台上的吸附装置、安装在所述龙门上的精对准系统、粗对准系统以及光路系统；

所述运动控制平台包括X轴、Y轴和Z轴运动组件，能够使得所述吸附装置在X轴、Y轴和Z轴方向进行移动；

所述精对准系统包括对准相机、高倍远心镜头和点光源；

所述粗对准系统包括对准相机、远心镜头和点光源，所述对准相机为大面阵相机。

2.根据权利要求1所述的一种用于先进封装的微米级光刻机，其特征在于，所述精对准系统和/或光路系统还包括位移传感器，用于实时检测焦深。

3.根据权利要求1所述的一种用于先进封装的微米级光刻机，其特征在于，所述吸附装置上包括吸盘主体、吸盘垫、标定尺组件和吸盘相机，所述吸盘相机和所述标定尺组件设置在所述吸盘垫边缘，分别用于标定所述精对准系统和粗对准系统的对准相机的位置和用于调试与标定曝光镜头倍率夹角。

4.根据权利要求3所述的一种用于先进封装的微米级光刻机，其特征在于，所述吸盘主体为大理石材质，所述吸盘垫上设有两个工位能够实现同时吸附两片晶圆，也能够实现对掩膜板的吸附，所述吸盘垫采用多孔陶瓷，可保证晶圆或者掩模板在吸盘上任何区域吸附。

5.根据权利要求4所述的一种用于先进封装的微米级光刻机，其特征在于，所述龙门能够安装多组光路系统和精对准系统，以实现对两个工位同时进行曝光，且每组精对准系统均与一组光路系统同轴。

6.根据权利要求1所述的一种用于先进封装的微米级光刻机，其特征在于，所述光路系统包括照明系统、物镜、DMD和DMD调节装置，所述DMD调节装置在承载DMD的同时，能够实现DMD平面度与倾斜度的调节，所述DMD调节装置采用能够实现自动调节的压电螺钉取代手动调节，减小了手动调节带来的误差。

7.一种应用权利要求2所述的微米级光刻机对已知对位信息及布局的晶圆或掩膜板曝光的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤一：将晶圆或掩膜板准确放置在吸附装置的工位上，随后打开吸真空，将晶圆或者掩膜板完全吸附住；

步骤二：通过运动控制平台吸附装置承载晶圆或掩膜板移动至精对准系统下方，选择晶圆或掩膜板的多个mark点进行标记，利用精对准系统的位移传感器检测晶圆或掩膜板的位置反馈信号给平台控制系统，通过运动控制平台的Z轴运动组件的运动，来保持焦面位置不变，从而实现实时聚焦对准；

步骤三：对晶圆或掩膜板进行曝光，曝光完成后运动控制平台退出，取下晶圆或掩膜板。

8.一种应用权利要求2所述的微米级光刻机对已知曝光图形，但未知对位信息及布局的晶圆曝光的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤一：将晶圆准确放置在吸附装置的工位上，随后打开吸真空，将晶圆完全吸附住；

步骤二：通过运动控制平台吸附装置承载晶圆移动至粗对准系统下方，粗对准系统绕着晶圆中心用面阵相机采集数张照片，经过软件算法识别寻找mark点并识别晶圆的布局，根据需要选择多个mark点进行对准，并基于mark点建立料号系统；

步骤三：通过运动控制平台吸附装置承载晶圆或掩膜板移动至精对准系统下方，选择晶圆的多个mark点进行标记，利用精对准系统的位移传感器检测晶圆的位置反馈信号给平台控制系统，通过运动控制平台的Z轴运动组件的运动，来保持焦面位置不变，从而实现实时聚焦对准；

步骤四：对晶圆进行曝光，曝光完成后运动控制平台退出，取下晶圆。

9.根据权利要求7或8所述的一种微米级光刻机的曝光方法，其特征在于，对晶圆或掩膜板进行曝光时，利用光路系统的位移传感器检测晶圆或掩膜板的位置并反馈信号给平台控制系统，通过运动控制平台的Z轴运动组件的运动，来保持焦面位置不变，从而实现实时聚焦对准。

10.根据权利要求7或8所述的一种微米级光刻机的曝光方法，其特征在于，所述mark点的数量为四个，位于晶圆或掩膜板的四个不同方位，且尽可能的分布在晶圆或者掩模板的角落位置。