CN117420735A - 一种晶圆正面曝光装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶圆正面曝光装置及方法，该装置包括：曝光台；所述曝光台具有一支撑面；所述支撑面开设有真空吸附孔，所述支撑面还凹陷设置有一限位槽，所述限位槽环绕所述真空吸附孔的外侧设置，所述限位槽用于容置晶圆的taiko环，所述真空吸附孔用于产生负压，以使得所述晶圆贴附于所述支撑面。通过在曝光台的支撑面上开设限位槽，用于容置晶圆的taiko环，使得晶圆与曝光台之间的距离减小至晶圆贴附于支撑面，使得曝光台可通过真空吸附孔吸附住晶圆，使得晶圆表面平整，既减少在传输过程中晶圆传输偏移导致的晶圆表面曝光偏移的情况，又实现了对晶圆进行正面曝光的工艺。

Description

一种晶圆正面曝光装置及方法

技术领域

本发明涉及半导体制造的技术领域，特别涉及一种晶圆正面曝光装置及方法。

背景技术

随着功率半导体芯片行业的发展，为了让芯片实现较低损耗，在芯片工艺制层中对晶圆进行减薄成了不可或缺的一个步骤。当晶圆的厚度在200μm以下时，减薄处理工艺往往成为功率半导体芯片制造行业的共识。

相关技术中，在对晶圆进行减薄处理后，为了实现新功能开发或者新结构设计，还需要对减薄处理后的晶圆的正面进行光刻。对于减薄处理后的晶圆而言，晶圆的边缘需要保留一圈taiko环(也叫做支撑环)用于支撑减薄处理后的晶圆，以实现在后续工艺的传输过程中降低碎片。光刻机由于产能高，性价比高，所以在功率半导体器件制造的后道工艺中大规模应用。

然而，目前的光刻机一般将减薄处理前的晶圆传送至曝光台进行曝光，或者将减薄处理后的晶圆传送至曝光台进行背面曝光，无法对晶圆进行正面曝光。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种晶圆正面曝光装置及方法。

一种晶圆正面曝光装置，包括：曝光台；

所述曝光台具有一支撑面；

所述支撑面开设有真空吸附孔，所述支撑面还凹陷设置有一限位槽，所述限位槽环绕所述真空吸附孔的外侧设置，所述限位槽用于容置晶圆的taiko环，所述真空吸附孔用于产生负压，以使得所述晶圆贴附于所述支撑面。

在其中一个实施例中，所述限位槽呈圆环形开设于所述真空吸附孔的外侧。

在其中一个实施例中，所述限位槽的截面形状为半圆形、弧形、方形、矩形和多边形中的一种。

在其中一个实施例中，所述限位槽的深度被设置为大于或等于所述晶圆的taiko环的厚度。

在其中一个实施例中，所述限位槽的深度为所述taiko环的厚度的2-3倍。

在其中一个实施例中，所述限位槽的宽度被设置为大于或等于所述晶圆的taiko环的宽度。

在其中一个实施例中，所述限位槽的宽度为所述taiko环的宽度的2-4倍。

在其中一个实施例中，所述taiko环的内径大于或等于所述限位槽的内径。

一种晶圆正面曝光方法，包括：

提供曝光台，其中，所述曝光台具有一支撑面，所述支撑面开设有真空吸附孔，所述支撑面还凹陷设置有一限位槽，所述限位槽环绕所述真空吸附孔的外侧设置；

提供经过减薄处理后的晶圆，所述晶圆的外侧具有taiko环，所述taiko环的厚度大于所述晶圆的内侧部分的厚度；

将所述晶圆的taiko环对齐于所述限位槽，将所述晶圆放置在所述曝光台的支撑面上，以使得所述晶圆的taiko环位于所述限位槽内；

开启抽真空，以使得所述真空吸附孔产生负压，将所述晶圆贴附于所述支撑面；

对所述晶圆的正面进行曝光处理，所述晶圆的正面为所述晶圆背离所述taiko环的一面。

在其中一个实施例中，所述限位槽利用砂轮在所述曝光台的支撑面上研磨形成。

上述晶圆正面曝光装置及方法，通过在曝光台的支撑面上开设限位槽，用于容置晶圆的taiko环，使得晶圆与曝光台之间的距离减小至晶圆贴附于支撑面，使得曝光台可通过真空吸附孔吸附住晶圆，使得晶圆表面平整，既减少在传输过程中晶圆传输偏移导致的晶圆表面曝光偏移的情况，又实现了对晶圆进行正面曝光的工艺。

附图说明

图1为相关技术的晶圆正面曝光装置的结构示意图；

图2为相关技术的晶圆正面曝光装置对晶圆进行吸附的结构示意图；

图3为相关技术的晶圆正面曝光装置对晶圆进行正面曝光的结构示意图；

图4为一个实施例中晶圆正面曝光装置的结构示意图；

图5为一个实施例中晶圆正面曝光装置对晶圆进行正面曝光的结构示意图；

图6为一个实施例中晶圆正面曝光方法的流程示意图。

附图标记说明

100、曝光台；101、支撑面；102、真空吸附孔；

200、曝光台；201、支撑面；202、真空吸附孔；203、限位槽；300、晶圆；400、taiko环。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

如图1所示，传统的曝光台100上开设有若干真空吸附孔102，如图2所示，晶圆300未进行减薄处理前，可贴附在曝光台100的支撑面101上。如图3所示，在对晶圆300进行减薄处理后，晶圆300的边缘保留有一圈taiko环400，该taiko环400也称为支撑环，以用于支撑减薄处理后的晶圆300。在对晶圆300进行曝光过程中，需利用真空吸附孔102产生的负压吸附住晶圆300，防止晶圆300发生抖动而导致位置发生移动，进而避免无法聚焦或者曝光偏移，随后，再找好标记并进行聚焦，最后对晶圆300进行正面曝光，此处，晶圆300背离taiko环400的一面为晶圆300的正面。由于对晶圆300进行减薄处理后taiko环400的存在，如果采用现有的曝光装置对晶圆300进行正面曝光，晶圆300与曝光台100之间存在间隙h1，使得曝光台100无法完成真空吸附住晶圆300。

本申请的发明人研究发现，如若仅靠taiko环400和曝光台100之间的接触，晶圆300无法被吸附会导致晶圆300在传输过程中无法定位，使得在传输过程中晶圆300传输偏移导致晶圆300表面曝光偏移的情况。即使在传输过程中晶圆300未发生偏移，由于重力作用发生塌陷，导致曝光过程中发生光路无法正常聚焦的情况，从而难以实现对减薄处理后的晶圆300的正面曝光。

实施例一

本实施例中，如图4和图5所示，提供了一种晶圆正面曝光装置，其包括：曝光台200；所述曝光台200具有一支撑面201；所述支撑面201开设有真空吸附孔202，所述支撑面201还凹陷设置有一限位槽203，所述限位槽203环绕所述真空吸附孔202的外侧设置，所述限位槽203用于容置晶圆300的taiko环400，所述真空吸附孔202用于产生负压，以使得所述晶圆300贴附于所述支撑面201。

本实施例中，曝光台200用于在对晶圆300进行曝光处理时对晶圆300进行承载，晶圆300的正面背离曝光台200的支撑面201，真空吸附孔202对晶圆300的反面进行吸附，此处，晶圆300靠近taiko环400的一面为晶圆300的反面。通过在曝光台200的支撑面201上开设限位槽203，用于容置晶圆300的taiko环400，使得晶圆300与曝光台200之间的距离减小至晶圆300贴附于支撑面201，使得曝光台200可通过真空吸附孔202吸附住晶圆300，使得晶圆300表面平整，既减少在传输过程中晶圆300传输偏移导致的晶圆300表面曝光偏移的情况，又实现了对晶圆300进行正面曝光的工艺。

本实施例中，真空吸附孔202的数量可以为一个，也可以为多个，限位槽203环绕一个真空吸附孔202或多个真空吸附孔202的外侧设置。其中，多个真空吸附孔202均匀分布于曝光台200，多个真空吸附孔202的设置，可增强曝光台200对晶圆300的吸附强度，以使得对晶圆300进行定位后进行正面曝光。曝光台200内设置有通道，真空吸附孔202通过通道与真空发生器(图未示)连通，在真空发生器工作时，将真空吸附孔202内的空气抽出，使得真空吸附孔202产生负压，从而吸附住晶圆300使得晶圆300被定位，进而使得晶圆300表面平整。当然也可直接通过真空泵与通道连通，以实现将真空吸附孔202内的空气抽出，使得真空吸附孔202产生负压。

在一个实施例中，所述限位槽203呈圆环形开设于所述真空吸附孔202的外侧。应该理解的是，限位槽203的形状与晶圆300的taiko环400的形状相适配，限位槽203的中心与曝光台200的中心重合，且限位槽203开设于真空吸附孔202的外侧，在进行抽真空时，taiko环400位于限位槽203内，真空吸附孔202对晶圆300进行真空吸附，以对晶圆300进行定位。在一个实施例中，所述限位槽203的截面形状为半圆形、弧形、方形、矩形和多边形中的一种。限位槽203的截面形状可根据晶圆300的taiko环400的形状进行设置，只需实现taiko环400能够容置于限位槽203内，且由于真空吸附孔202的吸附，晶圆300的反面能够贴附于曝光台200的支撑面201即可。

在一个实施例中，所述限位槽203的深度被设置为大于或等于所述晶圆300的taiko环400的厚度。应该理解的是，限位槽203的深度可根据taiko环400的厚度进行调整，在对晶圆300进行正面曝光时，限位槽203的深度须大于或等于taiko环400的厚度，当限位槽203的深度大于或等于taiko环400的厚度时，晶圆300的反面与曝光台200的支撑面201相抵接，使得taiko环400位于限位槽203内，此时晶圆300与曝光台200之间没有间隙，即可使得曝光台200通过真空吸附孔202吸附住晶圆300，从而使得晶圆300表面平整，既减少在传输过程中晶圆300传输偏移导致的晶圆300表面曝光偏移的情况，又实现了对晶圆300进行正面曝光的工艺。在一个实施例中，所述限位槽203的深度为所述taiko环400的厚度的2-3倍。将限位槽203的深度设置为taiko环400的厚度的2-3倍，可较好地实现对晶圆300进行吸附，从而实现对晶圆300进行正面曝光的工艺。

在一个实施例中，所述限位槽203的宽度被设置为大于或等于所述晶圆300的taiko环400的宽度。应该理解的是，限位槽203的宽度根据taiko环400的厚度进行调整，在对晶圆300进行正面曝光时，限位槽203的宽度须大于或等于taiko环400的宽度，当限位槽203的宽度大于或等于taiko环400的宽度时，晶圆300的反面与曝光台200的支撑面201相抵接，使得taiko环400位于限位槽203内，此时晶圆300与曝光台200之间没有间隙，即可使得曝光台200通过真空吸附孔202吸附住晶圆300，从而使得晶圆300表面平整，既减少在传输过程中晶圆300传输偏移导致的晶圆300表面曝光偏移的情况，又实现了对晶圆300进行正面曝光的工艺。在一个实施例中，所述限位槽203的宽度为所述taiko环400的宽度的2-4倍。将限位槽203的宽度设置为taiko环400的宽度的2-4倍，可使得taiko环400能够放置入限位槽203内，较好地实现对晶圆300进行吸附，从而实现对晶圆300进行正面曝光的工艺。

在一个实施例中，所述taiko环400的内径大于或等于所述限位槽203的内径。即为了使得晶圆300与曝光台200之间没有间隙，taiko环400的内径须大于或等于限位槽203的内径，如此，taiko环400可放置于限位槽203内。

实施例二

本实施例中，如图6所示，提供了一种晶圆正面曝光方法，其包括：

步骤310，提供曝光台，其中，所述曝光台具有一支撑面，所述支撑面开设有真空吸附孔，所述支撑面还凹陷设置有一限位槽，所述限位槽环绕所述真空吸附孔的外侧设置；

步骤320，提供经过减薄处理后的晶圆，所述晶圆的外侧具有taiko环，所述taiko环的厚度大于所述晶圆的内侧部分的厚度；

步骤330，将所述晶圆的taiko环对齐于所述限位槽，将所述晶圆放置在所述曝光台的支撑面上，以使得所述晶圆的taiko环位于所述限位槽内；

步骤340，开启抽真空，以使得所述真空吸附孔产生负压，将所述晶圆贴附于所述支撑面；

步骤350，对所述晶圆的正面进行曝光处理，所述晶圆的正面为所述晶圆背离所述taiko环的一面。

本实施例中，首先提供曝光台200与减薄处理后的晶圆300，再将晶圆300的taiko环400对齐于限位槽203，将晶圆300移动至放置于曝光台200的支撑面201上，此时，晶圆300的taiko环400位于限位槽203内。通过使得真空吸附孔202产生负压，使得放置于曝光台200的晶圆300贴附于支撑面201，对晶圆300进行定位，即可对晶圆300的正面进行曝光处理。在此过程中，晶圆300被定位于曝光台200上，且晶圆300保持表面平整的状态，既减少在传输晶圆300的过程中出现晶圆300传输偏移，导致曝光偏移晶圆300表面的情况，又实现了对晶圆300进行正面曝光的工艺。需要说明的是，使得真空吸附孔202产生负压的方式可通过现有的抽真空设备实现，此处不多加限定。

应该理解的是，在对晶圆300进行减薄处理后，晶圆300的边缘保留有一圈taiko环400，以用于支撑减薄处理后的晶圆300。曝光台100与晶圆300之间存在一定距离的间隙h1，间隙的高度即为taiko环400高度，如图3中晶圆300的厚度100μm，h1约为625μm。由于间隙的存在，晶圆300无法被曝光台100中的真空吸附孔102吸附住，且整个晶圆300与曝光台100接触的部分只有taiko环400，无法被吸附会导致晶圆300在传送过程中无法定位，使得在传输过程中晶圆300传输偏移导致晶圆300表面曝光偏移的情况；即使未发生偏移，整个晶圆300只有taiko环400接触曝光台100，由于重力作用，晶圆300表面发生下垂等形变，表面不够平整，导致无法聚焦，当正面曝光时，UV光经过掩膜版后的光束照射至晶圆的正面，无法聚焦则该光束不能正确曝光在晶圆300需要被曝光的地方，从而发生曝光偏移。因而，本实施例中，曝光台200的支撑面201凹陷设置有限位槽203，将晶圆300移动至放置于曝光台200的支撑面201上。此时，晶圆300的taiko环400位于限位槽203内，晶圆300与曝光台200之间没有间隙，使得曝光台200通过真空吸附孔202吸附住晶圆300，从而使得晶圆300表面平整，既减少在传输过程中晶圆300传输偏移导致的晶圆300表面曝光偏移的情况，又实现了对晶圆300进行正面曝光的工艺。

在一个实施例中，所述限位槽203利用砂轮在所述曝光台200的支撑面201上研磨形成。本实施例中，可通过砂轮按所需尺寸在曝光台200上研磨一圈，使得曝光台200上出现一定深度和宽度的限位槽203，以供taiko环400的容置。在实际操作中，也可通过其他研磨设备对曝光台200进行研磨，以开设限位槽203。

实施例三

本实施例中，随着功率半导体芯片行业的发展，如IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、FRD(快速恢复二极管)等，为了让芯片实现较低损耗，在芯片工艺制层中对晶圆300进行减薄成了不可或缺的一个步骤。当晶圆300的厚度在200μm以下时，taiko减薄工艺往往成为功率半导体芯片制造行业的共识。如图3所示，在对晶圆300进行减薄处理后，为了实现新功能开发或者新结构设计，还需要对减薄处理后的晶圆300的正面进行光刻。对于减薄处理后的晶圆300而言，晶圆300的边缘需要保留一圈宽度2.5mm-3mm，高度大于500μm的taiko环400用于支撑减薄后的晶圆300，以实现在后续工艺的传送过程中降低碎片。光刻机由于产能高，性价比高，所以在功率半导体器件制造的后道工艺中大规模应用。然而，业内目前现有光刻机一般将减薄处理前的晶圆300传送至曝光台100进行曝光，或者将减薄处理后的晶圆300传送至曝光台100进行背面曝光，基本没有对于减薄处理后的晶圆300传送至曝光台100进行正面曝光的应用。而对于大部分半导体行业内光刻机而言，在曝光过程中，需先用真空吸附住晶圆300，再找好标记并进行聚焦，最后进行曝光。如图1所示，光刻机的曝光台100设计有真空吸附孔102，应用真空吸附式，其目的是将晶圆300牢牢吸附住，并吸附平整，如图2所示，使得晶圆300静止不动，防止晶圆300发生抖动而导致位置发生移动从而发生无法聚焦或者曝光偏移。

由于减薄后taiko环400存在，如果采用现有的光刻机进行曝光晶圆300正面，如图3所示，晶圆300与曝光台100存在着一个高度等于taiko环400高度的间隙h1，例如对于100μm的晶圆300而言，h1约等于625μm，随着晶圆300片厚的减薄(h1＝晶圆300的初始厚度-减薄后晶圆300的有效区厚度)，h1将随之增加。由于晶圆300表面与曝光台100之间存在间隙，曝光台100无法完成真空吸附住晶圆300，仅靠taiko环400和曝光台100接触，晶圆300表面由于重力作用发生塌陷，使得曝光过程中发生光路无法正常聚焦，从而不能实现对减薄处理后的晶圆300进行正面曝光。

如图6所示，为了解决上述的技术难题，本发明通过以下的技术方案得以实现，主要步骤如下：

步骤310，提供曝光台，其中，所述曝光台具有一支撑面，所述支撑面开设有真空吸附孔，所述支撑面还凹陷设置有一限位槽，所述限位槽环绕所述真空吸附孔的外侧设置；

步骤320，提供经过减薄处理后的晶圆，所述晶圆的外侧具有taiko环，所述taiko环的厚度大于所述晶圆的内侧部分的厚度；

步骤330，将所述晶圆的taiko环对齐于所述限位槽，将所述晶圆放置在所述曝光台的支撑面上，以使得所述晶圆的taiko环位于所述限位槽内；

步骤340，开启抽真空，以使得所述真空吸附孔产生负压，将所述晶圆贴附于所述支撑面；

步骤350，对所述晶圆的正面进行曝光处理，所述晶圆的正面为所述晶圆背离所述taiko环的一面。

其中，步骤310中，是通过砂轮在曝光台200上研磨一圈，使曝光台200出现一定深度和宽度的限位槽203。

如图3所示，需要说明的是，曝光台100与晶圆300之间存在一定间隙h1，间隙的高度为taiko环400的高度，如图3所示，晶圆300的厚度约为100μm，h1约为625μm。由于间隙的存在，晶圆300无法被曝光台100中的真空吸附孔102吸附住，且整个晶圆300与曝光台100接触的部分只有taiko环400，晶圆300难以被吸附从而导致晶圆300在传送过程中无法定位，出现在传输过程中晶圆300传输偏移而导致晶圆300表面曝光偏移；即使晶圆300在传输过程中未发生偏移，整个晶圆300只有taiko环400接触曝光台100，由于重力作用，晶圆300表面发生下垂等形变，表面不够平整，导致无法聚焦，图3中，当对晶圆300正面曝光时，UV光经过掩膜版后的光束照射至晶圆300的正面，无法聚焦则该光束不能正确曝光在晶圆300需要被曝光的地方，从而导致晶圆300发生曝光偏移。

如图4和图5所示，此外，限位槽203的中心与曝光台200的中心重合，限位槽203的深度根据taiko环400的高度进行调整，限位槽203的深度一般为taiko环400的厚度的2-3倍，限位槽203的宽度一般为taiko环400的宽度的2-4倍。通过适配限位槽203的深度和宽度从而使得晶圆300的反面与曝光台200之间基本无间隙，使得曝光台200可以用真空吸附住晶圆300，让晶圆300表面平整，减少了在传输过程中晶圆300传输偏移导致的晶圆300表面曝光偏移的情况，又达到采用光刻机对taiko晶圆300的正面进行曝光的工艺需求，从而实现了对晶圆300进行正面曝光的工艺。

本实施例，通过在曝光台200的支撑面201上开设限位槽203，用于容置晶圆300的taiko环400，使得晶圆300与曝光台200之间的距离减小至晶圆300贴附于支撑面201，使得曝光台200可通过真空吸附孔202吸附住晶圆300，使得晶圆300表面平整，既减少在传输过程中晶圆300传输偏移导致的晶圆300表面曝光偏移的情况，又实现了对晶圆300进行正面曝光的工艺。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种晶圆正面曝光装置，其特征在于，包括：曝光台；

所述曝光台具有一支撑面；

所述支撑面开设有真空吸附孔，所述支撑面还凹陷设置有一限位槽，所述限位槽环绕所述真空吸附孔的外侧设置，所述限位槽用于容置晶圆的taiko环，所述真空吸附孔用于产生负压，以使得所述晶圆贴附于所述支撑面。

2.根据权利要求1所述的晶圆正面曝光装置，其特征在于，所述限位槽呈圆环形开设于所述真空吸附孔的外侧。

3.根据权利要求1所述的晶圆正面曝光装置，其特征在于，所述限位槽的截面形状为半圆形、弧形、方形、矩形和多边形中的一种。

4.根据权利要求1所述的晶圆正面曝光装置，其特征在于，所述限位槽的深度被设置为大于或等于所述晶圆的taiko环的厚度。

5.根据权利要求4所述的晶圆正面曝光装置，其特征在于，所述限位槽的深度为所述taiko环的厚度的2-3倍。

6.根据权利要求1所述的晶圆正面曝光装置，其特征在于，所述限位槽的宽度被设置为大于或等于所述晶圆的taiko环的宽度。

7.根据权利要求6所述的晶圆正面曝光装置，其特征在于，所述限位槽的宽度为所述taiko环的宽度的2-4倍。

8.根据权利要求1所述的晶圆正面曝光装置，其特征在于，所述taiko环的内径大于或等于所述限位槽的内径。

9.一种晶圆正面曝光方法，其特征在于，包括：

提供曝光台，其中，所述曝光台具有一支撑面，所述支撑面开设有真空吸附孔，所述支撑面还凹陷设置有一限位槽，所述限位槽环绕所述真空吸附孔的外侧设置；

提供经过减薄处理后的晶圆，所述晶圆的外侧具有taiko环，所述taiko环的厚度大于所述晶圆的内侧部分的厚度；

将所述晶圆的taiko环对齐于所述限位槽，将所述晶圆放置在所述曝光台的支撑面上，以使得所述晶圆的taiko环位于所述限位槽内；

开启抽真空，以使得所述真空吸附孔产生负压，将所述晶圆贴附于所述支撑面；

对所述晶圆的正面进行曝光处理，所述晶圆的正面为所述晶圆背离所述taiko环的一面。

10.根据权利要求9所述的晶圆正面曝光方法，其特征在于，所述限位槽利用砂轮在所述曝光台的支撑面上研磨形成。