CN215867502U - 一种适用于多种制程的多尺寸晶圆边缘曝光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于半导体晶圆制造领域，具体说是一种适用于多种制程的多尺寸晶圆边缘曝光装置。包括：主控制系统，以及与主控制系统连接的CCD数据采集系统、光源组以及设有可承载待曝光晶圆的三轴联动平台；CCD数据采集系统和光源组分别安装于三轴联动平台的相邻两侧；CCD数据采集系统，包括：CCD安装支架，以及设置在CCD安装支架上的发射头和接收头，发射头和接收头之间的空间为光感区，以使待曝光晶圆的边缘设于光感区内，发射头通过信号传输线与主控制系统连接，接收头内设有CCD传感器，经信号传输线与主控制系统连接。本实用新型光源组可同时满足多工艺制程的需求；并且通过一套三轴联动平台，可以满足多尺寸晶圆的需求，还适用于透明晶圆的工艺需求。

Description

一种适用于多种制程的多尺寸晶圆边缘曝光装置

技术领域

本实用新型属于半导体晶圆制造领域，具体说是一种适用于多种制程的多尺寸晶圆边缘曝光装置。

背景技术

晶圆边缘曝光装置是保证前道Track设备与光刻机联机作业的重要组成，是实现晶圆涂胶、光刻、显影无缝联接的核心部件。光刻胶旋涂过程中，在离心力和表面张力的作用下，胶体在晶圆边缘形成堆积，导致晶圆边缘区域光刻胶膜厚过大，无应用价值，而且这部分胶体容易剥离，导致附近光刻图案损坏。因此晶圆边缘一定宽度内的胶体需要及时去除。

然而，现有的晶圆边缘曝光装置存在以下缺点：1、行业产品多为两轴联动，只可加工圆环及扇形图案，无法满足客户对矩形区域的曝光需求；2、行业产品光源能量低，工艺时间长，很大程度限制整机产能；3、行业产品暂无多工艺制程的通用方案,I-line、KrF、ArF不同制程应用不同的边缘曝光产品，适用性差；4、行业产品暂无多尺寸兼容方案，针对不同尺寸加工需求(6/8/12寸)配备不同型号的边缘曝光产品，通用性差。研究出适用于多种制程的多尺寸晶圆的边缘曝光装置显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种可同时满足行业不同工艺制程(I-line、KrF、ArF)，不同尺寸(6/8/12寸)晶圆的工艺需求的通用兼容型边缘曝光装置，以克服上述现有晶圆边缘曝光装置的缺陷。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种适用于多种制程的多尺寸晶圆边缘曝光装置，包括：主控制系统，以及与主控制系统连接的CCD数据采集系统、光源组以及设有可承载待曝光晶圆的三轴联动平台；

其中，所述CCD数据采集系统和光源组分别安装于三轴联动平台的相邻两侧；

所述CCD数据采集系统，包括：CCD安装支架，以及设置在CCD安装支架上的发射头和接收头，所述发射头和接收头之间的空间为光感区，以使待曝光晶圆的边缘设于光感区内，所述发射头通过信号传输线与主控制系统连接，所述接收头内设有CCD传感器，经信号传输线与主控制系统连接。

所述光源组，包括：光源装置、固定支架、镜头组固定架、传导光纤、光源数据通信器、镜头组固定座、镜头组调整架、聚焦透镜、光斑成型罩以及镜头组固定块；

所述镜头组固定座固设于三轴联动平台的一侧；镜头组固定座上设有镜头组固定架，所述镜头组固定座与镜头组固定架为一体结构，所述镜头组固定架上设有镜头组调整架；

所述镜头组调整架一端与镜头组固定架螺纹连接，另一端与镜头组固定块固接；

所述光源装置通过固定支架安装在地面上，所述光源装置的接收端经光源数据通信器通过信号传输线与主控制系统连接；

所述光源装置发射的光斑经传导光纤、依次通过聚焦透镜以及光斑成型罩以将发射的光斑聚焦在待曝光晶圆边缘上。

所述镜头组固定架的纵轴线与镜头组固定块的纵轴线平行。

所述镜头组固定架与镜头组调整架之间的夹角为90°；

所述镜头组调整架与镜头组固定块之间的夹角为90°。

所述镜头组固定块上设有光纤固定架，所述光纤固定架套设在传导光纤上。

所述镜头组固定架上设有多个调节镜头组调整架的螺孔，上下相邻的螺孔间的间距固定。

所述三轴联动平台，包括：X轴移动机构、Y轴移动机构、W轴转动机构、运动平台以及晶圆卡盘；

所述运动平台上设有多条导轨，分别为第一导轨和第二导轨；所述X轴移动机构安装于运动平台一侧，所述Y轴移动机构滑动设于运动平台的第一导轨上，所述X轴移动机构与Y轴移动机构相固连，且X轴移动机构的丝杠轴与Y轴移动机构的丝杠轴相互垂直；

所述W轴转动机构设于运动平台的第二导轨上，且位于Y轴移动机构一侧；所述W轴转动机构与Y轴移动机构相固连，以实现通过Y轴移动机构带动W轴转动机构运动；

所述晶圆卡盘设于W轴转动机构上，晶圆卡盘顶部设有吸附待曝光晶圆的真空吸盘；

所述X轴移动机构、Y轴移动机构以及W轴转动机构分别与主控制系统连接。

所述X轴移动机构和Y轴移动机构均为滚珠丝杠机构，所述X轴移动机构的滑块A通过连接件与Y轴移动机构的末端轴承座连接，以带动Y轴移动机构沿X方向运动；

所述Y轴移动机构的滑块B与W轴移动机构固连，所述W轴转动机构的驱动电机输出轴与晶圆卡盘转动连接。

所述第一导轨的方向与第二导轨的方向相互垂直；

所述第一导轨的方向与X轴移动机构的滑块A的运动方向相同；所述第二导轨的方向与Y轴移动机构的滑块B的运动方向相同。

所述X轴移动机构位于三轴联动平台的相对侧设有光源组或CCD数据采集系统，所述Y轴移动机构位于三轴联动平台的相对侧设有CCD数据采集系统或光源组。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

1.本实用新型中一套光源组可同时满足多工艺制程(I-line、KrF、ArF)的需求；

2、本实用新型通过一套三轴联动平台，可以满足多尺寸晶圆(6寸Flat，8寸Flat,8寸Notch，12寸Notch)的需求，另外可以适用于透明晶圆的工艺需求；

3、本实用新型中，除普通圆环外，还可以满足扇形、矩形等复杂图案的加工；

4、本实用新型配置三轴联动平台可实现平面内复杂异形图案的加工，满足客户直角矩形的需求；

5、光源组采用大功率广光谱光源，波长覆盖140-400nm波段，能量最大可达11500mw/cm²，兼顾I-line、KrF、ArF多种工艺对波长及光强的需求，缩短工艺时长，增大整机产能，减少单元数量。

附图说明

图1为本实用新型的系统框架图；

图2为本实用新型的CCD数据采集系统三维结构示意图；

图3为本实用新型的CCD数据采集系统主视图；

图4为本实用新型的光源组结构示意图；

图5为本实用新型的三轴联动平台的结构示意图；

图6为本实用新型的工作原理图；

其中，1为主控制系统，2为信号传输线，3为CCD数据采集系统，4为光源组，5为待曝光晶圆，6为三轴联动平台，7为光源数据通信器，201为X轴驱动组件，202为Y轴驱动组件，301为发射头，302为光感区，303为接收头，304为CCD传感器，305为CCD安装支架，401为光源装置，402为固定支架，403为传导光纤，404为镜头组固定座，405为镜头组调整架，406为光纤固定架，407为聚焦透镜，408为光斑成型罩，409为镜头组固定架，410为镜头组固定块，601为X轴移动机构，602为Y轴移动机构，603为W轴转动机构，604为运动平台，605为晶圆卡盘，606为第一导轨，607为第二导轨，608为滑块A,609为末端轴承座，610为滑块B，611为X轴驱动模组，612为Y轴驱动模组，613电机固定板，614为联轴器，615为丝杠，616为固定轴承座。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

如图1所示，为本实用新型的系统框架图，本实用新型包括：主控制系统1，以及与主控制系统1连接的CCD数据采集系统3、光源组4以及设有可承载待曝光晶圆5的三轴联动平台6；

本实用新型的综合控制与信号传输系统由微型控制组件、X轴驱动组件201、Y轴驱动组件202、W轴控制组件、CCD信号传感器304、光源数据通信器7组成。兼容光源控制、数据采集、算法补偿、运动控制等多项功能，并保证与其他关联设备顺畅通讯，监测及报警系统准确触发。

主控制系统1分别与X轴驱动组件201、Y轴驱动组件202、W轴控制组件、CCD信号传感器304、光源数据通信器7连接；

CCD信号传感器304将待曝光晶圆5边缘实际坐标信息以4400毫秒级的高效率传输至主控制系统1，并分析，得出待曝光晶圆5的圆心坐标、Notch/Flat坐标及方向等信息，并计算出各轴需要的运动补偿值，传输至X轴驱动组件201、Y轴驱动组件202、W轴控制组件203，实现精确的位置控制。同时向光源数据通信器7发出指令，开闭光源。

(2)CCD数据采集系统3

如图2～3所示，为本实用新型的CCD数据采集系统结构示意图；

CCD数据采集系统3和光源组4分别安装于三轴联动平台6的相邻两侧；

CCD数据采集系统3，包括：CCD安装支架，以及设置在安装支架上的发射头301和接收头303，发射头301和接收头303之间的空间为光感区302，以使待曝光晶圆5的边缘设于光感区302内，发射头301通过信号传输线(2)与主控制系统1连接，所述接收头303内设有CCD传感器304，经信号传输线2与主控制系统1连接。

CCD数据采集系统3是晶圆边缘曝光单元实现精确加工的关键，用于测定机械手放片后晶圆坐标的偏差值。其一般由发射头301，光感区302及接收头303组成。

由于晶圆存在notch切口与flat切口两种不同规格形式，该实用新型精准确定有效的圆周数据(边缘4400点实际坐标)同时自动屏蔽切口处的大偏差值，保证计算后圆心坐标的精准。

待曝光晶圆5常有几种型号：6寸Flat 051，8寸Flat 052,8寸Notch 053，12寸Notch 054等。待曝光晶圆5放置于三轴联动平台6的W轴转动机构603上的晶圆卡盘605上后，X轴驱动组件021带动三轴联动平台6的W轴转动机构603，最终实现待曝光晶圆5向CCD数据采集系统3的光感区302移动，不同尺寸的待曝光晶圆5(6寸Flat，8寸Flat,8寸Notch，12寸Notch)向CCD数据采集系统3光感区移动的位移分别为S1、S2、S3、S4，以满足不同尺寸待曝光晶圆5(6寸Flat，8寸Flat,8寸Notch，12寸Notch)的边缘位于CCD数据采集系统3光感区302的中部位置，以实现待曝光晶圆5放置偏差的最大容许量。

(3)光源组4，如图4所示，为本实用新型的光源组结构示意图；

光源组04是晶圆边缘曝光单元实现晶圆曝光的能量来源，其特性直接决定了单元工艺效果的成败。光源的强度输出、传导光纤的直径与长度、出光口聚焦透镜的尺寸与焦距、晶圆与透镜间距离、光斑成形罩的出口形状与大小、晶圆与光斑成形罩间距离等诸多因素均对加工点光斑的质量有着直接的影响，本实用新型综合研究不用工艺制程的需求，兼顾各工艺制程对于波长及能量强度的需求，优化传导光纤及聚焦镜头的组合，实现一套光源系统同时满足多工艺制程(I-line、KrF、ArF)的需求。

本实用新型的光源组由光源装置401、固定支架402、镜头组固定架409、传导光纤403、光源数据通信器7、镜头组固定座404、镜头组调整架405、聚焦透镜407、光斑成型罩408以及镜头组固定块410；

镜头组固定座404固设于三轴联动平台6的一侧；镜头组固定座404上设有镜头组固定架409，镜头组固定座404与镜头组固定架409为一体结构，镜头组固定架409上设有镜头组调整架405；

镜头组调整架405一端与镜头组固定架409螺纹连接，另一端与镜头组固定块410固接；

光源装置401通过固定支架402安装在地面上，所述光源装置401的接收端经光源数据通信器7通过信号传输线2与主控制系统连接；

光源装置401发射的光斑经传导光纤403、依次通过聚焦透镜407以及光斑成型罩408以将发射的光斑聚焦在待曝光晶圆5边缘上。

镜头组固定架409的纵轴线与镜头组固定块410的纵轴线平行；

镜头组固定架409与镜头组调整架405之间的夹角为90°；

镜头组调整架405与镜头组固定块410之间的夹角为90°。

镜头组固定块410上设有光纤固定架406，光纤固定架406套设在传导光纤403外；

镜头组固定架409上设有多个调节镜头组调整架405的螺孔，上下相邻的螺孔间的间距固定。

光源装置401发射，光强通过传导光纤403输出至聚焦透镜407进行能量聚拢，再经由光斑成型罩408，形成具有一定强度、波长特性的曝光光斑。通过调整固定于镜头组固定座404的镜头组调整架405、光纤固定座406，使聚焦于待曝光晶圆5表面的光斑处于焦点位置，即能量最强点。

(4)三轴联动平台6，如图5所示，本实用新型的三轴联动平台的结构示意图；

在满足当前业内标准要求的同时，本项目产品将传统的两轴(x、w轴)联动运动系统提升为三轴(x、y、w)联动的运动结构，大大简化了工艺过程中的运动拟合算法，尤其在矩形图案加工中具有明显优势。

传统行业内两轴产品依靠一个平移轴x和旋转轴w来拟合处平面内目标图案曲线，但由于光斑具有一定尺寸特征(5X4长方形)，导致在两轴同步运动生成具有直角特性图案时，直角相接处必定形成圆角轮廓，圆角的大小与光斑尺寸成正比。

本实用新型的三轴联动平台6，包括：X轴移动机构601、Y轴移动机构602、W轴转动机构603、运动平台604以及晶圆卡盘605；

运动平台604上设有多条导轨，分别为第一导轨606和第二导轨607；X轴移动机构601安装于运动平台604一侧，Y轴移动机构602滑动设于运动平台604的第一导轨606上，X轴移动机构601与Y轴移动机构602相固连，且X轴移动机构601的丝杠轴与Y轴移动机构602的丝杠轴相互垂直；

W轴转动机构603设于运动平台的第二导轨上607，且位于Y轴移动机构602一侧；W轴转动机构603与Y轴移动机构602相固连，以实现通过Y轴移动机构602带动W轴转动机构运动603；

晶圆卡盘605设于W轴转动机构603上，晶圆卡盘605顶部设有吸附待曝光晶圆5的真空吸盘；

X轴移动机构601、Y轴移动机构602以及W轴转动机构603分别与主控制系统1连接。

X轴移动机构601和Y轴移动机构602均为滚珠丝杠机构，X轴移动机构601的滑块A608通过连接件与Y轴移动机构602的末端轴承座609连接，以带动Y轴移动机构602沿X方向运动；

Y轴移动机构602的滑块B610与W轴移动机构603固连，W轴转动机构603的驱动电机输出轴与晶圆卡盘605转动连接。

第一导轨606的方向与第二导轨607的方向相互垂直；

第一导轨606的方向与X轴移动机构601的滑块A608的运动方向相同；第二导轨607的方向与Y轴移动机构602的滑块B610的运动方向相同。

X轴移动机构601位于三轴联动平台6的相对侧设有光源组4或CCD数据采集系统3，Y轴移动机构602位于三轴联动平台6的相对侧设有CCD数据采集系统3或光源组4。

该实用新型采用的三轴联动的运动结构，具体包括：X轴移动机构601通过特殊的高精度导轨与Y轴移动机构602相连，从实现XY平面运动的导向及运动。X轴驱动模组611为X轴移动机构601的运动提供动力输出，同时Y轴驱动模组612为Y轴移动机构602的运动提供动力输出。X轴驱动模组611、Y轴驱动模组612分别为同一种驱动结构，该驱动结构依靠X轴驱动组件201或Y轴驱动组件202提供驱动力，电机固定于电机固定板613处，并通过联轴器614带动丝杠615转动，进而转化为滑块A608或滑块B610的横向平移。

丝杠615通过两端的轴承座进行固定。其中固定轴承座616上的滚动轴承被严格定位，无法窜动。轴承座609浮动支撑座，其中的滚动轴承未被严格定位，可实现沿丝杠605轴线的少量移动，以消除丝杠605旋转/安装过程中的精度偏差。

在传统两轴运动结构(Y轴移动机构602、W轴移动机构603)基础上增加了垂直于平移Y轴移动机构602的另一平移X轴移动机构601，在进行矩形(有直角轮廓的图案时)，采用两个平移轴xy拟合的方式代替wx轴拟合方案，实现方形光斑在平面内的任意移动，进而完成标准直角的图案加工。

本实用新型的工作原理如下：

如图6所示，为本实用新型的工作原理图，CCD信号传感器304将待曝光晶圆5边缘实际坐标信息传输至主控制系统1分析，得出待曝光晶圆5的圆心坐标、Notch/Flat坐标及方向信息，并计算出X/Y/W轴需要的运动补偿值，传输至X轴驱动组件201、Y轴驱动组件202、W轴控制组件203，分别实现精确的X轴移动机构601、Y轴移动机构602、W轴移动机构603位置控制。同时向光源数据通信器7发出指令，开启光源。

光源装置401发射的光斑经传导光纤403、依次通过聚焦透镜407以及光斑成型罩408以将发射的光斑聚焦在待曝光晶圆5边缘上。

Claims (10)

1.一种适用于多种制程的多尺寸晶圆边缘曝光装置，其特征在于，包括：主控制系统(1)，以及与主控制系统(1)连接的CCD数据采集系统(3)、光源组(4)以及设有可承载待曝光晶圆(5)的三轴联动平台(6)；

其中，所述CCD数据采集系统(3)和光源组(4)分别安装于三轴联动平台(6)的相邻两侧；

所述CCD数据采集系统(3)，包括：CCD安装支架(305)，以及设置在CCD安装支架(305)上的发射头(301)和接收头(303)，所述发射头(301)和接收头(303)之间的空间为光感区(302)，以使待曝光晶圆(5)的边缘设于光感区(302)内，所述发射头(301)通过信号传输线(2)与主控制系统(1)连接，所述接收头(303)内设有CCD传感器(304)，经信号传输线(2)与主控制系统(1)连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于多种制程的多尺寸晶圆边缘曝光装置，其特征在于，所述光源组(4)，包括：光源装置(401)、固定支架(402)、镜头组固定架(409)、传导光纤(403)、光源数据通信器(7)、镜头组固定座(404)、镜头组调整架(405)、聚焦透镜(407)、光斑成型罩(408)以及镜头组固定块(410)；

所述镜头组固定座(404)固设于三轴联动平台的一侧；镜头组固定座(404)上设有镜头组固定架(409)，所述镜头组固定座(404)与镜头组固定架(409)为一体结构，所述镜头组固定架(409)上设有镜头组调整架(405)；

所述镜头组调整架(405)一端与镜头组固定架(409)螺纹连接，另一端与镜头组固定块(410)固接；

所述光源装置(401)通过固定支架(402)安装在地面上，所述光源装置(401)的接收端经光源数据通信器(7)通过信号传输线(2)与主控制系统连接；

所述光源装置(401)发射的光斑经传导光纤(403)、依次通过聚焦透镜(407)以及光斑成型罩(408)以将发射的光斑聚焦在待曝光晶圆(5)边缘上。

3.根据权利要求2所述的一种适用于多种制程的多尺寸晶圆边缘曝光装置，其特征在于，所述镜头组固定架(409)的纵轴线与镜头组固定块(410)的纵轴线平行。

4.根据权利要求2所述的一种适用于多种制程的多尺寸晶圆边缘曝光装置，其特征在于，所述镜头组固定架(409)与镜头组调整架(405)之间的夹角为90°；

所述镜头组调整架(405)与镜头组固定块(410)之间的夹角为90°。

5.根据权利要求2所述的一种适用于多种制程的多尺寸晶圆边缘曝光装置，其特征在于，所述镜头组固定块(410)上设有光纤固定架(406)，所述光纤固定架(406)套设在传导光纤(403)上。

6.根据权利要求2所述的一种适用于多种制程的多尺寸晶圆边缘曝光装置，其特征在于，所述镜头组固定架(409)上设有多个调节镜头组调整架(405)的螺孔，上下相邻的螺孔间的间距固定。

7.根据权利要求1所述的一种适用于多种制程的多尺寸晶圆边缘曝光装置，其特征在于，所述三轴联动平台(6)，包括：X轴移动机构(601)、Y轴移动机构(602)、W轴转动机构(603)、运动平台(604)以及晶圆卡盘(605)；

所述运动平台(604)上设有多条导轨，分别为第一导轨(606)和第二导轨(607)；所述X轴移动机构(601)安装于运动平台(604)一侧，所述Y轴移动机构(602)滑动设于运动平台(604)的第一导轨(606)上，所述X轴移动机构(601)与Y轴移动机构(602)相固连，且X轴移动机构(601)的丝杠轴与Y轴移动机构(602)的丝杠轴相互垂直；

所述W轴转动机构(603)设于运动平台的第二导轨上(607)，且位于Y轴移动机构(602)一侧；所述W轴转动机构(603)与Y轴移动机构(602)相固连，以实现通过Y轴移动机构(602)带动W轴转动机构运动(603)；所述晶圆卡盘(605)设于W轴转动机构(603)上，晶圆卡盘(605)顶部设有吸附待曝光晶圆(5)的真空吸盘；

所述X轴移动机构(601)、Y轴移动机构(602)以及W轴转动机构(603)分别与主控制系统(1)连接。

8.根据权利要求7所述的一种适用于多种制程的多尺寸晶圆边缘曝光装置，其特征在于，所述X轴移动机构(601)和Y轴移动机构(602)均为滚珠丝杠机构，所述X轴移动机构(601)的滑块A(608)通过连接件与Y轴移动机构(602)的末端轴承座(609)连接，以带动Y轴移动机构(602)沿X方向运动；

所述Y轴移动机构(602)的滑块B(610)与W轴移动机构(603)固连，所述W轴转动机构(603)的驱动电机输出轴与晶圆卡盘(605)转动连接。

9.根据权利要求7所述的一种适用于多种制程的多尺寸晶圆边缘曝光装置，其特征在于，所述第一导轨(606)的方向与第二导轨(607)的方向相互垂直；

所述第一导轨(606)的方向与X轴移动机构(601)的滑块A(608)的运动方向相同；所述第二导轨(607)的方向与Y轴移动机构(602)的滑块B(610)的运动方向相同。

10.根据权利要求7所述的一种适用于多种制程的多尺寸晶圆边缘曝光装置，其特征在于，所述X轴移动机构(601)位于三轴联动平台(6)的相对侧设有光源组(4)或CCD数据采集系统(3)，所述Y轴移动机构(602)位于三轴联动平台(6)的相对侧设有CCD数据采集系统(3)或光源组(4)。

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