本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工制造領(lǐng)域，具體涉及一種硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光裝置及曝光方法。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體加工制造過程中，需要利用光刻機(jī)對硅片表面進(jìn)行層層曝光，以將掩模上的集成電路(ic)圖形轉(zhuǎn)移到硅片表面。在完成每一層ic圖形的曝光后，硅片需要從光刻機(jī)的工件臺(tái)上移出并經(jīng)過后續(xù)的顯影與刻蝕等光刻工藝處理，再對掩模上的下一層ic圖形進(jìn)行曝光。為了使硅片表面后續(xù)各層ic圖形與已曝光圖形的精確定位，光刻機(jī)需將掩模與硅片表面進(jìn)行精確對準(zhǔn)，即掩模和硅片的精確對準(zhǔn)。掩模和硅片的精確對準(zhǔn)是通過硅片預(yù)對準(zhǔn)、掩模預(yù)對準(zhǔn)、掩模和硅片的直接對準(zhǔn)等步驟實(shí)現(xiàn)的，其中掩模和硅片的直接對準(zhǔn)是影響掩模與硅片對準(zhǔn)精度的主要因素，它是通過掩模和硅片上的對準(zhǔn)標(biāo)記完成的。因此，硅片對準(zhǔn)標(biāo)記是掩模和硅片精確對準(zhǔn)的基準(zhǔn)，形成硅片對準(zhǔn)標(biāo)記也是后續(xù)光刻工藝的基礎(chǔ)。

目前，硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光采用集成電路生產(chǎn)線上用于ic圖形曝光的投影光刻機(jī)，并通過后續(xù)顯影、刻蝕等工藝在硅片表面形成具有一定深度的凹槽，從而在硅片表面獲得所需的對準(zhǔn)標(biāo)記。另外，在進(jìn)行掩模與硅片直接對準(zhǔn)時(shí)，硅片表面至少需要兩個(gè)對準(zhǔn)標(biāo)記才能測出掩模和硅片的相對位置關(guān)系，并且兩個(gè)對準(zhǔn)標(biāo)記相隔一定距離分布于硅片的邊緣區(qū)域。因此，硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光裝置需要精確的劑量控制和位置控制功能，才能在硅片表面的特定位置形成一定深度的對準(zhǔn)標(biāo)記。

上述硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光方法的不足之處在于采用高分辨率、大視場的ic圖形曝光用投影光刻機(jī)來對低分辨率、小尺寸的硅片對準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行曝光，生產(chǎn)效率低，成本高。具體表現(xiàn)在：

1)采用投影光刻機(jī)一次只能在硅片上對一個(gè)對準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行曝光，無法同時(shí)對兩個(gè)或兩個(gè)以上的對準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行曝光，降低了硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光效率。

2)硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的線寬一般大于ic圖形的特征尺寸，而對準(zhǔn)標(biāo)記的圖形尺寸遠(yuǎn)小于ic圖形尺寸，所以采用投影光刻機(jī)進(jìn)行硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光會(huì)造成資源浪費(fèi)，降低ic生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述缺陷，本發(fā)明提出一種硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光裝置及曝光方法，特別是一種多路并行的硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光裝置及曝光方法。該曝光裝置包含兩個(gè)或兩個(gè)以上照明-成像單元，可在硅片表面同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)或兩個(gè)以上對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光。該硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光裝置及曝光方法節(jié)省了硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光時(shí)間，從而提高了ic生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，節(jié)省了ic生產(chǎn)成本。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光裝置，其特點(diǎn)在于，包括光源模塊、照明模塊、能量監(jiān)測模塊、成像模塊、安裝主框架、硅片高度傳感器、掩模臺(tái)、硅片臺(tái)和控制模塊，所述的安裝主框架自上而下依次是照明模塊安裝基板、掩模臺(tái)、成像模塊安裝基板和硅片臺(tái)，所述的掩模具有兩個(gè)以上對準(zhǔn)標(biāo)記，相應(yīng)的所述的光源模塊、照明模塊、能量監(jiān)測模塊、成像模塊、硅片高度傳感器分別具有相同數(shù)量的曝光光源、照明鏡頭、成像鏡頭、能量監(jiān)測模塊和硅片高度傳感器，在所述的照明模塊安裝基板上安裝所述的照明模塊和所述的能量監(jiān)測模塊，在所述的所述的成像模塊安裝基板上安裝所述的成像模塊和硅片高度傳感器，在所述的掩模臺(tái)和硅片臺(tái)分別承載掩模和硅片，所述的照明鏡頭由聚光鏡組、快門和照明鏡組組成，所述的聚光鏡組的后焦平面和所述的照明鏡組的物面重合，所述的照明鏡組的像面和所述的掩模重合，所述的能量監(jiān)測模塊由分光鏡和光電探測器組成，所述的分光鏡位于聚光鏡組和照明鏡組之間，所述的成像模塊的成像鏡頭的物面和所述的掩模的后表面重合，成像鏡頭的像面和所述的硅片的表面重合；

所述的控制模塊由驅(qū)動(dòng)單元、控制單元以及兩個(gè)以上輸入輸出通信接口組成，該控制模塊的輸出端與所述的曝光光源的控制端、照明鏡頭的快門的控制端、硅片臺(tái)的控制端相連，控制模塊的輸入端與所述的光電探測器的輸出端、硅片高度傳感器的輸出端相連。

所述的曝光光源為光纖耦合led光源，或是led和準(zhǔn)直透鏡組合體，或是寬帶光源與濾光片的組合體。

所述的快門為機(jī)械快門、電子快門、光快門或機(jī)械電子混合快門。

所述的光電探測器為光電二極管、光電三極管、光電倍增管或光電池。

利用上述硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光裝置實(shí)現(xiàn)硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光方法，包括以下步驟：

1)曝光預(yù)備：所述的控制模塊打開曝光光源，所述的光電探測器監(jiān)測曝光光強(qiáng)并輸入所述的控制模塊；

2)上片：將硅片放置在所述的硅片臺(tái)上；

3)所述的控制模塊打開曝光光源，所述的硅片高度傳感器探測硅片的上表面是否和成像鏡頭的的像面重合，如不重合，所述的控制模塊過硅片臺(tái)調(diào)整所述的硅片的高度，使硅片的上表面與成像鏡頭的像面重合；

4)對準(zhǔn)標(biāo)記曝光：控制模塊根據(jù)能量監(jiān)測模塊的光電探測器監(jiān)測當(dāng)前的曝光光強(qiáng)和光刻膠的曝光劑量要求，計(jì)算硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光時(shí)間，并設(shè)定曝光時(shí)間，打開快門進(jìn)行曝光；

5)達(dá)到曝光時(shí)間，控制模塊關(guān)閉快門，結(jié)束曝光；

6)換片返回步驟3)實(shí)現(xiàn)下一次曝光。

本發(fā)明的有益效果如下：

1)提高了硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光效率。本發(fā)明硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光裝置的照明模塊包括兩個(gè)以上照明鏡頭，成像模塊包含兩個(gè)以上對應(yīng)的成像鏡頭。利用該曝光裝置可同時(shí)對掩模上的兩個(gè)以上對準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行同時(shí)曝光，減少了硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光時(shí)間，提高了曝光效率。

2)提高了ic生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。ic生產(chǎn)線上影響光刻設(shè)備曝光效率的主要因素有硅片臺(tái)與掩模臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度、上下片時(shí)間、掩模和硅片的對準(zhǔn)時(shí)間、調(diào)平調(diào)焦距時(shí)間等。本發(fā)明硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光裝置可作為子系統(tǒng)集成到光刻設(shè)備上，單獨(dú)用于硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光，節(jié)省了掩模和硅片的對準(zhǔn)時(shí)間，提高了ic生產(chǎn)線上的生產(chǎn)效率。

3)實(shí)現(xiàn)硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光劑量的精確控制。本發(fā)明硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光裝置及曝光方法采用能量監(jiān)測模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測當(dāng)前曝光光強(qiáng)，根據(jù)光電探測器的探測光強(qiáng)值、硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光劑量，計(jì)算曝光時(shí)間。并利用控制模塊控制快門的打開時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)對曝光劑量的精確控制。

附圖說明

圖1本發(fā)明硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光裝置及曝光方法的硅片表面對準(zhǔn)標(biāo)記布局。

圖2本發(fā)明硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光裝置及曝光方法的硅片對準(zhǔn)標(biāo)記圖形。

圖3本發(fā)明硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

圖4本發(fā)明硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光裝置的照明模塊的結(jié)構(gòu)圖。

圖5本發(fā)明硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光裝置的成像模塊的結(jié)構(gòu)圖。

圖6本發(fā)明硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光裝置的照明模塊的光路圖。

圖7本發(fā)明硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光裝置的成像模塊的光路圖。

圖8本發(fā)明硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

下面以8英寸硅片的對準(zhǔn)標(biāo)記曝光為例來說明本發(fā)明的硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光裝置，請參閱圖1。圖1是8英寸硅片表面的對準(zhǔn)標(biāo)記布局，標(biāo)記圖形之間的相對位置：中心坐標(biāo)w1(-85mm,0)，w2(85mm，0)，l＝w2-w1＝170mm±3μm。圖2是對準(zhǔn)標(biāo)記的圖形，其最小線寬為8μm，曝光圖形尺寸為0.5mm×0.5mm。根據(jù)所要曝光的硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的尺寸和最小線寬，所述的硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光裝置的照明模塊采用兩個(gè)照明鏡頭，成像模塊采用兩個(gè)成像鏡頭并行曝光兩個(gè)硅片對準(zhǔn)標(biāo)記。

請參閱圖3，圖3是本發(fā)明硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。由圖3可見，本發(fā)明硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光裝置，由光源模塊1、照明模塊2、能量監(jiān)測模塊3、成像模塊4、安裝主框架5、硅片高度傳感器6、掩模臺(tái)7、硅片臺(tái)8和控制模塊9組成，所述的安裝主框架5自上而下依次是照明模塊安裝基板501、掩模臺(tái)7、成像模塊安裝基板502和硅片臺(tái)8，所述的掩模701具有兩個(gè)以上對準(zhǔn)標(biāo)記，相應(yīng)的所述的光源模塊1、照明模塊2、能量監(jiān)測模塊3、成像模塊4、硅片高度傳感器6分別具有相同數(shù)量的曝光光源、照明鏡頭、成像鏡頭、能量監(jiān)測模塊3和硅片高度傳感器6，在所述的照明模塊安裝基板501上安裝所述的照明模塊2和所述的能量監(jiān)測模塊3，在所述的所述的成像模塊安裝基板502上安裝所述的成像模塊4和硅片高度傳感器6，在所述的掩模臺(tái)7和硅片臺(tái)8分別承載掩模701和硅片801，所述的照明鏡頭由聚光鏡組201、快門202和照明鏡組203組成，所述的聚光鏡組201的后焦平面和所述的照明鏡組203的物面重合，所述的照明鏡組203的像面和所述的掩模701重合，所述的能量監(jiān)測模塊3由分光鏡和光電探測器組成，所述的分光鏡位于聚光鏡組201和照明鏡組203之間，所述的成像模塊4的成像鏡頭的物面和所述的掩模701的后表面重合，成像鏡頭的像面和所述的硅片801的表面重合；

所述的控制模塊9由驅(qū)動(dòng)單元、控制單元以及兩個(gè)以上輸入輸出通信接口組成，該控制模塊9的輸出端與所述的曝光光源的控制端、照明鏡頭的快門202的控制端、硅片臺(tái)8的控制端相連，控制模塊9的輸入端與所述的光電探測器的輸出端、硅片高度傳感器6的輸出端相連(有的圖中未示)。

掩模臺(tái)7和硅片臺(tái)8均具有快速步進(jìn)、定位及微調(diào)功能。

根據(jù)掩模701上對準(zhǔn)標(biāo)記的個(gè)數(shù)，所述的光源模塊1具有兩個(gè)以上曝光光源，各曝光光源在光源模塊1上的位置與掩模701上的對準(zhǔn)標(biāo)記位置一一對應(yīng)。

進(jìn)一步地，所述的曝光光源為光纖耦合led光源，也可以是led和準(zhǔn)直透鏡組合體，或者是寬帶光源與濾光片的組合體。

所述的照明模塊2具有兩個(gè)以上照明鏡頭，同時(shí)為掩模701上的兩個(gè)以上對準(zhǔn)標(biāo)記提供均勻照明。照明鏡頭的個(gè)數(shù)與曝光光源相同，照明鏡頭在照明模塊2上的分布由曝光光源的位置決定。

進(jìn)一步地，所述的照明鏡頭由聚光鏡組201、快門202和照明鏡組203組成。所述的聚光鏡組201的后焦平面和照明鏡組203的物面重合，請參閱圖6。所述的照明鏡組203像面和掩模701重合，照明鏡組在物方和像方均為遠(yuǎn)心光路。所述的快門202為機(jī)械快門、電子快門、光快門或者機(jī)械電子混合快門?？扉T202通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，由控制計(jì)算器9控制進(jìn)行打開或關(guān)閉快門操作。

所述的能量監(jiān)測模塊3由分光鏡和光電探測器組成。所述的分光鏡為鍍分光薄膜的立體棱鏡，位于聚光鏡組201和照明鏡組203之間，用于實(shí)現(xiàn)對照明光束的分束。所述的光電探測器為光電二極管，也可以是光電三極管、光電倍增管或光電池。根據(jù)曝光光源的個(gè)數(shù)，在照明模塊安裝基板501上安裝相同數(shù)目的能量監(jiān)測模塊3，以對各照明鏡頭進(jìn)行獨(dú)立的能量監(jiān)測。

所述的成像模塊4具有兩個(gè)以上成像鏡頭，其個(gè)數(shù)取決于掩模701上對準(zhǔn)標(biāo)記的個(gè)數(shù)，且各成像鏡頭在成像模塊安裝基板502上的位置與各對準(zhǔn)標(biāo)記相對應(yīng)。利用成像模塊4的兩個(gè)以上成像鏡頭可實(shí)現(xiàn)對掩模701上兩個(gè)以上對準(zhǔn)標(biāo)記的同時(shí)曝光。

進(jìn)一步地，所述成像鏡頭具有一定的倍率，其物面和掩模701后表面重合，像面和硅片801表面重合，且物方和像方均為遠(yuǎn)心光路。

所述的硅片高度傳感器6由感測頭和控制器組成。所述的感測頭安裝在所述的成像模塊安裝基板502上，實(shí)現(xiàn)對硅片801高度的實(shí)時(shí)測量。

所述的控制模塊9由驅(qū)動(dòng)單元、控制單元以及兩個(gè)以上輸入輸出通信接口組成。

利用所述的硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光裝置實(shí)現(xiàn)硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光方法，其特征在于光源模塊1的每個(gè)曝光光源通過照明模塊2上對應(yīng)的照明鏡頭進(jìn)行光束整形，在掩模701表面形成一定大小的均勻光斑，為掩模701上的兩個(gè)以上對準(zhǔn)標(biāo)記提供均勻照明。利用成像模塊4的成像鏡頭，掩模701上的對準(zhǔn)標(biāo)記以一定的比例成像于硅片801表面。利用該曝光裝置的兩個(gè)以上照明-成像單元，可對掩模701上的兩個(gè)以上對準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行多路并行曝光。

利用上述硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光裝置實(shí)現(xiàn)硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光方法，包括以下步驟：

1)曝光預(yù)備：所述的控制模塊9打開曝光光源，所述的光電探測器監(jiān)測曝光光強(qiáng)并輸入所述的控制模塊9；

2)將硅片801放置在所述的硅片臺(tái)8上；

3)所述的控制模塊9打開曝光光源，所述的硅片高度傳感器6探測硅片801的上表面是否和成像鏡頭的的像面重合，如不重合，所述的控制模塊9通過硅片臺(tái)8調(diào)整所述的硅片801的高度，使硅片801的上表面與成像鏡頭的像面重合；

4)對準(zhǔn)標(biāo)記曝光：控制模塊9根據(jù)能量監(jiān)測模塊3的光電探測器監(jiān)測當(dāng)前的曝光光強(qiáng)和光刻膠的曝光劑量要求，計(jì)算硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光時(shí)間，并設(shè)定曝光時(shí)間，打開快門202進(jìn)行曝光；

5)達(dá)到曝光時(shí)間，控制模塊9關(guān)閉快門202，結(jié)束曝光；

6)換片返回步驟3)實(shí)現(xiàn)下一次曝光。

利用本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光。利用此裝置的曝光方法采用能量監(jiān)測模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測當(dāng)前曝光光強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)對曝光劑量的精確控制。另外，本發(fā)明的曝光裝置可作為子系統(tǒng)集成到光刻設(shè)備上，單獨(dú)用于硅片對準(zhǔn)標(biāo)記的曝光，節(jié)省了掩模和硅片的對準(zhǔn)時(shí)間，提高了ic生產(chǎn)線上的生產(chǎn)效率。因此，本發(fā)明硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光裝置及曝光方法具有精確控制曝光劑量、提高硅片對準(zhǔn)標(biāo)記曝光效率、節(jié)省ic生產(chǎn)成本等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明所述的只是本發(fā)明的一種具體實(shí)施例，僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。