本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及一種邊緣曝光裝置和方法。

背景技術(shù)：

邊緣曝光機(jī)是track機(jī)(涂膠顯影機(jī))的一個重要組成部分，隨著track機(jī)248nm工藝需求的逐漸細(xì)化，邊緣曝光機(jī)也需要同步跟隨適應(yīng)多樣化的工藝需求。邊緣曝光機(jī)需要適應(yīng)的曝光工藝整體而言分為三大類，分別為整周曝光、直線曝光和分段曝光。

整周曝光需要滿足只在硅片邊緣位置指定寬度曝光和在距離硅片邊緣一段距離指定寬度曝光，如圖1a和圖1b所示，其中硅片邊緣的陰影區(qū)域為曝光區(qū)域；直線曝光需要滿足在指定的位置按照指定寬度和長度曝光，曝光區(qū)域最大寬度為2倍曝光鏡頭視場寬度，曝光區(qū)域中垂線經(jīng)過硅片中心，如圖1c中的陰影區(qū)域所示；分段曝光需滿足只分段曝光一段和分段曝光多段并滿足曝光位置均勻分布，其中單獨一段分段曝光指的是在指定的曝光起始位置開始曝光一定的角度和寬度的扇形區(qū)域，曝光最大寬度為4倍曝光鏡頭視場寬度，如圖1d中的陰影區(qū)域所示；分段曝光多段均布則要求按照給定的曝光角度、寬度和曝光段數(shù)，使得曝光區(qū)域按照曝光段數(shù)均勻分布在整個硅片表面，如圖1e中的陰影區(qū)域所示。

邊緣曝光機(jī)除了需要滿足以上各種不同的工藝需求以外，還要實現(xiàn)與track機(jī)交互的基本工作流程，即邊緣曝光機(jī)要承載由track機(jī)傳送來的涂膠硅片，操控涂膠硅片預(yù)對準(zhǔn)，操控涂膠硅片按用戶輸入?yún)?shù)曝光，曝光結(jié)束后通知track機(jī)取走涂膠硅片。

基于上述對工藝和工作流程定義的實際要求，邊緣曝光機(jī)需包括兩個主要的組成部分：預(yù)對準(zhǔn)部件和邊緣曝光部件。傳統(tǒng)的邊緣曝光機(jī)采用的預(yù)對準(zhǔn)部件包括：P-Chuck(P-吸盤)、C-Chuck(C-吸盤)、C-Chuck運動機(jī)構(gòu)、R向運動 組件、Z向運動組件和邊緣圖像采集組件。其中P-Chuck、C-Chuck用于承載硅片，C-Chuck運動機(jī)構(gòu)用于完成對硅片偏心的補(bǔ)償，R向運動組件實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動。該結(jié)構(gòu)的設(shè)計約束了預(yù)對準(zhǔn)部件不能完成Y向和X向的運動，因此在進(jìn)行邊緣曝光時只能整圈曝光硅片邊緣部分，而不能滿足以上定義的邊緣曝光的不同種工藝需求。傳統(tǒng)的邊緣曝光部件如圖2所示，包括預(yù)對準(zhǔn)系統(tǒng)100、邊緣曝光系統(tǒng)200和控制系統(tǒng)300，其曝光鏡頭除了可根據(jù)不同尺寸硅片直線切換外，沒有其他更詳細(xì)的設(shè)計約束，也就限制了對不同膠厚的涂膠硅片曝光性能的約束。

如圖3所示，傳統(tǒng)的邊緣曝光運動控制方案也較簡單，只在預(yù)對準(zhǔn)結(jié)束曝光開始前軟件下發(fā)命令打開(shutter on)曝光控制器(shutter)，運動結(jié)束后軟件操作關(guān)閉(shutter off)曝光控制器，同時在整個整圈曝光過程中旋轉(zhuǎn)軸使用正常工作速度旋轉(zhuǎn)曝光，這種控制方式使得曝光區(qū)域起始位置和終止位置存在類似“骨頭狀”的過曝現(xiàn)象，并且曝光起始和終止位置邊界的slop(溢出)非常大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種邊緣曝光裝置和方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中邊緣曝光裝置不能完成Y向和X向的運動；硅片曝光時，曝光起始和終止位置邊界出現(xiàn)過曝現(xiàn)象的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種邊緣曝光裝置，包括：預(yù)對準(zhǔn)部件，包括：旋轉(zhuǎn)臺，用于控制所述旋轉(zhuǎn)臺X向移動的X向運動機(jī)構(gòu)、用于控制所述旋轉(zhuǎn)臺Y向移動的Y向運動機(jī)構(gòu)和用于圖像采集的檢測裝置；曝光部件，包括：曝光鏡頭和曝光控制器，所述曝光鏡頭位置固定，所述曝光控制器控制所述曝光鏡頭進(jìn)行曝光動作。

作為優(yōu)選，所述旋轉(zhuǎn)臺上設(shè)置有陶瓷吸盤。

作為優(yōu)選，所述曝光部件還包括光篩擋片和能量傳感器，所述光篩擋片和能量傳感器均設(shè)置在所述曝光鏡頭下方。

作為優(yōu)選，所述預(yù)對準(zhǔn)部件還包括：LED光源、硅片切換裝置和預(yù)對準(zhǔn)機(jī)構(gòu)升降裝置。

作為優(yōu)選，所述檢測裝置采用線陣CCD。

一種邊緣曝光方法，包括：上片至旋轉(zhuǎn)臺；檢測裝置檢測硅片的偏心量，X向、Y向運動機(jī)構(gòu)完成對硅片的偏心補(bǔ)償，旋轉(zhuǎn)臺調(diào)節(jié)硅片方向；X向、Y向運動機(jī)構(gòu)將硅片帶動到曝光位置處；曝光部件計算曝光強(qiáng)度、曝光速度和曝光時間后，執(zhí)行曝光動作；曝光結(jié)束，X向、Y向運動機(jī)構(gòu)將硅片帶到下片位。

作為優(yōu)選，硅片曝光前，曝光部件判斷是否需要照度優(yōu)化，若是，進(jìn)行曝光照度優(yōu)化，并計算曝光參數(shù)，若否，直接計算曝光參數(shù)。

作為優(yōu)選，硅片曝光結(jié)束后，曝光部件判斷是否需要照度優(yōu)化，若是，將曝光部件的照度恢復(fù)至曝光前。

作為優(yōu)選，還包括：對曝光硅片進(jìn)行顯影；顯微鏡觀察曝光硅片。

作為優(yōu)選，執(zhí)行曝光動作時，采取勻速運動階段曝光策略。

作為優(yōu)選，執(zhí)行曝光動作包括：設(shè)定硅片曝光的起始點和結(jié)束點；硅片進(jìn)入勻速運動；開啟曝光控制器，使曝光鏡頭在硅片起始點處開始曝光；關(guān)閉曝光控制器，使曝光鏡頭在硅片結(jié)束點處停止曝光。

作為優(yōu)選，曝光控制器開啟時間為曝光控制器的開啟延時時間或曝光控制器的開啟延時時間與其3sigma值的和。

作為優(yōu)選，曝光控制器關(guān)閉時間為曝光控制器的關(guān)閉延時時間或曝光控制器關(guān)閉時間為曝光控制器的關(guān)閉延時時間與其3sigma值的和。

作為優(yōu)選，采用曝光控制器跟隨旋轉(zhuǎn)臺控制的方式曝光硅片。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：本發(fā)明的預(yù)對準(zhǔn)部件可實現(xiàn)X向、Y向的自動切換，從而完全可以滿足在硅片不同位置曝光的位置切換需求，同時曝光部件為了確保曝光性能的穩(wěn)定，曝光鏡頭靜止不動，直線切換過程通過預(yù)對準(zhǔn)部件進(jìn)行。

附圖說明

圖1a-1e為硅片的不同曝光方式示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中邊緣曝光機(jī)的曝光部件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為現(xiàn)有技術(shù)中邊緣曝光機(jī)的曝光控制方式示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例1中邊緣曝光裝置的俯視圖；

圖5為本發(fā)明實施例1中邊緣曝光裝置的主視圖；

圖6為本發(fā)明實施例1中邊緣曝光方法的流程示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例1中曝光控制方式示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例2中曝光控制方式示意圖；

圖9為本發(fā)明實施例3中曝光控制器跟隨控制的原理圖。

圖中：1-X向運動機(jī)構(gòu)，2-Y向運動機(jī)構(gòu)，3-旋轉(zhuǎn)臺，4-檢測裝置，5-硅片切換裝置，6-硅片，7-曝光鏡頭，8-光篩擋片，9-能量傳感器，10-預(yù)對準(zhǔn)機(jī)構(gòu)升降裝置。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細(xì)的說明。需說明的是，本發(fā)明附圖均采用簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

實施例1

本發(fā)明的邊緣曝光裝置，包括預(yù)對準(zhǔn)部件和曝光部件。

如圖4和圖5所示，所述預(yù)對準(zhǔn)部件包括：帶有陶瓷吸盤的旋轉(zhuǎn)臺3，用于控制所述旋轉(zhuǎn)臺3進(jìn)行X向移動的X向運動機(jī)構(gòu)1、用于控制所述旋轉(zhuǎn)臺3進(jìn)行Y向移動的Y向運動機(jī)構(gòu)2和用于圖像采集的檢測裝置4，所述檢測裝置4采用線陣CCD，進(jìn)一步的，所述預(yù)對準(zhǔn)部件還包括與線陣CCD配套的LED光源、硅片切換裝置5和用于上下硅片6的預(yù)對準(zhǔn)機(jī)構(gòu)升降裝置10。

所述曝光部件包括：曝光鏡頭7、曝光控制器、光篩擋片8和能量傳感器9。所述曝光鏡頭7位置固定，可以確保曝光性能的穩(wěn)定性；所述曝光控制器控制所述曝光鏡頭7進(jìn)行曝光動作，所述光篩擋片8和能量傳感器9均設(shè)置在所述曝光鏡頭7下方，用于標(biāo)定初始照度機(jī)器常數(shù)并計算在曝光過程中使用的實時照度值。

較之傳統(tǒng)的預(yù)對準(zhǔn)部件，本發(fā)明的預(yù)對準(zhǔn)部件可實現(xiàn)X向、Y向的自動切換，從而完全可以滿足在硅片6不同位置曝光的位置切換需求，同時曝光部件為了確保曝光性能的穩(wěn)定，曝光鏡頭7靜止不動，直線切換過程通過預(yù)對準(zhǔn)部件進(jìn)行，同時還增設(shè)了光篩擋片8和光強(qiáng)檢測的能量傳感器9，用于標(biāo)定初始照 度機(jī)器常數(shù)并計算在曝光過程中使用的實時照度值。

請參照圖6，并結(jié)合圖4和圖5，本發(fā)明還提供一種邊緣曝光方法，其包括：

上片至旋轉(zhuǎn)臺3，即預(yù)對準(zhǔn)部件通過旋轉(zhuǎn)臺3的陶瓷吸盤接收并吸附track機(jī)傳送來的涂膠硅片6；

檢測裝置4采集硅片6邊緣圖像信息計算硅片6的偏心量，X向、Y向運動機(jī)構(gòu)1、2完成對硅片6定心時的偏心補(bǔ)償，旋轉(zhuǎn)臺3完成對硅片6曝光前的定向，預(yù)對準(zhǔn)結(jié)束；

接著，X向、Y向運動機(jī)構(gòu)1、2將硅片6帶動到曝光位置處；

曝光部件判斷是否需要照度優(yōu)化，若是，進(jìn)行曝光照度優(yōu)化，并計算曝光參數(shù)，若否，直接計算曝光參數(shù)。具體地，曝光部件根據(jù)用戶給定的曝光類型、位置、光強(qiáng)、劑量等參數(shù)進(jìn)行曝光并計算曝光照度、曝光速度和曝光時間，計算曝光強(qiáng)度、曝光速度和曝光時間后，執(zhí)行曝光動作；

硅片6曝光結(jié)束后，曝光部件判斷是否需要照度優(yōu)化，若是，將曝光部件的照度恢復(fù)至曝光前；

曝光結(jié)束，X向、Y向運動機(jī)構(gòu)1、2將硅片6帶到下片位。具體地，曝光結(jié)束后硅片6由X、Y向運動機(jī)構(gòu)1、2下片到下片位，同時WEE通知track機(jī)取走已曝光完成的硅片6。接著，根據(jù)需要，可以對曝光硅片6進(jìn)行顯影，并用顯微鏡觀察曝光硅片6。

較佳的，在曝光過程中，采取只在勻速運動階段曝光的策略，即針對整周曝光和分段曝光要求旋轉(zhuǎn)臺3在勻速運動過程中才打開曝光控制器開始曝光；而對于直線曝光只在旋轉(zhuǎn)臺3在X向勻速運動過程中才打開曝光控制器開始曝光。具體如下：

首先確定硅片6曝光的設(shè)定點的位置，該設(shè)定點包括：起始點和結(jié)束點；

硅片6進(jìn)入勻速運動；

開啟曝光控制器，使曝光鏡頭在硅片6起始點處開始曝光；具體地，在設(shè)定點(即起始點)位置將進(jìn)入勻速運動時，也就是說，在旋轉(zhuǎn)臺3勻速旋轉(zhuǎn)或者硅片6沿X軸勻速運動后，下發(fā)開啟信號(shutter_on_enble trigger)，在給定的開啟延時時間(shutter_on_response_time)后，曝光控制器真正打開；

關(guān)閉曝光控制器，使曝光鏡頭7在硅片6結(jié)束點處停止曝光。具體地，旋 轉(zhuǎn)臺3和X向上的硅片6設(shè)定點(即結(jié)束點)位置軌跡規(guī)劃勻速運動結(jié)束前，在關(guān)閉延時時間(shutter_off_response_time)前下發(fā)開啟信號，在給定的延時時間(shutter_off_response_time)后，曝光控制器真正關(guān)閉。

上述方法的優(yōu)點在于：確保只在勻速運動階段曝光，解決了曝光開始和終止位置過曝的問題。

實施例2

本實施例是針對分段曝光和直線曝光當(dāng)曝光寬度為視場整數(shù)倍時，出現(xiàn)實際曝光區(qū)域第一段和第二段的銜接位置存在“階梯狀”現(xiàn)象，且該現(xiàn)象不穩(wěn)定，也就是曝光邊界不整齊，同時曝光起始終止位置陡度同樣較大的問題。造成這種現(xiàn)象的原因為曝光控制器從命令下發(fā)到真正打開曝光控制器的延時時間存在較大的3sigma值(誤差值)。關(guān)閉命令下發(fā)到真正關(guān)閉的延時時間也存在較大的3sigma值(誤差值)，而這兩個較大的3sigma值是由曝光控制器本身的電氣性能所決定，如圖7中圓圈部分所示。

如圖8所示，因此，本實施例在整周曝光和分段曝光時，在設(shè)定點(起始點)位置前的shutte_on_delay時間下發(fā)開啟信號，該shutte_on_delay時間為開啟延時時間與其3sigma值的和，可以保證設(shè)定點開始勻速運動時，曝光控制器是真實的打開狀態(tài)；在shutter_on_delay時間+曝光時間-shutter_off_delay時間后下發(fā)關(guān)閉信號，確保在到達(dá)結(jié)束點后，曝光控制器是真實關(guān)閉的，其中，shutter_off_delay時間為關(guān)閉延時時間與其3sigma值的和。

同樣在直線曝光時，在設(shè)定點位置前的shutte_on_delay時間下發(fā)開始信號，該時間包含開啟延時時間和開啟延時時間的3sigma值，盡量保證設(shè)定點開始運動時曝光控制器是真實的打開狀態(tài)；在shutter_on_delay時間+曝光時間-shutter_off_delay時間后下發(fā)關(guān)閉的使能信號，確保在停止運動后，曝光控制器是真實關(guān)閉的。

本實施例有效地解決了曝光區(qū)域起始位置和終止位置不齊的問題，且當(dāng)開啟延時時間的3sigma值和關(guān)閉延時時間的3sigma值計算的比較切合真正的電氣性能時曝光區(qū)域起始位置和終止位置的邊緣陡度較小，而采用本實施例的方法曝光的硅片在CD-SEM下的圖形可以滿足需求。

實施例3

由于實施例1和2中，曝光控制器的開啟延時時間和關(guān)閉延時時間的3sigma數(shù)據(jù)是根據(jù)一定數(shù)量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算的平均值，而并不是曝光控制器的電氣性能的真實顯示。本實施例為了可以更好地實時控制曝光控制器，采用將曝光控制器與旋轉(zhuǎn)臺、X向運動機(jī)構(gòu)進(jìn)行跟隨控制方式，從而可以提高只在勻速段曝光時的曝光性能。

如圖9所示，本實施例給出了曝光控制器跟隨控制的控制器設(shè)計說明。旋轉(zhuǎn)臺和X向運動機(jī)構(gòu)為主動軸Z1，即通過將控制旋轉(zhuǎn)臺運動的電機(jī)和設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臺上的位置傳感器連接在系統(tǒng)中，而曝光控制器為跟隨運動，當(dāng)旋轉(zhuǎn)臺和X向運動機(jī)構(gòu)帶動硅片開始勻速運動時，下發(fā)曝光控制器打開跟隨運動觸發(fā)信號(即觸發(fā)開關(guān)閉合)，曝光控制器根據(jù)旋轉(zhuǎn)臺和X向運動機(jī)構(gòu)下發(fā)的跟隨位置進(jìn)行同步跟隨運動，直至曝光控制器完全打開，此時下發(fā)曝光控制器打開跟隨運動結(jié)束信號(觸發(fā)開關(guān)打開)，曝光控制器停止跟隨運動。

具體地，當(dāng)旋轉(zhuǎn)臺勻速旋轉(zhuǎn)或者沿X向勻速運動結(jié)束時，提前下發(fā)曝光控制器關(guān)閉跟隨運動信號，曝光控制器根據(jù)下發(fā)的關(guān)閉跟隨位置進(jìn)行同步運動，直至曝光控制器完全關(guān)閉，且同時旋轉(zhuǎn)臺勻速運動結(jié)束，此時下發(fā)曝光控制器關(guān)閉跟隨運動結(jié)束信號。本實施例可確保在勻速運動階段曝光的要求，并且可以同時確保曝光控制器的運動與旋轉(zhuǎn)臺的運動同步，大大提高曝光區(qū)域邊緣的slop性能。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。