专利名称：硅片边缘曝光系统及其光强控制方法
技术领域：
本发明涉及一种紫外光曝光系统，尤其涉及一种半导体光刻设备中硅片边 缘曝光系统及其光强控制方法。
背景技术：
在半导体光刻工艺中，涂有光刻胶的硅片由于传输等原因，常常导致硅片 边缘的光刻胶有脱落、污染等现象，这些现象会对后续工艺带来各种影响，导 致芯片的缺陷。因此，需要对硅片边缘光刻胶进行去除。在集成电路后封装中，电镀工艺是重要的工艺步骤之一，其利用硅片的边 缘做阳极，硅片中间的电镀窗口做阴极，然后在阴阳两极之间加一定的直流工 作电压，通过控制电流大小及电镀槽中电镀液的浓度来控制金属凸块的高度。 由于光刻胶不导电，因此在电镀工艺之前也需将硅片边缘的光刻胶去掉。硅片边缘曝光是常用的一种去除硅片边缘光刻胶的方法，具有精度高，可 控性好等优点，通常作为子系统集成于光刻设备中或者作为单独边缘曝光设备 提供给集成电路生产者。一般在硅片边缘曝光系统中，使用紫外线光源(例如汞灯光源)产生曝光 所需紫外光，通过光纤将紫外光导至硅片边缘上方，通过旋转硅片，完成硅片 边缘膝光。硅片边缘膝光系统通过已知的紫外光强度，硅片边缘光刻胶所需曝 光剂量，以及光斑尺寸和硅片尺寸，来计算所需曝光的时间，从而实现曝光剂 量的控制。曝光不足会导致有残余光刻胶，影响下道工序，如在电镀工艺中影响凸块高度的均匀性；曝光过度则会影响硅片质量和生产效率。硅片边缘曝光 系统通常采用200w到300w的汞灯，灯泡一般寿命在2000小时左右。在汞灯 的生命周期内，其发光强度不断衰减，到其生命周期结束时，产生的光能量通 常在其初始时的60%左右。汞灯的这一特征给曝光剂量的控制带来困难。由于 曝光剂量，硅片尺寸和光斑尺寸相对确定，汞灯光强的变化成为计算曝光时间，控制曝光剂量的最主要因素。一般硅片边缘曝光系统采用延长曝光时间的方法抵消曝光光源的衰减，以 保证充分曝光。但是由于汞灯等曝光光源的衰减曲线受灯泡使用情况的影响极 大，没有确定的计算方法，故这种方法不能准确计算曝光时间。若曝光不足， 则不能保证工艺的质量，若延长曝光时间以保证曝光完全，则影响生产效率。 也有一些硅片边缘曝光系统通过频繁标定的方法，生产过程中较短时间间隔即 检测光强，用于计算曝光时间，这种方法显然加大的工艺的复杂性，降低了生产效率。目前， 一些曝光光源具有自动反馈功能，能够通过^r测光强并不断调大光筛，来保证输出光强的恒定。但是这种方式对光强的利用率很低，输出光 强为光源在生命周期内最小完全输出光强。美国第5811211号专利中提出了一种硅片边缘曝光装置，该专利中通过所需 曝光剂量，硅片旋转速度和额定曝光剂量计算打开快门进行曝光的时间，由于 没有对光源强度进行有效的标定，其计算结果必然由于汞灯光源的衰减而产生 误差。此外，中国第1554986A号专利中提出了一种紫外曝光机及其曝光量自动控 制方法及其装置，该装置通过多个紫外光测量传感器，实现对其系统中曝光光 强的探测，并且通过实际测量的光强控制曝光时间，实现曝光剂量的控制，该 系统需要多个传感器进行实时测量，在需要对传感器进行标定时，设备必须停 止工作，将传感器拆除，对于多套系统，必须每套都安装该系统，成本昂贵， 且该系统结构复杂，难以集成到光刻机中。发明内容本发明的目的是解决传统硅片边缘曝光系统难以准确测量曝光光强并精确 控制曝光剂量的问题。为了实现以上目的，本发明提出了一种硅片边缘曝光系统及其光强控制方 法，实现曝光光强的准确测量和曝光剂量的精确控制，以提高硅片边缘曝光工 艺的质量。本发明所述的珪片边缘曝光系统由硅片承载台，曝光光源，光纤，成4象镜 头，控制计算机，光强控制装置组成。其中，所述光强控制装置更进一步包括测量快门，反射光路，光强传感器以及测光表。所述曝光光源提供串口能够对 其内部灯泡以及快门等进行控制，并且能够实现基于其丙部光强传感器和光筛 的闭环反馈控制，从而保证光强在一定条件下的恒定输出。所述控制计算机通 过串口实现对光源的控制，由光源发出紫外光并由光纤导至硅片边缘上方后， 通过成像镜头，形成特定形状的光斑并成像到硅片边缘。此外，前述曝光处硅 片下方装有快门以及反射光路。通过所述控制计算机将快门打开时，反射光路 将部分紫外光导至所述光强传感器，并通过所述测光表读出当前光强。所述控 制计算机通过光强的标定数据、硅片额定曝光剂量以及硅片尺寸计算硅片承载 台的旋转时间和曝光光源的开关时间，实现硅片边缘的均匀曝光。本发明所述的硅片边缘曝光系统使用的测光表既能够接光强传感器，测量 曝光处的光强，也能够接标准光纤，测量光纤出射端的光强。此外，所述光纤 可以直接插入成像镜头，在需要测量光纤出射端光强时，能够方便地拔出。本发明所述的硅片边缘曝光系统中的测光表以及光强传感器能够多套系统 共用，在光强需要测量时安装在系统中，不需要时则可提供给其他系统使用。基于本发明所述的硅片边缘曝光系统，本发明还提出了一种光强控制方法，其主要步骤包括打开曝光光源，形成曝光光斑；调节光源，使其内部光篩置 于Po (P。=0% 100%)处；打开测量快门，部分紫外光通过反射光路至光强传感 器，通过测光表读取当前光强读数I。，并输入至控制计算机，用于计算曝光剂量； 设置光源，使其以当前内部传感器获得的光强为基准4故闭环反馈，控制其光筛 的位置，保证恒定的光强输出，光源的标定完成；执行一次硅片边缘曝光。其中，执行一次硅片边缘曝光的步骤更进一步包括，控制计算机通过串口 读取光源光筛位置P;若卩<100%，则根据硅片尺寸，额定曝光剂量，曝光尺寸 和光强Io计算曝光时间，之后打开快门，旋转硅片，执行硅片边缘曝光；若 P=100%,即光筛位置为完全打开，此时认为光源输出到硅片面上的光强Slo,则 重新打开光源，形成曝光光斑，对光源进行再次标定。本发明所述的硅片边缘曝光系统中，也可以将光纤从成像镜头中拔出，用 测光表测量其出射端的光强。由于成像镜头的影响，测量读数I!并非实际的曝 光光强，必须乘以成像镜头聚光和损耗的参数q，即l。-qxl"这种装置和方法 虽然由于增加了参数q而容易影响计算精度，但却由于减少了测量快门，反射光路和光强传感器而减少了系统的复杂性和成本。综上所述，本发明提出的光强控制方法实现了光强的阶梯式恒定输出，既 充分利于了光源的光强，又保证了一定时间内光强输出的恒定。该方法实现了多套系统共用一套光强测量标定装置。由于只有当光篩位置为100%时，才需要对光源进行重新标定，在大部分的工作时间内，都不需要光强传感器和测光表， 所以多套系统只需要一套测量工具。
图1为本发明的硅片边缘啄光系统结构示意图； 图2为汞灯光源衰减曲线示意图； 图3为本发明的光强控制方法流程示意图； 图4为本发明的光强控制方法光强输出示意图； 图5为本发明的另一种光强控制装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的说明。图1为硅片边缘曝光系统结构示意图。本发明所述的边缘曝光系统由控制 计算机1,汞灯光源2,光纤3，成像镜头4,硅片承载台6和光强控制装置7 組成。涂有光刻胶的硅片5置于硅片承载台6上。光强控制装置7包括测量快 门701,反射光路702,光强传感器703和测光表704。控制计算机1通过串口控制曝光光源2开关灯泡、快门和设置相关参数。 曝光光源2能够实现基于其内部光强传感器和光筛的闭环反馈控制，从而保证 光强在一定条件下的恒定输出。汞灯光源2发出紫外光并由光纤3导至硅片5 上方后，通过成像镜头4，形成特定形状的光斑并成像到硅片边缘。通过承载台 6旋转硅片，进行硅片边缘曝光。曝光硅片下方装有测量快门701，反射光路702。通过控制计算机l将快 门701打开时，反射光路702将部分紫外光导至光强传感器703，并通过测光表 704读出当前光强。控制计算机1通过光强的标定数据和硅片的额定曝光剂量计算硅片承载台6的旋转时间和曝光光源2的开关时间。图2为汞灯灯泡强度衰减曲线示意图。200w汞灯灯泡在2000小时的生命周 期中，其光强由100%衰减至60%，且衰减曲线根据其使用情况而有不确定性。 实际曝光剂量是曝光光强，硅片尺寸和曝光时间的函数，光强在使用中的变化 导致了硅片边缘曝光系统对曝光剂量控制的困难。图3为光强控制方法流程示意图。本发明提出的光强控制方法主要步骤包括步骤一，打开汞灯光源2的灯泡和快门，形成曝光光斑； 步骤二，调节汞灯光源2，使其内部光筛置于Po (Po=0%~100%)处； 步骤三，打开测量快门701，部分紫外光通过反射光路至光强传感器703， 通过测光表704读取当前光强读数l0，并输入至控制计算机l，用于计算曝光剂量；步骤四，设置汞灯光源2，使其以当前内部传感器获得的光强为基准做闭环 反馈，控制其光篩的位置，保证恒定的光强输出，光源的标定完成；步骤五，执行一次硅片边缘曝光任务首先，控制计算机1通过串口读取 汞灯光源2光筛位置P。若P〈00。/。，则根据硅片5尺寸，额定曝光剂量，曝光 尺寸和光强Io计算曝光时间，之后打开快门，旋转硅片，执行硅片边缘曝光。 若P-100。/c),即光筛位置为完全打开，此时认为汞灯灯泡输出到硅片面上的光强 《0,则重复步骤一，对光源进行再次标定。图4为光强控制方法光强输出示意图。才艮据本发明提出的光强控制方法， 能够实现光强的阶梯式恒定输出，既充分利于了汞灯光源的强度，又保证了一 定时间内的光强恒定llr出。根据本发明提出的光强控制方法，只有当光筛位置为100%时，才需要对光 源进行重新标定，而在大部分的工作时间内，都不需要光强传感器和测光表， 所以通常将这两者制造成易于安装拆卸，多套系统只需要一套测量工具。图5为另一种光强控制装置示意图。为了进一步简化装置，本发明提出了 另一种光强控制装置。将光纤3和成像镜头4的连接设计为易于拆分。光强标 定时光纤3直接从成像镜头中拔出，并用测光表测量其光纤端部的光强。由于 成像镜头的影像，测量读数I！并非实际的曝光光强，必须乘以成像镜头聚光和损耗的参数q,即Io-qxI,。这种装置和方法虽然由于增加了参数q而容易影响 计算精度，但却由于减少了测量快门701,反射光路702和光强传感器703而减 少了系统的复杂性和成本。
权利要求
1、一种硅片边缘曝光系统，包括可旋转硅片承载台、曝光光源、光纤、成像镜头、控制计算机，其特征在于，所述硅片边缘曝光系统还包括一光强控制装置，所述控制计算机通过所述光强控制装置测得的光强标定数据控制光源进行闭环反馈，输出分阶段恒定光强，并根据预定参数控制所述硅片承载台的旋转以及所述曝光光源的开关，进而实现硅片边缘的曝光。
2、 如权利要求1所述的硅片边缘曝光系统，其特征在于，所述预定参数至 少包括额定曝光剂量、光强标定数据以及硅片尺寸。
3、 如权利要求1所述的硅片边缘曝光系统，其特征在于，所述光强控制装 置更进一步包括测量快门、反射光路、光强传感器以及测光表。
4、 如权利要求3所述的硅片边缘曝光系统，其特征在于，所述曝光光源产 生紫外光，并由所述光纤通过所述成像镜头导至硅片边缘后，部分紫外光通过 由所述控制计算机控制的所述测量快门，再由所述反射光路导至所述光强传感 器，最后由所述测光表连接所述光强传感器以读出当前光强。
5、 如权利要求3所述的硅片边缘曝光系统，其特征在于，所述光强传感器 以及测光表均以可装拆的方式设置于所述硅片边缘曝光系统中。
6、 如权利要求1所述的硅片边缘曝光系统，其特征在于，所述控制计算机 通过光强的标定数据控制所述硅片承栽台的旋转时间以及所述曝光光源的开关 时间。
7、 如权利要求1所述的硅片边缘曝光系统，其特征在于，多套所述硅片边 缘曝光系统可共用 一组所述光强控制装置。
8、 如权利要求1所述的硅片边缘曝光系统，其特征在于，所述曝光光源为 汞灯光源或者准分子激光器。
9、 如权利要求1所述的硅片边缘曝光系统，其特征在于，所述曝光光源内 部具有光筛和光强闭环反馈控制模块，能够使曝光光源在一段时间内光强恒定 输出。
10、 如权利要求1所述的硅片边缘曝光系统，其特征在于，所述控制计算 机通过串口获取并设置所述曝光光源中光筛的位置。
11、 一种硅片边缘曝光系统，其特征在于，所述硅片边缘曝光系统包括可 旋转硅片承载台、曝光光源、光纤、成像镜头、控制计算机、测光表，所述成 像镜头与光纤为可拆分连接方式，通过所述测光表测量所述光纤出射端光强。
12、 一种采用如权利要求3所述的硅片边缘曝光系统的光强控制方法，其 特征在于，所述方法通过设置光源光筛位置后，使用光强传感器以及测光表测 量曝光光强标定曝光光强，通过光源内部光强闭环反4赍控制光强的恒定输出， 通过检测光筛的位置判断当前是否需要重新标定。
13、 如权利要求12所述的硅片边缘曝光系统的光强控制方法，其特征在于， 所述光强控制方法包括下列步骤打开所述曝光光源，形成曝光光斑；调节所述曝光光源，使其内部光筛置于Po处，Po=0%~100%;打开所述测量快门，^f吏部分紫外光通过所述反射光i 各至所述光强传感器， 通过所述测光表读取当前光强读数Io,并输入至所述控制计算机，用于计算曝 光剂量；设置所述曝光光源，使其以当前内部传感器获得的光强为基准做闭环反 馈，控制其光筛的位置，保证恒定的光强输出； 执行一次硅片边缘曝光。
14、 如权利要求13所述的硅片边缘曝光系统的光强控制方法，其中，执行 一次硅片边缘曝光的步骤更详细地包括由所述控制计算机通过串口读取所述曝光光源光篩位置P;若P〈000/()，则根据硅片尺寸，额定曝光剂量、曝光尺寸以及光强10计 算曝光时间，随后打开快门，旋转硅片，执行硅片边缘曝光；若P=100%,即光筛位置为完全打开，此时认为光源输出到硅片面上的 光强Slo,则重新打开所述曝光光源以及快门以形成曝光光斑，对光源进行再 次标定。
全文摘要
本发明提出了一种硅片边缘曝光系统及其光强控制方法，所述系统包括可旋转硅片承载台、曝光光源与光纤、成像镜头、控制计算机以及光强控制装置组成，所述方法通过设置光筛位置后，使用光强控制装置标定曝光光强，通过光源内部光强闭环反馈控制光强的恒定输出，通过检测光筛的位置判断当前是否需要重新标定，通过光强的标定数据控制曝光光源开关和硅片旋转台的旋转时间；应用本发明的系统及方法能够实现光强的阶梯式恒定输出，既充分利于了汞灯光源的强度，又保证了一定时间内的光强恒定输出，提高了硅片边缘曝光工艺的效率和可靠性，此外本发明能够实现多套硅片边缘曝光系统使用一套测光系统，并进一步提出了简化光强控制装置，节省了设备成本。
文档编号G03F7/20GK101221370SQ20081003305
公开日2008年7月16日 申请日期2008年1月24日 优先权日2008年1月24日
发明者兵 徐, 威 谢 申请人:上海微电子装备有限公司