用于晶片边缘曝光的方法、光学模块和自动聚焦系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于晶片边缘曝光的方法、光学模块和自动聚焦系统。所述光学模块包括光源、具有孔的掩模板和曝光光学器件。光源用于发射使光致抗蚀剂曝光所需波长的光。掩模板位于光源和曝光光学器件之间，从光源发射的光经过掩模板后到达曝光光学器件。曝光光学器件用于将掩模板的孔成像到涂敷有光致抗蚀剂的晶片边缘，以形成聚焦的光斑。光源、具有孔的掩模板和曝光光学器件的位置以及孔的尺寸被设置为使得入射光的光轴垂直于晶片表面，并且使得光斑在晶片上沿晶片径向完全覆盖晶片边缘。由此，可以更精确地去除晶片边缘上的光致抗蚀剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于去除晶片边缘的光致抗蚀剂的方法和设备，特别涉及一种能够利用晶片边缘曝光更精确地去除晶片边缘上的光致抗蚀剂的方法、光学模块和自动聚焦系统。
技术介绍
微电子产业的飞速发展要求半导体器件的特征尺寸越来越小，器件特征尺寸的减小在很大程度上依赖于光刻工艺。光刻工艺主要包括三个步骤，即光致抗蚀剂的涂敷、曝光和显影，其中光致抗蚀剂的涂敷为光刻工艺的第一步，因此光致抗蚀剂的涂敷的优劣直接影响后续工艺的成品率。 对于光致抗蚀剂的涂敷而言，涂敷在晶片上的光致抗蚀剂层必须具备均匀的厚度，现有技术中一般采用旋涂的方式。旋涂是指将晶片固定于旋涂机台的旋转轴上，在晶片处于旋转的状况下进行光致抗蚀剂的涂敷，利用离心力使光致抗蚀剂均匀分布于晶片的表面。利用旋涂形成的光致抗蚀剂层虽然在晶片的中央区(也称作有效区域)具有均匀的厚度，但是在晶片边缘的区域容易产生光致抗蚀剂的堆积，这样的在晶片边缘的光致抗蚀剂的堆积称为晶边(edge bead)。在晶片边缘堆积的光致抗蚀剂在后续工艺(如烘烤)中容易发生剥离或在晶片上产生颗粒，进而影响中央区的图形转移，使得无法得到良好的图形。此外，光致抗蚀剂的堆积还可能造成机台污染等问题。因此，在光致抗蚀剂的涂敷后，一般会进行晶边去除工艺以去除晶片边缘的光致抗蚀剂。常见的晶边去除工艺有两种。一种是化学方法，在旋涂光致抗蚀剂后，喷出少量溶剂在晶片的正反面边缘，并控制溶剂不要到达晶片的中央区。但是利用该化学方法去除晶边比较粗糙，空间分辨率较低，为约O. 5-lmm。另一种方法是光学方法，即晶片边缘曝光 (WEE)，在旋涂光致抗蚀剂后，通过将图形定义元件(例如具有孔的掩模)在晶片边缘的投影来将图形传递到晶片边缘的光致抗蚀剂上，例如图1所示。在完成晶片边缘上的图形曝光后，进行显影处理以去除晶片边缘的光致抗蚀剂。虽然与化学方法相比，利用该光学方法能较为精确地控制要去除的晶边的宽度和位置，提高了空间分辨率。但是，由于图形定义元件的投影将导致大约50μπι的模糊边缘，因此利用该光学方法去除晶边后，仍存在相当宽的光致抗蚀剂被部分去除的过渡区域。这样的过渡区域很容易引入缺陷，降低工艺的成品率。因此，需要一种能够更精确地去除晶片边缘的光致抗蚀剂的方法和设备。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人发现上述现有技术中存在问题，并因此针对所述问题中的至少一个问题提出了一种新的技术方案。 根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于晶片边缘曝光的光学模块，包括光源、具有孔的掩模板和曝光光学器件，所述光源用于发射使光致抗蚀剂曝光所需波长的光，所述掩模板位于所述光源和所述曝光光学器件之间，从所述光源发射的光经过所述掩模板后到 达所述曝光光学器件，所述曝光光学器件用于将所述孔成像到涂敷有光致抗蚀剂的晶片边 缘，以形成聚焦的光斑。所述光源、具有孔的掩模板和曝光光学器件的位置以及所述孔的尺 寸被设置为使得入射光的光轴垂直于晶片表面，并且使得所述光斑在晶片上沿晶片径向完 全覆盖所述晶片边缘。优选地，所述曝光光学器件包括透镜或透镜组。优选地，所述光学模块还包括设置在所述光源和所述掩模板之间的光束均质器， 其中所述光源发射的光经所述光束均质器后变为强度分布均匀的光照射到所述掩模板。根据本专利技术的第二方面，提供了一种利用光学模块进行晶片边缘曝光的方法，所 述光学模块包括光源、具有孔的掩模板和曝光光学器件，所述方法包括如下步骤将所述掩 模板设置在所述光源和所述曝光光学器件之间；所述光源发射使光致抗蚀剂曝光所需波长 的光；从所述光源发射的光经过所述掩模板的所述孔后到达所述曝光光学器件；所述曝光 光学器件将所述孔成像到涂敷有光致抗蚀剂的晶片边缘，以形成聚焦的光斑；以及设置所 述光源、具有孔的掩模板和曝光光学器件的位置以及所述孔的尺寸，以使得入射光的光轴 垂直于晶片表面，并且使得所述光斑在晶片上沿晶片径向完全覆盖所述晶片边缘。优选地，所述方法还包括旋转所述晶片以利用所述聚焦的光斑使整个晶片边缘被 曝光，以及进行显影处理以去除整个晶边边缘的光致抗蚀剂。优选地，所述方法还包括使所述光源发射的光经过光束均质器后变为强度分布均 匀的光照射到所述掩模板。根据本专利技术的第三方面，提供了一种用于晶片边缘曝光的自动聚焦系统，包括光 学模块、控制模块和光路调节模块。所述光学模块包括光源、第一掩模板、第一光学器件和 第二光学器件，所述光源用于发射使光致抗蚀剂曝光所需波长的光，从所述光源发射的光 依次经过所述第一掩模板、第一光学器件和第二光学器件后到达晶片边缘，所述第一掩模 板具有第一孔，所述第一光学器件用于将来自所述第一掩模板的所述第一孔的光引导到所 述第二光学器件，所述第二光学器件用于将所述第一孔成像到涂敷有光致抗蚀剂的晶片边 缘以形成光斑。所述光源、第一掩模板的第一孔、第一光学器件和第二光学器件在所述光学 模块中的位置以及所述第一孔的尺寸被设置为使得入射光的光轴能够垂直于晶片表面，并 且使得所述光斑在晶片上沿晶片径向完全覆盖所述晶片边缘。所述光学模块还包括具有第 二孔的第二掩模板和光探测器。所述第二掩模板的第二孔被设置为与所述第一掩模板的第 一孔关于所述第一光学器件的半反射面呈镜像对称，并且所述第二掩模板的第二孔的尺寸 与所述第一掩模板的第一孔的尺寸相等，其中从所述晶片边缘反射的光经过所述第二光学 器件后由所述第一光学器件引导到所述第二掩模板。所述光探测器设置在与所述第二掩模 板的设置有所述第一光学器件的一侧相反的一侧，用于收集进入所述第二掩模板的第二孔 的光并输出光强信号。所述第二掩模板的位置被设置为使得，当所述光斑处于聚焦状态时 由所述光探测器输出的第一光强信号大于当所述光斑处于离焦状态时由所述光探测器输 出的光强信号。所述控制模块用于当所述光探测器输出的光强信号小于所述第一光强信号 时，输出控制信号。所述光路调节模块包括第一光路调节机构，附接到所述光学模块，用于 来自所述控制模块的控制信号调节所述光学模块相对于水平面的倾斜程度以使得入射光 的光轴垂直于晶片表面；和第二光路调节机构，附接到所述光学模块，用于根据来自所述控制模块的控制信号在垂直于晶片表面的方向上调节所述光学模块的位置以使得所述光斑 处于聚焦状态。优选地，所述第二光路调节机构包括平移部件、螺线管和铁磁轴，通过调节所述螺 线管的电流大小来调节所述铁磁轴的位置，从而沿着平移部件移动所述光学模块。优选地，所述第二光路调节机构包括平移部件和步进马达，通过调节所述步进马 达的螺杆来沿着平移部件移动所述光学模块。优选地，所述第一光学器件包括分束器。优选地，所述第二光学器件包括透镜或透镜组。优选地，所述光学模块还包括设置在所述光源和所述第一掩模板之间的光束均质 器，其中所述光源发射的光经所述光束均质器后变为强度分布均匀的光。优选地，所述控制模块被配置用于输出增加所述光源的驱动电流的信号，以便增 加所述光源的光强。优选地，所述光源、所述光探测器、所述第二光路调节机构通过线缆连接到所述控 制模块。优选地，所述光探测器是二维阵列探测器。优选地，所述光探测器是电荷耦合探测器或CMOS探测器的二维阵列。优选地，所述二维阵列探测器的最小阵列为2乘以2。优选地，所述光路调节模块还包括支撑机构，所述支撑机构包括背板、顶板和弹簧。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于晶片边缘曝光的光学模块，包括光源、具有孔的掩模板和曝光光学器件，所述光源用于发射使光致抗蚀剂曝光所需波长的光，所述掩模板位于所述光源和所述曝光光学器件之间，从所述光源发射的光经过所述掩模板后到达所述曝光光学器件，所述曝光光学器件用于将所述孔成像到涂敷有光致抗蚀剂的晶片边缘，以形成聚焦的光斑，其中所述光源、具有孔的掩模板和曝光光学器件的位置以及所述孔的尺寸被设置为使得入射光的光轴垂直于晶片表面，并且使得所述光斑在晶片上沿晶片径向完全覆盖所述晶片边缘。

【技术特征摘要】
1.一种用于晶片边缘曝光的光学模块，包括光源、具有孔的掩模板和曝光光学器件，所述光源用于发射使光致抗蚀剂曝光所需波长的光，所述掩模板位于所述光源和所述曝光光学器件之间，从所述光源发射的光经过所述掩模板后到达所述曝光光学器件，所述曝光光学器件用于将所述孔成像到涂敷有光致抗蚀剂的晶片边缘，以形成聚焦的光斑， 其中所述光源、具有孔的掩模板和曝光光学器件的位置以及所述孔的尺寸被设置为使得入射光的光轴垂直于晶片表面，并且使得所述光斑在晶片上沿晶片径向完全覆盖所述晶片边缘。2.根据权利要求1所述的光学模块，其中，所述曝光光学器件包括透镜或透镜组。3.根据权利要求1所述的光学模块，还包括设置在所述光源和所述掩模板之间的光束均质器，其中所述光源发射的光经所述光束均质器后变为强度分布均匀的光照射到所述掩模板。4.一种利用光学模块进行晶片边缘曝光的方法，所述光学模块包括光源、具有孔的掩模板和曝光光学器件，所述方法包括如下步骤 将所述掩模板设置在所述光源和所述曝光光学器件之间； 所述光源发射使光致抗蚀剂曝光所需波长的光； 从所述光源发射的光经过所述掩模板的所述孔后到达所述曝光光学器件； 所述曝光光学器件将所述孔成像到涂敷有光致抗蚀剂的晶片边缘，以形成聚焦的光斑；以及 设置所述光源、具有孔的掩模板和曝光光学器件的位置以及所述孔的尺寸，以使得入射光的光轴垂直于晶片表面，并且使得所述光斑在晶片上沿晶片径向完全覆盖所述晶片边缘。5.根据权利要求4所述的方法，还包括旋转所述晶片以利用所述聚焦的光斑使整个晶片边缘被曝光，以及进行显影处理以去除整个晶边边缘的光致抗蚀剂。6.根据权利要求4所述的方法，还包括使所述光源发射的光经过光束均质器后变为强度分布均匀的光照射到所述掩模板。7.一种用于晶片边缘曝光的自动聚焦系统，包括 光学模块， 包括光源、第一掩模板、第一光学器件和第二光学器件，所述光源用于发射使光致抗蚀剂曝光所需波长的光，从所述光源发射的光依次经过所述第一掩模板、第一光学器件和第二光学器件后到达晶片边缘，所述第一掩模板具有第一孔，所述第一光学器件用于将来自所述第一掩模板的所述第一孔的光引导到所述第二光学器件，所述第二光学器件用于将所述第一孔成像到涂敷有光致抗蚀剂的晶片边缘以形成光斑，其中所述光源、第一掩模板的第一孔、第一光学器件和第二光学器件在所述光学模块中的位置以及所述第一孔的尺寸被设置为使得入射光的光轴能够垂直于晶片表面，并且使得所述光斑在晶片上沿晶片径向完全覆盖所述晶片边缘， 所述光学模块还包括具有第二孔的第二掩模板和光探测器，所述第二掩模板的第二孔被设置为与所述第一掩模板的第一孔关于所述第一光学器件的半反射面呈镜像对称，并且所述第二掩模板的第二孔的尺寸与所述第一掩模板的第一孔的尺寸相等，其中从所述晶片边缘反射的光经过所述第二光学器件后由所述第一光学器件引导到所述第二掩模板，所述光探测器设置在与所述第二掩模板的设置有所述第一光学器件的一侧相反的一侧，用于收集进入所述第二掩模板的第二孔的光并输出光强信号， 其中，所述第二掩模板的位置被设置为使得，当所述光斑处于聚焦状态时由所述光探测器输出的第一光强信号大于当所述光斑处于离焦状态时由所述光探测器输出的光强信号; 控制模块，用于当所述光探测器输出的光强信号小于所述第一光强信号时，输出控制信号；以及 光路调节模块，包括 第一光路调节机构，附接到所述光学模块，用于根据来自所述控制模块的控制信号调节所述光学模块相对于水平面的倾斜程度以使得入射光的光轴垂直于晶片表面，和 第二光路调节机构，附接到所述光学模块，用于根据来自所述控制模块的控制信号在垂直于晶片表面的方向上调节所述光学模块的位置以使得所述光斑处于聚焦状态。8.根据权利要求7所述的自动聚焦系统，其中，所述第二光路调节机构包括平移部件、螺线管和铁磁轴，通过调节所述螺线管的电流大小来调节所述铁磁轴的位置，从而沿着平移部件移动所述光学模块。9.根据权利要求7所述的自...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍强，顾一鸣，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：