CN102569147A - 硅片吸附机构及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种硅片吸附机构，包括多个真空出口，其特征在于，每个真空出口连接两路通道，分别为真空正压通道与真空负压通道，所述通道中放置一开关，用以控制所述真空出口通负压或正压。本发明同时还公开一种使用该硅片吸附机构的方法。

Description

硅片吸附机构及其使用方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种光刻设备中所使用的硅片吸附机构及其使用方法。

背景技术

光刻技术或称光学刻蚀术，已经被广泛应用于集成电路制造工艺中。该技术通过光刻系统曝光，将设计的掩模图形转移到光刻胶上。由于最终决定集成电路的特征尺寸，光刻系统作为集成电路制造工艺中的重要设备，其精度要求对于光刻工艺的重要性不言自明。为获得最佳成像效果，在曝光时，涂有光刻胶的硅片被吸附于承片台上，且其上表面需置于最佳像面高度。

现有技术中所使用的硅片吸附机构，或称承片台上面均匀分布若干真空出口，并绕其形心构成一个个等间距的同心圆。由于每个真空口都是负压真空，且大小相等，因此会使硅片吸附后的面型向下凹陷，成一弧形，这样会影响曝光质量，并减小可用焦深。此外，由于：

(1)由于加工工艺的原因，硅片表面并非理想平面；

(2)承片台表面的不平整，也会使吸附后的硅片面型不理想；

(3)投影物镜的最佳焦平面也并非是一理想的平面而是一曲面。如图1所示，在该图中，1是光刻设备的投影物镜，2a是理想最佳焦平面，2b是实际最佳焦平面。

以上的因素都会影响光刻设备曝光成像的质量。

发明内容

为克服上述技术缺陷，本发明公开一种硅片吸附机构及其使用方法，能够有效地改进硅片吸附的局部面型，使硅片吸附面型与最佳焦平面相吻合，并提高光刻设备曝光成像的质量。

本发明公开一种硅片吸附机构，包括多个真空出口，每个真空出口连接两路通道，分别为真空正压通道与真空负压通道，所述通道中放置一开关，用以控制所述真空出口通负压或正压。

更进一步的，所述真空出口与其所连接的两通道之间还设置一流量调节阀。

于本发明中，所述多数真空出口呈矩阵排列。

更进一步地，该硅片吸附机构沿X向有m个真空出口，Y向有n个真空出口，真空出口的位置为：P(x，y)＝(h*i，v*j)＝(hi，vj)，h为X向真空出口之间的间距，v为Y向真空出口之间的间距，i和j为自然数，且1≤i≤m，1≤j≤n。当i或j为零时表示该真空出口处于曝光场边缘位置，当i或j为非零时表示该真空出口处于曝光场内部位置。

本发明同时公开一种使用该硅片吸附机构的方法，包括：

步骤一、只给每个场边缘位置的真空出口通负压，以保证硅片很好的吸附在承片台上，而场内的真空出口全部关闭。对包含焦面曝光矩阵的掩模版曝光，以获得最佳焦平面的一系列坐标点，并将其保存于指定的机器常数中；

步骤二、使所有曝光场边缘真空出口通负压，根据步骤一中所获得的最佳焦平面控制曝光场内部真空出口通负压或正压；

步骤三、根据步骤一中保存的机器常数，调节所述真空出口的流量。

更进一步地，该步骤一具体包括：在掩模版上设置焦点曝光矩阵，将该掩模版曝光于硅片上后，均匀移动掩模台并再次曝光于硅片上。硅片始终在同一高度平面内。利用光学显微镜观察，针对特定线宽的线条，得到最佳像点位置。所述机器常数中包括最佳像点位置(Xi，Yj)与最佳焦平面的高度值Z[i][j]的对应关系，0＜i＜m，0＜j＜n。

更进一步地，该步骤二具体包括：面形大于零，则该真空孔的通道切换至正压通道，否则切换至负压通道。

更进一步地，该步骤三具体包括：根据步骤一中保存的机器常数，控制所述流量调节阀的开口大小，调节所述真空出口的流量。

本发明还公开一种使用该硅片吸附机构的方法，包括：

步骤一、通过焦面曝光矩阵曝光(Focus Exposure Matrix，简称FEM)，具体步骤同上述“步骤一”，以获得最佳焦平面的曲线Z_Focus；

步骤二、对硅片进行全场调平和逐场调焦后，以获得硅片形貌Z_Wafer；

步骤三、使所有曝光场边缘真空出口通负压，根据Z_Focus与Z_Wafer的差值控制曝光场内部真空出口通负压或正压；

步骤四、根据Z_Focus与Z_Wafer差值大小调节所述真空出口的流量。

更进一步地，该步骤二具体包括：初始化工件台，将工件台垂向Z切换为调焦调平传感器控制，Rx和Ry切换为线性可调差分传感器控制；将用于全局调平的三个光斑之一A移到调焦调平传感器的视场范围之内，并读取此时线性可调差分传感器的垂向读数，记为Z1；依次对光斑B和光斑C重复上述步骤，可获得读数Z2和Z3；根据上述获得的数据Z1、Z2和Z3计算硅片楔形，并在光斑C处调整硅片，使硅片整体处在最佳焦平面位置。

更进一步地，该步骤二具体包括：工件台垂向被调焦调平传感器控制，分别沿X和Y向步进运动工件台，每次步进后，读取线性可调差分传感器的垂向读数，获得Z_Wafer。

更进一步地，该步骤三具体包括：如果Z_Focus大于Z_Wafer，则所述曝光场内部真空出口通正压，否则通负压。

与现有技术相比较，本发明所公开的技术方案能够有效地改进硅片吸附的局部面型，使硅片吸附面型与最佳焦平面相吻合，并具有真空流量大小调节功能。还能克服硅片上表面形貌对硅片吸附面型的影响。并进一步提高光刻设备曝光成像的质量。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是投影物镜最佳焦平面的示意图；

图2是本发明所涉及的硅片吸附机构的真空出口分布的结构示意图；

图3是本发明所涉及的硅片吸附机构的真空出口的结构示意图；

图4是一包含FEM(Focus Exposure Matrix)的掩模版；

图5是第一曝光在硅片上的FEM(Focus Exposure Matrix)图形；

图6是多次曝光在硅片上的FEM(Focus Exposure Matrix)图形；

图7是本发明所涉及的一种硅片吸附机构的控制流程图；

图8是本发明所涉及的另一种硅片吸附机构的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

鉴于现有技术所存在的缺陷，本发明提供一种硅片吸附机构，该硅片吸附机构真空出口位置可用坐标表示，以保证在不同曝光场中真空口数量和相对位置一致。下面提供一种具体实施方式，以真空出口呈矩阵排列为例来具体说明。

图2是本发明所涉及的硅片吸附机构的真空口分布的结构示意图。图3为单个曝光场真空出口示意图。图中20是真空出口，20a表示曝光场边缘真空出口，20b表示曝光场内部真空出口。在该实施方式中，分别以圆圈形状和五角星形状表示位于不同曝光区域的真空出口，并不意味着该真空出口的形状即如图所示。XY向即水平面，X向有m个真空出口，Y向有n个真空出口，则各个真空出口的位置为：

P(x，y)＝(h*i，v*j)＝(hi，vj)

其中，h为X向真空出口之间的间距，v为Y向真空出口之间的间距。i和j为自然数，且1≤i≤m，1≤j≤n，在本实施例中，当i或j为零时表示该真空出口处于曝光场边缘位置，即附图2中20a所在位置。

在本发明中，每一真空出口20连接有两路通道，分别连接真空正压和真空负压。该真空出口20的详细结构示意图如图3所示。该真空出口20连接两个通道40，其中一个通道40a用于连接真空正压，另一路通道40b用于连接真空负压，通道40a与40b各自放置一选择开关，用于根据需要选择正压或负压。真空出口20与通道40之间还设置一流量调节阀30，以便根据需要调节真空流量的大小。

以下将详细说明如何利用该硅片吸附机构，通过准确调整真空流量的大小，使每个曝光场的硅片吸附面型与最佳焦平面吻合。在使用该硅片吸附机构之前，首先要测试并获得光刻设备的投影物镜的最佳焦平面，然后根据该最佳焦平面的面型确定每个真空出口通正压还是负压，并确定调节真空流量阀的开口大小，使每个曝光场的硅片吸附面型与最佳焦平面吻合。

首先介绍第一种硅片吸附机构的使用方法。该使用方法的第一步为：通过FEM(焦面曝光矩阵Focus Exposure Matrix)曝光找出处在最佳焦平面的一系列坐标点，并将其保存于指定的机器常数中。

包含该FEM的掩模版如图4中所示。该掩模版包括位于X向和Y向的若干个标记，其中X向和Y向的标记个数与承片台(或硅片吸附机构)上各个曝光场的真空出口个数一致，且均匀排列。因此X方向m个标记，Y方向n个标记(m、n均为非零自然数)。如图4所示：各标记均匀分布在掩模版上，其在掩模台坐标系下的坐标分别为：(X1，Y1)、(X1，Y2)……(X1，Yn)，(X2，Y1)、(X2，Y2)……(X2，Yn)，(Xm，Y1)、(Xm，Y2)……(Xm，Yn)。在曝光过程中，保持硅片始终在同一高度平面内，匀速移动掩模台，从而将掩模版上的标记图样静态曝光到硅片上。曝光后的图形如附图5中所示，图5第一次曝光后硅片上标记矩阵示意图。为了避免本次曝光的标记图样覆盖上次的曝光标记图样，工件台在X向移动一定距离。

当一次曝光完成后，将掩模台沿Z向步进移动一定距离，然后重复上述过程。当掩模台在Z向设定的步进范围内完成步进曝光后，便形成了如图6所示的曝光矩阵图样。硅片经显影后，利用光学显微镜观察，针对特定线宽的线条，可得到最佳像点位置。通过最佳像点位置即可得出各标记最佳焦平面的高度值Z[i][j](0＜i＜m，0＜j＜n)，并将该值保存到指定的机器常数数组中(见表1)，以备后用。

标记的平面坐标(X，Y)	最佳焦平面高度Z
		(X1，Y1)	Z[1][1]
(X1，Y2)	Z[1][2]
		……	……
(X1，Yn)	Z[1][n]
		(X2，Y1)	Z[2][1]
(X2，Y2)	Z[2][2]
		……	……
(X2，Yn)	Z[2][n]
		……	……
(Xm，Y1)	Z[m][1]
		(Xm，Y2)	Z[m][2]
……	……
		(Xm，Yn)	Z[m][n]

表1最佳焦平面高度数组

第二步：给所有曝光场边缘处的真空出口通负压，而其他真空出口通正压还是负压，以及流量大小应根据对应的最佳焦平面面型来确定。

所有曝光场边缘处的真空出口坐标为：

P(x，y)＝(0，vj)，1≤j≤n

P(x，y)＝(hi，0)，1≤i≤m

将上述曝光场边缘的真空出口所对应的开关切换为负压，流量大小为Q(该值综合考虑曝光场大小、硅片整体的面型平整度等因素而确定)。确定所有曝光场边缘处真空口的坐标值，根据这些坐标值将对应的双向开关切换为负压，其他的双向开关根据其所在曝光场位置对应的最佳焦平面面型来确定：如果该处面型Z大于零(面型凸起)，那么该处双向开关选择正压，否则选择负压。

第三步：根据各采样标记的最佳焦平面高度数据，调整真空的大小，使得每个曝光场的硅片吸附面型均与最佳焦平面吻合。

其具体计算方法如下：

真空吸附产生的力F与气体真空流量q相关，且成正比，假定比例系数为k₁，则有：

F＝k₁q    (1)

假定该力对垂向变形Z的影响系数为k₂，则有：

F＝k₂Z    (2)

由公式(1)和(2)知：

$Z=\frac{k_1}{k_2}q---\left(3\right)$

在本实施例中仅考虑了单场受力变形的情况，对于场间受力而导致的相互影响，可通过仿真获得真空流量与面型变化的比例关系。此外，还可通过多次测量的方法予以减小或消除。上述表达式中，k₁和k₂作为常量，一般不会变化。因此，可对照最佳焦平面高度数组表，通过调整真空出口的流量q来调节硅片在该点的面型高度。

具体的真空流量控制如图7所示。图7是本发明所涉及的一种硅片吸附机构的详细控制流程图。

该流程图如下：根据曝光场尺寸规划硅片的曝光。通过FEM(焦面曝光矩阵FocusExposure Matrix)曝光找出处在最佳焦平面的一系列坐标点Z(Xi，Yj)，其中i和j为自然数，且1≤i≤m，1≤j≤n，当i或j为零时表示该真空出口处于曝光场边缘位置。将最佳像点位置(Xi，Yj)与最佳焦平面的一系列坐标点Z(Xi，Yj)相对应后保存于指定的机器常数中。然后将确定各曝光场边缘真空孔的坐标值，并将曝光场边缘真空孔的通道切换至负压通道。确定各曝光场内部的真空孔的坐标值，根据这些坐标值将对应的双向开关切换为负压，其他的双向开关根据其所在曝光场位置对应的最佳焦平面面型来确定：如果此时Z(Xi，Yj)＞0，则该真空孔的通道切换至正压通道，否则切换至负压通道。曝光场内部的真空孔的通道切换完成后，对照最佳焦平面高度数组表，通过调整真空出口的流量q来调节硅片在该点的面型高度。

实际上，光刻设备在其工作过程中，由于硅片吸附结构本身及硅片表面的不平整也会引起硅片吸附面型的变化，因此在曝光前需先测出硅片上表面的形貌。

光刻机的工件台垂向测量系统一般包括：调焦调平传感器(Focus&Level Sensor，简称FLS)和线性可调差分传感器(Linear Variable Differential Transfer，简称LVDT)。调焦调平传感器是将激光信号发射到硅片的上表面，经硅片反射并监测反射光的位置，从而确定硅片上表面的姿态。由于硅片是放在工件台上的，两者相对静止，所以调焦调平传感器是通过测硅片上表面相对其零平面的距离来确定工件台的姿态，而线性可调差分传感器是通过测量工件台下表面相对大理石的高度来确定工件台的姿态。因此，本发明另提供一种实施例以说明在双工件台的光刻设备中如何使用本发明所公开的硅片吸附机构及其使用方法。

在本发明提供的第二种实施例中，以FLS和LVDT作为工件台垂向测量系统为例来具体说明硅片形貌的测试方法：

第一步：硅片全局调平。初始化工件台，并将工件台垂向Z切换为FLS控制，绕X向倾斜Rx和绕Y向倾斜Ry切换为LVDT控制；将用于全局调平的三个光斑之一A移到FLS的视场范围之内，并读取此时LVDT的垂向读数，记为Z1；同理，依次对光斑B和光斑C重复上述步骤，可获得读数Z2和Z3。根据上述获得的数据Z1、Z2和Z3计算硅片楔形，并在光斑C处调整硅片，使硅片整体处在最佳焦平面位置。

第二步：硅片逐场调焦。工件台垂向仍为FLS控制，分别沿X和Y向步进运动工件台，每次步进后，读取LVDT的读数Z_Wafer(x_i，y_j)，并保存。此即为硅片上表面的形貌。

第三步：然后根据最佳焦平面的曲线Z_Focus(由FEM曝光获得)和已测得的硅片形貌Z_Wafer，调整各个曝光区真空的流向和大小。如果Z_Focus大于Z_Wafer，则表明最佳焦平面向上凸起的变形大于硅片形貌，那么该处的双向开关选择正压，否则选择负压。

第二种实施例的控制流程图如附图8中所示。该流程图和第一种实施例中所提供的流程图整体上类似。区别在于获取硅片形貌的测试方式不同。完成了如上面所述的第一步至第三步后，获得了硅片形貌Z_Wafer(即图中标示的Zw)。判断在相同坐标位置下Z_Focus(即图中标示的Zf)与Z_Wafer的大小，如果Z_Focus大于Z_Wafer，则该曝光场内部的真空孔的通道切换至正压通道，否则切换至负压通道。曝光场内部的真空孔的通道切换完成后，根据Z_Focus与Z_Wafer的差值，通过调整真空出口的流量q来调节硅片在该点的面型高度。

本实施例不仅考虑了最佳焦平面不平的情况，也考虑了硅片上表面形貌对硅片吸附面型的影响。硅片形貌除了可以用本实施例中的FLS和LVDT测试外，也可用FLS和干涉仪等其他测量工具，由于使用不同测量工具的测量方法在现有技术中已大量公开，因此此处不详述。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (16)

1.一种硅片吸附机构，包括多个真空出口，其特征在于，每个真空出口连接两路通道，分别为真空正压通道与真空负压通道，所述通道中放置一开关，用以控制所述真空出口通负压或正压。

2.如权利要求1所述的硅片吸附机构，其特征在于，每个真空出口与其连接的两通道之间还设置一流量调节阀。

3.如权利要求1所述的硅片吸附机构，其特征在于，该些真空出口呈矩阵排列。

4.如权利要求1所述的硅片吸附机构，其特征在于，沿X向有m个真空出口，Y向有n个真空出口，所述真空出口的位置为：P(x，y)＝(h*i，v*j)＝(hi，vj)，h为X向真空出口之间的间距，v为Y向真空出口之间的间距，i和j为自然数，且1≤i≤m，1≤j≤n。

5.如权利要求4所述的硅片吸附机构，其特征在于，当i或j为零时表示该真空出口处于曝光场边缘位置，当i或j为非零时表示该真空出口处于曝光场内部位置。

6.一种使用如权利要求1至5任一项所述的硅片吸附机构的方法，包括：

步骤一、通过对包含焦点曝光矩阵的掩模版曝光，以获得最佳焦平面的一系列坐标点，并将其保存于指定的机器常数中；

步骤二、使所有曝光场边缘真空出口通负压，根据步骤一中所获得的最佳焦平面控制曝光场内部真空出口通负压或正压；

步骤三、根据步骤一中保存的机器常数，调节所述真空出口的流量。

7.如权利要求6种所述的使用硅片吸附机构的方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：在掩模版上设置焦点曝光矩阵，将该掩模版曝光于硅片上后，均匀移动掩模台并再次曝光于硅片上。

8.如权利要求7种所述的使用硅片吸附机构的方法，其特征在于，所述硅片始终在同一高度平面内。

9.如权利要求7种所述的使用硅片吸附机构的方法，其特征在于，利用光学显微镜观察，针对特定线宽的线条，得到最佳像点位置。

10.如权利要求9种所述的使用硅片吸附机构的方法，其特征在于，所述机器常数中包括最佳像点位置(Xi，Yj)与最佳焦平面的高度值Z[i][j]的对应关系，0＜i＜m，0＜j＜n。

11.如权利要求6种所述的使用硅片吸附机构的方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：面形大于零，则该真空孔的通道切换至正压通道，否则切换至负压通道。

12.如权利要求6种所述的使用硅片吸附机构的方法，其特征在于，所述步骤三具体包括：根据步骤一中保存的机器常数，控制所述流量调节阀的开口大小，调节所述真空出口的流量。

13.一种使用如权利要求1至5任一项所述的硅片吸附机构的方法，包括：

步骤一、通过对包含焦点曝光矩阵的掩模版曝光，以获得最佳焦平面的曲线Z_Focus；

步骤二、对硅片进行全场调平和逐场调焦后，以获得硅片形貌Z_Wafer；

步骤三、使所有曝光场边缘真空出口通负压，根据Z_Focus与Z_Wafer的差值控制曝光场内部真空出口通负压或正压；

步骤四、根据Z_Focus调节所述真空出口的流量。

14.如权利要求13种所述的使用硅片吸附机构的方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：初始化工件台，将工件台垂向Z切换为调焦调平传感器控制，绕X向倾斜Rx和绕Y向倾斜Ry切换为线性可调差分传感器控制；将用于全局调平的三个光斑之一A移到调焦调平传感器的视场范围之内，并读取此时线性可调差分传感器的垂向读数，记为Z1；依次对光斑B和光斑C重复上述步骤，可获得读数Z2和Z3；根据上述获得的数据Z1、Z2和Z3计算硅片楔形，并在光斑C处调整硅片，使硅片整体处在最佳焦平面位置。

15.如权利要求13种所述的使用硅片吸附机构的方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：工件台垂向被调焦调平传感器控制，分别沿X和Y向步进运动工件台，每次步进后，读取线性可调差分传感器的垂向读数，获得Z_Wafer。

16.如权利要求13种所述的使用硅片吸附机构的方法，其特征在于，所述步骤三具体包括：如果Z_Focus大于Z_Wafer，则所述曝光场内部真空出口通正压，否则通负压。

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