CN105159033A - 一种用于改善光刻对准精度的曝光载片台设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于改善光刻对准精度的曝光载片装置及吸附控制方法，该曝光载片装置包括曝光载片台和用于将硅片吸附在所述曝光载片台上的抽真空单元和抽真空控制单元，抽真空控制单元与多级向心环中的真空孔分别连接，在进行光刻工艺中，抽真空控制单元从第一级向心环开始向圆心外逐一控制相应向心环中的真空孔吸住硅片，以使硅片和曝光载片台间的空气被逐级向心环排出。因此，本发明通过优化光刻机载片台真空孔形状和布局，结合递进的吸真空工序，可以有效地改善硅片形变和对准精度。

Description

一种用于改善光刻对准精度的曝光载片台设计方法

技术领域

本发明涉及半导体器件及加工制造领域，更具体地说，涉及一种用于改善光刻对准精度的曝光载片台设计方法。

背景技术

曝光是芯片制造中最关键的制造工艺，由于光学曝光技术的不断创新，它一再突破人们预期的光学曝光极限，使之成为当前曝光的主流技术。曝光机是指通过开启灯光发出UVA波长的紫外线，将胶片或其他透明体上的图像信息转移到涂有感光物质的表面上的设备。

为了提高分辨率，光学曝光机的波长不断缩小，从采用436mm、365mm的近紫外激光光源(NUV)进入到248mm、193mm的深紫外激光光源(DUV)。目前，比较主流的是KrF深紫外光、ArF非浸没式深紫外光和ArF浸没式深紫外光曝光机。例如，248nm的KrF准分子激光，首先，用于0.25μm的曝光，后来，Nikon公司推出NSR-S204B，用KrF，使用变形照明(MBI)可做到0.15μm的曝光。

请参阅图1和图2；图1为现有技术中半导体曝光机载片台的设计结构侧视示意图；图2为现有技术中半导体曝光机载片台的设计结构俯视示意图。如图1所示，用于放置硅片的半导体曝光机载片台的下方，具有多个吸真空孔，如图2所示，这些真空孔为圆孔，通常为6孔1环的结构。

在现有技术中，在进行曝光工艺前，通常将晶圆放置在半导体曝光机载片台，该放置过程如下：

首先，把晶圆(硅片)通过移动臂(或称机械手)移动到半导体曝光机载片台的正上方(如图3所示)；

其次，将硅片缓慢下降，放置在半导体曝光机载片台上(如图4所示)；

然后，在进行光刻工艺中，6孔1环的真空孔阵列结构同时通过抽正空吸住硅片，以保证后续对准和光刻工艺的顺利进行。

然而，本领域技术人员清楚，由于机械加工精度的限制，载片台表面并非绝对平坦，硅片与载片台之间存在空气，当真空孔瞬时吸住硅片时，位于真空孔向圆心方向的空气无法释放排出，引起硅片形变(如图5所示)。

请参阅图6，图6为现有技术中曝光机载片台瞬时吸真空后，硅片形变引起的对准套刻偏差的示意图。如图所示，在硅片形变的真空孔处引起环形分布的对准套刻偏差约20nm，对于先进工艺来讲，对准套刻精度规格要求通常在10nm以内，无法满足生产要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于改善光刻对准精度的曝光载片装置以及载片吸附控制方法计方法，其通过优化光刻机载片台真空孔形状和布局，结合递进的吸真空工序，可以有效地改善硅片形变和对准精度。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于改善光刻对准精度的曝光载片装置，其包括曝光载片台和用于将硅片吸附在所述曝光载片台上的抽真空单元；其特征在于，还包括抽真空控制单元，其中，所述抽真空单元具有均匀分布在所述曝光载片台的圆周上的N个真空孔组，且每一个真空孔组中的真空孔数量相同，均为M；每一组真空孔组中的第一到第M个真空孔组成M级向心环，M为大于等于2的正整数，N为大于等于3的正整数；当硅片放置在所述曝光载片台上后，所述抽真空控制单元与所述M级向心环中的真空孔分别连接，在抽真空过程中，从第一级向心环开始向圆心外逐一控制相应向心环中的真空孔吸住硅片，以使所述硅片和曝光载片台间的空气被逐级向心环排出。

优选地，所述第一级向心环的真空孔为一个，位于所述曝光载片台的圆心。

优选地，所述第M级向心环的真空孔位于所述曝光载片台的圆周附近。

优选地，所述每一个真空孔组中的真空孔大小形状相同，且等间距排列。

优选地，所述每一个真空孔组中的真空孔大小从所述曝光载片台的圆心开始由小逐渐变大。

优选地，所述真空孔的形状为圆形、长方形、菱形或椭圆形。

优选地，所述的N的取值范围为3～30；所述M的取值范围为3～20。

为实现上述目的，本发明还提供一种技术方案如下：

一种采用上述的曝光载片装置的载片吸附控制方法，所述曝光载片装置包括曝光载片台和用于将硅片吸附在所述曝光载片台上的抽真空单元和抽真空控制单元，其中，所述抽真空单元具有均匀分布在所述曝光载片台的圆周上的N个真空孔组，且每一个真空孔组中的真空孔数量相同，均为M；每一组真空孔组中的第一到第M个真空孔组成M级向心环，M为大于等于2的正整数，N为大于等于3的正整数，所述抽真空控制单元与所述M级向心环中的真空孔分别连接；所述的方法包括如下步骤：

步骤S1：把晶圆通过移动臂移动到所述曝光机载片台的正上方；

步骤S2：将晶圆缓慢下降，放置在所述曝光机载片台上；

步骤S3：在进行光刻工艺中，所述抽真空控制单元从第一级向心环开始向圆心外逐一控制相应向心环中的真空孔吸住硅片，以使所述硅片和曝光载片台间的空气被逐级向心环排出。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的用于改善光刻对准精度的曝光载片装置以及载片吸附控制方法计方法，可以有效的改善因硅片与载片台间空气造成的硅片变形，提高硅片平面的对准套刻精度，直接降低硅片的在线套刻精度，提高工艺生产的容许范围，最终提升产品的器件最终性能和良品率。此外，本发明适用于KrF深紫外光、ArF非浸没式深紫外光和ArF浸没式深紫外光曝光机。

附图说明

图1为现有技术中半导体曝光机载片台的设计结构侧视示意图

图2为现有技术中半导体曝光机载片台的设计结构俯视示意图

图3为现有技术中硅片移动到载片台正上方的基本结构示意图

图4为现有技术中硅片缓慢下降放置在载片台上的基本结构示意图

图5为现有技术中曝光机载片台瞬时吸真空后导致空气无法释放，引起硅片变形的示意图

图6为本发明曝光机载片台真空孔分布示意图之一

图7为本发明曝光机载片台真空孔分布示意图之二

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详细说明。

需要说明的是，本发明的用于改善光刻对准精度的曝光载片装置和曝光载片装置的载片吸附控制方法，其通过改进载片台真空孔设计以及工序优化，有效解决了位于真空孔向圆心方向的空气无法排出的问题，从而改善硅片形变带来的对阵套刻精度。

与现有技术相同的是，用于改善光刻对准精度的曝光载片装置，其包括曝光载片台和用于将硅片吸附在该曝光载片台上的抽真空单元；与现技术不同的是，还包括抽真空控制单元和与抽真空控制单元相配合的具有均匀分布在曝光载片台的圆周上的N个真空孔组，且每一个真空孔组中的真空孔数量相同，均为M。每一组真空孔组中的第一到第M个真空孔组成M级向心环，M为大于等于2的正整数，N为大于等于3的正整数；在本发明的实施例中，真空孔的形状可以为圆形、长方形、菱形或椭圆形，N的取值范围可以为3～30；M的取值范围可以为3～20。

其中，每一个真空孔组中的真空孔大小形状可以相同，且等间距排列；也可以设计成每一个真空孔组中的真空孔大小从曝光载片台的圆心开始由小逐渐变大分布。较佳地，第M级向心环的真空孔可以位于曝光载片台的圆周附近。

当硅片放置在曝光载片台上后，抽真空控制单元与M级向心环中的真空孔分别连接，在抽真空过程中，从第一级向心环开始向圆心外逐一控制相应向心环中的真空孔吸住硅片，以使硅片和曝光载片台间的空气被逐级向心环排出。

具体地，在本发明的实施例中，采用上述的曝光载片装置的载片吸附控制方法，可以包括如下步骤：

步骤S1：把晶圆通过移动臂移动到曝光机载片台的正上方；

步骤S2：将晶圆缓慢下降，放置在曝光机载片台上；

步骤S3：在进行光刻工艺中，抽真空控制单元从第一级向心环开始向圆心外逐一控制相应向心环中的真空孔吸住硅片，以使硅片和曝光载片台间的空气被逐级向心环排出。

下面通过两个实施例对本发明进行详细说明。

实施例一

请参阅图6，图6为本发明一实施例提供的曝光机载片台真空孔分布示意图之一。如图所示，在本发明的具体实施例中，抽真空单元包括8个真空孔组，每个真空孔组包括3个长条形孔，8个长条形孔分成同时向心分布的三个环，每一个真空孔组中的真空孔大小是不同的，其从曝光载片台的圆心开始由小逐渐变大。抽真空控制单元包括3个抽真空管道，每一个抽真空管道分别与三个向心环中之一的8个真空孔相连。较佳地，第一向心环中的8个真空孔1(最内圈真空孔)几乎靠近圆心，最外围第三向心环中的8个真空孔3分布于硅片的最外圆周附近。

上述的设计方法把硅片与载片台间接触空气分割为8个不同方向通道，并使空气向硅片周边快速释放，直接改善套刻精度。

在本实施例中，当将晶圆缓慢下降放置在所述曝光机载片台上后，在进行光刻工艺中，曝光载片装置的载片吸附控制方法工作顺序：

首先，抽真空控制单元控制第一向心环中的8个真空孔1(最内圈真空孔)吸住硅片，以使硅片正中心和载片台无缝吸附在一起；此时，第二向心环中的8个真空孔2和第三向心环中的8个真空孔3均处于非抽真空状态；

然后，抽真空控制单元继续控制第一向心环中的8个真空孔1(最内圈真空孔)吸住硅片，并且，控制第二向心环中的8个真空孔2(中间圈真空孔)吸住硅片；

最后，抽真空控制单元继续控制第一向心环中的8个真空孔1(最内圈真空孔)和第二向心环中的8个真空孔2(中间圈真空孔)吸住硅片，并且，控制最外围第三向心环中的8个真空孔3吸住硅片；这样，硅片和载片台间的空气被逐级排出，从而解决了对准套刻精度的问题。

实施例二

请参阅图7，图7为本发明一实施例提供的曝光机载片台真空孔分布示意图之二。如图所示，在本发明的具体实施例中，抽真空单元包括8个真空孔组，每个真空孔组包括8个圆形孔，8个圆形孔分成同时向心分布的八个环，每一个真空孔组中的真空孔大小形状和间距是相同的。第一级向心环的真空孔为一个，位于所述曝光载片台的圆心，因此，圆形孔的总数为57个。在本发明的实施例中，抽真空控制单元可以包括3个抽真空管道，第一个抽真空管道与第一和第二个向心环中的9个真空孔相连，第二个抽真空管道与第三、第四和第五个向心环中的24个真空孔相连，第三个抽真空管道与第六、第七和第八个向心环中的24个真空孔相连。较佳地，第一向心环中的8个真空孔(最内圈真空孔)几乎靠近圆心，最外围第八向心环中的8个真空孔分布于硅片的最外圆周附近。

在本发明的其它实施例中，抽真空控制单元可以包括8个抽真空管道，每一个抽真空管道分别与八个向心环中之一的8个真空孔相连。较佳地，第一向心环中的8个真空孔(最内圈真空孔)几乎靠近圆心，最外围第八向心环中的8个真空孔分布于硅片的最外圆周附近。

上述的设计方法也是把硅片与载片台间接触空气分割为8个不同方向通道，并使空气向硅片周边快速释放，直接改善套刻精度。

在本实施例中，当将晶圆缓慢下降放置在所述曝光机载片台上后，在进行光刻工艺中，曝光载片装置的载片吸附控制方法工作顺序：

首先，抽真空控制单元控制第一个抽真空管道中的第一和第二个向心环中的9个真空孔1吸住硅片，以使硅片正中心和载片台无缝吸附在一起；此时，第三、第四和第五个向心环中的24个真空孔2和第六、第七和第八个向心环中的24个真空孔3均处于非抽真空状态。

然后，抽真空控制单元继续控制第一个抽真空管道中的第一和第二个向心环中的9个真空孔1吸住硅片，并且，控制第三、第四和第五个向心环中的24个真空孔2吸住硅片；此时，第六、第七和第八个向心环中的24个真空孔3均处于非抽真空状态。

最后，抽真空控制单元继续控制第一个抽真空管道中的第一和第二个向心环中的9个真空孔1和第三、第四和第五个向心环中的24个真空孔2吸住硅片，并且，控制最外围第六、第七和第八个向心环中的24个真空孔3吸住硅片；这样，硅片和载片台间的空气被逐级排出，从而解决了对准套刻精度的问题。

综上所述，本发明通过改进载片台真空孔布局设计以及吸附工序的优化，有效解决了位于真空孔向圆心方向的空气无法排出的问题，从而改善硅片的在线套刻精度，提高工艺生产的容许范围，最终提升产品的器件最终性能和良品率。

实验证明，本发明可以应用在I-line(波长365nm)光刻机的载片台，在曝光时，能提高硅片平面内套刻精度，即从现有约40～50nm可以提升至20～30nm左右；且对于KRF(波长248nm)光刻机来说，其套刻精度可以从现有约20～30nm提升至15～20nm左右。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于改善光刻对准精度的曝光载片装置，其包括曝光载片台和用于将硅片吸附在所述曝光载片台上的抽真空单元；其特征在于，还包括抽真空控制单元，其中，所述抽真空单元具有均匀分布在所述曝光载片台的圆周上的N个真空孔组，且每一个真空孔组中的真空孔数量相同，均为M；每一组真空孔组中的第一到第M个真空孔组成M级向心环，M为大于等于2的正整数，N为大于等于3的正整数；当硅片放置在所述曝光载片台上后，所述抽真空控制单元与所述M级向心环中的真空孔分别连接，在抽真空过程中，从第一级向心环开始向圆心外逐一控制相应向心环中的真空孔吸住硅片，以使所述硅片和曝光载片台间的空气被逐级向心环排出。

2.根据权利要求1中所述的曝光载片装置，其特征在于，所述第一级向心环的真空孔为一个，位于所述曝光载片台的圆心。

3.根据权利要求1中所述的曝光载片装置，其特征在于，所述第M级向心环的真空孔位于所述曝光载片台的圆周附近。

4.根据权利要求1中所述的曝光载片装置，其特征在于，所述每一个真空孔组中的真空孔大小形状相同，且等间距排列。

5.根据权利要求1中所述的曝光载片装置，其特征在于，所述每一个真空孔组中的真空孔大小形状相同，且等间距排列。

6.根据权利要求1中所述的曝光载片装置，其特征在于，所述每一个真空孔组中的真空孔大小从所述曝光载片台的圆心开始由小逐渐变大。

7.根据权利要求1-6中任意一个所述的曝光载片装置，其特征在于，所述真空孔的形状为圆形、长方形、菱形或椭圆形。

8.根据权利要求1-6中任意一个所述的曝光载片装置，其特征在于，所述的N的取值为3～30；所述M的取值为3～20。

9.一种采用权利要求1所述的曝光载片装置的载片吸附控制方法，其特征在于，所述曝光载片装置包括曝光载片台和用于将硅片吸附在所述曝光载片台上的抽真空单元和抽真空控制单元，其中，所述抽真空单元具有均匀分布在所述曝光载片台的圆周上的N个真空孔组，且每一个真空孔组中的真空孔数量相同，均为M；每一组真空孔组中的第一到第M个真空孔组成M级向心环，M为大于等于2的正整数，N为大于等于3的正整数，所述抽真空控制单元与所述M级向心环中的真空孔分别连接；所述的方法包括如下步骤：

步骤S1：把晶圆通过移动臂移动到所述曝光机载片台的正上方；

步骤S2：将晶圆缓慢下降，放置在所述曝光机载片台上；

步骤S3：在进行光刻工艺中，所述抽真空控制单元从第一级向心环开始向圆心外逐一控制相应向心环中的真空孔吸住硅片，以使所述硅片和曝光载片台间的空气被逐级向心环排出。

10.根据权利要求1中所述的载片吸附控制方法，其特征在于，所述的N的取值为3～30；所述M的取值为3～20。