CN110119069A - 一种基底吸附装置、光刻设备及吸附方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基底吸附装置、光刻设备及吸附方法，其中，吸附装置包括吸附机构，以及与吸附机构相对设置的整形机构，吸附机构和整形机构之间形成基底容纳空间；吸附机构包括吸盘，吸盘表面上分布有多个吸气孔，吸盘用于从第一侧吸附基底容纳空间内的基底；整形机构用于从与第一侧相对的第二侧对基底容纳空间内的基底作用，以与吸盘配合对基底容纳空间内的基底进行整平。本发明实施例通过设置与吸附机构相对的整形机构，吸附机构通过吸盘上的吸气孔，吸附基底片，整形机构与吸盘配合对基底进行整平，使基底完全吸附在吸盘上，实现了对大翘曲量基底的整平及完全吸附，提高了基底曝光质量和良率，提高了生产效率。

Description

一种基底吸附装置、光刻设备及吸附方法
技术领域
本发明实施例涉及半导体制造领域，尤其涉及一种基底吸附装置、光刻设备及吸附方法。
背景技术
在半导体工艺制程中，通过光刻设备将掩膜版图案成像到涂覆有光刻胶的基底上，该基底可以为硅片，硅片通常由承片台上的吸盘固定。承片台带动吸附有硅片的吸盘移动，按照预定的路线和速度到达正确的位置，完成光刻过程。
由于硅片的表面需要涂覆光刻胶，因此多采用吸附式固定硅片。其中，真空吸附利用真空进行接触式吸附，实现容易，成本低，是目前半导体光刻设备中常用的硅片吸附方式。随着穿过硅片通道(Through Silicon Vias，TSV)技术的发展，硅片的不断减薄以及硅片键合工艺，导致硅片自身存在不确定的翘曲，在硅片翘曲处和吸盘表面形成了间隙，当吸盘打开真空时，吸盘与硅片之间就会出现真空泄露，无法满足正常情况下的真空阈值，导致硅片吸附的可靠性降低，甚至出现据片的情况，大大影响了生产效率。此外，硅片吸附可靠性降低将影响光刻设备的焦深(focus)和套刻精度(overlay)，体现在其上下表面的面型精度以及自身的夹持变形量，从而影响硅片曝光质量和硅片良率。
现有的光刻设备对吸盘进行改进，虽然能够吸附翘曲量达1mm的硅片，但仍然无法吸附大翘曲量的硅片。而随着市场上翘曲硅片越来越多，对能处理大翘曲量硅片的光刻设备的需求越来越强烈。
发明内容
本发明提供一种基底吸附装置、光刻设备及吸附方法，以实现对大翘曲量基底的整平及完全吸附，提高基底曝光质量和良率，提高生产效率。
第一方面，本发明实施例提供了一种基底吸附装置，包括：
吸附机构，以及与吸附机构相对设置的整形机构，吸附机构和整形机构之间形成基底容纳空间；
吸附机构包括吸盘，吸盘表面上分布有多个吸气孔，吸盘用于从第一侧吸附基底容纳空间内的基底；
整形机构用于从与第一侧相对的第二侧对基底容纳空间内的基底作用，以与吸盘配合对基底容纳空间内的基底进行整平。
可选的，整形机构包括压板，压板的工作面包括多个吹气孔。
可选的，压板内还包括气道，气道的出气端与多个吹气孔连通。
可选的，多个吹气孔在压板的工作面上呈多列排列，且每列吹气孔的连线均经过工作面的中心。
可选的，每列吹气孔中，吹气孔的孔径相同或者按照预设规律变化。
可选的，每列吹气孔中，吹气孔的孔径随着距离工作面的中心的远近逐渐增大、随着距离工作面的中心的远近逐渐变小、随着距离工作面的中心的远近先增大后变小或者随着距离工作面的中心的远近先变小后增大。
可选的，压板的工作面为圆形，每列吹气孔的连线为经过圆心的一条直径。
可选的，整形机构设置在吸附机构正上方，整形机构还包括：
气缸，气缸的一端与压板连接，用于推动压板在竖直方向上移动。
可选的，吸盘内形成有空腔，多个吸气孔均与空腔连通。
可选的，吸附机构还包括吸附底座，吸盘设置于吸附底座上，吸附底座内设有多个支管道和一个总管道，多个支管道均与吸盘内的空腔连通，总管道与多个支管道连通。
第二方面，本发明实施例还提供了光刻设备，该光刻设备包括第一方面所述的基底吸附装置。
第三方面，本发明实施例还提供了一种基底吸附装置的吸附方法，基底吸附装置包括吸附机构，以及与吸附机构相对设置的和整形机构，该吸附方法包括：
吸附机构通过吸盘上的吸气孔，从基底的第一侧吸附基底片；
将整形机构从与第一侧相对的第二侧对基底作用，以与吸盘配合对基底进行整平。
可选的，整形机构包括压板，压板的工作面包括多个吹气孔，整形机构与吸盘配合对基底进行整平，包括：
吸附机构通过吸盘上的吸气孔，从基底的第一侧吸附基底片；
整形机构的压板通过工作面的吹气孔从第二侧向基底吹正压气体，将基底整平，并被吸盘完全吸附。
可选的，多个吹气孔在压板的工作面上呈多列排列，且每列吹气孔的连线均经过工作面的中心；每列吹气孔中，吹气孔的孔径相同或者按照预设规律变化，根据基底的翘曲形状，选择具有对应的吹气孔分布的压板。
可选的，若基底外缘翘曲中间平整，则选择的压板每列吹气孔中，吹气孔的孔径随着距离工作面的中心的远近逐渐增大；
若基底外缘平整中间翘曲，则选择的压板每列吹气孔中，吹气孔的孔径随着距离工作面的中心的远近逐渐变小；
若基底外缘和中间平整，外缘和中间之间的部分翘曲，则选择的压板每列吹气孔中，吹气孔的孔径随着距离工作面的中心的远近先增大后变小；
若基底外缘和中间翘曲，外缘和中间之间的部分平整，则选择的压板每列吹气孔中，吹气孔的孔径随着距离工作面的中心的远近先变小后增大；
若基底程不规则翘曲，则选择的压板每列吹气孔中，吹气孔的孔径大小相等。
本发明实施例提供的基底吸附装置、光刻设备及吸附方法，其中基底吸附装置设置与吸附机构相对的整形机构，吸附机构通过吸盘上的吸气孔，吸附基底片，整形机构与吸盘配合对基底进行整平，使基底完全吸附在吸盘上，实现了对大翘曲量基底的整平及完全吸附，提高了基底曝光质量和良率，提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的基底吸附装置的剖面图；
图2为本发明实施例一提供的基底吸附装置中一种压板的底视图；
图3为本发明实施例一提供的基底吸附装置中另一种压板的底视图；
图4为本发明实施例一提供的基底吸附装置中又一种压板的底视图；
图5为本发明实施例一提供的基底吸附装置中再一种压板的底视图；
图6为本发明实施例一提供的基底吸附装置中再一种压板的底视图；
图7为本发明实施例二提供的基底吸附装置的吸附方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
本实施例提供了一种基底吸附装置，图1为本发明实施例一提供的基底吸附装置的剖面图，参考图1，该基底吸附装置包括吸附机构10，以及与吸附机构10相对设置的整形机构，吸附机构10和整形机构之间形成基底容纳空间；
吸附机构10包括吸盘11，吸盘11表面上分布有多个吸气孔，吸盘11用于从第一侧吸附基底容纳空间内的基底；
整形机构用于从与第一侧相对的第二侧对基底容纳空间内的基底作用，以与吸盘11配合对基底容纳空间内的基底进行整平。
示例性的，在本实施例中基底可以为硅片，其中第一侧为硅片上靠近吸盘的一侧，第二侧为硅片上靠近整形机构的一侧，该基底吸附装置的工作过程如下：
在将硅片转移到吸附机构10上后，吸附机构10开始抽真空，通过吸盘11表面上的吸气孔，硅片第一侧与吸盘11之间形成真空，从而将硅片初步吸附在吸盘11上；整形机构从第二侧对基底容纳空间内的硅片作用，与吸盘11配合，将吸盘11上的硅片整平，使硅片完全吸附在吸盘11上。
本发明实施例提供的基底吸附装置设置与吸附机构相对的整形机构，吸附机构通过吸盘上的吸气孔，吸附基底片，整形机构与吸盘配合对基底进行整平，使基底完全吸附在吸盘上，实现了对大翘曲量基底的整平，同时，基底被完全吸附在吸盘上，吸附可靠性高，提高了基底曝光质量和良率，此外，降低了出现据片现象的概率，提高了生产效率。
可选的，继续参考图1，整形机构包括压板21，压板21的工作面包括多个吹气孔。
其中，压板21的工作面为与吸附机构正对的平面。
具体的，在将硅片转移到吸附机构10上后，吸附机构10开始抽真空，将硅片初步吸附在吸盘11上；压板21通过吹气孔向硅片的第二侧吹正压气体，在硅片上方形成一层气膜，通过气膜的压力将翘曲硅片整平。翘曲硅片被整平后，被完全吸附在吸盘11上。在这一过程中，压板21与硅片不发生接触，而是通过气膜实现无接触式整平，避免影响对硅片的曝光面的质量。
可选的，压板21内还包括气道，气道的出气端与多个吹气孔连通。气道设有进气孔，正压气体通过进气孔进入压板21内，并从工作面的吹气孔吹出，在硅片上方形成一层气膜，通过气膜的压力将翘曲硅片整平。此外，继续参考图1，压板21内还设有密封件22，用于对压板21的制造缝隙和其他出气孔进行密封。
可选的，多个吹气孔在压板21的工作面上呈多列排列，且每列吹气孔的连线均经过工作面的中心。
图2为本发明实施例一提供的基底吸附装置中一种压板的底视图，可选的，如图2所示，压板21的工作面为圆形，每列吹气孔的连线为经过圆心的一条直径。具体的，工作面的形状可以根据基底的形状来设计，示例性的，在本实施例中，基底为圆形硅片，因此，压板21的工作面也为圆形，每列吹气孔的连线为经过圆心的一条直径。需要说明的是，上述吹气孔也可以沿以工作面圆心为圆心的同心圆排列，同样能够实现翘曲基底的整平，使基底完全吸附在吸盘11上。
可选的，每列吹气孔中，吹气孔的孔径相同，如图2所示；或者按照预设规律变化。
图3为本发明实施例一提供的基底吸附装置中另一种压板的底视图，图4为本发明实施例一提供的基底吸附装置中又一种压板的底视图，图5为本发明实施例一提供的基底吸附装置中再一种压板的底视图，图6为本发明实施例一提供的基底吸附装置中再一种压板的底视图。可选的，如图3所示，每列吹气孔中，吹气孔的孔径随着距离工作面的中心的远近逐渐增大；如图4所示，每列吹气孔中，随着距离工作面的中心的远近逐渐变小；如图5所示，每列吹气孔中，随着距离工作面的中心的远近先增大后变小；如图6所示，每列吹气孔中，随着距离工作面的中心的远近先变小后增大。在上述实施例中，每列吹气孔中相邻两个吹气孔的距离优选为相等。
可选的，继续参考图1，整形机构设置在吸附机构10正上方，整形机构还包括：
气缸30，气缸30的一端与压板21连接，用于推动压板21在竖直方向上移动，另一端安装在基底吸附装置的框架40上。具体的，在工作过程中，硅片被初步吸附在吸盘11上后，气缸30推动压板21向下移动至工作位置，该工作位置为压板21的工作面即将与硅片接触的位置，压板21通入正压气体，并通过吹气孔向硅片的第二侧吹正压气体，在硅片上方形成一层气膜，通过气膜的压力将翘曲硅片整平。翘曲硅片被整平后，被完全吸附在吸盘11上；在硅片整平，且被完全吸附在吸盘11上后，压板21停止通入正压气体，气缸30推动压板21上升至空闲位置。
可选的，继续参考图1，吸盘11内形成有空腔，多个吸气孔均与空腔连通。吸附机构10还包括吸附底座12，吸盘11设置于吸附底座12上，吸附底座12内设有多个支管道和一个总管道，多个支管道均与吸盘内的空腔连通，总管道与多个支管道连通。具体的，总管道的一端设有抽气孔，通过抽气口对总管道、多个支管道及吸盘11内的空腔抽真空，使吸附机构10内部达到一定的真空度，从而可以通过吸盘11表面的吸气孔吸附基底。
综上所述，本发明实施例提供的基底吸附装置的工作过程如下：
在将硅片转移到吸附机构10上后，吸附机构10通过抽气口对总管道、多个支管道及吸盘11内的空腔抽真空，使吸附机构内部达到一定的真空度，通过吸盘11表面上的吸气孔，硅片第一侧与吸盘11之间形成真空，从而将硅片初步吸附在吸盘11上；气缸30推动压板21向下移动至工作位置，该工作位置为压板21的工作面即将与硅片接触的位置，压板21通过进气孔通入正压气体，并通过吹气孔向硅片的第二侧吹正压气体，在硅片上方形成一层气膜，通过气膜的压力将翘曲硅片整平，翘曲硅片被整平后，被完全吸附在吸盘11上；在硅片整平，且被完全吸附在吸盘11上后，压板21停止通入正压气体，气缸30推动压板21上升至空闲位置。
实施例二
本实施例提供了一种光刻设备，该光刻设备包括实施例一中的基底吸附装置，参考图1，该基底吸附装置包括吸附机构10，以及与吸附机构10相对设置的整形机构，吸附机构10和整形机构之间形成基底容纳空间；
吸附机构10包括吸盘11，吸盘11表面上分布有多个吸气孔，吸盘11用于从第一侧吸附基底容纳空间内的基底；
整形机构用于从与第一侧相对的第二侧对基底容纳空间内的基底作用，以与吸盘11配合对基底容纳空间内的基底进行整平。
本发明实施例提供的光刻设备，设置与吸附机构相对的整形机构，吸附机构通过吸盘上的吸气孔，吸附基底片，整形机构与吸盘配合对基底进行整平，使基底完全吸附在吸盘上，实现了对大翘曲量基底的整平，提高光刻设备对翘曲硅片的适应性，扩大光刻设备的使用范围；同时，基底被完全吸附在吸盘上，吸附可靠性高，提高了基底曝光质量和良率，降低了出现据片现象的概率，提高了生产效率。
实施例三
本实施例提供了一种基底吸附装置的吸附方法，其中，参考图1，基底吸附装置包括吸附机构10，以及与吸附机构相对设置的和整形机构，图7为该吸附方法的流程图，如图7所示，该吸附方法包括：
S11：吸附机构通过吸盘上的吸气孔，从基底的第一侧吸附基底片。
具体的，在将基底转移到吸附机构10上后，吸附机构开始抽真空，通过吸盘11表面上的吸气孔，硅片第一侧与吸盘11之间形成真空，从而将基底初步吸附在吸盘11上。示例性的，在本实施例中，选取有限元仿真条件如下：基底为12英寸(直径为300mm)的硅片，硅片的最大翘曲量为10mm，即硅片上翘曲最高点到最低点的垂直距离为10mm，吸气孔的孔径为1mm，吸气孔的吸附真空度为-0.5bar，真空流量为70L/min。
S12：将整形机构从与第一侧相对的第二侧对基底作用，以与吸盘配合对基底进行整平。
整形机构从第二侧对基底容纳空间内的硅片作用，与吸盘11配合，将吸盘11上的硅片整平，使硅片完全吸附在吸盘11上。
本发明实施例提供的基底吸附装置的吸附方法，吸附机构通过吸盘上的吸气孔，吸附基底片，整形机构与吸盘配合对基底进行整平，使基底完全吸附在吸盘上，实现了对大翘曲量基底的整平，同时，基底被完全吸附在吸盘上，吸附可靠性高，提高了基底曝光质量和良率，此外，降低了出现据片现象的概率，提高了生产效率。
可选的，继续参考图1，整形机构包括压板21，压板21的工作面包括多个吹气孔，整形机构与吸盘11配合对基底进行整平，包括：
吸附机构通过吸盘上的吸气孔，从基底的第一侧吸附基底片；
整形机构的压板通过工作面的吹气孔从第二侧向基底吹正压气体，将基底整平，并被吸盘完全吸附。
具体的，在将硅片转移到吸附机构10上后，吸附机构开始抽真空，将硅片初步吸附在吸盘11上；压板21通过吹气孔向硅片的第二侧吹正压气体，在硅片上方形成一层气膜，通过气膜的压力将翘曲硅片整平。翘曲硅片被整平后，被完全吸附在吸盘11上。在这一过程中，压板21与硅片不发生接触，而是通过气膜实现无接触式整平，避免影响硅片的曝光面的质量。示例性的，选取有限元仿真条件如下：基底为12英寸(直径为300mm)的硅片，硅片的最大翘曲量为10mm，吸气孔的孔径为1mm，吸气孔的吸附真空度为-0.5bar，真空流量为70L/min，吹气孔吹出气体的正压强为5bar，流量为80L/min。
经过有限元分析计算，最大翘曲量为10mm时，在硅片最大翘曲处加载大约10N左右的压力，硅片便可被吸盘11完全吸附住。而此压力由压板21吹气孔吹出的正压气体提供，根据压力计算公式：
其中，F为吹气孔处的压力，d为吹气孔的孔径，P为吹气孔吹出气体的正压强，计算得出吹气孔的孔径d为1.6mm时，可将硅片上最大翘曲量10mm处整平，被吸盘完全吸附住。
可选的，参考图2、图3、图4、图5及图6，多个吹气孔在压板的工作面上呈多列排列，且每列吹气孔的连线均经过工作面的中心。示例性的，在本实施例中压板21的工作面为圆形，每列吹气孔的连线为经过圆心的一条直径，优选的，每列吹气孔中相邻两个吹气孔的距离优选为相等。
每列吹气孔中，吹气孔的孔径相同或者按照预设规律变化，根据基底的翘曲形状，选择具有对应的吹气孔分布的压板。
可选的，若基底程不规则翘曲，则选择的压板21每列吹气孔中，吹气孔的孔径大小相等，如图2所示，吹气孔的孔径大于或等于1.6mm；
若基底外缘翘曲中间平整，由于在吹气孔吹出气体的正压强一定的情况下，吹气孔处的压力与吹气孔的孔径成正相关，则选择的压板21每列吹气孔中，吹气孔的孔径随着距离工作面的中心的远近逐渐增大，如图3所示。其中，吹气孔的最大孔径大于或等于1.6mm；
若基底外缘平整中间翘曲，同理，则选择的压板21每列吹气孔中，吹气孔的孔径随着距离工作面的中心的远近逐渐变小，如图4所示。其中，吹气孔的最大孔径大于或等于1.6mm；
若基底外缘和中间平整，外缘和中间之间的部分翘曲，同理，则选择的压板21每列吹气孔中，吹气孔的孔径随着距离工作面的中心的远近先增大后变小，如图5所示。其中，吹气孔的最大孔径大于或等于1.6mm；
若基底外缘和中间翘曲，外缘和中间之间的部分平整，同理，则选择的压板21每列吹气孔中，吹气孔的孔径随着距离工作面的中心的远近先变小后增大，如图6所示。其中，吹气孔的最大孔径大于或等于1.6mm。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (15)

1.一种基底吸附装置，其特征在于，包括：
吸附机构，以及与所述吸附机构相对设置的整形机构，所述吸附机构和所述整形机构之间形成基底容纳空间；
所述吸附机构包括吸盘，所述吸盘表面上分布有多个吸气孔，所述吸盘用于从第一侧吸附所述基底容纳空间内的基底；
所述整形机构用于从与所述第一侧相对的第二侧对所述基底容纳空间内的基底作用，以与所述吸盘配合对所述基底容纳空间内的基底进行整平。
2.根据权利要求1所述的基底吸附装置，其特征在于，所述整形机构包括压板，所述压板的工作面包括多个吹气孔。
3.根据权利要求2所述的基底吸附装置，其特征在于，所述压板内还包括气道，所述气道的出气端与所述多个吹气孔连通。
4.根据权利要求2所述的基底吸附装置，其特征在于，所述多个吹气孔在所述压板的工作面上呈多列排列，且每列吹气孔的连线均经过所述工作面的中心。
5.根据权利要求4所述的基底吸附装置，其特征在于，每列吹气孔中，所述吹气孔的孔径相同或者按照预设规律变化。
6.根据权利要求5所述的基底吸附装置，其特征在于，所述每列吹气孔中，所述吹气孔的孔径随着距离所述工作面的中心的远近逐渐增大、随着距离所述工作面的中心的远近逐渐变小、随着距离所述工作面的中心的远近先增大后变小或者随着距离所述工作面的中心的远近先变小后增大。
7.根据权利要求4所述的基底吸附装置，其特征在于，所述压板的工作面为圆形，所述每列吹气孔的连线为经过圆心的一条直径。
8.根据权利要求2所述的基底吸附装置，其特征在于，所述整形机构设置在所述吸附机构正上方，所述整形机构还包括：
气缸，所述气缸的一端与所述压板连接，用于推动所述压板在竖直方向上移动。
9.根据权利要求1所述的基底吸附装置，其特征在于，所述吸盘内形成有空腔，所述多个吸气孔均与所述空腔连通。
10.根据权利要求9所述的基底吸附装置，其特征在于，所述吸附机构还包括吸附底座，所述吸盘设置于所述吸附底座上，所述吸附底座内设有多个支管道和一个总管道，所述多个支管道均与所述吸盘内的空腔连通，所述总管道与所述多个支管道连通。
11.一种光刻设备，其特征在于，包括权利要求1-10任一所述的基底吸附装置。
12.一种基底吸附装置的吸附方法，其特征在于，所述基底吸附装置包括吸附机构，以及与所述吸附机构相对设置的和整形机构，所述方法包括：
吸附机构通过吸盘上的吸气孔，从基底的第一侧吸附基底片；
将整形机构从与所述第一侧相对的第二侧对所述基底作用，以与所述吸盘配合对所述基底进行整平。
13.根据权利要求12所述的基底吸附装置的吸附方法，其特征在于，所述整形机构包括压板，所述压板的工作面包括多个吹气孔，所述整形机构与所述吸盘配合对所述基底进行整平，包括：
吸附机构通过吸盘上的吸气孔，从基底的第一侧吸附基底片；
整形机构的压板通过工作面的吹气孔从所述第二侧向基底吹正压气体，将基底整平，并被吸盘完全吸附。
14.根据权利要求13所述的基底吸附装置的吸附方法，其特征在于，所述多个吹气孔在所述压板的工作面上呈多列排列，且每列吹气孔的连线均经过所述工作面的中心；每列吹气孔中，所述吹气孔的孔径相同或者按照预设规律变化，根据所述基底的翘曲形状，选择具有对应的吹气孔分布的压板。
15.根据权利要求14所述的基底吸附装置的吸附方法，其特征在于，
若所述基底外缘翘曲中间平整，则选择的压板每列吹气孔中，吹气孔的孔径随着距离所述工作面的中心的远近逐渐增大；
若所述基底外缘平整中间翘曲，则选择的压板每列吹气孔中，吹气孔的孔径随着距离所述工作面的中心的远近逐渐变小；
若所述基底外缘和中间平整，外缘和中间之间的部分翘曲，则选择的压板每列吹气孔中，吹气孔的孔径随着距离所述工作面的中心的远近先增大后变小；
若所述基底外缘和中间翘曲，外缘和中间之间的部分平整，则选择的压板每列吹气孔中，吹气孔的孔径随着距离所述工作面的中心的远近先变小后增大；
若所述基底程不规则翘曲，则选择的压板每列吹气孔中，吹气孔的孔径大小相等。
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