CN110620067B - 调整吸盘吸力分布改善硅片翘曲的方法 - Google Patents

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Abstract

一种调整吸盘吸力分布改善硅片翘曲的方法，该方法包括：获取当前待曝光硅片的形貌图，得到硅片表面高度分布信息数据；根据硅片表面高度分布信息数据计算当前硅片局部翘曲度；根据计算出的当前硅片局部翘曲度计算硅片表面局部吸附载荷；根据计算出的硅片表面局部吸附载荷调整硅片表面吸点吸力大小。本发明提出的调整吸盘吸力分布改善硅片翘曲的方法，基于吸孔密集化分布且局部或单一吸孔独立可控的吸盘结构，根据计算出的硅片表面局部吸附载荷调整硅片表面吸点吸力大小可实现对不同形状和翘曲程度的硅片达到理想修正。

Description

调整吸盘吸力分布改善硅片翘曲的方法
技术领域
本发明涉及光刻设备领域，尤其涉及一种通过控制吸盘吸力以改善硅片翘曲度的方法。
背景技术
光刻设备是IC(集成电路板)或其它微型器件的制造中的关键装备。光刻设备将不同掩模图案依次曝光成像在涂覆有光刻胶的硅片上，实现光路图形从掩模到硅片上的转移。光刻的关键步骤之一是掩模和硅片间的精确对准。目前对准操作通常是通过在硅片上设置对准标记来实现的。
实际芯片生产流程中，硅片受众多非光刻工艺因素影响发生翘曲，如来自涂胶、烘焙、曝光、刻蚀等工艺的影响。翘曲后硅片的形状各异，典型的有碗状、伞状、马鞍状等。不同硅片的翘曲程度也不尽相同，翘曲度一般在几十到几百微米范围内。当硅片发生翘曲，硅片上用于对准的标记的实际位置与理论位置产生偏差，使硅片和掩模间精确对准的变得困难。因此，对准精度受到硅片翘曲程度的影响。较大的对准偏差使得套刻精度难以实现，从而影响到光刻的效果和器件的成品率。因此，改善硅片翘曲对精细对准有重要意义。
光刻过程中，硅片放置于硅片台的吸盘上，通过真空负压吸附作用，实现夹持工件的目的。同时，夹持作用也会在一定程度上改变硅片形状。因此可以利用夹持作用对翘曲硅片形状进行修正，关键问题是如何优化吸附力实现对硅片的最佳修正。目前，在现有光刻过程中，吸附力在整个硅片面上的分布是同一真空度，且随时间是固定不变的。而针对不同的翘曲形状和不同的翘曲度，通过恒定吸附作用无法对翘曲硅片达到理想修正效果。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明目的在于提供一种调整吸盘吸力分布改善硅片翘曲的方法，以解决在光刻过程中，因不同硅片的形状和翘曲程度各异，恒定吸力分布无法实现对翘曲硅片的最佳修正的问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明提供了一种调整吸盘吸力分布改善硅片翘曲的方法，该方法包括：
获取当前待曝光硅片的形貌图，得到硅片表面高度分布信息数据；
根据硅片表面高度分布信息数据计算当前硅片局部翘曲度；
根据计算出的当前硅片局部翘曲度计算硅片表面局部吸附载荷；以及
根据计算出的硅片表面局部吸附载荷调整硅片表面吸点吸力大小。
上述方法中，硅片表面高度分布信息数据是外部传感器通过检测当前待曝光硅片的表面形貌图得到的。
上述方法中，根据硅片表面高度分布信息数据计算当前硅片局部翘曲度，包括：
将在高度测量坐标系中采集的硅片表面高度分布信息数据h(x′，y′)转换到(X，Y，Z)坐标系中，(x，y)T＝R·(x′，y′)T，这里R为坐标变换矩阵，坐标变换矩阵由高度测量坐标系和(X，Y，Z)坐标系的相对位置决定；
计算出在当前坐标系下硅片表面距(XY)平面的高度z，也就是硅片的弯曲度数据w(x，y)，即z＝w(x，y)。
上述方法中，根据计算出的当前硅片局部翘曲度计算硅片表面局部吸附载荷，是采用以下公式实现：
Figure BDA0002213148630000021
上述方法中，E为硅片弹性模量，ν为硅片泊松比，t为硅片厚度
Figure BDA0002213148630000022
为4阶微分算子。
上述方法中，根据计算出的硅片表面局部吸附载荷调整硅片表面吸点吸力大小是基于吸孔密集化分布且局部或单一吸孔独立可控的吸盘实现的。
(三)有益效果
本发明提出的调整吸盘吸力分布改善硅片翘曲的方法，基于吸孔密集化分布且局部或单一吸孔独立可控的吸盘结构根据计算出的硅片表面局部吸附载荷调整调整对应位置的吸孔密集化分布且局部或单一吸孔独立可控的吸盘的吸孔中的吸力大小，进而实现对不同形状和翘曲程度的硅片的达到理想修正。
附图说明
图1是依照本发明实施例的调整吸盘吸力分布改善硅片翘曲的方法的流程图；
图2是依照本发明实施例的基于吸孔密集化分布且局部或单一吸孔独立可控的吸盘结构图，其中图(a)为吸附孔径向分布示意，图(b)为吸附孔径正交分布示意图；
图3为依照本发明实施例的硅片翘曲示意图；
图4为依照本发明实施例的硅片表面高度分布示意图；
图5为依照本发明实施例的硅片所需吸附载荷分布示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1为依照本发明实施例的调整吸盘吸力分布改善硅片翘曲的方法的流程图，该方法包括：
步骤一，获取当前待曝光硅片的形貌图，得到硅片表面高度分布信息数据；
其中，硅片表面高度分布信息数据(x′，y′)是外部传感器通过检测当前待曝光硅片的表面形貌图得到的，(x′，y′)为硅片在高度测量坐标系下的水平坐标。
步骤二，根据硅片表面高度分布信息数据计算当前硅片局部翘曲度；
将待曝光的硅片作为研究物体，总厚度为t，以研究物中面，即厚度一半处，作为参考平面，如图3所示。以参考平面为水平面(X，Y)，以向下为Z轴，建立坐标系(X，Y，Z)。将高度测量坐标系下采集的硅片表面高度分布信息数据h(x′，y′)转换到当前研究坐标系中，(x，y)T＝R·(x′，y′)T，这里R为坐标变换矩阵，坐标变换矩阵由高度测量坐标系和坐标系(X，Y，Z)的相对位置决定。最后根据h(x′，y′)计算出在当前坐标系下研究物表面距水平面的高度z，也就是硅片的弯曲度数据w(x，y)，即z＝w(x，y)。
步骤三，根据计算出的当前硅片局部翘曲度计算硅片表面局部吸附载荷；
考虑实际硅片翘曲通常在微米量级，远小于硅片直径，因此硅片翘曲近似为薄板平面弯曲问题，那么在(x，y)位置的局部载荷q(x，y)可通过弯曲度w(x，y)推导出：
Figure BDA0002213148630000041
其中，E为硅片弹性模量，ν为硅片泊松比，t为硅片厚度，
Figure BDA0002213148630000044
为4阶微分算子。
步骤四，根据计算出的硅片表面局部吸附载荷调整硅片表面吸点吸力大小。
例如，考虑12英寸硅片碗状翘曲，其表面高度h(x′，y′)为轴对称分布，如图4所示。且在极坐标系(r，θ)下，高度仅与r相关。r表示极径，θ表示极角，假设经过步骤二转换后，硅片翘曲度w(r)可表达为：
w＝-0.005r2ln r-0.005r2-0.3r6
在极坐标系中，弯曲度方程可表示为：
Figure BDA0002213148630000042
边界条件可考虑下表面最低点处于吸盘接触处为简支，硅片外边缘自由。将翘曲度w(r)带入弯曲度方程得到局部吸附载荷分布为：
Figure BDA0002213148630000043
将q(r)转化至笛卡尔坐标q(x，y)。按图5所示的硅片所需吸附载荷分布示意图调整吸盘上对应吸孔的吸力大小，具体的，对于硅片表面不同的位置根据步骤一到三计算出对应的硅片表面局部吸附载荷，硅片与吸孔密集化分布且局部或单一吸孔独立可控的吸盘结构接触，吸盘上有具有密集分布的吸孔。
对硅片表面的弯曲程度进行调整时，如对点(x，y)进行调整时，吸孔密集化分布且局部或单一吸孔独立可控的吸盘根据计算出的硅片表面(x，y)位置的局部吸附载荷调整与(x，y)位置接触的吸盘上的吸孔的吸力大小，使吸力等于局部吸附载荷的大小，进而实现对硅片的弯曲程度的调整，达到理想修正。
对于吸孔密集化分布且局部或单一吸孔独立可控的吸盘结构，吸孔可以是径向或正交分布，密集程度可根据实际需求设计，吸孔的孔间距一般不大于10mm。吸盘吸孔的控制方式有局部区域吸孔统一控制和单一吸孔独立控制两种方式，具体可根据需要设计本发明要求局部或单一吸孔的真空度可独立控制。单一吸孔控制方式根据上述计算载荷控制即可；局部区域吸孔统一控制方式可根据上述计算载荷在局部区域求平均的方式实现。如图2为本发明实施例的基于吸孔密集化分布且局部或单一吸孔独立可控的吸盘结构图，其中图(a)为吸附孔径向分布示意，图(b)为吸附孔径正交分布示意图。密集化局局部或单一吸孔独立可控吸孔分布结构可以实现对硅片局部区域的控制，为修正多变的翘曲形状提供可能。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种调整吸盘吸力分布改善硅片翘曲的方法，该方法包括：
获取当前待曝光硅片的形貌图，得到硅片表面高度分布信息数据；
根据硅片表面高度分布信息数据计算当前硅片局部翘曲度；
根据计算出的当前硅片局部翘曲度计算硅片表面局部吸附载荷；以及
根据计算出的硅片表面局部吸附载荷调整硅片表面吸点吸力大小；
所述根据计算出的硅片表面局部吸附载荷调整硅片表面吸点吸力大小是基于吸孔密集化分布且局部或单一吸孔独立可控的吸盘实现的；
根据计算出的硅片表面位置的局部吸附载荷调整与该位置接触的吸孔密集化分布且局部或单一吸孔独立可控的吸盘上的吸孔的吸力大小，使吸力大小等于局部吸附载荷的大小，进而实现对硅片的弯曲程度的调整；
将在高度测量坐标系中采集的硅片表面高度分布信息数据h(x',y')转换到(X,Y,Z)坐标系中，(x,y)T＝R·(x',y')T，这里R为坐标变换矩阵，坐标变换矩阵由高度测量坐标系和(X,Y,Z)坐标系的相对位置决定；
计算出在当前坐标系下硅片表面距(XY)平面的高度z，也就是硅片的弯曲度数据w(x,y)，即z＝w(x,y)；
所述根据计算出的当前硅片局部翘曲度计算硅片表面局部吸附载荷，是采用以下公式实现：
Figure FDA0003464862150000011
其中，E为硅片弹性模量，ν为硅片泊松比，t为硅片厚度，
Figure FDA0003464862150000012
为4阶微分算子。
2.根据权利要求1所述的调整吸盘吸力分布改善硅片翘曲的方法，其特征在于，所述硅片表面高度分布信息数据是外部传感器通过检测当前待曝光硅片的表面形貌图得到的。
3.根据权利要求1所述的调整吸盘吸力分布改善硅片翘曲的方法，其特征在于，所述硅片表面高度分布信息数据位于高度测量坐标系中。
4.根据权利要求1所述的调整吸盘吸力分布改善硅片翘曲的方法，其特征在于，所述(X,Y,Z)坐标系以待曝光的硅片中面，即硅片厚度的一半处为参考平面(X,Y)，Z轴垂直于参考平面为水平面(X,Y)向下。
5.根据权利要求1所述的调整吸盘吸力分布改善硅片翘曲的方法，其特征在于，所述吸孔密集化分布且局部或单一吸孔独立可控的吸盘，其局部或单一吸孔的真空度可独立控制。
6.根据权利要求1所述的调整吸盘吸力分布改善硅片翘曲的方法，其特征在于，所述吸孔密集化分布且局部或单一吸孔独立可控的吸盘，其吸孔为径向或正交分布，孔间距不大于10mm。
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