CN114815521A - 一种楔形误差补偿装置及其相应的补偿楔形误差的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对楔形误差进行补偿的装置，装置包括：主体单元，主体单元包括固定下部、浮动上部，且固定下部和浮动上部通过柔性单元连接，柔性单元允许浮动上部相对固定下部可RX旋转、RY旋转和Z平移；承载单元，浮动上部的表面设有承载晶圆平面，晶圆与掩膜版之间的位置设置有一组球形误差补偿结构，球形误差补偿结构可在Z向上产生预定范围内的运动，从而控制掩模版与晶圆之间的相对距离；楔形误差补偿单元，楔形误差补偿单元包括楔形块、作用于楔形块的上行动力装置和作用于主体单元的下拉动力装置，且下拉动力装置提供比上行动力装置更大的作用力，从而允许楔形块自锁。本发明还提供相应的减少楔形误差的方法，及其装置的用途。

Description

一种楔形误差补偿装置及其相应的补偿楔形误差的方法

技术领域

本发明属于半导体光刻机技术领域，具体涉及一种用于光刻过程中掩模板与晶圆之间进行楔形误差补偿的装置。

背景技术

掩膜版通常以吸附或者装夹的方式固定于UV光源之下，由于安装误差、掩膜版厚度公差等的存在，难以保证掩膜版的下表面(带图案侧)与晶圆(吸盘)相互平行。两者间的楔形误差将严重影响光刻的精度，因此，有必要在每次更换掩膜版之后，对两者间的楔形误差进行补偿。

基于以上，本申请提供了解决以上技术问题的技术方案。

发明内容

本发明的第一目的是获得一种对楔形误差进行补偿的装置。

本发明的第二目的是获得一种补偿楔形误差的方法。

本发明的第三目的是获得一种对楔形误差补偿装置的用途。

本发明的第一方面提供一种对楔形误差进行补偿的装置，所述装置包括：

-主体单元，所述主体单元包括固定下部、浮动上部，且所述固定下部和所述浮动上部通过柔性单元连接，所述柔性单元允许所述浮动上部相对所述固定下部可RX旋转、RY旋转和Z平移；

-承载单元，所述浮动上部的表面设有承载晶圆平面，所述晶圆与掩膜版之间的位置设置有一组球形误差补偿结构，所述球形误差补偿结构可在Z向上产生预定范围内的运动，从而控制所述掩模版与所述晶圆之间的相对距离；

-楔形误差补偿单元，所述楔形误差补偿单元包括楔形块、作用于所述楔形块的上行动力装置和作用于所述主体单元的下拉动力装置，且所述下拉动力装置提供比所述上行动力装置更大的作用力，从而允许所述楔形块自锁。

在本发明的一个优选实施方式中，所述主体单元的柔性单元包括在RX旋转轴、RY旋转轴和Z平移方向轴上分别具有活动度的一组或多组弹簧。

在本发明的一个优选实施方式中，所述主体单元的柔性单元设置为可带动所述承载单元，使得所承载的晶圆向上靠近所述球形误差补偿结构并推动所述球形误差补偿结构贴紧所述掩膜版。

在本发明的一个优选实施方式中，所述下拉动力装置设置为作用于所述主体单元的固定下部的中间位置。

在本发明的一个优选实施方式中，所述下拉动力装置设置为通过万向节作用于所述主体单元的固定下部。

在本发明的一个优选实施方式中，所述球形误差补偿结构为直径相同的精密小球；或者

所述球形误差补偿结构通过片状装置进行固定，且所述固定的位置允许在 Z向上产生预定范围内的运动。

本发明的第二方面提供一种补偿楔形误差的方法，适用于本发明所述对楔形误差进行补偿的装置，

所述浮动上部相对所述固定下部可RX旋转、RY旋转和Z平移；

所述球形误差补偿结构可在Z向上产生预定范围内的运动，从而控制所述掩模版与所述晶圆之间的相对距离；

且所述下拉动力装置提供比所述上行动力装置更大的作用力，从而允许所述楔形块自锁。

在本发明的一个优选实施方式中，所承载的晶圆向上靠近所述球形误差补偿结构并推动所述球形误差补偿结构贴紧所述掩膜版。

在本发明的一个优选实施方式中，所述下拉动力装置作用于所述主体单元的固定下部的中间位置。

本发明的第三方面提供本发明任一项的对楔形误差进行补偿的装置的用途，所述楔形误差由所述球形误差补偿结构的精度确定。

例如，所述球形误差补偿结构的偏差角不高于1微弧度左右。

本发明能够带来以下至少一种有益效果：

1、有效地减少复杂性，所述楔形补偿的精度由所述球形误差补偿结构的精度确定。

2、同时满足结构简单、稳定可靠和成本低廉的需求。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1示意性地示出了本发明的上述楔形误差进行补偿的装置；

图2示意性地示出了图1的楔形误差进行补偿的装置的楔形误差补偿方法；

图3从另一个角度示意性地示出了图1的楔形误差进行补偿的装置的楔形误差补偿方法。

附图标记说明：

掩膜版101，小球及其托架103，吸盘102，

浮动的上部201，固定的下部202，弹簧三个一组203

上顶汽缸301，下拉汽缸302，楔块303，拉紧块304，万向节305

具体实施方式

以下对本发明的各个方面进行进一步详述。

除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。

以下对术语进行说明。

所述X、Y、Z轴的含义对于本领域技术人员是已知的。

RX旋转是指围绕X轴进行旋转的旋转运动。

RY旋转是指沿着Y轴进行旋转的旋转运动。

Z平移是指沿着Z轴进行平移的平移运动。

除非另有明确的规定和限定，本发明中所述的“或”，包含了“和”的关系。所述“和”相当于布尔逻辑运算符“AND”，所述“或”相当于布尔逻辑运算符“OR”，而“AND”是“OR”的子集。

可以理解到，尽管术语“第一”、“第二”等等可以在此用来说明不同的元件，但是这些元件不应被这些术语限制。这些术语仅仅用来将一个元件与另一个元件区分开。因此，第一元件可以被称为第二元件，而不背离本发明构思的教导。

本发明中，术语“含有”、“包含”或“包括”表示各种成分可一起应用于本发明的混合物或组合物中。因此，术语“主要由...组成”和“由...组成”包含在术语“含有”、“包含”或“包括”中。

除非另有明确的规定和限定，本发明的术语“相连”、“连通”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是通过中介媒介间相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

例如，如果一个元件(或部件)被称为在另一个元件上、与另一个元件耦合或者与另一个元件连接，那么所述一个元件可以直接地在所述另一个元件上形成、与之耦合或者与之连接，或者在它们之间可以有一个或多个介于中间的元件。相反，如果在此使用表述“直接在......上”、“直接与......耦合”和“直接与......连接”，那么表示没有介于中间的元件。用来说明元件之间的关系的其他词语应该被类似地解释，例如“在......之间”和“直接在......之间”、“附着”和“直接附着”、“相邻”和“直接相邻”等等。

另外需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向。使用的词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。可以理解到，在此，这些术语用来描述如在附图中所示的一个元件、层或区域相对于另一个元件、层或区域的关系。除了在附图中描述的取向之外，这些术语应该也包含装置的其他取向。

本发明的其它方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。例如，在附图中的元件的厚度可以为了清楚性起见而被夸张。

实施例

目前的半导体光刻技术中，以下是几种常见的导致新问题的场景，以及为解决新问题而采用的对应解决措施的处理方案：

场景一：两种常见楔形误差补偿存在的问题，包括受力大小的限制和位移的限制

当生产微电子部件、微光部件和微机械部件时，借助掩模或者冲压机通过使用印花或者压印光刻将结构传递到基底。如果掩模的平面与基底的平面之间的角度改变，则这些结构将不再被均匀地压印在基底中。这种情况称为楔形误差。因此，楔形误差补偿基本确定压印的质量。

原则上，有两种楔形误差补偿，即，被动楔形误差补偿和主动楔形误差补偿。

在被动楔形误差补偿中，楔形误差补偿头部向着掩模或者冲压机与基底一起运动或者不与基底一起运动。楔形误差补偿头部通过其整个表面或者经由间隔物接触掩模。在楔形误差补偿头部的可运动部件或者基底已经接触掩模之后，通过施加制动件而锁定掩模和楔形误差补偿头部的可运动部件的相对位置。在掩模的平面与基底的平面或者楔形误差补偿头部的可运动部件的表面之间所形成的角度维持至少一个工艺周期。

与被动楔形误差补偿有关的问题在于，制动件通常仅能保持约100N的较小的力。为了克服被动楔形误差补偿的缺点，使用主动楔形误差补偿。

主动楔形误差补偿首先以与被动楔形误差补偿的方式相同的方式进行。不是将掩模相对于楔形误差补偿头部的可运动部件的相对位置锁定，而是使用测量探针来对相对位置进行基准测量。例如，楔形误差补偿头部的可运动部件被放置到三个线性致动器上，所述三个线性致动器例如以120°的方位角度间隔布置在基准平面中。借助测量探头并且通过施加线性致动器，能够主动地补偿楔形误差。如果压电元件用来作线性致动器，则典型地可以补偿长达80μm的位移。就此而论，控制位移是线性致动器可以使楔形误差补偿头部的可运动部件相对于楔形误差补偿头部的静止部件运动的最大可用距离。

尤其如果例如压电元件用来作线性致动器，则与该主动楔形误差补偿有关的问题是较小的控制位移。在紧凑的系统中，可用的构造空间是有限的。因此，压电元件不能为增大控制位移起见而为细长的。如果对于在系统中所使用的部件(诸如卡盘、适配器框架、掩模保持器、基底保持器等)的尺寸的公差补偿而言在很大程度上需要要最大可用控制位移，则会进一步减小能用于实际的压印冲程的控制位移。甚至可以出现以下情况，即，仅给实际的压印冲程留下几微米。

场景二：采用分别粗补偿和精细补偿的方法，对楔形误差进行分步补偿

为了解决上述问题，中国专利发明201180004313.9提供了一种用于扩大在压印或者印花冲程期间可用的线性致动器的行程或者控制位移的方法和装置。系统中使用的部件的公差和基底的公差事先例如通过使用楔形物被粗补偿，以便使得对于剩余的精细楔形误差补偿而言，仅线性致动器的控制位移的一小部分(例如10％)是必要的。从而，线性致动器的剩余的控制位移几乎可以完全用于处理基底的压印冲程。这样解决了位移限制的问题。

然而随着时代发现，IC制造过程中涉及多种半导体工艺，这些工艺需要用到不同的设备与方法，伴随着半导体工艺从微米级别发展到深亚微米、纳米级别，对IC制造过程的各个分系统的精准工作要求越来越高。对楔形误差的补偿也提出了新的要求。

场景三、采用反馈方法，进行楔形误差补偿

为了解决上述新问题，中国专利申请CN20201095648.3(中国专利公开号 CN112053940 A)公开了一种对晶圆键合中楔形误差进行补偿的装置和方法。在存在楔形误差时，上下两片晶圆并非平行接触而是一侧先接触，上下晶圆或只左部分或右部分接触，所以上下晶圆还需继续上升，此时上承载台的内框由下承载台带动继续上升，各个电容传感器测量其数值的变化，通过电容传感器记录浮动的上下承载台在对准调整过程中分别运动的位移，直至所有电容传感器全部出现有效读数，下承载台停止上升。根据各个电容传感器的数值，计算出上下晶圆的平行度偏差，计算得到下承载台需要调节的位置，并反馈至控制系统，然后通过升降及角度调节装置调节下承载台的角度，使得各个电容传感器的读数相同，完成对上下晶圆的平行度进行调整，使下晶圆与上晶圆平行示。最后升降及角度调节装置带动下承载台下降，完成楔形误差补偿的过程。

换言之，该技术方案通过带动电容传感器测量并计算上下晶圆的平行度，并反馈到控制系统由升降及角度调节装置进行角度调整，从而对上下晶圆之间的不平行进行补偿。

但是上述场景的楔形误差补偿方式均需要较高的成本，而在实际生产中，更需要简单、可靠、低成本的解决方案。基于此目的，发明人经过了广泛和深入的试验，发现所述楔形误差可以通过较为可靠的方式进行补偿，且楔形误差补偿的精度标准可以根据需要控制。

本发明与常规工艺相比，结构简单，稳定可靠，成本低廉。

根据上述构思，本发明设计了一种对上述楔形误差进行补偿的装置。

所述装置包括主体单元，所述主体单元包括固定下部、浮动上部，且所述固定下部和所述浮动上部通过柔性单元连接，所述柔性单元允许所述浮动上部相对所述固定下部可RX旋转、RY旋转和Z平移。

应当理解，所述柔性单元的自由度是为了使得整个系统可以找平，从而可以对准。

优选地，所述主体单元的柔性单元包括在RX旋转轴、RY旋转轴和Z平移方向轴上分别具有活动度的一组或多组弹簧。

优选地，所述主体单元的柔性单元设置为可带动所述承载单元，使得所承载的晶圆向上靠近所述球形误差补偿结构并推动所述球形误差补偿结构贴紧所述掩膜版。

对楔形误差进行补偿的装置还包括承载单元，所述浮动上部的表面设有承载晶圆平面，所述晶圆与掩膜版之间的位置设置有一组球形误差补偿结构，所述球形误差补偿结构可在Z向上产生预定范围内的运动，从而控制所述掩模版与所述晶圆之间的相对距离。

对楔形误差进行补偿的装置还包括楔形误差补偿单元，所述楔形误差补偿单元包括楔形块、作用于所述楔形块的上行动力装置和作用于所述主体单元的下拉动力装置，且所述下拉动力装置提供比所述上行动力装置更大的作用力，从而允许所述楔形块自锁。

优选地，所述下拉动力装置设置为作用于所述主体单元的固定下部的中间位置。

优选地，所述下拉动力装置设置为通过万向节作用于所述主体单元的固定下部。

优选地，所述球形误差补偿结构为直径相同的精密小球。

优选地，所述球形误差补偿结构通过片状装置进行固定，且所述固定的位置允许在Z向上产生预定范围内的运动。

更具体地，如图1所示，图1示意性地示出了本发明的上述楔形误差进行补偿的装置的一个实施方式，包括：

主体单元，所述主体单元包括固定下部202、浮动上部201，且所述固定下部202和所述浮动上部101通过柔性单元203(弹簧装置)连接，所述柔性单元203允许所述浮动上部201相对所述固定下部202可RX旋转、RY旋转和Z平移。

还包括承载单元，所述浮动上部201的表面设有承载晶圆的平面102(吸盘)，所述晶圆与掩膜版101之间的位置设置有一组球形误差补偿结构103(小球及其托架)，所述球形误差补偿结构103可在Z向上产生预定范围内的运动，从而控制所述掩模版101与所述晶圆之间的相对距离。

还包括楔形误差补偿单元，所述楔形误差补偿单元包括楔形块303、作用于所述楔形块303的上行动力装置301(上顶汽缸)和作用于所述主体单元的下拉动力装置302(下拉汽缸)，且所述下拉动力装置302提供比所述上行动力装置301更大的作用力，从而允许所述楔形块303自锁。

图2示意性地示出了图1的楔形误差进行补偿的装置的楔形误差补偿方法。

所述下拉动力装置302(下拉汽缸)提供比所述上行动力装置301(上顶汽缸)更大的作用力，从而允许所述楔形块303自锁。

拉紧时，施力于所述拉紧块304，拉紧块304设置在下拉动力装置302(下拉汽缸)的上方，通过万向节305与所述下拉动力装置302(下拉汽缸)连接。

图3从另一个角度示意性地示出了图1的楔形误差进行补偿的装置的楔形误差补偿方法。

在使用时，按照如下方法对楔形误差进行补偿：

保持掩膜版101固定不动，在掩膜版101的下方施加一组直径相同的精密小球103控制两者间的相对距离，小球103通过薄片固定，位置允许上下产生一定摆动。柔性的楔形误差补偿装置带动晶圆(吸盘102)向上靠近小球并推动小球贴紧掩膜版。装置主体由固定的下部202和浮动的上部201及弹簧203 组成，弹簧203(柔性铰)提供允许上部201相对下部202有RX，RY旋转和 Z平移的柔性。贴紧后，晶圆(吸盘102)上表面将调整至与掩膜版101下表面平行。

此时，通过一组气缸301(动力装置)推动楔块303向上顶紧上部，而后通过中间气缸302向下拉紧上部，这样装置不再具备柔性，而是在两组气缸的共同作用下保持现有的形状。中间下拉气缸302需要提供相比周边上顶气缸301 更大的力，且由于楔块的自锁原理，在锁紧后的装置向下运动，离开掩膜版101 及小球103时，楔块303的位置也不会发生变化。中间气缸302通过万向节305 向下拉紧上部，可以提供更好的受力状态。

楔形误差补偿机构是实现对准功能的一个关键，它实现了基片表面与掩模电路图形表面形成一个共面，而后在z向驱动系统的作用下将基片表面与掩模电路图形表面按设置的分离量进行分离，使基片表面和掩模电路图形表面形成平行平面，提供给对准工作台进行对准操作。

掩模的平面与基底的平面未能对转的原因是多种多样的，但由于光刻机在工作过程中因受到温度场变化等环境因素的影响，硅片会产生一定的变形，因此对硅片变形进行误差补偿是必须的，故此楔形误差补偿在本领域具有重大的意义。

综上所述，所示的本发明的具体实施方式获得了如下效果：简单、可靠、低成本的解决方案。而且楔形误差补偿可以根据可控的方式进行调整，适用于多种场景。

基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/ 或功能性实施此设备及/或实践此方法。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种对楔形误差进行补偿的装置，其特征在于，所述装置包括：

-主体单元，所述主体单元包括固定下部、浮动上部，且所述固定下部和所述浮动上部通过柔性单元连接，所述柔性单元允许所述浮动上部相对所述固定下部可RX旋转、RY旋转和Z平移；

-承载单元，所述浮动上部的表面设有承载晶圆平面，所述晶圆与掩膜版之间的位置设置有一组球形误差补偿结构，所述球形误差补偿结构可在Z向上产生预定范围内的运动，从而控制所述掩模版与所述晶圆之间的相对距离；

-楔形误差补偿单元，所述楔形误差补偿单元包括楔形块、作用于所述楔形块的上行动力装置和作用于所述主体单元的下拉动力装置，且所述下拉动力装置提供比所述上行动力装置更大的作用力，从而允许所述楔形块自锁。

2.如权利要求1所述的对楔形误差进行补偿的装置，其特征在于，所述主体单元的柔性单元包括在RX旋转轴、RY旋转轴和Z平移方向轴上分别具有活动度的一组或多组弹簧。

3.如权利要求1所述的对楔形误差进行补偿的装置，其特征在于，所述主体单元的柔性单元设置为可带动所述承载单元，使得所承载的晶圆向上靠近所述球形误差补偿结构并推动所述球形误差补偿结构贴紧所述掩膜版。

4.如权利要求1所述的对楔形误差进行补偿的装置，其特征在于，所述下拉动力装置设置为作用于所述主体单元的固定下部的中间位置。

5.如权利要求1-4任一项所述的对楔形误差进行补偿的装置，其特征在于，所述下拉动力装置设置为通过万向节作用于所述主体单元的固定下部。

6.如权利要求1-4任一项所述的对楔形误差进行补偿的装置，其特征在于，

所述球形误差补偿结构为直径相同的精密小球；或者

所述球形误差补偿结构通过片状装置进行固定，且所述固定的位置允许在Z向上产生预定范围内的运动。

7.一种补偿楔形误差的方法，其特征在于，适用于如权利要求1-6任意一项所述的对楔形误差进行补偿的装置，

所述浮动上部相对所述固定下部可RX旋转、RY旋转和Z平移；

所述球形误差补偿结构可在Z向上产生预定范围内的运动，从而控制所述掩模版与所述晶圆之间的相对距离；

且所述下拉动力装置提供比所述上行动力装置更大的作用力，从而允许所述楔形块自锁。

8.如权利要求7所述的补偿楔形误差的方法，其特征在于，所承载的晶圆向上靠近所述球形误差补偿结构并推动所述球形误差补偿结构贴紧所述掩膜版。

9.如权利要求7所述的补偿楔形误差的方法，其特征在于，所述下拉动力装置作用于所述主体单元的固定下部的中间位置。

10.如权利要求1-6任一项的对楔形误差进行补偿的装置的用途，其特征在于，所述楔形误差由所述球形误差补偿结构的精度确定。

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