TWI655701B - 用於防止在基板的邊緣區處被支撐的基板的變形之方法及設備 - Google Patents

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Abstract

本發明之方法及設備用於防止在一基板(例如，晶圓)的邊緣區或周邊處被一支撐件或固定座支撐的基板的變形，及避免基板之主動區損傷及/或污染。特別是，基板係在其周邊或邊緣處被機械式支撐，亦即，僅在基板之非主動區；另一非機械式延伸之支撐件係藉由一氣緩衝設置於主動區中。氣緩衝藉由一可控制之噴嘴或沖洗裝置產生，用於基板之朝下撓曲的獨特且控制式補償。

Description

用於防止在基板的邊緣區處被支撐的基板的變形之方法及設備
本發明關於一種用於防止在一基板(例如，晶圓)的邊緣區或周邊處被一支撐件或固定座支撐的基板的變形之方法及設備。文後，支撐件及固定座等詞係做同義詞使用。基板可以有任意適當形狀，例如，圓形、長方形、橢圓形、正方形等。
在微影蝕刻的情況中，待曝露之基板或晶圓(例如，半導體晶圓)大致配置於一平坦狀支撐件(例如，平坦狀固定座)上及使用真空吸力固定。許多吸孔基本上均勻分布在平坦狀固定座表面上，使得基板或晶圓整個表面接觸到支撐件或固定座的整個面對表面。
當藉由吸力固定於整個支撐件表面時，在主動表面或區域(例如，背側)範圍內已備有感應結構或尚未預先處理之基板可能受到該主動區中之雜質粒子損傷或污染；同 樣地，塗布於基板或晶圓之背側上的漆料也可能被損傷或污染。
為了克服這項問題及避免基板之主動區損傷或污染，以往曾提出僅在基板的周緣處支撐；在利用面向基板非主動周邊區的固定座周邊區中的吸孔的周邊或邊緣吸附情形中，基板之內區(或主動區)與面向基板的支撐表面之內部件之間有一間隙。惟，在此情況下，基板或晶圓即因重力並依其厚度、直徑及勁度而撓曲或朝下彎曲。若基板應定位在接近遮罩極小距離處，則此撓曲或朝下彎曲也可能因基板與遮罩之間建立的氣緩衝而發生。在微影蝕刻情況中，此朝下彎曲造成不當的低結構性解析度及不均，因為光罩與基板之間的距離會在被處理區上變化。
在主動區中配置支撐銷的使用方式並無法避免基板之二次彎曲及更有甚者，其仍需要基板主動區無益的機械式接觸，儘管接觸面積較小。
本發明之一目的在提供一種防止在一基板(例如，晶圓)的邊緣區或周邊處被一支撐件或固定座支撐的基板的變形，及避免基板之主動區損傷及/或污染之方法及設備。此目的係由申請專利範圍之特徵達成。
本發明之解決方式係基於在周邊或邊緣部件處以機械式支撐的大致概念，特別是僅在基板之非主動區，以及在主動區藉由氣緩衝提供另一非機械式延伸支撐。在一例子 中，氣緩衝係藉由可控制之噴嘴或沖洗裝置以動態方式產生，其配置於基板中央下方，對基板之朝下彎曲做獨特及控制式補償。尤其，氣緩衝之氣體沿放射方向朝外流至接近於基板周側之排放口。氣緩衝之此動態產生方式造成靠近基板周側之支撐力減小，因而維持基板邊緣與固定座邊緣部件之間有足夠接觸力。噴嘴可依據製程條件而供給不同氣體介質。
根據本發明，基板之撓曲可在控制情況下做無接觸式補償；再者，遮罩與待曝光基板之間的平行度可以調整。基板背側之顆粒污染物可以藉由使用適當氣體介質(較佳為乾淨氣體)避免，因為在基板背側與固定座之間的主動區中並無機械式接觸。再者，氣緩衝減輕了顆粒污染物對生成產物及製程品質之衝擊，因為任意不可避免之顆粒會因為少了機械式支撐而無法產生任何向上彎拱。
本發明進一步提供基板之一朝上凸彎或撓曲；此控制式凸彎特別有關於微影蝕刻製程，其要求遮罩與基板之間的極接近距離，以避免含入空氣及支援空氣排放。
基板撓曲之補償可以基於基板之性質，藉由不同性質之可交換式噴嘴及/或可控制式噴嘴調整，以控制氣緩衝之大小及形狀。
本發明進一步舉例說明如下：基板或晶圓之(圓形)直徑或(正方形)邊長例如可以高達1000毫米，例如50毫米至400毫米。
基板或晶圓之厚度例如可以高達10毫米或更高，例 如50微米至1000微米。
基板或晶圓之類型可以選擇適用於微影蝕刻製程之任意材料，例如，矽、玻璃、砷化鎵、金屬、合金、或塑膠；惟，如果在周邊部件支撐的基板的撓曲應加以避免，或如果應產生特定撓曲-而不論後續施加於基板之製程時，本發明也可以使用其他材料。
如上所述，任意適當之氣體介質皆可用於產生氣緩衝，例如，氮氣、加壓空氣、或乾淨或貴重氣體。
噴嘴末端與基板目標位置之間的距離取決於基板之預期撓曲及例如可以是10微米至1000微米。
噴嘴孔之直徑例如可以是0.1毫米至5毫米，較佳為500微米至1500微米。
1‧‧‧支撐件
2‧‧‧邊緣部件
3‧‧‧內部件
4‧‧‧孔口
5‧‧‧間隙
6‧‧‧基板
7‧‧‧邊緣區
8‧‧‧內區
9‧‧‧氣緩衝
10‧‧‧噴嘴
11‧‧‧開口
12‧‧‧過剩氣體
d‧‧‧深度
F‧‧‧向上施力
M‧‧‧光罩
V‧‧‧真空源
本發明之實施例將參考附圖做進一步說明：圖1(a)係根據本發明之支撐件或固定座與基板或晶圓之概略截面圖；圖1(b)概略揭示由動態氣緩衝產生並且在圖1(a)之系統中作用於基板上之向上施力；圖2揭示依據針對不同晶圓厚度之氣流時晶圓撓曲的測試結果；圖3揭示依據氣流時晶圓撓曲的測試結果；圖4揭示依據針對不同晶圓而通過噴嘴之氣流時基板相對於遮罩的撓曲情形；及 圖5揭示依據目標距離調整遮罩與晶圓之間的正確距離所需之時間；此外，圖中揭示到達最終(目標)距離所需之最小氣流。
圖1所示根據本發明之舉例設備包含一圓形支撐件或固定座1，其具有一軸線A。如上所述，固定座及晶圓之替代形狀也是可行的，例如，圓形、長方形、橢圓形、正方形等。對比於先前技術之固定座，本發明之固定座包含一極有限之支撐區，亦即，位於固定座周邊之邊緣部件2。該邊緣部件2在其面向基板6之曝露表面處設有連接於一真空源V(圖中未示)之孔口4，以利提供低壓於邊緣部件2之接觸表面與基板之邊緣區7之間的界面，供固定基板6於支撐件1。該周邊之邊緣區7圍繞基板6之內區8，使得面向固定座的內區8之表面未接觸到固定座1之內部件3，並提供一間隙5。該間隙5具有從內部件3之底部到面向固定座的基板6之表面測量得到之深度d(對應於邊緣部件2之高度)，該深度d例如等於大約10微米至數毫米，例如10微米至5毫米，視基板之直徑而定。
圖1揭示理想定位之平坦狀基板6，亦即，基板平行於固定座1及光罩M。由於基板6之重量、尺寸及勁度緣故，基板實際上可能彎折或朝下撓曲，使得在軸線A周圍的基板6之中央較低於接觸到支撐件1之邊緣部件的邊緣 區7。惟，本發明之設備藉由一產生於固定座1與基板6之間的間隙的中央處之氣緩衝9，以避免這類不必要的撓曲。該氣緩衝9可以由一噴嘴或沖洗裝置10提供，其配置成例如同軸向於固定座1並供給適當氣體(例如，氮氣N2)通過噴嘴10之開口，朝向基板6之底表面。
氣緩衝9之過剩氣體12可以經由配置於支撐件1中並且接近其邊緣部件2處之開口11排放到外側；此過剩氣體排放是必要的，以避免固定在固定座1之邊緣部件2處的基板過薄。如圖1(b)中所示，從噴嘴朝外呈放射狀之區域(亦即，噴嘴10與開口11之間)亦有助於基板6之支撐以及有助於基板6之下彎補償。特別是，作用於基板之向上施力F係隨著距噴嘴10之放射方向距離增加而減小。
通過噴嘴10之氣流依據基板之性質(例如，尺寸、厚度、重量、勁度、等等)、所想要的/需要的基板形狀、噴嘴10之維度(孔徑)、噴嘴10末端與基板6之間的距離、固定座1之間隙5之尺寸、及其他相關參數而控制。以箭頭N2概略揭示之氣流可以藉由一可調整式控制閥與一流量計之組合(圖中未示)及一控制氣壓(例如，2巴(bar))控制。
圖2揭示依據氣流(公升/分)時在基板中央處的撓曲測試結果。該基板具有直徑150毫米、厚度364微米及722微米(如圖2中之左表)及厚度364微米及725微米(如圖2中之右表)及噴嘴末端與基板之間的間隙200或 300微米。
當定位同軸向於固定座軸線A之噴嘴末端與連接固定座之邊緣部件2之接觸表面的理想水平線之間的垂直距離為200微米時，基板(厚度360微米)之初始朝下彎曲20微米可以輕易利用氮氣(N2)流400公升/時=6.7公升/分補償，如圖2中之左表所示。
圖3揭示氮氣流從0公升/分上升到16公升/分及下降到0公升/分期間控制晶圓撓曲的測試結果及對應圖，亦即，氮氣流16公升/分造成晶圓中央處撓曲大約25微米，基板6之外邊緣區7之標稱間隙d設定於50微米。
圖4揭示在不同氣流情況及兩不同距離設定值時之5枚相同厚度460微米之不同矽晶圓，該厚度即各別晶圓與遮罩之間的測量距離。在50微米目標距離之情況中，遮罩與晶圓之間測得之中心距離(參閱□)大約為5微米多(亦即，55至58微米)且氣流不超過2.5公升/分(亦即，距離50至53微米)，參閱「x」。在20微米目標距離之情況中，遮罩與晶圓之間測得之中心距離範圍在20微米與22微米之間(參閱o)。
圖5揭示依據該距離調整遮罩與晶圓(在此舉例情況中之厚度為460微米)之間的正確距離(目標距離)所需時間；亦即，由於晶圓與遮罩之間的空氣緩慢流出，在較短距離情況中，該所需時間較長。此外，圖5揭示針對一給定晶圓，遮罩與晶圓之間的較低目標距離需要較高氣流。在兩種情況中，遮罩與晶圓之間的實際距離是在晶圓 中央處測量。
上述設備具有圓形截面。根據本發明，固定座或支撐件之形狀可以不同並且可以依要求而有任意形狀，以符合基板或晶圓之形狀，亦即，支撐件可以是長方形、正方形、橢圓形等。
儘管本發明已在圖式及前文中揭示及詳細說明，諸此揭示及說明應視為解說或示範之意，而非限制。所以本發明並不限於揭露之實施例。習於此技者應該可以在審閱圖式、說明書、及申請專利範圍後瞭解揭露實施例之變化型式並實施之。在申請專利範圍中，「包含(comprising)」一字並未排除其他元件或步驟，及不定冠詞「一」並不排除多數。單一處理器或其他單元可以實施申請專利範圍中所述多項之功能。事實上相異申請專利範圍中揭述之某些措施並不表示這些措施組合使用時不具優勢。

Claims (12)

  1. 一種在支撐件(1)上支撐基板(6)之方法，該基板(6)具有內區(8)及圍繞於該內區(8)之邊緣區(7)，該支撐件(1)具有接觸於該基板(6)之該邊緣區(7)的邊緣部件(2)，及面向該基板(6)之該曝露內區(8)而無機械式接觸的內部件(3)，該方法產生氣緩衝(9)於該支撐件(1)之該內部件(3)與該基板(6)之間；其特徵在於該氣緩衝(9)被建立成使得該基板(6)的朝下彎曲可以受控方式受到無接觸的補償及/或該氣緩衝(9)可使該基板(6)朝上凸彎。
  2. 如申請專利範圍第1項之在支撐件(1)上支撐基板(6)之方法，其中該基板(6)之該邊緣區(7)與該支撐件(1)之該邊緣部件(2)之間的接觸係藉由真空吸力提供。
  3. 如申請專利範圍第1項之在支撐件(1)上支撐基板(6)之方法，其中該氣緩衝(9)係藉由供氣之噴嘴(10)或沖洗裝置產生。
  4. 如申請專利範圍第1項之在支撐件(1)上支撐基板(6)之方法，其中該氣緩衝(9)係配置成與該支撐件(1)及/或該基板(6)同軸向。
  5. 如申請專利範圍第1項之在支撐件(1)上支撐基板(6)之方法，其中來自該氣緩衝(9)之過剩氣體(12)係從該支撐件(1)通過開口(11)排放。
  6. 如申請專利範圍第1至5項任一項之在支撐件(1)上支撐基板(6)之方法，其中由氣體產生及作用在該基板之朝下表面上的向上施力是從該噴嘴處朝向該支撐件之該邊緣部件(2)減小，及用於補償該基板(6)之朝下撓曲。
  7. 一種執行申請專利範圍第1至6項任一項方法的設備，包含：(a)水平支撐件(1)，具有(a1)邊緣部件(2)，用於在基板(6)之邊緣區(7)支撐該基板，(a2)內部件(3)，係較低(距離d)於該邊緣部件(2)之上表面，及(b)裝置，產生氣緩衝(9)於該支撐件(1)之該內部件(3)與該基板(6)之該內區(8)之間。
  8. 如申請專利範圍第7項之設備，其中該氣緩衝產生裝置係配置成與該支撐件(1)及/或該基板(6)同軸向。
  9. 如申請專利範圍第7項之設備，其中該氣緩衝產生裝置包含噴嘴或沖洗裝置(10)。
  10. 如申請專利範圍第7項之設備，其中該支撐件(1)之該邊緣部件(2)包含連接於真空裝置(V)之孔口(4)，供該基板邊緣區(7)真空吸附於該支撐件(1)之該邊緣部件(2)。
  11. 如申請專利範圍第7至10項任一項之設備，包含配置於該固定座(1)中之開口(11)，用於排放來自該氣緩衝(9)之過剩氣體。
  12. 如申請專利範圍第11項之設備，其中用於排放氣體之該開口(11)係配置接近於該固定座(1)之該邊緣部件(2)。
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