消除晶圆曝光失焦缺陷的吸盘及方法
【专利摘要】本发明提供了一种消除晶圆曝光失焦缺陷的吸盘及方法，该吸盘具有平坦的上表面，用于支撑晶圆；其包括：多个真空吸孔，密集分布于吸盘上表面，用于将晶圆的各个位置吸附在同一平面内；多个热电偶，密集分布于吸盘底部，并与真空吸孔相间设置，用于加热晶圆。本发明通过在吸盘底部设置高密度分布的热电偶，以及在吸盘上表面设置高密度分布的真空吸孔，再配合吸盘平坦的上表面，通过加热过程，使晶圆中的应力缓缓释放，并配合真空吸孔作用于晶圆上的真空吸力使晶圆紧贴在吸盘平坦的上表面，从而减小了晶圆翘曲变形缺陷，使晶圆表面平坦化，进一步消除了曝光过程中的失焦缺陷，提高了曝光质量和产品良率。
【专利说明】消除晶圆曝光失焦缺陷的吸盘及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体【技术领域】，特别涉及一种消除晶圆曝光失焦缺陷的吸盘及消除 晶圆曝光失焦缺陷的方法。
【背景技术】
[0002] 在半导体制造过程中，在经历了多道工艺制程之后，晶圆上会不可避免地积累大 量的应力，导致晶圆翘曲变形。如图1所示，为晶圆的测试高度差的示意图，图1中，深色表 示向上或向下翘曲，数字越大表示变形越大。晶圆翘曲变形，将会影响到曝光工艺的质量。 具体来说，曝光设备不能全部补偿对焦焦深，使得曝光失焦，如图2所示，图2为晶圆具有失 焦缺陷的曝光示意图，图2中，白色虚线框住的黑色区域表示失焦缺陷。曝光失焦将会导致 曝光图形倒塌，造成电路失效。
[0003] 在曝光工艺中，通常将晶圆放置于吸盘上，通过吸盘上的真空吸孔进行吸附固定， 然后再进行曝光过程。专利公布号为CN 103367217A的专利公开了一种硅片吸附装置及其 吸附方法，虽然此吸盘上具有真空吸孔可以对晶圆进行吸附，在晶圆未发生翘曲变形或者 翘曲变形较小的情况下可以满足固定晶圆和改善晶圆翘曲变形的要求，但是，对于翘曲变 形较为严重的情况，单纯的凭借提高真空度来增大施加于晶圆上的机械力，会由于力量过 大而导致晶圆的断裂，降低产品良率；在提高真空度有限制的条件下，不可能完全消除晶圆 翘曲变形缺陷，因此，曝光失焦的缺陷仍然会存在。
【发明内容】
[0004] 为了克服以上问题，本发明的目的是提供一种消除晶圆曝光失焦缺陷的吸盘及方 法，通过在吸盘底部设置高密度分布的热电偶，以及在吸盘上表面设置高密度分布的真空 吸孔，在热电偶的加热过程中，真空吸孔通过真空吸附将晶圆紧贴在吸盘上表面，从而消除 晶圆翘曲变形。
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0006] 本发明提供了一种消除晶圆曝光失焦缺陷的吸盘，其具有平坦的上表面，用于支 撑晶圆；其中，所述吸盘包括：
[0007] 多个真空吸孔，密集分布于所述吸盘上表面，用于将所述晶圆的各个位置吸附在 同一平面内；
[0008] 多个热电偶，密集分布于所述吸盘底部，并与所述真空吸孔相间设置，用于加热所 述晶圆。
[0009] 优选地，所述多个真空吸孔，密集分布于所述吸盘上表面，且在以所述吸盘的中心 为圆心的同心圆上；所述多个热电偶，密集分布于所述吸盘底部，且在以所述吸盘的中心为 圆心的同心圆上。
[0010] 优选地，所述真空吸孔之间的间距不大于1mm。
[0011] 优选地，所述热电偶之间的间距不大于l〇mm。
[0012] 优选地，所述吸盘的上表面的各个位置的高度差不大于100nm。
[0013] 为了实现上述目的，本发明还提供了一种消除晶圆曝光失焦缺陷的方法，包括依 次进行：将晶圆放置于吸盘上表面；对所述晶圆进行平坦化处理；对所述晶圆进行曝光工 艺；其中，对所述晶圆进行平坦化处理的方法包括：利用热电偶对所述晶圆进行加热，同 时，利用真空吸孔向所述晶圆施加真空吸力，从而完成所述晶圆的平坦化处理。
[0014] 优选地，所述晶圆的平坦化处理方法，具体包括：
[0015] 在相同的时间内，利用热电偶对所述晶圆进行升温加热，同时，通过真空吸孔逐步 增加对所述晶圆的真空吸力；
[0016] 在相同的时间内，利用所述热电偶对所述晶圆进行恒温加热，同时，通过所述真空 吸孔对所述晶圆施加恒定真空吸力；
[0017] 利用所述热电偶对所述晶圆进行降温过程，直至到室温；其中，所述热电偶对所述 晶圆的加热温度逐步降低；
[0018] 再通过所述真空吸孔逐步降低对所述晶圆的真空吸力，直至所述晶圆从所述吸盘 上释放开，从而完成所述晶圆的平坦化处理。
[0019] 优选地，所述恒温加热的温度为120?200°C，所述恒定真空吸力的80?90kpa， 所述恒温加热的时间为30?40s。
[0020] 优选地，所述的升温加热的时间为2?3s，所述真空吸力的增加速率为30? 40kpa/s〇
[0021] 优选地，所述降温过程的时间为2?3s，所述真空吸力的降低速率为30?40kpa/ So
[0022] 本发明的消除晶圆曝光失焦缺陷的吸盘及方法，在吸盘底部设置高密度分布的热 电偶，以及在吸盘上表面设置高密度分布的真空吸孔，再配合吸盘平坦的上表面，通过加热 过程，使晶圆中的应力缓缓释放，并配合真空吸孔的吸附所产生的作用力使晶圆紧贴在吸 盘平坦的上表面，从而减小并消除晶圆翘曲变形位置，使晶圆表面平坦化，消除了曝光过程 中的失焦缺陷，提高了曝光质量和产品良率。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为晶圆的测试高度差的示意图
[0024] 图2为晶圆具有失焦缺陷的曝光不意图
[0025] 图3为本发明的一个较佳实施例的吸盘的结构示意图
[0026] 图4为本发明的消除晶圆曝光失焦缺陷的方法的流程示意图
[0027] 图5为本发明的一个较佳实施例的晶圆平坦化处理的方法的流程示意图
[0028] 图6为本发明的一个较佳实施例的晶圆平坦化处理的过程中时间与温度的关系 示意图
[0029] 图7为本发明的平坦化处理后晶圆的测试高度差的示意图
【具体实施方式】
[0030] 为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一 步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也 涵盖在本发明的保护范围内。
[0031] 如前所述，由于晶圆的翘曲变形，会造成曝光过程中出现失焦缺陷，而现有的方 法，只是单纯的通过增加真空吸孔的真空度来增加作用于晶圆上的力来减小其变形，由于 施加于晶圆上的力不能够无限制的增加，所以，在晶圆翘曲变形较严重的情况下，单纯通过 增加真空吸孔真空度的方法仍然不能够消除晶圆翘曲变形缺陷，从而也不能消除曝光过程 中的失焦缺陷。为此，本发明改进了现有的曝光过程中采用的吸盘结构，通过在吸盘底部设 置高密度分布的热电偶，以及在吸盘上表面设置高密度分布的真空吸孔，从而在采用施加 真空吸力的同时加热晶圆，晶圆在受热过程中，应力缓缓释放，从而达到消除晶圆翘曲变形 的目的。
[0032] 以下将结合附图3和具体实施例对本发明的消除晶圆曝光失焦缺陷的吸盘作进 一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方 便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
[0033] 请参阅图3,为本发明的一个较佳实施例的吸盘的结构示意图，本发明的吸盘00， 具有平坦的上表面1，用于支撑晶圆；多个真空吸孔2以及多个热电偶3 ;
[0034] 多个真空吸孔2,密集分布于吸盘上表面1，用于将晶圆的各个位置吸附在同一平 面内；为了尽量使晶圆的各个位置都受到真空吸力而紧贴在吸盘上表面1，增加了真空吸 孔2在吸盘00上分布的密度，使真空吸孔2高密度分布于吸盘上表面1，从而对晶圆形成一 个面吸附作用，使晶圆紧贴在吸盘上表面1。由于吸盘上表面1较为平坦，这样紧贴在吸盘 上表面1相当于对晶圆翘曲位置产生挤压，从而消除其翘曲变形缺陷。密集分布就是要求 有较高的密度，在本发明一个实施例中，真空吸孔之间的间距不大于1_。
[0035] 在本发明的一个较佳实施例中，真空吸孔，密集分布于吸盘上表面，且在以吸盘的 中心为圆心的同心圆上。为了使真空吸孔呈现高密度分布，较佳的，该同心圆之间的间距不 大于1mm。
[0036] 需要说明的是，真空吸孔2的形状可以为任意形状，比如，圆形、椭圆形、三角形、 正多边形、花朵状等，本发明对此不作限制。
[0037] 多个热电偶3,密集分布于吸盘00底部，并与真空吸孔2相间设置，用于加热晶圆； 为了尽量使晶圆上的受热均匀，减小晶圆内的应力，在吸盘〇〇底部设置了高密度分布的热 电偶3 ;并且，为了不影响真空吸孔2的设置和工作，热电偶3应当与真空吸孔2相间分布， 也即是达到热电偶3与真空吸孔2的分布位置互不影响的效果；为了实现高密度分布，在本 发明的一个较佳实施例中，热电偶之间的间距不大于1 〇_。
[0038] 在本发明的一个较佳实施例中，热电偶3密集分布于吸盘底部，且在以吸盘的中 心为圆心的同心圆上。为了使热电偶3高密度分布，较佳的，该同心圆之间的间距不大于 10mm〇
[0039] 为了进一步达到消除晶圆翘曲变形缺陷，提高晶圆平坦化程度的目的，可以使吸 盘上表面具有非常高的平坦度，在晶圆紧贴吸盘上表面的过程中，利用吸盘上表面的高平 坦度来提高真空吸孔对晶圆的吸附程度，进一步增加对晶圆翘曲变形的改善条件。因此，吸 盘上表面的各个位置的高度差应当越小越好，在本发明的一个较佳实施例中，吸盘的上表 面的各个位置的高度差不大于l〇〇nm，例如，可以为50nm，甚至10nm。使吸盘上表面具有如 此高的平坦度的方法可以有很多种，比如，在制作吸盘上表面的过程中，在吸盘上表面沉积 一层纳米级的合金薄膜，该种合金薄膜可以采用现有的工艺制备出来，比如，磁控溅射等方 式，由于本领域的普通技术人员可以知晓纳米级合金薄膜的制备方法，本发明对此不再赘 述。因此，本发明中，具有非常平坦的上表面的吸盘是可以实现的，从而本发明的吸盘对晶 圆的吸附程度会高于现有吸盘。
[0040] 以下结合附图4和图5以及具体实施例对本发明的消除晶圆曝光失焦缺陷的方法 作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用 以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
[0041] 请参阅图4,为本发明的消除晶圆曝光失焦缺陷的方法的流程示意图，本发明的消 除晶圆曝光失焦缺陷的方法，包括以下步骤：
[0042] 步骤S01 :将晶圆放置于吸盘上表面；
[0043] 具体的，在本发明的一个较佳实施例中，可以利用机械手把晶圆放置在吸盘的上 表面。
[0044] 步骤S02 :对晶圆进行平坦化处理；
[0045] 如前所述，为了避免在曝光过程中产生失焦缺陷，就需要消除晶圆翘曲变形缺陷， 使晶圆趋于平坦，因此，在曝光之前需要对晶圆进行平坦化处理。
[0046] 具体的，在本发明中，对晶圆进行平坦化处理的方法，包括：利用热电偶对晶圆进 行加热，同时，利用真空吸孔向晶圆施加真空吸力，从而完成晶圆的平坦化处理。在加热过 程中，晶圆内部的应力会得到释放，再配合真空吸力的物理作用力，使晶圆紧贴在吸盘上表 面，从而减小并消除晶圆翘曲变形的缺陷。
[0047] 步骤S03 :对晶圆进行曝光工艺；
[0048] 由于本领域的普通技术人员可以知晓现有的对晶圆进行曝光工艺的过程，本发明 对此不再赘述。
[0049] 在本发明的一个较佳实施例中，请参阅图5和图6,为本发明的一个较佳实施例的 晶圆平坦化处理的方法的流程示意图，图6为本发明的一个较佳实施例的晶圆平坦化处理 的过程中时间与温度的关系示意图；本实施例中对晶圆的平坦化处理方法，可以包括以下 步骤：
[0050] 步骤A01 :在相同的时间内，利用热电偶对晶圆进行升温加热，同时，通过真空吸 孔逐步增加对晶圆的真空吸力；
[0051] 这里，加热和增加真空吸力的过程是同时进行的，可以设定时间tl为升温时间， 在tl内，以一定的升温速率对晶圆进行加热，升温速率可以根据所需要达到的加热温度来 设定，同时以一定的速率增加真空吸力，可以通过增加所抽取的真空度来提高真空吸力，真 空吸力的增加速率可以根据所需要达到的真空吸力来设定。在本发明的该较佳实施例中， 时间tl可以为2?3s，真空吸力的增加速率可以为30?40kpa/s。
[0052] 步骤A02 :在相同的时间内，利用热电偶对晶圆进行恒温加热，同时，通过真空吸 孔对晶圆施加恒定真空吸力；
[0053] 这里，恒温加热和施加恒定真空吸力是同时进行的，当上述时间tl结束之后，进 入恒温加热过程，同时真空吸力保持不变，可以设定时间t2为恒温加热的时间，恒温加热 过程中，随着时间的延长，晶圆内的应力缓缓得到释放，最后应力基本上释放全部释放掉； 在应力释放的过程中，再加上真空吸力作用于晶圆上，使晶圆紧贴吸盘上表面，并且吸盘上 表面也对晶圆产生作用力，使得晶圆的翘曲变形减小，最后消除晶圆翘曲变形，使晶圆区域 平坦化。在本发明的该较佳实施例中，恒温加热的温度可以为120?200C，恒定真空吸力可 以为80?90kpa，恒温加热时间可以为30?40S。
[0054] 步骤A03 :利用热电偶对晶圆进行降温过程，直至到室温；
[0055] 这里，当晶圆变形消除掉之后，逐渐降低加热温度，直至室温，可以设定时间t3为 降温时间，在t3时间内，热电偶对晶圆的加热温度逐步降低，比如匀速降低或变速降低等， 晶圆随着加热温度降低，其本身的温度也在逐渐降低，直至室温；由于突然的降低温度会造 成晶圆内部应力增加或断裂，因此，本实施例中采用逐步降温的方式，较佳地，降温时间可 以为2?3s，真空吸力的降低速率为30?40kpa/s。
[0056] 步骤A04 :再通过真空吸孔逐步降低对晶圆的真空吸力，直至晶圆从吸盘上释放 开，从而完成晶圆的平坦化处理。
[0057] 这里，如果急剧减小真空吸力，会对晶圆造成瞬间受力不平衡，使晶圆飞离吸盘或 其它损伤，因此，需要逐步降低真空吸力，使晶圆缓缓地从吸盘上释放开来。
[0058] 请参阅图6,图6为本发明的平坦化处理后晶圆的曝光示意图；可以看到，采用本 发明的吸盘和方法进行平坦化处理后的晶圆，消除了曝光失焦缺陷，从而提高了曝光质量 和良率。
[0059] 综上所述，本发明的消除晶圆曝光失焦缺陷的吸盘及方法，在吸盘底部设置高密 度分布的热电偶，以及在吸盘上表面设置高密度分布的真空吸孔，再配合吸盘平坦的上表 面，通过加热过程，使晶圆中的应力缓缓释放，并配合真空吸孔的吸附所产生的作用力使晶 圆紧贴在吸盘平坦的上表面，从而减小并消除晶圆翘曲变形位置，使晶圆表面平坦化，消除 了曝光过程中的失焦缺陷，提高了曝光质量和产品良率。
[0060] 虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而 已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若 干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
【权利要求】
1. 一种消除晶圆曝光失焦缺陷的吸盘，其具有平坦的上表面，用于支撑晶圆；其特征 在于，所述吸盘包括： 多个真空吸孔，密集分布于所述吸盘上表面，用于将所述晶圆的各个位置吸附在同一 平面内； 多个热电偶，密集分布于所述吸盘底部，并与所述真空吸孔相间设置，用于加热所述晶 圆。
2. 根据权利要求1所述的消除晶圆曝光失焦缺陷的吸盘，其特征在于， 所述多个真空吸孔，密集分布于所述吸盘上表面且在以所述吸盘的中心为圆心的同心 圆上； 所述多个热电偶，密集分布于所述吸盘底部且在以所述吸盘的中心为圆心的同心圆 上。
3. 根据权利要求1所述的消除晶圆曝光失焦缺陷的吸盘，其特征在于，所述真空吸孔 之间的间距不大于1mm。
4. 根据权利要求1所述的消除晶圆曝光失焦缺陷的吸盘，其特征在于，所述热电偶之 间的间距不大于l〇mm。
5. 根据权利要求1所述的消除晶圆曝光失焦缺陷的吸盘，其特征在于，所述吸盘的上 表面的各个位置的高度差不大于l〇〇nm。
6. -种消除晶圆曝光失焦缺陷的方法，其特征在于，包括依次进行： 将晶圆放置于吸盘上表面； 对所述晶圆进行平坦化处理； 对所述晶圆进行曝光工艺；其中， 对所述晶圆进行平坦化处理的方法包括： 利用热电偶对所述晶圆进行加热，同时，利用真空吸孔向所述晶圆施加真空吸力，从而 完成所述晶圆的平坦化处理。
7. 根据权利要求6所述的消除晶圆曝光失焦缺陷的方法，其特征在于，所述晶圆的平 坦化处理方法，具体包括： 在相同的时间内，利用热电偶对所述晶圆进行升温加热，同时，通过真空吸孔逐步增加 对所述晶圆的真空吸力； 在相同的时间内，利用所述热电偶对所述晶圆进行恒温加热，同时，通过所述真空吸孔 对所述晶圆施加恒定真空吸力； 利用所述热电偶对所述晶圆进行降温过程，直至到室温；其中，所述热电偶对所述晶圆 的加热温度逐步降低； 再通过所述真空吸孔逐步降低对所述晶圆的真空吸力，直至所述晶圆从所述吸盘上释 放开，从而完成所述晶圆的平坦化处理。
8. 根据权利要求7所述的消除晶圆曝光失焦缺陷的方法，其特征在于，所述恒温加热 的温度为120?200°C，所述恒定真空吸力的80?90kpa，所述恒温加热的时间为30?40s。
9. 根据权利要求7所述的消除晶圆曝光失焦缺陷的方法，其特征在于，所述的升温加 热的时间为2?3s，所述真空吸力的增加速率为30?40kpa/s。
10. 根据权利要求7所述的消除晶圆曝光失焦缺陷的方法，其特征在于，所述降温过程
【文档编号】H01L21/683GK104064508SQ201410321501
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】王剑 申请人:上海华力微电子有限公司