一种吸盘及其吸附方法与流程

本发明涉及一种吸盘及其吸附方法，在光刻过程中用于吸附基底特别是翘曲基底，属于半导体器件制造领域。

背景技术：

光刻是一种将掩模图案曝光成像到基底上的工艺技术，是半导体器件制造工艺中的一个重要步骤。已知的光刻设备包括步进重复式和步进扫描式。在上述的光刻设备中，需具有相应的装置作为掩模版和基底的载体，装载有掩模版/基底的载体产生精确的相互运动来满足光刻需要。在掩模版和基底的相互运动中，须保证掩模版和基底始终被可靠地定位。直接用于定位基底的装置称之为吸盘。吸盘由一系列驱动器驱动，可产生多个自由度的运动，从而完成对基底的调平调焦，使基底进行必需的位置调整。吸盘的精度对光刻设备的focus(焦深)和overlay(套刻精度)有很大的影响，体现在其上下表面的面型精度，以及自身的夹持变形量。现有技术中提出采用真空吸附的方式使基底定位在吸盘上表面，提出了吸盘上表面若干形态的分布，以优化在真空吸附时对基底产生的变形、热应力等影响。但现有专利和文献资料中并未涉及针对翘曲基底的吸附设计。

现有技术提供的吸盘，包括吸盘主体01、用于基底02交接的通孔015、与外部真空源连通的真空孔014，真空孔014与密封环012和基底02产生真空腔011，通过外部大气压与真空腔011之间的压力差产生吸附力将基底02牢固可靠的压附在吸盘主体01上，同时，在真空腔011中均匀的分布有若干凸点013特征，对基底02起到支撑作用，防止基底02因为吸附力而产生变形，影响光刻精度。

对于面型比较好的基底，现有技术的吸盘可以有效的吸附住，但对于翘曲基底则不能有效吸附，原因分析如图3所示，吸盘主体01、密封环012与翘曲基底04一起形成真空腔011，预期通过真空腔011与外部大气压力差产生吸附力将翘曲基底04吸附在吸盘01上。但是由于翘曲基底04主要翘曲形状为图示的“碗状”，该基底04与吸盘01形成的真空腔011右侧具有比较大的间隙(间隙大小受基底翘曲程度影响)，因而导致真空腔011与外部大气相通进而不能形成其与外部大气有效的压力差，也就不能产生有效的吸附力将基底04吸附在吸盘01上。现有专利和文献资料中也未涉及针对翘曲基底04的吸附设计。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以有效吸附翘曲基底的吸盘，还提供一种采用上述吸盘进行基底吸附的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：一种吸盘，包括吸盘主体，所述吸盘主体的中心设有用于基底交接的通孔，所述吸盘主体上设有至少一个凸出吸盘主体且与所述通孔同心分布的密封环，所述密封环上开设有环形凹槽，所述环形凹槽内设有若干与外部真空源连通的真空孔，吸附所述基底时，从所述真空孔通入真空，位于所述密封环与所述基底之间的环形凹槽形成为真空腔。

采用上述技术，通过内圈的环形真空腔先吸附，然后外圈的环形真空腔依次吸附的方式，能够逐步改善基底与环形真空腔之间的间隙，内圈的环形真空腔吸附后会减小相邻外圈环形真空腔与基底之间的间隙，有利于外圈的环形真空腔的吸附，最终实现对翘曲基底的有效吸附。

作为本发明的一种改进，所述吸盘主体上还均匀分布有若干凸点。

优选地，所述凸点呈环形分布。

优选地，所述密封环的高度与所述凸点的高度相同。

优选地，所述密封环与所述凸点的高度为50um～100um。

优选地，所述凸点为圆柱形。

优选地，所述凸点的直径为0.1mm～0.3mm。

优选地，所述凸点与凸点之间的间隔为3mm～6mm。

优选地，所述环形凹槽的宽度为1mm～1.5mm。

优选地，一个所述环形凹槽内的所述真空孔的数量为3～4个。

采用上述技术，所述凸点可以对基底起到支撑作用，防止基底因为吸附力而产生变形，影响光刻精度。所述凸点还可以减小颗粒等污染对基底吸附面型的影响和减小吸盘的磨损，使吸盘具有更高的工况适应性。

作为本发明的一种改进，一个密封环与另一个密封环上的真空孔所连通的真空源的控制彼此独立。

采用上述技术，环形真空腔的气路控制彼此独立，可以由内向外依次控制环形真空腔的吸附操作，实现更好的吸附效果。

优选地，所述吸盘主体为碳化硅陶瓷材料。

优选地，所述吸盘主体为铝合金材料。

与现有技术相比，采用多个环形真空腔的结构，能够逐步改善基底与环形真空腔之间的间隙，内圈的环形真空腔吸附后会减小相邻外圈环形真空腔与基底之间的间隙，有利于外圈的环形真空腔的吸附，最终实现对翘曲基底的有效吸附。采用凸点结构对基底起到支撑作用，可以减小颗粒等污染对基底吸附面型的影响和减小吸盘的磨损，使吸盘具有更高的工况适应性。

优选地，两相邻的所述密封环之间的间距优选范围为10mm～20mm。

本发明还提供一种采用上述吸盘进行基底吸附的方法，一个密封环与另一个密封环上的真空孔所连通的真空源的控制彼此独立，在进行基底吸附时，沿所述通孔径向由内向外依次打开所述密封环上的真空孔所连通的真空源，进行分时吸附。

采用上述技术，由内到外依次控制环形真空腔的吸附操作，内圈的环形真空腔吸附后会减小相邻外圈环形真空腔与基底之间的间隙，有利于外圈的环形真空腔的吸附，可以实现更好的吸附效果。

附图说明

图1为现有技术中一种吸盘的结构示意图；

图2为现有技术中吸盘凸点分布的俯视图；

图3为现有技术吸盘不能吸附翘曲基底的原理示意图；

图4为本发明一具体实施方式中吸盘的剖视结构示意图；

图5为本发明一具体实施方式中吸盘的俯视图；

图6为本发明一具体实施方式中吸盘的吸附原理示意图。

图1～3中：01是吸盘主体，011是真空腔，012是密封环，013是凸点，014是真空孔，015是通孔，02是基底，04是翘曲基底；

图4～6中：03是吸盘主体，031是环形凹槽，032是密封环，033是凸点，034是真空孔，035是通孔，04是翘曲基底。

具体实施方式

下面结合附图对发明的具体实施方式作进一步详细说明。

如图4和图5所示，本发明提供一种吸盘，包括吸盘主体03，其中，所述吸盘主体03的中心设置有用于基底交接的通孔035，所述吸盘主体03上设有至少一个凸出于吸盘主体03且与通孔035同心分布的密封环032，所述密封环032上开设有环形凹槽031，所述环形凹槽031内设有若干与外部真空源连通的真空孔034，相应地所述真空孔034贯穿与所述环形凹槽031对应位置处的吸盘主体03与真空源连通。吸附基底04时，从所述真空孔034通入真空，位于所述密封环032与基底之间的环形凹槽031形成为环形真空腔。

继续参照图5，在环形真空腔周围的吸盘主体03上均匀分布有若干凸点033，对基底起到支撑作用，防止基底因为吸附力而产生变形，影响光刻精度。凸点033具体的分布方式不固定，最终均匀分布即可，优选地可为环形分布。吸盘主体03的材质一般为碳化硅陶瓷(SiC)材料，也可为铝合金或其他材料。

本发明采用的环形真空腔与凸点033相结合的方案，即在保留部分凸点033的情况下将现有技术中原本面积较大的真空腔011变为分开的呈同心圆分布的 面积较小的环形真空腔，环形真空腔面积虽然变小，但其产生的压力也足以将基底牢固可靠的吸附在吸盘上。凸点033具有以下作用，首先，凸点033可以对基底起到支撑作用，防止基底因为吸附力而产生变形，影响光刻精度；其次，在同样大小的基底情况下，相邻密封环032之间形成的未布设凸点033的环状特征结构与凸点033相比，其与基底的接触面积要远远大于凸点033，颗粒等污染情况更容易发生在环状特征与基底的接触面上，进而影响基底的面型以及加速吸盘的磨损过程，因而在环状特征上设置凸点033进行基底支撑在基底面型保护上会优于直接用环状特征接触基底。因此，采用环形真空腔与凸点033两者相互结合后更能实现对基底特别是翘曲基底的有效吸附，同时拥有比密封环032之间采用环状特征结构进行基底支撑更高的工况适应性，减小颗粒等污染对基底吸附面型的影响和减小吸盘的磨损。

为了可以牢固可靠的吸附基底特别是翘曲基底，以及获得较高的工况适应性，上述密封环032、凸点033、环形凹槽031及真空孔034的设计和分布都必须满足一定的条件。具体地，密封环032和凸点033高度h应当一致，优选尺寸为50um～100um，这样有利于环形真空腔中均匀气压的快速建立；凸点033为圆柱形，凸点033上表面的直径a优选尺寸为0.1mm～0.3mm，既避免与基底有较大接触面积，进而不能达到高的工况适应性，也防止加速凸点磨损；两相邻凸点033之间的间隔S优选尺寸为3mm～6mm，既防止基底由于吸附力而变形，也避免与基底有较大接触面积而不能达到高的工况适应性；环形凹槽031的宽度d优选尺寸为1mm～1.5mm，以利于环形真空腔的顺利建立；真空孔034的数量优选为每个环形凹槽031中含有3～4个真空孔034，这样吸盘结构不至于太复杂，同时有利于环形真空腔中均匀气压的建立；密封环032的数量可根据实际应用中基底大小而定，一般基底越大，吸盘主体03上密封环032的数量越多，较佳地，两相邻密封环032之间的间距优选范围为10mm～20mm，两相邻密封环032之间的间距太小，凸点033的作用不明显；间距太大的话对于基底特别是翘曲基底的吸附能力就会降低。本申请采用环形真空腔与凸点033相结合的方式 对基底进行吸附，同时也是在凸点033与密封环032之间寻找一个平衡点，选择合适的凸点033的数量和分布，以及选择合适的密封环032的数量和分布，通过两者的合理结合，在对基底进行很好地吸附的同时保护基底面型。

如图4-6所示为采用本发明吸附一翘曲基底04的实施例。该实施例以在吸盘主体03上设置3个密封环032为例对本发明加以说明，其中，三个密封环032沿通孔035径向由内向外依次设置，最内圈的密封环032的内径与通孔035内径相同，最外圈的密封环032的外径与翘曲基底04的外径相同，且相邻密封环032之间的距离满足10mm～20mm。本发明实施例吸附翘曲基底04的原理分析如图6所示，以通孔035一侧的吸盘的剖面结构图为例，吸盘主体03、3个密封环032与翘曲基底04预期形成3个环形真空腔，为示区别沿通孔035径向从内向外依次称之为第一环形真空腔031a、第二环形真空腔031b和第三环形真空腔031c。同时为示区别，将翘曲基底04被吸附过程中呈现的三种状态分别称为第一状态基底04a、第二状态基底04b和第三状态基底04c。当图示“碗状”翘曲基底04置于吸盘上表面，真空源打开后，第一环形真空腔031a所在的密封环032上表面距离翘曲基底04间隙较小，所以第一环形真空腔031a可以顺利的建立，进而产生一定的吸附力将翘曲基底04吸附到吸盘上。同时，由于第一环形真空腔031a的吸附，使翘曲基底04产生变平坦的趋势，即此时翘曲基底04为图6中所示的第一状态基底04a。这样，第二环形真空腔031b所在的密封环032上表面距离翘曲基底04间隙变小，使第二环形真空腔031b也能顺利建立并产生又一个对翘曲基底04的吸附力使翘曲基底04继续变平。此时翘曲基底04为图6中所示的第二状态基底04b，同样原理，第三环形真空腔031c所在的密封环032上表面距离翘曲基底04间隙也变小，第三环形真空腔031c也能顺利建立并将翘曲基底04继续压平，使翘曲基底04变为图6中所示的第三状态基底04c，最终，3个环形真空腔使得翘曲基底04牢固可靠的被吸附在吸盘上。经实验证实，对于翘曲度小于等于120um的翘曲基底04，该方案可以牢固可靠的吸附固定。

本发明实施例通过内圈的环形真空腔先吸附，然后外圈的环形真空腔依次吸附的方式，能够逐步改善基底与环形真空腔之间的间隙，内圈的环形真空腔吸附后会减小相邻外圈环形真空腔与基底之间的间隙，有利于外圈的环形真空腔的吸附，最终实现对翘曲基底的有效吸附。

继续参照图4至图6，本发明还提供一种采用上述吸附基底特别是翘曲基底的吸盘的吸附方法，一个密封环032与另一个密封环032上的真空孔034所连通的真空源的控制彼此独立，使得密封环032上所述环形真空腔的气路控制彼此独立。在进行基底吸附时，沿通孔035径向由内向外依次打开所述环形真空腔连通的真空源，对基底进行分时吸附。具体实施方式可参考如图6所示，吸盘主体03、密封环032与翘曲基底04预期形成3个环形真空腔，为示区别从内向外依次称之为第一环形真空腔031a、第二环形真空腔031b和第三环形真空腔031c。同时为示区别，将翘曲基底04被吸附过程中呈现的三种状态分别称为第一状态基底04a、第二状态基底04b和第三状态基底04c。3个环形真空腔的气路控制彼此独立。当图示“碗状”翘曲基底04置于吸盘上表面，首先打开第一环形真空腔031a的真空源，第一环形真空腔031a所在的密封环032上表面距离翘曲基底04间隙较小，所以第一环形真空腔031a可以顺利的建立，进而产生一定的吸附力将翘曲基底04吸附到吸盘上。同时，由于第一环形真空腔031a的吸附，使翘曲基底04产生变平坦的趋势，即此时翘曲基底04为图6中所示的第一状态基底04a。这样，第二环形真空腔031b所在的密封环032上表面距离翘曲基底04间隙变小，此时，再打开第二环形真空腔031b的真空源，使第二环形真空腔031b也能顺利建立并产生又一个对翘曲基底04的吸附力使翘曲基底04继续变平。此时翘曲基底04为图6中所示的第二状态基底04b。然后再打开第三环形真空腔031c的真空源，第三环形真空腔031c所在的密封环032上表面距离翘曲基底04间隙也变小，第三环形真空腔031c也能顺利建立并将翘曲基底04继续压平，使翘曲基底04变为图6中所示的第三状态基底04c。最终，3个环形真空腔的相继开启，使翘曲基底04牢固可靠的吸附在吸盘上。本 实施例的改进之处在于，在初始吸附状态时，第一环形真空腔031a的真空不会因为第三环形真空腔031c或者第二环形真空腔031b处与翘曲基底04的过大间隙造成损失，使第一环形真空腔031a能更有效的建立，同理第二环形真空腔031b的真空也不会因为第三环形真空腔031c的较大间隙而造成损失，使第二环形真空腔031b也能更有效的建立。