[发明专利]基于静电效应的非接触式硅片变形补偿装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种基于静电效应的非接触式硅片变形补偿装置及方法。

背景技术

193nm浸没式光刻技术是目前面向45nm以下节点的主流光刻技术，其在物镜的下表面与硅片上的光刻胶之间引入高折射率n的液体（如去离子水等），通过增大物镜数值孔径（N.A.>1.3），以大幅提高分辨率并增加焦深。研究表明，硅片的变形量主要来自于：（1）硅片物料自身的平面度误差；（2）硅片夹持变形；（3）硅片的热变形。

至于硅片物料的自身平面度误差，涉及物料成本及前道工序，显然是必然存在，这就意味着需要主动抑制其硅片平面度的影响。针对该问题，国际主流光刻机制造商ASML及Nikon等除通过硅片夹持外，主要借助于调焦及调平测量传感器（如FLS），采用在曝光前对硅片表面的垂向进行主动测量，并通过硅片台垂向自由度（Z、Rx、Ry）进行相应的前馈垂向调整。这就涉及复杂的垂向控制并可能降低产率，或引入不可控的动态扰动，不利用套刻及焦面精度控制。

为提高硅片的有效利用率及光刻设备的产率，硅片直径已由过去的12inch(300mm)扩展至18inch(450mm)，即更小的硅片厚度直径比，这就意味着硅片的抗弯曲刚度降低，而更大尺寸硅片若仍采用传统的3头式E-PIN接片支撑机构，将导致硅片的重力变形量将急剧增大，显然不利于硅片的平面度控制。美国专利US 4504045中提出在基板台的上表面布置压电制动器阵列来控制硅片垂向形变。不过，基于压电驱动器的响应特性，该方案很难在短时间内来精确控制压电制动器的位置以补偿硅片的变形。为此，ASML公司在专利US 2013/0164688 中提出可快速响应的静电电容式制动器阵列型硅片夹持及变形补偿装置的方案。不过，该方案仍存在硅片背面与硅片夹持装置之间多点接触污染的风险，且夹持机构表面可控接触点阵列的间距、接触面积以及排布密度等仍为限制控制硅片局部面型的制约因素。

相对于干式光刻技术而言，硅片与镜头之间的“湿”环境将导致硅片热变形更加严重：（1）硅片表面因残留液滴的蒸发冷却效应而引起的局部形变；（2）局部浸没流场维持装置引起的硅片局部热变形（如气刀风冷以及局部流场液体循环流动引起的蒸发冷却热变形）；（3）硅片边缘漏液引起的硅片背面的冷却热变形等。上述因浸没流场引起的硅片局部热变形，若不加以主动控制，势必给越发苛刻的浸没套刻指标（如22nm节点，对应套刻指标为7.4nm）带来巨大的技术风险。为此，国际主流光刻机制造商如ASML以及NIKON在面向浸没光刻的硅片夹持及热变形控制方面提出了众多专利保护。ASML公司在专利US 2012/0212725中提出将静电夹持及基于薄膜电极阵列的温控装置有机整合成一体，利于电极温度传感阵列及加热电阻阵列对硅片特定点的温度进行实时的局部温控。不过，该方案仅能解决硅片的热变形，并不能解决硅片的自身变形及夹持变形。另外，由于ASML目前的主流光刻设备均为双台架构（如NXT 1950I），即仅在“干”环境的测量端对硅片形貌进行测量，而“湿”环境的曝光端引起的局部形变量并无法控制并加以消除，这显然不利用套刻及焦面的误差的进一步控制。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提出一种耦合正向气浮与非接触式静电吸附的无E-PIN式硅片夹持及面型补偿装置，以达到消除接触污染，并可实时监测及调整硅片局部面型，以消除硅片自身形变及夹持形变。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种非接触式硅片变形补偿装置，包括：正向气浮单元；所述正向气浮单元包括壳体和凹槽；静电吸附单元；所述凹槽内侧底部设置有静电极阵列；所述正向气浮单元包括若干设置在所述壳体上的进气口，用于导入压缩空气。

更进一步地，所述进气口位于所述壳体的侧面或底面上。

更进一步地，该进气口的数量为四个，且均匀分布于壳体侧面的四周。

更进一步地，该静电吸附单元由若干静电极阵列单元组成。

更进一步地，该静电极阵列单元由三片或六片可独立空间寻址的静电极阵列组成，用于调整该硅片的局部垂向姿态。

更进一步地，该静电极阵列中间包含电容式间距传感器。

更进一步地，该电容式间距传感器数量为三个，位置组成一正三角形；当该静电极阵列为六片式时，该电容式间距传感器间隔分布于该静电极阵列上；当该静电极阵列为三片式时，该电容式间距传感器均匀分布于该静电极阵列上。

更进一步地，该静电极阵列单元还包括若干温度测量及补偿电极。