一种测压硅片、测压方法及光刻设备与流程

1.本发明实施例涉及半导体制造技术，尤其涉及一种测压硅片、测压方法及光刻设备。


背景技术：

2.光刻是半导体制造过程中一道非常重要的工序，它是将一系列掩模版上的芯片图形通过曝光依次转移到硅片相应层上的工艺过程，被认为是大规模集成电路制造中的核心步骤。半导体制造中一系列复杂而耗时的光刻工艺主要由相应的光刻设备来完成。
3.在光刻设备运行时，硅片处于气浴或浸没流场中，气体或液体的流动会对硅片产生压力导致形变，导致光刻工艺波动，现有技术中一般通过外设压力传感器实现测量，由于光刻设备本身结构复杂，外设压力传感器会进一步增加光刻设备的复杂度。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种测压硅片、测压方法及光刻设备，该测压硅片可以测量光刻关键区域中气浴或浸没流场作用在硅片表面上的压力，评估气浴或浸没流场对硅片在水平和垂直方向的受力变形的影响和关键区域如工件台、硅片传输区域的过压指标。
5.第一方面，本发明实施例提供一种测压硅片，包括：
6.硅片本体，所述硅片本体一侧的表面设置有多个安装槽；
7.多个测压芯片，每个所述测压芯片位于一个所述安装槽内，所述测压芯片用于测量所述硅片本体的表面在第一方向和第二方向受到的压力；
8.其中，所述第一方向平行于所述硅片本体的表面，所述第二方向垂直于所述硅片本体的表面。
9.可选的，所述硅片本体包括多个曝光场，每个所述曝光场包括至少一个所述测压芯片。
10.可选的，还包括与所述测压芯片一一对应连接的开关单元，所述开关单元用于开启或关闭所述测压芯片。
11.可选的，所述测压硅片用于浸没式光刻设备中；
12.所述测压硅片包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域的所述测压芯片开启数量分别为n1、n2和n3，n1≥n2≥n3；
13.其中，所述第一区域为浸没流场覆盖的当前曝光场区域、所述第二区域为浸没流场覆盖的当前曝光场之外区域，所述第三区域为非浸没流场区域。
14.可选的，所述测压芯片在所述硅片本体的表面呈等间距的阵列排布。
15.可选的，所述测压芯片包括支撑层；
16.位于所述支撑层一侧的依次层叠的密封层、谐振层以及膜片层，所述密封层靠近所述谐振层一侧设置有腔体，所述谐振层包括谐振梁，所述膜片层包括压力敏感膜片。
17.可选的，所述硅片本体的表面还包括多条导线，所述导线用于连接所述测压芯片
与外部数据采集电路；
18.还包括理线结构，所述理线结构贴附于所述硅片本体的表面，且覆盖所述导线。
19.第二方面，本发明实施例还提供一种测压方法，采用上述的测压硅片测量压力，所述测压方法包括：
20.将测压硅片从硅片盒中取出；
21.将所述测压硅片放置在预对准台上，测量与采集待测区域的压力；
22.测试结束后，将所述测压硅片放回硅片盒中。
23.第三方面，本发明实施例还提供一种测压方法，采用上述的测压硅片测量压力，所述测压方法包括：
24.将测压硅片与生产用的硅片均放置在硅片盒中；
25.控制所述测压硅片与生产用的硅片执行相同的曝光流程，利用所述测压硅片测量与采集待测区域的压力；
26.测试结束后，将所述测压硅片放回硅片盒中。
27.第四方面，本发明实施例还提供一种光刻设备，利用上述的测压硅片测量硅片在曝光过程中受到的压力。
28.本发明实施例提供的测压硅片，包括硅片本体，硅片本体一侧的表面设置有多个安装槽；多个测压芯片，每个测压芯片位于一个安装槽内，测压芯片用于测量硅片本体的表面在第一方向和第二方向受到的压力；其中，第一方向平行于硅片本体的表面，第二方向垂直于硅片本体的表面。通过设置硅片本体，硅片本体与生产用的硅片形状相同，可以与生产用的硅片完成跑批所有流程，通过在硅片本体一侧设置多个安装槽，每个安装槽内设置一个测压芯片，实现测量光刻关键区域中气浴或浸没流场作用在硅片表面上的压力，评估气浴或浸没流场对硅片在水平和垂直方向的受力变形的影响和关键区域如工件台、硅片传输区域的过压指标。
附图说明
29.图1为本发明实施例提供的一种测压芯片的结构示意图；
30.图2和图3分别为本发明实施例提供的一种曝光场的布局示意图；
31.图4为本发明实施例提供的一种测压芯片在硅片本体上的布局方式示意图；
32.图5为本发明实施例提供的一种曝光视场与浸没流场区域示意图；
33.图6为本发明实施例提供的一种测压芯片的剖面结构示意图；
34.图7为本发明实施例提供的另一种测压硅片的结构示意图；
35.图8为图7中虚线圆框区域的放大图；
36.图9为本发明实施例提供的一种测压方法的流程示意图；
37.图10为本发明实施例提供的另一种测压方法的流程示意图。
具体实施方式
38.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
39.在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。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发明中的具体含义。
40.图1为本发明实施例提供的一种测压芯片的结构示意图。参考图1，本发明实施例提供的测压硅片包括硅片本体1，硅片本体1一侧的表面设置有多个安装槽3；多个测压芯片2，每个测压芯片2位于一个安装槽3内，测压芯片2用于测量硅片本体1的表面在第一方向x和第二方向y受到的压力；其中，第一方向x平行于硅片本体1的表面，第二方向y垂直于硅片本体1的表面。
41.其中，本实施例提供的测压硅片可以测量光刻关键区域中气浴或浸没流场作用在硅片表面上的压力，评估气浴或浸没流场对硅片在水平方向(第一方向x)和垂直方向(第二方向y)的受力变形的影响和关键区域如工件台、硅片传输区域的过压指标，在离线与在线测试阶段，可用于气浴和浸没流场性能调试。
42.硅片本体1与正常光刻生产过程中所用的硅片形状相同，直径可以为100mm、150mm、200mm或300mm，安装槽3可通过对硅片本体1进行选择性光刻和湿法刻蚀形成，测压芯片2通过si-si键合技术和安装槽3键合成一体，与普通的胶水连接相比，不易松动。硅片本体1内置了多个安装槽3，每个安装槽3通过键合工艺植入一个测压芯片2，测压芯片2需根据硅片尺寸、测压芯片性能、应用场景选择合适的布局方式。示例性的，在某一实施例中，硅片本体1的直径为300mm，厚度为800
±
10μm，平整度小于5μm。测压芯片2的尺寸为4
×3×
0.3mm，安装槽3尺寸为4.5
×
3.5
×
0.35mm。
43.本实施例的技术方案，通过设置硅片本体，硅片本体与生产用的硅片形状相同，可以与生产用的硅片完成跑批所有流程，通过在硅片本体一侧设置多个安装槽，每个安装槽内设置一个测压芯片，实现测量光刻关键区域中气浴或浸没流场作用在硅片表面上的压力，评估气浴或浸没流场对硅片在水平和垂直方向的受力变形的影响和关键区域如工件台、硅片传输区域的过压指标。
44.在上述技术方案的基础上，可选的，硅片本体包括多个曝光场，每个曝光场包括至少一个测压芯片。
45.可以理解的是，在光刻工艺中，硅片在曝光时会根据特定的扫描路径扫描曝光场，所以曝光场区域的压力均匀性及变化对曝光效果影响很大。例如对于浸没光刻机，规定了两种曝光场布局方式，图2和图3分别为本发明实施例提供的一种曝光场的布局示意图，参考图2，第一种的曝光场数量为125个，每个曝光场大小为16mm
×
32mm，由虚线组成的长方形表示每个曝光场4。参考图3，第二种的曝光场数量为96个，每个曝光场大小为26mm
×
33mm。为了更有效地测量每个曝光场区域的压力，需要保证每个曝光场布置至少一个测压芯片。图4为本发明实施例提供的一种测压芯片在硅片本体上的布局方式示意图，可选的，每个曝光场内测压芯片的数量小于或等于四。结合两种曝光场布局方式，每个曝光场布置了1～4
个测压芯片，可选的，测压芯片在硅片本体的表面呈等间距的阵列排布。每个传感器在水平向和垂向的距离为8mm，安装槽和测压芯片的个数均为270个，在其他实施例中，测压芯片的数量和布局方式可以根据实际情况设置。
46.可选的，测压硅片还包括与测压芯片一一对应连接的开关单元，开关单元用于开启或关闭测压芯片。
47.在具体实施时，通过在采集与控制系统上添加相应的电气元件，如与测压芯片一一对应连接的开关单元，使其可根据需求选择需要激活测压芯片的数量，从而实现与不同应用场景匹配。曝光扫描路径是提前设定的，根据扫描路径可预设测压硅片上测压芯片启动的顺序和数量。
48.可选的，测压硅片用于浸没式光刻设备中；测压硅片包括第一区域、第二区域和第三区域，第一区域、第二区域和第三区域的测压芯片开启数量分别为n1、n2和n3，n1≥n2≥n3；其中，第一区域为浸没流场覆盖的当前曝光场区域、第二区域为浸没流场覆盖的当前曝光场之外区域，第三区域为非浸没流场区域。
49.示例性的，图5为本发明实施例提供的一种曝光视场与浸没流场区域示意图。参考图5，对于浸没光刻机，第一区域5为直径约55mm的圆，圆中间的矩形区域为当前曝光场，测压芯片2为2～4个(图5中以2个为例)，第一区域5覆盖在测压硅片上的区域是随曝光扫描路径移动而变化的，根据图2或图3所示的曝光场布局，第一区域5中心区域的当前曝光场可全部启动，图5是基于图3所示的曝光布局方式，启动测压芯片2数量为两个，示意为黑色长方形；第二区域6(第一区域5覆盖，且中心矩形之外的区域)则可根据需要选择启动一定数量的测压芯片2，图5中启动数量为2个，示意为黑色长方形，但不局限于该数量；其它未被流场覆盖的区域(第三区域)则不启动测压芯片2，即n1≥n2≥n3，减少测压芯片2发热对硅片和流场的影响。还可根据该区域所受压力梯度大小，选择激活的测压芯片数量，当该区域的压力梯度较大时，增加启动的测压芯片2数量。测压芯片的布局方式不仅限于图4所示，也可以是其它合理的布局方式。另外，测压芯片同样也可应用于干式光刻机的测量。
50.图6为本发明实施例提供的一种测压芯片的剖面结构示意图。参考图6，可选的，测压芯片包括支撑层21；位于支撑层21一侧的依次层叠的密封层22、谐振层23以及膜片层24，密封层22靠近谐振层23一侧设置有腔体221，谐振层23包括谐振梁231，膜片层24包括压力敏感膜片241。
51.其中，支撑层21可以为玻璃支撑层，用来保护密封层22。膜片层24由压力敏感膜片241组成，其上表面为待测压力源。谐振层23主要由谐振梁231、压敏电阻、电极等组成，谐振层23在膜片层24的下方，谐振层23的谐振梁231被密封于由膜片层24和密封层22形成的参考压力环境中，该参考压力环境可以为真空或非真空。当谐振梁231被封装在真空中，则该测压芯片可测绝对压力。当谐振梁231被封装在非真空中，则该测压芯片可测相对压力。本实施例中，参考压力环境为真空。
52.当测压芯片表面压力变化时，膜片层24的压力敏感膜片241两侧的压力差发生变化，压力敏感膜片241将发生形变并引起谐振层23的谐振梁231的刚度发生变化，通过检测谐振梁231的固有频率变化就可以达到检测压力的目的。为了检测谐振梁231的固有频率，需要合适的激励和检测方式。本实施例中，采用静电激励/压阻检测方式，通过谐振层23的电极对谐振梁231施加交流激振信号，使谐振梁231作受迫振动，并通过压敏电阻检测谐振
梁231的振动信号。
53.本实施例中，测压芯片是一种硅微机械谐振式压力传感器芯片，其量程为-1000pa～1000pa(相压力)，精度优于0.01％fs。满足光刻设备内部关键区域过压1pa～3pa的测量需求，同时也满足流场有效面积内压力＜500pa，波动＜
±
100pa的测量需求。
54.可选的，硅片本体的表面还包括多条导线，导线用于连接测压芯片与外部数据采集电路；还包括理线结构，理线结构贴附于硅片本体的表面，且覆盖导线。
55.示例性的，图7为本发明实施例提供的另一种测压硅片的结构示意图，图8为图7中虚线圆框区域的放大图，参考图7和图8，硅片本体1的表面还包括多条导线7，导线7用于连接测压芯片2与外部数据采集电路(图7和图8中未示出)；还包括理线结构8，理线结构8贴附于硅片本体1的表面，且覆盖导线7。
56.其中，导线7分别键合在测压芯片2的外端部，导线7的外部包裹绝缘层；导线7在图7上仅为示意，实际可能代表2根导线，也可能是4、6或者8根。硅片本体1表面设置有理线结构8，测压芯片2的导线7通过理线结构8从硅片本体1的一个方向导出。
57.本实施例中，理线结构8为具备一定粘性、可粘贴在硅片本体1上的理线片，如图8所示，可将上述导线7压紧，使其贴合在硅片本体1表面，操作简单，使用方便。
58.本实施例中，所有导线7沿一个方向导出后与外部配置的数据采集电路连接，结合终端测量控制平台一起实现压力的测量与采集。
59.图9为本发明实施例提供的一种测压方法的流程示意图，采用上述实施例提供的任意一种测压硅片测量压力，该实施例适用于测压硅片的离线测试流程，参考图9，该测压方法包括：
60.步骤s110、将测压硅片从硅片盒中取出。
61.其中，可以用手或者通过机械夹持装置把测压硅片从硅片盒中取出。
62.步骤s120、将测压硅片放置在预对准台上，测量与采集待测区域的压力。
63.其中，待测区域可以为硅片传输(wh)区域，也可以为工件台等其他区域的压力，具体实施时，可以测量与采集待测区域的压力5s。
64.步骤s130、测试结束后，将测压硅片放回硅片盒中。
65.测试结束后，将测压硅片放回硅片盒中，可以在下次测试时方便地取出。
66.图10为本发明实施例提供的另一种测压方法的流程示意图，采用上述实施例提供的任意一种测压硅片测量压力，该实施例适用于测压硅片的在线测试流程，参考图10，该测压方法包括：
67.步骤s210、将测压硅片与生产用的硅片均放置在硅片盒中。
68.其中，测压硅片与生产用的硅片尺寸规格相同，可以进行正常曝光流程，在完整的曝光过程中测量各位置的压力。
69.步骤s220、控制测压硅片与生产用的硅片执行相同的曝光流程，利用测压硅片测量与采集待测区域的压力。
70.步骤s230、测试结束后，将测压硅片放回硅片盒中。
71.示例性的，在某一实施例中，测试流程可以为：
72.s1、把测压硅片与生产用的硅片一起放置在硅片盒中；
73.s2、通过装载机械手从硅片盒中取片；
74.s3、装载机械手把测压硅片放置在预对准台上进行预对准，在预对准台上测量与采集压力5s；
75.s4、上片臂从预对准台取片，wh交片至承载台(ws)的硅片台；
76.s5、测压硅片在硅片台上依次进行初次调平、粗对准与精对准；
77.s6、再次进行调平，然后进行曝光准备；
78.s7、曝光，测量与采集压力20s；
79.s8、下片臂从硅片台取片，测量与采集压力5s；
80.s9、卸载机械手把测压硅片放置在下片台，测量与采集压力2s；
81.s10、装载机械手从下片台取片并把测压硅片放回硅片盒中，流片结束。
82.通过该测试步骤可实现依次对光刻机内部关键区域(如ws和wh区域)的压力测量，与硅片在光刻设备内部跑批的路径一致，能更准确地测出硅片在跑批流程中受到的压力情况。测压硅片的测试流程不仅限于本实施例所示，也可以是其它合理的测试流程。
83.在另一实施例中，测试流程可以为：
84.s1、把测压硅片与生产用的硅片一起放置在硅片盒中；
85.s2、通过装载机械手从硅片盒中取片；
86.s3、装载机械手把测压硅片放置在预对准台上进行预对准，在预对准台上测量与采集压力5s；
87.s4、卸载机械手把测压硅片从预对准台放置在下片台，测量与采集压力2s；
88.s5、装载机械手从下片台取片并把测压硅片放回硅片盒中，流片结束。
89.通过该测试步骤仅实现对wh区域的压力测量。
90.在另一实施例中，测试流程可以为：
91.s1、把测压硅片与生产用的硅片一起放置在硅片盒中；
92.s2、通过装载机械手从硅片盒中取片；
93.s3、装载机械手把测压硅片放置在预对准台上进行预对准，在预对准台上测量与采集压力5s；
94.s4、上片臂从预对准台取片，wh交片至ws的硅片台，测量与采集压力5s；
95.s5、下片臂从硅片台取片，测量与采集压力5s；
96.s6、卸载机械手把测压硅片放置在下片台，测量与采集压力2s；
97.s7、装载机械手从下片台取片并把测压硅片放回硅片盒中，流片结束。
98.通过该测试步骤可实现对wh和ws区域的压力测量，但不对曝光时硅片受到的压力进行测量。在其他实施例中，还可以有其他流程，具体实施时可以根据需要测量压力的区域选择。
99.本发明实施例还提供一种光刻设备，利用上述实施例提供的任意一种测压硅片测量硅片在曝光过程中受到的压力。
100.本发明实施例提供的光刻设备使用上述实施例提供的任意一种测压硅片进行压力测量，具备相同或相应的技术效果。
101.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行
了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。