调平辅助装置及调平方法

技术领域

本发明涉及半导体设备领域，具体涉及一种调平辅助装置及被动调平方法。

背景技术

在半导体领域中，对半导体设备的处理往往涉及光刻工艺。为提高曝光质量，必须保证掩模板与硅片之间的平行度，这需要用到调平装置。

传统的调平装置大多采用复杂的装置，如传感器、电机、相机等，结构复杂，且成本较高、调平操作复杂。调平装置也可以利用掩模板和硅片直接接触贴合的方式进行调平，但是往往由于硅片上表面有光刻胶，接触后粘在一起，难以分开。

针对现有技术的上述不足，期望提供一种改进的调平辅助装置和被动调平方法。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在标识出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以作为稍后给出的更详细描述之序言。

本发明提供了一种调平辅助装置，包括：用于吸附掩模板的掩模板吸附台，该掩模板吸附台的中心设置有通孔并且沿该通孔周向布置有多个滑槽，其中硅片能够通过该通孔从该掩模板吸附台下方上升，并且该多个滑槽的数目大于等于3个；以及多个调平组件，每个调平组件设置在该多个滑槽中的一个滑槽中，其中每个调平组件包括小球和控制件，并且各个调平组件中小球的直径相同，其中，每个调平组件的控制件能够控制相应的小球滑动至该掩模板与该硅片之间。

在一些实施例中，通孔为圆形通孔，并且圆形通孔的直径大于硅片。

在一些实施例中，每个调平组件的控制件包括簧片、限位件和气缸。

在一些实施例中，每个调平组件的簧片的一端设置有固定孔，小球粘接于固定孔内，簧片的另一端设置有连接孔，并且簧片通过螺钉和连接孔固定于限位件，限位件上设置有气缸固定槽和气缸固定孔，气缸的连接杆固定在气缸固定槽中并且通过螺钉和气缸固定孔被锁紧。

在一些实施例中，每个调平组件的控制件通过气缸的运动推动小球离开固定孔以滑动至掩模板与硅片之间。

在一些实施例中，簧片的厚度在0.09mm至0.12mm之间。

在一些实施例中，小球的材料包括陶瓷或金属。

在一些实施例中，该多个滑槽沿通孔均匀分布。

在一些实施例中，掩模板吸附台通过吸附槽或吸附孔来吸附掩模板。

本发明还提供了利用前述调平辅助装置进行被动调平的方法，包括：将掩模板吸附在掩模板吸附台上；使硅片通过该掩模板吸附台的通孔从该掩模板吸附台下方上升；当该硅片上升到与该掩模板吸附台的距离满足预设条件时，通过每个调平组件的控制件控制相应小球滑动至该掩模板与该硅片之间；以及使该硅片继续上升直至每个小球的顶部抵接该掩模板并且底部抵接该硅片。

本发明的技术方案在硅片和掩模板之间设置至少三个直径相同的小球，当硅片上升到一定高度后小球的顶部抵接掩模板，底部抵接硅片，从而实现硅片与掩模板之间的被动调平。本发明的调平辅助装置能够快速实现硅片与掩模板之间的被动调平，且结构简单、成本低。

附图说明

结合附图理解下面阐述的详细描述时，本发明的特征、本质和优点将变得更加明显。在附图中，相同附图标记始终作相应标识。要注意，所描述的附图只是示意性的并且是非限制性的。在附图中，一些部件的尺寸可放大并且出于解说性的目的不按比例绘制。

图1示出了本发明的调平辅助装置的掩模板吸附台的示意图。

图2-图4示出了本发明的调平辅助装置的调平组件的结构示意图。

图5示出了利用本发明的调平辅助装置进行被动调平的示例方法。

图6示出了利用本发明的调平辅助装置进行被动调平过程中小球滑动的示意图。

图7示出了利用本发明的调平辅助装置进行被动调平的过程中的系统侧视图。

图8示出了利用本发明的调平辅助装置进行被动调平后的系统侧视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图对本发明进一步详细说明。在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对所描述的示例性实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践所描述的实施例。在其它示例性实施例中，没有详细描述公知的结构，以避免不必要地模糊本公开的概念。应当理解，本文所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。同时，在不冲突的情况下，实施例所描述的各个方面可以任意组合。

如上文提到的，现有技术的调平装置结构复杂、成本较高，且调平操作复杂。

本发明提出了一种低成本的调平辅助装置，能够快速实现硅片和掩模板的调平。本发明通过在硅片和掩模板之间设置至少三个小球，当硅片上升到一定高度后小球的顶部抵接掩模板，小球的底部抵接硅片。此时，硅片和掩模板之间的距离等于小球的直径，从而实现了硅片与掩模板之间的被动调平。

本发明的调平辅助装置包括掩模板吸附台和调平组件两个部分。图1示出了本发明的调平辅助装置的掩模板吸附台的示意图。

掩模板吸附台用于吸附掩模板。具体而言，掩模板吸附台可以通过吸附槽来吸附掩模板。在另外一些实现中，掩模板吸附台也可以通过吸附孔（图1中未示出）来吸附掩模板。

如图1所示，掩模板吸附台的中心设置有一圆形通孔，该圆形通孔的直径大于硅片直径，从而使得硅片可以从掩模板吸附台下方上升至该圆形通孔内或者下方。

应注意，虽然图1中示出了圆形通孔，但这仅是示例性的而非限制性的。在具体实现中，还可以采用其他形状的通孔（诸如多边形、椭圆形、不规则形状等等）。

进一步如图1所示，掩模板吸附台上设置有三个滑槽，该三个滑槽沿圆形通孔周向均匀分布。在本发明中，每个滑槽中可设置有调平组件（图1中未示出）。关于调平组件将在下文结合图2-图4进一步详细描述。

应注意，虽然图1中示出了沿通孔均匀分布的三个滑槽，但这仅是示例性的。在具体实现中，本领域技术人员可以根据实际情况采用不同方式来实现滑槽。例如，可以采用三个以上的滑槽（例如，四个、五个等等），可以使滑槽沿通孔非均匀分布等等。

在硅片从掩模板吸附台下方上升的过程中，可以通过设置于掩模板吸附台的滑槽中的调平组件来实现硅片和掩模板之间的调平。下面将结合图2-图4来解说调平组件的具体结构。

图2示出了本发明的调平辅助装置的调平组件的示意图。

以图1中的三个滑槽为例，可以在该三个滑槽中的每个滑槽中设置相应的调平组件，其中每个调平组件包括小球和相关联的控制件。

为了便于解说，图2中示出了一个滑槽中的一个调平组件。如图所示，调平组件包括一个小球和控制件，控制件用于控制小球的运动，并且可以包括簧片、限位件和气缸。

当不需要对硅片和掩模板进行调平时，调平组件处于不工作状态。此时，小球可以位于滑槽内，气缸未被激活。如图所示，小球位于滑槽内的簧片上，而不是位于硅片与掩模板之间。气缸处于收回状态，而未伸出并驱动小球滑动离开滑槽。

当需要对硅片和掩模板进行调平时，调平组件处于工作状态。此时，可以激活气缸进行运动。当气缸伸出并接触小球时，可以推动小球离开滑槽并滑动至硅片与掩模板之间，进而实现硅片与掩模板之间的被动调平。

应注意，虽然本发明中描述了控制件包括簧片、限位件和气缸的特定结构，但本发明不限于此。在实际实现中，本领域技术人员也可以用其他机械结构来实现控制件。例如，控制件可以是容纳小球的封闭容器。当不需要对硅片和掩模板进行调平时，小球可以置于封闭容器内。当需要对硅片和掩模板进行调平时，可以将小球释放（例如，弹出、推出等等）至封闭容器外部并滑动至硅片与掩模板之间。

图3示出了本发明的调平组件中的簧片的示意图。

在本发明的优选实施例中，簧片的厚度为0.09mm至0.12mm。

如图所示，簧片的一端设置有固定孔。当调平组件处于不工作状态时，小球可以粘接于该固定孔内，以使得小球在没有外力作用下不会滑动离开簧片。当调平组件处于工作状态时，可以（例如，由气缸）驱动小球离开该固定孔并滑动离开簧片前往硅片与掩模板之间的位置。

如图3进一步所示，簧片的另一端（与固定孔所在端相对的另一端）设置有连接孔。作为示例，图3中示出了三个连接孔。通过螺钉和连接孔，可以将簧片固定于调平组件中的限位件上。

图4示出了本发明的调平组件中的限位件的示意图。

如图所示，限位件为T型件。

簧片可以固定连接至限位件顶部的簧片固定孔。举例而言，可以通过将簧片的两侧连接孔与限位件顶部的簧片固定孔对准，并通过螺钉来将两者紧固连接。

此外，限位件上还设置有气缸固定槽和气缸固定孔，气缸的连接杆固定在气缸固定槽中，通过螺钉和气缸固定孔将气缸的连接杆锁紧。

应注意，图3和图4中示出的簧片和限位件的结构以及两者的紧固方式仅是示例性的而非限制性的。在具体实现中，簧片和限位件可以采用不同的机械结构以及不同的方式进行紧固连接。

图5示出了利用本发明的调平辅助装置进行被动调平的示例方法500。

如图所示，方法500开始于步骤505。在步骤505，将掩模板吸附在掩模板吸附台上。

例如，可以在掩模板吸附台上设置吸附件（诸如吸附槽或吸附孔），并通过这些吸附件来吸附掩模板。

接着，在步骤510，使硅片通过掩模板吸附台的通孔从掩模板吸附台下方上升。

举例而言，可以将硅片置于能够进行上下运动的平台上，且该平台的尺寸小于通孔，从而使得平台能够在通孔内上下移动。在将硅片置于平台上之后，当驱动平台上升时，硅片会随平台一起上升。

平台与通孔之间具有一定的间隙，以使得平台能够在通孔内上下运动。同时，该间隙应当足够小（例如，小于小球的直径），以免小球掉落至间隙中。

在步骤515，当硅片上升到与掩模板吸附台的距离满足预设条件时，通过每个调平组件的控制件控制相应小球滑动至掩模板与硅片之间。

在具体实现中，可以根据实际情况设置不同的预设条件。

例如，在一些示例中，当硅片与掩模板吸附台的距离等于预设值时，可以认为距离满足预设条件。预设值可以是大于小球直径的某个特定值。

在另外一些示例中，当硅片与掩模板吸附台的距离处于某个预设范围时，可以认为距离满足预设条件。预设范围的下限值可以是大于小球直径的某个特定值，预设范围的上限值可以是下限值加上某个增量值。

在本公开的实施例中，当硅片与掩模板吸附台的距离满足预设条件时，可以暂停平台的上升运动，并激活控制件中气缸以进行运动，通过气缸运动将小球推离簧片上的固定孔，并滑动至掩模板与硅片之间。此时，小球的底部抵接硅片的上表面，而小球的顶部与掩模板不接触。

在步骤520，使硅片继续上升直至每个小球的顶部抵接掩模板并且底部抵接硅片。

在小球滑动至掩模板与硅片之间后，可以恢复平台的上升运动，以使得硅片随平台继续上升。当硅片上升直至三个小球的顶部抵接掩模板且底部抵接硅片时，停止平台和硅片的继续上升。

此时，由于小球直径相同，因此掩模板与硅片之间的距离等于小球直径。同时，由于不共线的三点确定一个平面，因此通过不共线的三个小球可以使硅片和掩模板相互平行，从而实现两者之间的被动调平。

在具体实现中，由于气缸驱动力的差异、掩模板与硅片之间的未调平状态（不平行）、小球初始位置、各个小球在滑动过程中的交互（诸如碰撞）等因素的影响，三个小球在硅片上滑动后最终位置共线的可能性极低。由此，在对调平精度要求不太高的情况下，可以始终认为三个小球的最终位置不共线。

在另外一些实现中，为了提高调平精度，可以初始地使用三个小球进行调平，当检测到三个小球的最终位置共线时，可以添加另一附加小球并使其滑动至硅片和掩模板之间参与调平。

在又一些实现中，当检测到三个小球的最终位置共线时，可以加入一定的外部机械扰动（诸如倾斜、振动、碰撞等等）以破坏小球位置之间的共线关系，从而确保三个小球的最终位置不共线。

为了更好地理解本发明，以下结合图6-图8进一步解说利用本发明的调平辅助装置进行被动调平时小球滑动的示例性过程。

为了便于解说，假设采用沿圆形通孔均匀分布的三个滑槽和三个小球（分别被表示为小球A、小球B和小球C），三个小球不共线，且每个小球的直径均为d。

在一些实现中，小球的直径d可以为2 mm。

在一些实现中，小球可以是陶瓷小球。

在一些实现中，小球可以是金属小球。

图6示出了调平过程中小球滑动离开滑槽并滑动至掩模板与硅片之间后的示意图。

如图所示，小球A、小球B和小球C均位于圆形通孔内的硅片上。此时，每个小球的底部抵接硅片的上表面，而每个小球的顶部与掩模板（图6中未示出）未接触。

在本发明的各实施例中，对各个小球在硅片上的具体位置没有严格要求。即，不需要小球位于硅片上的指定位置。

如图6中所示，小球A、小球B和小球C位于硅片上的三个不同位置，且这三个位置不共线。由于不共线的三点确定一个平面，因此通过三个小球可以使硅片和掩模板相互平行，从而实现两者之间的被动调平。

作为示例，图7示出了调平过程中小球滑动至掩模板与硅片之间后的系统侧视图。

假设在调平过程中的某个时刻，硅片和掩模板之间尚未调平。此时，硅片与掩模板之间的间隙在不同位置是不同的。如图7所示，硅片与掩模板之间的最大间隙为H1（如图中左侧所示），并且硅片与掩模板之间的最小间隙为H2（图中右侧所示）。

在图7的示例中，H1大于H2，并且H2大于小球的直径d。由此可见，此时硅片与掩模板之间不平行。在图7中，各个小球与掩模板之间的距离不同。具体而言，小球A与掩模板的距离最大，小球C与掩模板的距离最小。

图8示出了调平过程结束后的系统侧视图。

当图7中所示的硅片继续上升后，承载硅片的载台底部是柔性机构，具备Z向、俯仰的自由度，当第一个小球先与掩模板和硅片接触并受力后，承载硅片的载台继续上升，由于第一个小球、掩模板、载台三者已接触，载台会做俯仰运动，其余小球与掩模板和硅片的距离会缩小。最终会使得所有小球的顶部抵接掩模板、底部抵接硅片，如图8中所示。具体而言，小球A、小球B和小球C的顶部均抵接掩模板下表面，并且小球A、小球B和小球C的底部均抵接硅片上表面。

此时，由于小球A、小球B和小球C的直径相等（均等于d），因此当每个小球都与掩模板和硅片抵接之后，掩模板和硅片之间的间隔在各个位置均相等并且等于小球直径d。

如前文所述，不共线的三点确定一个平面。因此，当不共线的小球A、小球B和小球C抵接在掩模板和硅片之间时，可以使硅片和掩模板相互平行，从而实现两者之间的被动调平。

应注意，虽然图6-图8示出了调平组件包括三个小球，但本发明不限于此。在实际实现中，可以采用三个以上小球（诸如四个小球、五个小球等等），由此提高小球位置不共线的可能性。另外，为了提高调平可靠性，可以定期检查小球的直径，以确保各个小球的直径保持相同。如果发现有小球的直径缩小（例如，由于磨损），则可以及时更换小球。

本发明的调平辅助装置在硅片和掩模板之间设置至少三个直径相同的小球，当硅片上升到一定高度后小球的顶部抵接掩模板且底部抵接硅片，从而实现硅片与掩模板之间的被动调平。本发明的技术方案能够快速实现硅片与掩模板之间的被动调平，且结构简单、成本低。

以上结合附图阐述的详细说明描述了示例而不代表可被实现或者落在权利要求的范围内的所有示例。术语“示例”和“示例性”在本说明书中使用时意指“用作示例、实例或解说”，并不意指“优于或胜过其它示例”。

贯穿本说明书引述的“一个实施例”或“一实施例”意指结合该实施例描述的特定特征、结构或特性是包含在本发明的至少一个实施例中的。因此，这些短语的使用可以不仅仅指代一个实施例。此外，所描述的特征，结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。

提供之前的描述是为了使本领域任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。对这些方面的各种修改将容易为本领域技术人员所明白，并且在本文中所定义的普适原理可被应用于其它方面。因此，权利要求并非旨在被限定于本文中所示的方面，而是应被授予与语言上的权利要求相一致的全部范围，其中对要素的单数形式的引述除非特别声明，否则并非旨在表示“有且仅有一个”，而是“一个或多个”。除非特别另外声明，否则术语“一些”指的是一个或多个。本发明通篇描述的各个方面的要素为本领域普通技术人员当前或今后所知的所有结构上和功能上的等效方案通过引述被明确纳入于此，且旨在被权利要求所涵盖。

还应注意，这些实施例可能是作为被描绘为流程图、流图、结构图、或框图的过程来描述的。尽管流程图可能会把诸操作描述为顺序过程，但是这些操作中有许多操作能够并行或并发地执行。另外，这些操作的次序可被重新安排。

虽然已经说明和描述了各种实施例，但是应该理解，实施例不限于上述精确配置和组件。可以在本文公开的设备的布置、操作和细节上作出对本领域技术人员显而易见的各种修改、替换和改进而不脱离权利要求的范围。