用于光刻設備的掩模整形裝置及掩模整形方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種集成電路裝備制造領域，尤其涉及一種用于光刻設備的掩模整形裝置及掩模整形方法。
【背景技術】
[0002]液晶顯示元件或半導體元件等電子元件，是通過如圖1所示的光刻設備10制造，圖1中，I是照明光學系統，2是掩模，3是承載掩模的掩模臺，4是投影物鏡，5是掩模空間像的像面，6是涂有光刻膠的基片，7是承載基片的工件臺。照明光學系統I中出射的照明光均勻的照明掩模2，將掩模上的圖案經由投影物鏡在硅片上成像，從而將掩模上的圖形轉移到硅片上。
[0003]高世代TFT光刻機所用的掩模巨大。大的掩模板尺寸會產生如圖1 (a)所示的重力變形。這種變形會導致曝光時掩模板上各圖形區域嚴重偏離最佳物面8。對于重力所導致的掩模變形，現有技術的做法如圖1 (b)所示，首先通過設計掩模吸附方式(例如兩邊吸附)，使掩模重力變形基本上沿掃描方向(X方向)對稱，然后通過調整多個拼接物鏡的可動鏡片9的高度以適應掩模板在非掃描方向的自重變形，使空間像在非掃描方向(Y方向)基本保持在一個平面5內。然而即便如此，掩模在掃描方向上(X方向)仍然有很大起伏。為了獲得好的像質，現有技術要求TFT光刻機的物鏡還是要保證較大的焦深，這樣就不可避免的犧牲了分辨率需求。而且，引入過多的可動元件使物鏡的設計變得復雜，也不利于整機的可靠性。
[0004]現有技術CN102955373公開另一種技術方案通過玻璃蓋板在掩模上方形成密閉空間、對密閉空間內的空氣進行抽吸，使空間內部減壓的抽吸機構。該技術方案專門針對接近式曝光場景中，如圖2所示該曝光場景中，掩模板吸附于凸緣的下表面，掩模的交換片也在凸緣的下方進行。且從專利可以看出，整個曝光過程中掩模臺保持靜止，不進行掃描運動。然而，高世代TFT光刻機的掩模大且重，并且在曝光過程中掩模臺進行高速掃描運動，在這種情況下，掩模吸附于凸緣下表面方案風險巨大，不可行。吸附在掩模臺凸緣的上表面，凸緣支撐掩模的自重是當前高世代TFT光刻機中較好的方案。因此，該方案并不適用于高世代TFT掃描投影光刻機。
【發明內容】
[0005]針對以上問題，本發明提出了一種應用于高世代TFT掃描投影光刻機中補償掩模自重變形的裝置。
[0006]本發明公開一種用于光刻設備的掩模固位系統，包括:掩模臺和被承載的掩模；其特征在于，還包括掩模真空整形裝置，用于使所述掩模保持面形、補償撓曲。
[0007]更進一步地，所述掩模臺的凸緣上設有掩模吸附腔，所述掩模的邊緣就擱置在所述凸緣的掩模吸附腔上。
[0008]更進一步地，所述掩模真空整形裝置包括:掩模覆蓋機構，用于在上方與在下方的所述掩模配合形成或者脫離封閉區域；氣動控制系統，用于探測所述封閉區域內的氣壓值并控制所述封閉區域的氣壓值小于大氣壓。
[0009]更進一步地，所述掩模覆蓋機構包括掩模艙蓋和升降裝置，所述升降裝置用于驅使所述掩模艙蓋上升或下降，當所述掩模艙蓋上升時所述封閉區域消失，當所述掩模艙蓋下降時，形成所述封閉區域。
[0010]更進一步地，所述氣動控制系統包括包括:風機，用于將所述封閉區域內空氣抽出；和壓力傳感器，用于探測所述封閉區域內的氣壓值；和流量控制器。
[0011]更進一步地，所述掩模艙蓋由覆蓋于金屬框架上的石英玻璃組成。
[0012]更進一步地，所述掩模艙蓋與所述掩模臺連接處還包括一密封圈。
[0013]更進一步地，所述升降裝置包括直線導軌、滑塊和直線電機，所述滑塊與所述掩模艙蓋固連，所述導軌與所述掩模臺固連，所述直線電機驅動所述滑塊沿所述直線導軌上升或下降。
[0014]更進一步地，所述升降裝置為一機械手。
[0015]更進一步地，所述掩模臺凸緣上的吸附腔，是由獨立氣動控制系統控制。
[0016]更進一步地，所述掩模臺和掩模艙蓋還設置防止水平向和垂向位移的卡合裝置。所述卡合裝置包括至少包括一套掛鉤和掛扣，所述掛鉤和掛扣在所述卡合裝置卡位時，相互扣合。
[0017]更進一步地，所述氣動控制系統為同一系統，所述氣動控制系統在控制所述封閉區域時，需加在所述氣動控制系統與所述封閉區域之間加裝真空控制模塊。
[0018]更進一步地，所述掩模臺與所述掩模真空整形裝置是固連的。
[0019]更進一步地，所述掩模臺與所述掩模真空整形裝置是分體的。
[0020]本發明同時公開一種用于光刻設備的掩模整形的方法，其特征在于，包括:
步驟一、用掩模真空整形裝置在掩模版的上方與所述掩模版間構設成一密閉空間； 步驟二、用所述掩模真空整形裝置中的氣動控制系統抽出所述密閉空間內的空氣； 步驟三、控制所述密閉空間的壓強，從而控制所述掩模版的面形撓曲。
[0021]與現有技術相比較，本發明解決了步進掃描光刻機中，大掩模板自重變形補償問題，使掩模板在整個掃描運動過程中，自重變形得到有效控制，無需通過物鏡對物面進行調節。通過在掩模臺和密封艙之間設置卡合裝置，避免發生位移。
【附圖說明】
[0022]關于本發明的優點與精神可以通過以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的了解。
[0023]圖1是大掩模板自重變形示意圖；
圖2是現有技術中掩模整形技術方案之一；
圖3是本發明所提供的掩模臺的結構示意圖；
圖4是本發明所提供的掩模整形裝置的俯視圖；
圖5是本發明所提供的掩模整形裝置的第一、二實施方式示意圖；
圖6是掩模下沉量與密閉空間壓強的關系的仿真結果圖；
圖7是上層石英板變形仿真結果圖； 圖8是本發明所提供的掩模整形裝置的第三實施方式示意圖；
圖9是本發明所提供的第三實施方式的流程圖；
圖10是本發明所提供的掩模整形裝置的第四實施方式示意圖；
圖11是本發明所提供的掩模整形裝置的掛鉤與掛扣的實施方式之一；
圖12是本發明所提供的掩模整形裝置的機械手的實施方式示意圖；
圖13是本發明所提供的掩模整形裝置的旋轉機構的實施方式示意圖；
圖14是本發明所提供的掩模整形裝置的機械手操作掩模交換版的示意圖；
圖15是本發明所提供的掩模整形裝置的機械手操作流程示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖詳細說明本發明的一種具體實施例的掩模整形裝置。然而，應當將本發明理解成并不局限于以下描述的這種實施方式，并且本發明的技術理念可以與其他公知技術或功能與那些公知技術相同的其他技術組合實施。
[0025]在以下描述中，為了清楚展示本發明的結構及工作方式，將借助諸多方向性詞語進行描述，但是應當將“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“內”、“向外”、“向內”、“上”、“下”等詞語理解為方便用語，而不應當理解為限定性詞語。此外，在以下描述中所使用的“X向”一詞主要指與水平向平行的方向'“Y向”一詞主要指與水平向平行，且與X向垂直的方向；“z向”一詞主要指與水平向垂直，且與X、Y向均垂直的方向。
[0026]圖3是本發明所對應的曝光裝置結構示意圖，I是照明光學系統，4是投影物鏡，6是基片。12為本發明核心部分，包括掩模臺(凸緣)3、掩模2、密封艙蓋13、電動升降裝置14以及吸附補償的氣動系統(未圖示)。密封艙蓋13與掩模2通過柔性密封圈17形成一個密閉空間18，通過氣動控制系統對密閉空間18進行抽真空，形成一定負壓，從而補償掩模重力變形。如圖4所示，掩模整形裝置13還設有凸出部位16，同時掩模臺上對應位置設有凹下部位15，掩模整形裝置13蓋下時，16和15卡合，從而可以防止掃描曝光時整形裝置相對于掩模臺凸緣的水平向運動。同時，為了防止掩模臺在Z，Rx，Ry方向運動時，密封艙蓋相對于掩模臺凸緣的垂向位移，還在凸緣和密封艙蓋間安裝了機械卡死結構，將在后面描述。電動升降裝置14可以控制掩模艙蓋沿Z軸方向運動以方便掩模交換片。
[0027]掩模整形裝置13主要由三部分構成，如圖4所示，19為輕質堅硬的框架，例如是鋁合金。21為鑲嵌在框架19中的石英玻璃，二者密封連接。17是位于掩模艙蓋13底部的矩形彈性密封圈，材料例如是橡膠或聚四氟乙烯，用來密封掩模艙蓋19和掩模板2，從而在石英板21和掩模板2之間形成全密封的空間。
[0028]矩形密封圈17具有一定的厚度，其中大部分鑲嵌在框架19底部對應地溝槽中，小部分露出框架底面，石英玻璃21和框架19通過密封材料剛性連接。需要指出的是，石英玻璃14的范圍必須大于掩模圖形區和對準標記的范圍(圖4中虛線框22范圍內)，以防止部分圖形區被遮擋而不能曝光；同時，密封圈15必須小于掩模的大小，以防止密封時，因為部分密封圈漏出掩模邊緣而導致密封失敗。
[0029]如果沿圖4中的虛線20切開，得到掩模臺凸緣3和掩模艙蓋13的斷面圖如圖5所示，石英板21和掩模2間的密閉空間18的高度例如是10 _。掩模艙蓋框架19與石英玻璃21通過密封材料24密封。掩模艙蓋框架19與掩模板17通過柔性矩形密封圈17密封。密封圈24和17可以是同一種材料，例如橡膠。也可以是不同的材料。掩模艙蓋框架19上開設有一氣路通道25，氣路一側連接軟管23 (參考圖4)，另一側與密閉空間18相通。掩模艙蓋19的另一側也開有以氣路通道28以導入外部空氣。所以密閉空間18中的壓力由氣動控制系統從空間18抽吸的空氣量與從氣路通道流入18的外部空氣的流入量的平衡決定。氣動控制系統包含風機、壓力傳感器、流量控制器等。
[0030]實施例1中，密閉空間18和掩模吸附腔26各采用一套氣動控制系統。如圖5(a)所示。實施例2中，密閉空間18和掩模吸附腔26共用一個真空源，但是密閉空間18與吸附腔26中所需的真空度是不同的，因此需要在它們之間安裝真空控制模塊27，來單獨控制密閉空間24中的真空度，如圖5 (b)所示。
[0031]圖6顯示了四邊吸附的情況下，5.5代掩模下沉量隨密閉空間24中壓強的關系的計算機仿真結果，當密閉空間的壓強為-195'235 Pa (相對于大氣壓)時，掩模板的下沉量可以控制在±2 um范圍內。這一范圍遠小于傳統5.5代掩模臺情況的下沉量(40 um)。根據這一仿真結果，確定真空控制模塊11中，壓差傳感器的反復精度不能大于±10 Pa，質量流量