CN100504616C - 掩模版装载工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种掩模版装载工艺，属于光刻领域。现有的掩模版装载工艺在运作过程中，存在对准误差大、需要多次重复校准精度、装载效率低等缺点。本发明的掩模版装载工艺，用于将掩模版精确装载至光刻机的掩模版承载台上，所述的光刻机具有掩模传输系统和掩模台系统，所述的掩模台系统包括掩模版承载台和微动台，该掩模版装载工艺包括下列流程：(1)版库取版；(2)粗预对准；(3)掩模版交接；(4)精细预对准。采用本发明可使整个掩模版装载工艺的精度达到：x向±1μm，y向±1μm，rz向±0.05mrad。同时，精细预对准的次数从传统的3-5次降低到1次就能够达到预对准精度，大大提高了预对准效率，提高生产率。

Description

掩模版装载工艺

技术领域

本发明属于光刻领域，具体地说，是一种光刻机的掩模版装载工艺。

背景技术

在光刻机设备中，对准系统对掩模版标记的捕获范围是有限的，一般在10μm左右，最大不超过40μm，这就要求掩模版装载到承载台的误差控制在一定的误差范围之内，否则会使对准系统找不到标记而失败。

现有的光刻机，在掩模版装载的工艺流程中引入了预对准的环节，如美国GCA公司的6300型、8000型光刻机，通过机械预对准的方式控制误差。又如荷兰ASML公司的2000型、5000型光刻机，通过光学预对准方式控制掩模版的装载误差。在一些掩模版装载精度要求高的光刻机中，一般会采用2级掩模版预对准的方式，即粗预对准和精细预对准。

在现有的光刻机中，掩模版装载工艺依次包括下列流程：“版库取版”、“粗预对准”、“精细预对准”和“掩模版交接”，其中，“版库取版”和“粗预对准”流程在光刻机的掩模传输系统上完成，“精细预对准”和“掩模版交接”流程由光刻机的掩模传输系统和掩模台系统配合完成。

图1是光刻装置的掩模传输系统和掩模台系统的结构示意图，下面结合图1描述现有的掩模版装载工艺流程的具体工作步骤：

“版库取版”：掩模传输系统202通过传输手臂206从掩模版库201中取出掩模版207；

“粗预对准”：掩模传输系统202通过粗预对准装置205实现粗预对准流程，消除“版库取版”流程中引入的误差，控制误差范围在精细预对准范围之内；

“精细预对准”：掩模传输系统202和掩模台系统211通过精细预对准装置204建立两个系统的坐标关系，并实现掩模版207的精细预对准，控制掩模版装载过程的误差在一定的误差范围内；

“掩模版交接”：掩模传输系统202和掩模台系统211配合完成掩模版207的交接，实现掩模版207定位于掩模版承载台208上。

在上述掩模版装载工艺流程中，存在以下两个缺点：

1、“精细预对准”流程不能减少“掩模版交接”流程引入的误差。

在上述掩模版装载工艺流程中，“掩模版交接”流程位于“精细预对准”流程之后，“掩模版交接”流程中由于系统之间存在组装误差、振动等因素，会产生新的误差，并且“掩模版交接”的工艺精度往往低于“精细预对准”的工艺精度，使装载工艺的误差变得更大。

2、掩模版传输系统和掩模台系统坐标关系精确标定困难。

现有的“精细预对准”流程是由掩模传输系统和掩模台系统共同完成的，前提是必须精确地标定两个系统的坐标关系，精细预对准坐标系的转换关系如图2所示。精细预对准装置获得的是传感器坐标系o₂’下的位置，必须把传感器坐标系o₂’转换到掩模传输系统坐标系o₃’中，然后进行精细预对准。但是，掩模传输系统和掩模台系统是彼此独立的，存在于两个坐标世界o₃’、o₁’中，精确标定两个系统之间的坐标关系是非常困难的，缺乏有效的测量手段和方法。如果两个系统之间的坐标关系标定得不精确，往往会造成“精细预对准”环节的精度达不到要求，或是需要多次预对准动作才能达到精度要求，大大降低了装载效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有掩模版装载工艺中的缺点，提供一种新的掩模版装载工艺，以提高掩模版的装载精度和效率。

为了达到上述的目的，本发明提供了一种掩模版装载工艺，用于将掩模版精确装载至光刻机的掩模版承载台上，所述的光刻机具有掩模传输系统和掩模台系统，所述的掩模台系统包括掩模版承载台和微动台，所述的掩模版装载工艺包括下列流程：(1)版库取版；(2)粗预对准；(3)掩模版交接；(4)精细预对准。其中，所述的版库取版和粗预对准流程在掩模传输系统上完成，所述的掩模版交接流程由掩模传输系统和掩模台系统配合完成，所述的精细预对准流程在掩模台系统上完成，且所述的精细预对准流程包括下列步骤：a.计算掩模版精细预对准误差向量；b.判断掩模版精细预对准误差向量是否满足精细预对准精度要求，若满足，则结束精细预对准步骤，否则继续步骤c；c.根据本次精细预对准误差向量，计算微动台的补偿量；d.升起掩模版，使掩模版高于掩模版承载台；e.根据补偿量，相对移动微动台进行误差向量的补偿；f.下降掩模版，使掩模版吸附于掩模版承载台；g.根据补偿量，反向相对移动微动台，恢复误差向量补偿，返回步骤a。

本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.将现有工艺中的“精细预对准”和“掩模版交接”工艺顺序相互对调，使“精细预对准”流程位于“掩模版交接”流程之后，利用“精细预对准”流程减小“掩模版交接”流程引入的误差，提高了装载精度；

2.“精细预对准”流程全部由掩模台系统独立完成，大大降低了掩模传输系统和掩模台系统坐标系标定的精度要求，降低了计算复杂度，减少了精细预对准的重复次数，从而提高了生产效率。

附图说明

本发明的掩模版装载工艺由以下的实施例及附图给出。

图1为光刻装置的掩模传输系统和掩模台系统的结构示意图；

图2为现有的精细预对准坐标转换关系图；

图3为本发明的掩模版装载工艺流程图；

图4为本发明的精细预对准坐标转换关系图；

图5为本发明的精细预对准流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的掩模版装载工艺作进一步的详细描述。

如图3所示，本发明的掩模版装载工艺包括四个流程：版库取版、粗预对准、掩模版交接、精细预对准。其中，版库取版和粗预对准流程在掩模传输系统上完成，掩模版交接流程由掩模传输系统和掩模台系统配合完成，精细预对准流程在掩模台系统上完成。

配合参照图1，在执行该掩模版装载工艺时，先由掩模传输系统202进行版库取版和粗预对准，达到一定的掩模版装载精度，然后和掩模台系统211配合实现掩模版交接，使掩模版207位于掩模版承载台208之上。由于精细预对准环节全部由掩模台系统211独立完成，故本发明的精细预对准坐标转换关系简化为图4所示的转换关系。

下面结合图1、图4和图5描述精细预对准流程的具体实施步骤。

首先，执行步骤S1，计算掩模版精细预对准误差向量，更具体的说，掩模台系统211获取目标点在精细预对准传感器坐标系o₂中的位置(x₂，y₂，rz₂)，精细预对准传感器坐标系o₂和掩模台坐标系o₁的关系可以精确标定，把目标点在精细预对准传感器坐标系中的位置(x₂，y₂，rz₂)转换成掩模台坐标系o₁中的位置(x₁，y₁，rz₁)。

接着，执行步骤S2，判断精细预对准误差向量精度是否满足要求，更具体的说，根据步骤S1计算的精细预对准误差向量，即目标点在掩模台坐标系o₁中的位置(x₁，y₁，rz₁)，进行判断，如果满足精度要求，结束精细预对准流程，如果不满足精度要求，则继续以下的步骤。

步骤S3，计算掩模台微动台209的补偿量，更具体的说，根据步骤S1计算的精细预对准误差向量，即目标点在掩模台坐标系o₁中的位置(x₁，y₁，rz₁)，通过与理想位置(x，y，rz)比较，计算得微动台的补偿量(Δx₁，Δy₁，Δrz₁)，其中：

Δx₁＝x-x₁；

Δy₁＝y-y₁；

Δrz₁＝rz-rz₁。

随后，执行步骤S4，升起掩模版207，更具体的说，掩模台211关闭承载台208真空，升起交接臂203，掩模版207脱离掩模版承载台208，直到掩模版207高于承载台208。

完成步骤S4后，继续步骤S5，微动台209补偿位置，更具体的说，掩模台211根据步骤S3计算的补偿量(Δx₁，Δy₁，Δrz₁)相对移动微动台209，进行误差向量补偿校准。

然后，执行步骤S6，下降掩模版207，更具体的说，掩模台211打开承载台208真空，降低交接臂203，降低掩模版207到承载台208上，掩模版207吸附于承载台208。

再执行步骤S7，微动台209恢复补偿位置，更具体的说，根据步骤S3计算的补偿量(Δx₁，Δy₁，Δrz₁)，计算反向补偿量(-Δx₁，-Δy₁，-Δrz₁)，掩模台211相对移动微动台209(-Δx₁，-Δy₁，-Δrz₁)量。

最后，返回步骤S1，继续计算掩模版精细预对准误差向量，重复上述流程直到掩模版精细预对准精度满足要求。

下面通过一较佳实施例来说明采用本发明的工艺可有效提高掩模版装载精度和生产效率。

请继续参阅图1和图4，掩模传输系统202进行版库取版和粗预对准后，达到一定的掩模版装载精度：x向的精度在±7um，y向精度在±7um，rz向的精度在0.1mrad。然后，掩模传输系统202和掩模台系统211配合实现掩模版交接流程，使掩模版207吸附于掩模版承载台208上。通过掩模台精细预对准装置204检测(基于掩模台坐标系o₁)，精细预对准之前的掩模版交接精度一般在x向的精度为±50um左右，y向精度为±50um左右，rz向的精度为3mrad左右。然而，掩模版精细预对准的精度要求(基于掩模台坐标系o₁)需要达到：x向的精度为±2um，y向精度为±2um，rz向的精度为0.1mrad，因此需要通过精细预对准流程来提高精度。

在精细预对准流程中，掩模台系统211通过精细预对准装置204，获得掩模版207(即目标点)在精细预对准传感器坐标系o₂下的位置(x_o2，y_o2，rz_o2)。根据位置(x_o2，y_o2，rz_o2)，可以确定向量， $\left|{\stackrel{\→}{r}}_1\right|=\sqrt{\mathrm{\Δ}{x_{o2}}^2+\mathrm{\Δ}{y_{o2}}^2},$ 且θ₁＝rz_o2。传感器坐标系o₂和掩模台坐标系o₁位于同一个系统中，并且两个坐标系是平移关系，不存在夹角，可以通过简单的方法标定，并达到高精度的要求。传感器坐标系o₂和掩模台坐标系o₁标定完毕后，可以精确的确定向量

，即θ₂和

已知。通过矢量的计算规则 ${\stackrel{\→}{r}}_3={\stackrel{\→}{r}}_1+{\stackrel{\→}{r}}_2,$ 可以确定向量

，即确定目标点在掩模台坐标系o₁中的位置(x_o1，y_o1，rz_o1)，其中：

$x_{o1}=\left|{\stackrel{\→}{r}}_2\right|\×\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)+\left|{\stackrel{\→}{r}}_1\right|\×\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)=\left|{\stackrel{\→}{r}}_2\right|\×\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)+\sqrt{{x_{o2}}^2+{y_{o2}}^2}\×\cos \left({\mathrm{rz}}_{o2}\right);$

$y_{o1}=\left|{\stackrel{\→}{r}}_2\right|\×\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)+\left|{\stackrel{\→}{r}}_1\right|\×\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)=\left|{\stackrel{\→}{r}}_2\right|\×\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)+\sqrt{{x_{o2}}^2+{y_{o2}}^2}\×\sin \left({\mathrm{rz}}_{o2}\right);$

${\mathrm{rz}}_{o1}=\±\arcsin \left(\left|\frac{|\left|{\stackrel{\→}{r}}_2\right|\×\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)+\left|{\stackrel{\→}{r}}_1\right|\×\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)|}{\sqrt{{(\left|{\stackrel{\→}{r}}_2\right|\×\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)+\left|{\stackrel{\→}{r}}_1\right|\×\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right))}^2+{(\left|{\stackrel{\→}{r}}_2\right|\×\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)+\left|{\stackrel{\→}{r}}_1\right|\×\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right))}^2}}\right|\right)$

$=\±\arcsin \left(\left|\frac{|\left|{\stackrel{\→}{r}}_2\right|\×\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)+\sqrt{{x_{o2}}^2+{y_{o2}}^2}\×\sin \left({\mathrm{rz}}_{o2}\right)|}{\sqrt{{(\left|{\stackrel{\→}{r}}_2\right|\×\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)+\sqrt{{x_{o2}}^2+{y_{o2}}^2}\×\sin \left({\mathrm{rz}}_{o2}\right))}^2+{(\left|{\stackrel{\→}{r}}_2\right|\×\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)+\sqrt{{x_{o2}}^2+{y_{o2}}^2}\×\cos \left({\mathrm{rz}}_{o2}\right))}^2}}\right|\right)$

如果 $\frac{|\left|{\stackrel{\→}{r}}_2\right|\×\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)+\left|{\stackrel{\→}{r}}_1\right|\×\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)|}{\sqrt{{(\left|{\stackrel{\→}{r}}_2\right|\×\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)+\left|{\stackrel{\→}{r}}_1\right|\×\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right))}^2+{(\left|{\stackrel{\→}{r}}_2\right|\×\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)+\left|{\stackrel{\→}{r}}_1\right|\×\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right))}^2}}>=0,$ 取正号；

否则，取负号。

通过将精细预对准误差向量和规定精度进行比较，判断目标点位置(x_o1，y_o1，rz_o1)是否满足精细预对准规定精度要求，如果满足，则精细预对准流程结束，如果不满足，则继续以下的步骤。

精细预对准的目标是约束掩模版207(即目标点)在传感器坐标系o₂的原点，即在掩模台坐标系o₁下的理想位置(x′，y′，rz′)。根据精细预对准误差向量，计算可得掩模台微动台209的补偿量为(Δx₁，Δy₁，Δrz₁)，其中：

Δx₁＝x′-x_o1；

Δy₁＝y′-y_o1；

Δrz₁＝rz′-rz_o1。

升起掩模版207，掩模台系统211根据补偿量(Δx₁，Δy₁，Δrz₁)相对移动微动台209，进行误差向量补偿校准。

下降掩模版207，根据补偿量(Δx₁，Δy₁，Δrz₁)计算反向补偿量(-Δx₁，-Δy₁，-Δrz₁)，掩模台系统211相对移动微动台209(-Δx₁，-Δy₁，-Δrz₁)，补偿回前一步骤中进行的微动台补偿量。

重复上述过程，直到掩模版精细预对准精度满足规定的精度要求。

根据以上的工艺流程，整个掩模版装载工艺的精度能够达到：x向±1um，y向±1um，rz向±0.05mrad。同时，精细预对准的次数从传统的3-5次降低到1次就能够达到预对准精度，大大提高了预对准效率，提高生产率。

Claims (1)

1.一种掩模版装载工艺，用于将掩模版精确装载至光刻机的掩模版承载台上，所述的光刻机具有掩模传输系统和掩模台系统，所述的掩模台系统包括掩模版承载台和微动台，其特征在于，所述的掩模版装载工艺包括下列流程：(1)版库取版；(2)粗预对准；(3)掩模版交接；(4)精细预对准，其中，所述的版库取版和粗预对准流程在掩模传输系统上完成，所述的掩模版交接流程由掩模传输系统和掩模台系统配合完成，所述的精细预对准流程在掩模台系统上完成，且所述的精细预对准流程包括下列步骤：

a.计算掩模版精细预对准误差向量；

b.判断掩模版精细预对准误差向量是否满足精细预对准精度要求，若满足，则结束精细预对准步骤，否则继续步骤c；

c.根据本次精细预对准误差向量，计算微动台的补偿量；

d.升起掩模版，使掩模版高于掩模版承载台；

e.根据补偿量，相对移动微动台进行误差向量的补偿；

f.下降掩模版，使掩模版吸附于掩模版承载台；

g.根据补偿量，反向相对移动微动台，恢复误差向量补偿，返回步骤a。

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