CN101526754A - 掩模版承版台及其光刻设备和双曝光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种掩模版承版台，包括：掩模版保持架；第一掩模版安装位与第二掩模版安装位，设置于所述掩模版保持架上；标记版安装位，设置于所述掩模版保持架中间位置；多个掩模版真空吸附槽，分别设置于所述第一掩模版安装位与第二掩模版安装位中，用以吸附固定掩模版；角锥棱镜安装位，设置于所述掩模版保持架的一侧，用于安装角锥棱镜；微动电机安装位，设置于所述掩模版保持架上；反射镜镀膜面，位于所述掩模版保持架的一侧面。综上所述，本发明利用掩模版承版台将两块不同的掩模版依次在同一个涂胶层上分别进行独立的曝光，双曝光技术可以将二维的图案分解为两个更容易精确地生成的一维图案。

Description

掩模版承版台及其光刻设备和双曝光方法
技术领域
本发明涉及半导体制程领域，特别涉及一种用于双曝光工艺的掩模版承版台及其光刻设备和双曝光方法。
背景技术
现有技术中的光刻装置，主要用于集成电路IC或其它微型器件的制造。通过光刻装置，具有不同掩模图案的多层掩模在精确对准下依次成像在涂覆有光刻胶的晶片上，例如半导体晶片或LCD板。光刻装置大体上分为两类，一类是步进光刻装置，掩模图案一次曝光成像在晶片的一个曝光区域，随后晶片相对于掩模移动，将下一个曝光区域移动到掩模图案和投影物镜下方，再一次将掩模图案曝光在晶片的另一曝光区域，重复这一过程直到晶片上所有曝光区域都拥有掩模图案的像。另一类是步进扫描光刻装置，在上述过程中，掩模图案不是一次曝光成像，而是通过投影光场的扫描移动成像。在掩模图案成像过程中，掩模与晶片同时相对于投影系统和投影光束移动。
目前，光刻设备大多采用每批硅片曝光后更换一次掩模版的方式，即一个掩模图案对应一批硅片曝光之后，再更换另一个掩模图案，每个掩模图案对应集成电路上的一层电路。但是，当同一层上图案的差别较大或是密度极大的情况下掩模版的制备非常困难。请参见图1，其所示为现有技术中硅片曝光形成的图形。设计在硅片上显影出L型的线条，如果采用一块掩模版单独曝光完成，则所形成的图形在L拐角处会有圆角产生，影响线条质量。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中由于一次曝光由于图形的复杂程度和密度的原因所造成的成像不精准的问题。
有鉴于此，本发明提供一种掩模版承版台，包括：掩模版保持架；第一掩模版安装位与第二掩模版安装位，设置于所述掩模版保持架上；标记版安装位，设置于所述掩模版保持架中间位置；多个掩模版真空吸附槽，分别设置于所述第一掩模版安装位与第二掩模版安装位中，用以吸附固定掩模版；角锥棱镜安装位，设置于所述掩模版保持架的一侧，用于安装角锥棱镜；微动电机安装位，设置于所述掩模版保持架上；反射镜镀膜面，位于所述掩模版保持架的一侧面。
进一步的，所述第一掩模版安装位与第二掩模版安装位为低于所述掩模版保持架上表面的方形凹槽。
进一步的，所述掩模版承版台还包括：角锥棱镜，安装于所述角锥棱镜安装位。
进一步的，所述掩模版承版台还包括：掩模版固定架，以辅助固定所述掩模版。
进一步的，所述掩模版承版台还包括：气孔堵头，以封住所述掩模版保持架上的气路工艺孔。
进一步的，所述掩模版承版台还包括：微动电机，设置于所述微动电机安装位，用以控制所述掩模版承版台的运动和姿态。
进一步的，所述微动电机包括：直线电机，以及音圈电机。
本发明还提供一种双曝光对准扫描曝光的方法，包括以下步骤：(1)利用光源通过投影镜头形成主光轴；(2)将第一掩模版和第二掩模版放在承版台上；(3)进行所述掩模版对准；(4)进行离轴硅片对准，将硅片放置在承片台上；(5)将所述硅片移动到所述主光轴位置；(6)利用所述承版台带动所述第一掩模版运动到所述主光轴位置，将第一掩模版的图形曝光成像在所述硅片上；(7)利用所述承版台带动所述第二掩模版运动到所述主光轴位置，将第二掩模版的图形曝光成像在所述硅片上。
进一步的，所述步骤(3)具体包括：在所述承版台上固定对准标记，在所述第一掩模版和第二掩模版上设置有标记，在所述承片台上固定有基准标记；将所述承片台移动到预先设计位置，沿第一扫描方向移动所述承版台，使所述对准标记与所述基准标记对准，并记录下所述承版台的坐标和所述承片台的第一位置坐标；建立起所述承版台与所述基准标记之间的关系；沿第一扫描方向移动所述承版台，将所述第一掩模版标记与所述基准标记对准；沿第一扫描方向移动所述承版台，将所述第二掩模版标记与所述基准标记对准；建立起所述承版台、所述第一掩模版和第二掩模版、所述基准标记之间的坐标关系。
进一步的，所述步骤(4)具体包括：将所述承片台移动到离轴对准系统下，使所述离轴对准系统中的参考标记与所述承片台的基准标记重合；记录所述承片台的第二位置坐标；建立起所述基准标记与所述参考标记之间的坐标关系；通过所记录的所述承片台的第一及第二位置坐标，计算出所述离轴对准系统的光轴与所述主光轴之间的距离；将所述的距离作为基线，建立起所述承片台与所述承版台之间的坐标关系。利用所述承片台将所述硅片运送至所述离轴对准系统的对准范围内；将所述离轴对准系统的参考标记与所述硅片标记对准；建立起所述硅片与所述承片台的基准标记之间的关系。
本发明还提供一种光刻设备，包括：提供辐射束的照明系统；将辐射光束投影到基底目标位置的投影系统；用于支撑掩模设备的掩模版承版台及用于支撑基底的工件台结构；所述掩模版承版台包括：掩模版保持架；第一掩模版安装位与第二掩模版安装位，设置于所述掩模版保持架上；标记版安装位，设置于所述掩模版保持架中间位置；多个掩模版真空吸附槽，分别设置于所述第一掩模版安装位与第二掩模版安装位中，用以吸附固定掩模版；角锥棱镜安装位，设置于所述掩模版保持架的一侧，用于安装角锥棱镜；微动电机安装位，设置于所述掩模版保持架上；反射镜镀膜面，位于所述掩模版保持架的一侧面。
进一步的，所述第一掩模版安装位与第二掩模版安装位为低于所述掩模版保持架上表面的方形凹槽。
进一步的，所述的光刻设备还包括角锥棱镜，安装于所述角锥棱镜安装位。
进一步的，所述的光刻设备还包括掩模版固定架，以辅助固定所述掩模版。
进一步的，所述的光刻设备还包括气孔堵头，以封住所述掩模版保持架上的气路工艺孔。
进一步的，所述的光刻设备还包括微动电机，设置于所述微动电机安装位，用以控制所述掩模版承版台的运动和姿态。
进一步的，所述微动电机包括直线电机，以及音圈电机。
综上所述，本发明所采用的双曝光的技术，利用掩模版承版台将两块不同的掩模版依次在同一个涂胶层上分别进行独立的曝光，双曝光技术可以将二维的图案分解为两个更容易生成的一维图案，使得包含各种特征的掩模图形的最小特征尺寸的精密制造成为现实，而且本掩模版承版台可以安装在平版印刷系统中。
附图说明
图1所示为现有技术中硅片曝光形成的图形；
图2所示为本发明一实施例中的掩模版承版台结构示意图；
图3所示为本发明一实施例中的掩模版承版台位置检测示意图；
图4所示为本发明一实施例中的掩模版承版台的驱动控制示意图；
图5所示为本发明一实施例提供的双曝光光刻设备的结构示意图；
图6所示为本发明一实施例提供的双曝光方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征更明显易懂，给出较佳实施例并结合附图，对本发明作进一步说明。
本发明一实施例提供了可以同时安装两个掩模版的掩模版承版台，请参见图2，其所示为掩模版承版台的结构示意图。该掩模版承版台200，包括：
掩模版保持架210，其为重要零件，其他零件在这个保持架的基础上对掩模版的安装及定位起到辅助作用。
第一掩模版安装位211与第二掩模版安装位212，设置于所述掩模版保持架210上，该些掩模版安装位上可以同时安装掩模版A(4)和掩模版B(5)，两个安装位的大小结构完全相同，因此同时安装的两个掩模版A(4)与掩模版B(5)的外形尺寸也相同。为避免两个掩模版在工作过程中意外相撞或因夹持不牢固产生的滑动甚至飞出，掩模版安装位为低于掩模版保持架210上表面的两个方形凹槽。
标记版安装位240，设置于所述掩模版保持架210中间位置，用于安装标记版250。
多个掩模版真空吸附槽230，分别设置于所述第一掩模版安装位211与第二掩模版安装位212中，用以吸附固定掩模版。在实际应用中还可加装掩模版固定架220，以辅助固定掩模版。
为了保证真空吸附槽230的气密性，所述掩模版承版台还包括气孔堵头231，以封住所述掩模版保持架210上的气路工艺孔232。掩模版经过对准后通过真空吸附在真空吸附槽230上，掩模版承版台200内部有完整的气路设计，加工气路的过程中有很多气路工艺孔232，将气路工艺孔封住，保证真空吸附槽230的气密性。
角锥棱镜安装位260，设置于所述掩模版保持架210的一侧，用于安装角锥棱镜270，以测量掩模版的位置。
反射镜镀膜面280，位于所述掩模版保持架210的一侧面。
在掩模版保持架的角锥棱镜安装位260安装角锥棱镜270，并给出角锥棱镜固定板安装位261。掩模版保持架侧面镀膜形成反射镜镀膜面280。角锥棱镜270和反射镜镀膜面280分别接收激光干涉仪发出的光束，实现对掩模版的位置测量。详细测量方法请参见图3，掩模版承版台200的Y向位移测量如下，光源发出的光束经过光机系统后形成两束光301和302照射在角锥棱镜270上，角锥棱镜270的反射光束，经过Y向双频激光干涉仪测量系统，计算出掩模版Y向位移，精度可以达到1.2nm；同时计算出掩模版Rz向转动。掩模版承版台200的X向位移测量如下，光源发出的光束经过光学器件分成3束光303照射在反射镜镀膜面280上，3束光成等腰三角形，经过反射镜镀膜面280的反射，由X向激光干涉仪接收计算出掩模版X向位移，精度可以达到0.6nm；同时计算出掩模版Ry向转动。从而实现对掩模版的位置的精确测量。
微动电机安装位290，设置于所述掩模版保持架上，用于安装电机。掩模版承版台的运动可以根据不同的电机驱动方式形成6自由度运动或3自由度运动。
参见图4，举出实施例以3自由度为例，但并不仅限于这种结构。掩模版承版台200还可在微动电机安装位290安装微动电机，用以调整所述掩模版承版台的运动。所述微动电机包括：直线电机，以及音圈电机。掩模版承版台X向驱动由一个直线电机410(X_Motor)实现。直线电机动子411(X_Motor_1)连接在掩模版保持架210上。掩模版承版台Y向驱动和Rz向驱动由两个音圈电机420，430(Y_Motor_R；Y_Motor_L)实现。音圈电机动子421，431(Y_Motor_R_1；Y_Motor_L_1)安装在掩模版保持架210上。当两个音圈电机420，430(Y_Motor)同步运动时，掩模版沿Y向运动，当两个音圈电机420，430(Y_Motor)不同步运动时，掩模版沿Rz向运动。由此实现了掩模版的3个自由度的运动。
本掩模版承版台可以应用于平版印刷系统，例如光刻机系统，但并不仅限于这种系统。
参见图6，本发明一实施例提供一种双曝光的方法，包括以下步骤：S610利用光源通过投影镜头形成主光轴；S620将第一掩模版和第二掩模版放在承版台上；S630进行掩模版对准；S640进行离轴硅片对准，将硅片放置在承片台上；S650将所述硅片移动到所述主光轴位置；S660利用所述承版台带动所述第一掩模版运动到所述主光轴位置，将第一掩模版的图形曝光成像在所述硅片上；S670利用所述承版台带动所述第二掩模版运动到所述主光轴位置，将第二掩模版的图形曝光成像在所述硅片上。
请参见图5，其所示为本发明一实施例提供的双曝光光刻设备的结构示意图
该光刻设备，包括：提供辐射束的照明系统500；将辐射光束投影到基底目标位置的投影系统520；用于支撑掩模设备的掩模版承版台510及用于支撑基底的工件台结构。所述掩模版承版台510的详细结构与上文描述相同，请参见图2至图4。
利用该光刻设备进行双曝光的具体步骤如下：
利用照明系统500提供稳定的光源，照明系统500发出的光线通过投投影系统520形成主光轴501。掩模版上的图案可以通过投影系统520缩小一定比例成像在硅片530上，以实现曝光。
将掩模版540，掩模版550同时放置在承版台510上。
其次进行掩模版对准。承版台510上固定有掩模对准标记512，掩模版540、掩模版550上均设计有标记541、551。支撑基底的工件台结构：承片台590上固定有基准标记570。
照明系统500发出的光线通过投投影系统520形成主光轴501。先将承片台590移动到预先设计位置，沿扫描方向Y向移动承版台510，通过对准系统，在承版台510上方的激光干涉仪系统511中同时探测到基准标记570和掩模版标记512，使掩模标记512与基准标记570对准。记录下激光干涉仪系统测量出的承版台510，承片台590的位置坐标y1。建立起承版台510与基准标记570之间的关系。沿扫描方向Y向移动承版台510，通过对准系统，将掩模版540的标记541与基准标记570对准。沿扫描方向Y向移动承版台510，通过对准系统，将掩模版550的标记551与基准标记570对准。这样就建立起了承版台510、掩模版540、掩模版550、与基准标记570之间的坐标关系。
然后进行离轴硅片对准。离轴硅片对准系统580，固定在投影镜头外，离轴对准系统中设计有参考标记581。
移动承片台590，到离轴对准系统580下，调整承片台590位置，使离轴对准系统中的参考标记581与基准标记570成像重合，记录激光干涉仪系统测量出的承片台590的坐标位置y2，建立起基准标记570，与参考标记581之间的坐标关系。通过所记录的承片台590的坐标位置y1、y2可以计算出离轴对准系统580的光轴582，与投影镜头的主光轴501之间的距离BL，BL也称为基线。通过基线BL，可以建立起承片台590与承版台510之间的坐标关系。
然后将硅片530利用机械手从片盒中取出，通过传输系统安装在承片台590上。承片台590将硅片530运送至离轴对准系统580的对准范围内，通过离轴对准系统580，将参考标记581与硅片标记531对准，建立起硅片530与基准标记570之间的关系。
以上对准过程通过基准坐标570间接的建立起了掩模版540、掩模版550、与硅片530之间的坐标关系。承版台510带动掩模版540沿扫描方向Y向运动到投影镜头的主光轴501位置，承片台590带动硅片530运动到投影镜头的主光轴501位置，进行曝光。将掩模版540上的图形，曝光到硅片530上。扫描方向为Y向，步进方向为X向。掩模版540的图形曝光完成。
承版台510带动掩模版550运动到投影镜头的主光轴501位置，将掩模版550的图形曝光成像在硅片530上。
综上所述，本发明所采用的双曝光的技术，利用掩模版承版台将两块不同的掩模版依次在同一个涂胶层上分别进行独立的曝光，双曝光技术可以将二维的图案分解为两个更容易生成的一维图案，使得包含各种特征的掩模图形的最小特征尺寸的精密制造成为现实。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (17)

1.一种掩模版承版台，其特征在于，包括：
掩模版保持架；
第一掩模版安装位与第二掩模版安装位，设置于所述掩模版保持架上；
标记版安装位，设置于所述掩模版保持架中间位置；
多个掩模版真空吸附槽，分别设置于所述第一掩模版安装位与第二掩模版安装位中，用以吸附固定掩模版；
角锥棱镜安装位，设置于所述掩模版保持架的一侧，用于安装角锥棱镜；
微动电机安装位，设置于所述掩模版保持架上；
反射镜镀膜面，位于所述掩模版保持架的一侧面。
2.根据权利要求1所述的掩模版承版台，其特征在于，其中所述第一掩模版安装位与第二掩模版安装位为低于所述掩模版保持架上表面的方形凹槽。
3.根据权利要求1所述的掩模版承版台，其特征在于，还包括：角锥棱镜，安装于所述角锥棱镜安装位。
4.根据权利要求1所述的掩模版承版台，其特征在于，还包括：掩模版固定架，以辅助固定所述掩模版。
5.根据权利要求1所述的掩模版承版台，其特征在于，还包括：气孔堵头，以封住所述掩模版保持架上的气路工艺孔。
6.根据权利要求1所述的掩模版承版台，其特征在于，还包括：微动电机，设置于所述微动电机安装位，用以控制所述掩模版承版台的运动和姿态。
7.根据权利要求6所述的掩模版承版台，其特征在于，所述微动电机包括：直线电机，以及音圈电机。
8.一种双曝光方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)利用光源通过投影镜头形成主光轴；
(2)将第一掩模版和第二掩模版放在承版台上；
(3)进行所述掩模版对准；
(4)进行离轴硅片对准，将硅片放置在承片台上；
(5)将所述硅片移动到所述主光轴位置；
(6)利用所述承版台带动所述第一掩模版运动到所述主光轴位置，将第一掩模版的图形曝光成像在所述硅片上；以及
(7)利用所述承版台带动所述第二掩模版运动到所述主光轴位置，将第二掩模版的图形曝光成像在所述硅片上。
9.根据权利要求8所述的双曝光方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括以下步骤：
在所述承版台上固定对准标记，在所述第一掩模版和第二掩模版上设置有标记，在所述承片台上固定有基准标记；
将所述承片台移动到预先设计位置，沿第一扫描方向移动所述承版台，使所述对准标记与所述基准标记对准，并记录下所述承版台的坐标和所述承片台的第一位置坐标；
建立起所述承版台与所述基准标记之间的关系；
沿第一扫描方向移动所述承版台，将所述第一掩模版标记与所述基准标记对准；
沿第一扫描方向移动所述承版台，将所述第二掩模版标记与所述基准标记对准；以及
建立起所述承版台、所述第一掩模版和第二掩模版、所述基准标记之间的坐标关系。
10.根据权利要求9所述的双曝光方法，其特征在于，所述步骤(4)具体包括以下步骤：
将所述承片台移动到离轴对准系统下，使所述离轴对准系统中的参考标记与所述承片台的基准标记重合；
记录所述承片台的第二位置坐标；
建立起所述基准标记与所述参考标记之间的坐标关系；
通过所记录的所述承片台的第一及第二位置坐标，计算出所述离轴对准系统的光轴与所述主光轴之间的距离；
将所述的距离作为基线，建立起所述承片台与所述承版台之间的坐标关系；
利用所述承片台将所述硅片运送至所述离轴对准系统的对准范围内；
将所述离轴对准系统的参考标记与所述硅片标记对准；以及
建立起所述硅片与所述承片台的基准标记之间的关系。
11.一种光刻设备，包括：
提供辐射束的照明系统；
将辐射光束投影到基底目标位置的投影系统；
用于支撑掩模设备的掩模版承版台及用于支撑基底的工件台结构；
其特征在于，所述掩模版承版台包括：
掩模版保持架；
第一掩模版安装位与第二掩模版安装位，设置于所述掩模版保持架上；
标记版安装位，设置于所述掩模版保持架中间位置；
多个掩模版真空吸附槽，分别设置于所述第一掩模版安装位与第二掩模版安装位中，用以吸附固定掩模版；
角锥棱镜安装位，设置于所述掩模版保持架的一侧，用于安装角锥棱镜；
微动电机安装位，设置于所述掩模版保持架上；
反射镜镀膜面，位于所述掩模版保持架的一侧面。
12.根据权利要求11所述的光刻设备，其特征在于，所述第一掩模版安装位与第二掩模版安装位为低于所述掩模版保持架上表面的方形凹槽。
13.根据权利要求11所述的光刻设备，其特征在于，还包括角锥棱镜，安装于所述角锥棱镜安装位。
14.根据权利要求11所述的光刻设备，其特征在于，还包括掩模版固定架，以辅助固定所述掩模版。
15.根据权利要求11所述的光刻设备，其特征在于，还包括气孔堵头，以封住所述掩模版保持架上的气路工艺孔。
16.根据权利要求11所述的光刻设备，其特征在于，还包括微动电机，设置于所述微动电机安装位，用以控制所述掩模版承版台的运动和姿态。
17.根据权利要求16所述的光刻设备，其特征在于，所述微动电机包括直线电机，以及音圈电机。
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