CN104635429B - 用于光刻设备的掩模重力补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于光刻设备的掩模重力补偿装置，其特征在于，包括：一掩模，该掩模通过位于掩模下方分布于两侧的吸附装置放置于一掩模台上，该掩模的上表面设置两个水平位置固定的吸附条，根据该掩模运动时的不同位置，调整该吸附条的压力值，以补偿该掩模因自身重量产生的形变；所述吸附条通过调节与其连接的流量控制器、比例调压阀或磁服阀来控制吸附条的抽速。

Description

用于光刻设备的掩模重力补偿装置

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种用于光刻设备的掩模重力补偿装置。

背景技术

随着TFT光刻机的发展，基板及掩模的尺寸不断变大，如5.5代光刻机中所使用的掩模板长达920mm，宽达800mm。其中，图形区范围为长760mm，宽640mm。传统的掩模台固定掩模使用边缘底面吸附的方式固定掩模，例如在短边侧吸附方式，具体的位置关系如图1所示。图1是现有技术中所使用的掩模吸附方式的结构示意图。

如图1中所示，现有技术中的吸附装置2位于掩模1的下方，且分布于掩模1的两侧，这样的后果是掩模1由于自身重量的影响，容易发生变形。掩模版的变形尤其是垂向的变形会影响光刻机的套刻精度，进而影响了机器的性能，因此对掩模版的静力情况下的变形必须进行分析，以确定是否满足设定的套刻精度目标。传统的掩模吸附方式，掩模易受重力影响，中心最大形变为33.586μm，远远超出形变范围±1μm形变范围，不满足要求。

为解决这一问题，现有技术所使用的解决方法为物镜中加入调节物面的机构以适应掩模板的自重变形。这无疑会使物镜设计变得复杂，同时引入过多的可动元件势必不利于整机可靠性。

美国专利US2009207394A1中，公开了一种新的掩模台设计概念，在传统掩模台非扫描方向的两侧增加一对通径逐渐收窄的进风口，如图4所示。这样掩模台在运动时，迎面气流通过进风口后，流速增加，使掩模上表面的流场压力减小，从而利用掩模上下表面的压力差对掩模进行抬升，起到补偿掩模自重变形的作用。但这种方法存在三个主要问题：第一、掩模自重变形补偿效果受掩模台运动速度影响，在慢速运动情况下，尤其是应对超大掩模板(如8.5代掩模)时，该方法无法提供足够的抬升力；第二、无法对掩模上特定区域的吸附效果进行控制，难以达到最佳的优化效果；第三、气流在掩模运动方向始终存在扰动，不利于掩模台的运动控制。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种新的大掩模吸附条型补偿装置，通过在掩模板视场两侧增加两条吸附条，利用吸附条产生的压力提升掩模板，从而补偿掩模板的自重变形量。

为了实现上述发明目的，本发明一种用于光刻设备的掩模重力补偿装置，其特征在于，

包括：一掩模，该掩模通过位于掩模下方分布于两侧的吸附装置放置于一掩模台上，该掩模的上表面设置两个水平位置固定的吸附条，根据该掩模运动时的不同位置，调整该吸附条的压力值，以补偿该掩模因自身重量产生的形变；所述吸附条通过调节与其连接的流量控制器、比例调压阀或磁服阀来控制吸附条的抽速。

更进一步地，该吸附条还包括一高度调节装置，用于调整该吸附条与该掩模的垂向距离。

该吸附条的与该掩模靠近的一端被设置为百叶窗式分流板结构。该吸附条的与该掩模靠近的一端被设置为多孔结构。该吸附条通过一流量控制器和风机控制该吸附条的压力值。该掩模的大小为920mm×800mm，该吸附条宽度大于等于30mm，长度大于920mm。该吸附条安装于该光刻设备的外部框架上，该掩模台位于该光刻设备的内部框架上。该吸附条位于该掩模和该光刻设备的照明单元之间。该两条吸附条的间距为300mm。

与现有技术相比较，本发明所提供的技术方案在掩模顶部设计了可以随掩模运动调节高度的吸附装置且吸附条吸附的流量及压力可变，能补偿大型掩模板的重力变形，改善大型掩模垂向的变形分布，进而改善光刻机套刻精度等性能。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是现有技术中所使用的掩模吸附方式的结构示意图；

图2是本发明所涉及的掩模重力补偿装置的结构示意图；

图3a是本发明所涉及的掩模重力补偿装置的俯视示意图；

图3b是本发明所涉及的吸附条的第一结构示意图；

图3c是本发明所涉及的吸附条的第二结构示意图；

图4是本发明所涉及的掩模重力补偿装置的侧视图；

图5是掩模零位位置示意图；

图6是本发明所涉及的掩模重力补偿装置的零位形变图；

图7是本发明所涉及的掩模重力补偿装置的右吸附条X向坐标值与右吸附条压力值对应表；

图8是本发明所涉及的掩模重力补偿装置的第一组工况运动示意图；

图9是第一组工况时右吸附条压力与坐标变化表；

图10是第一组运动状况时右吸附条压力与坐标变化曲线；

图11是第一组工况最后时刻的掩模形变仿真结果图；

图12是本发明所涉及的掩模重力补偿装置的第二组工况运动示意图；

图13是第二组工况时右吸附条压力与坐标变化表；

图14是第二组运动状况时右吸附条压力与坐标变化曲线；

图15是第二组工况最后时刻的掩模形变仿真结果图；

图16是本发明所涉及的掩模重力补偿装置的第三组工况运动示意图；

图17是第三组工况时右吸附条压力与坐标变化表；

图18是第三组运动状况时右吸附条压力与坐标变化曲线；

图19是第三组工况最后时刻的掩模形变仿真结果图；

图20是本发明所涉及的掩模重力补偿装置的左右吸附条压力随右吸附条坐标值变化曲线；

图21是本发明所涉及的掩模重力补偿装置的掩模由零位运动至最大行程时的最大形变波动。

主要图示说明

1-掩模 10-图形区 11-吸附区 13-曝光区

2-吸附装置 21-吸附条

3-控制单元 31-流量控制器 4-物镜组 5-掩模台

6-高度调节装置 7-风机。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

本发明提供一种大型掩模板的重力补偿装置，在传统的掩模边缘底部吸附装置的基础上，在掩模顶部设计两条吸附条，用以提升掩模，补偿重力变形。吸附条可以固定在掩模和物镜之间，不随掩模台的运动而运动。吸附装置由吸附条、流量控制装置、高度调节装置组成，吸附条布置在掩模和照明之间，吸附条的高度可通过高度调节装置随掩模台的运动而变化，吸附条的流量随掩模台运动也不断变化从而保证吸附条末端压力可以随掩模台运动而线形变化并动态地补偿掩模板的重力形变。

在投影光刻系统中，照明光从照明单元射出，依次经过位于掩模台上的掩模板、物镜组、最终成像在工件台与基板上。本方案结构如图2、3a、3b、3c、4所示，其中图2是本发明所涉及的掩模重力补偿装置的结构示意图，图3a是本发明所涉及的掩模重力补偿装置的俯视示意图，图3b是本发明所涉及的吸附条的第一结构示意图，图3c是本发明所涉及的吸附条的第二结构示意图，图4是本发明所涉及的掩模重力补偿装置的侧视图。

在掩模板1与照明（图中未示出）之间，安装有两条吸附条21。吸附条21位于物方视场两侧，间距300mm。每条吸附条21均通过管路与控制单元相连，控制单元3内包括风机7和控制系统31，可对各吸附条的抽气量进行实时调整，掩模1由掩模台上的掩模吸附装置2吸附在掩模台上。吸附条可安装于光刻机的外部框架上，掩模台位于光刻机的内部框架。由于吸附条整体处于掩模曝光视场区外，所以对其材料的选择没有限制。

为保证吸附条末端的压力均匀性，在吸附条的出气末端分布百叶窗式的分流板8或采用分布密集小孔的孔板9。根据干涉仪给出的掩模行程位置，每条吸附条21通过调节与其连接的流量控制器、比例调压阀或磁服阀以控制吸附条的抽速，为进一步保证吸附条21所对的掩模面的压力能线形连续变化，如图3所示吸附条21的两端安装在水平向固定的高度调节装置上，可以调节吸附条与掩模的垂向距离。如图4所示的控制方案，在吸附条顶部设计的高度调节装置，根据干涉仪给出的掩模行程位置可以不断调整吸附条的高度以使吸附条末端所对应的掩模区域的压力随掩模的运动而线形变化从而动态地补偿掩模板的重力形变。本实施例中，掩模1大小为920mm×800mm，其中有效图形区10为750mm×650mm，曝光视场13区域大小为280mm×650mm，吸附条21宽度大于等于30mm，长度大于920mm。

当掩模台中心与视场中心重合，即掩模位于零位时，如图5所示，此时两个吸附条所对的掩模面需达到的压力值为-2250Pa。

掩模位于零位时的在补偿方案下的形变如图6所示，形变达到上下±1μm的范围,此时右吸附条中线的X向坐标值为380mm,不断变化工况并调整右吸附条压力值，左吸附条在离开掩模时关闭，完成掩模最大行程后右吸附条坐标0mm。进一步仿真得到如图7中所示的右吸附条X向坐标值与右吸附条压力值对应表。按压力递增规律分为三组，各数值与曲线图如图8中所示。

以下将逐一介绍在不同工况下的掩模压力分布情况。

图8是本发明所涉及的掩模重力补偿装置的第一组工况运动示意图。如图8中所示，随掩模的运动，吸附条21与掩模1的相对位置由中心零位逐渐变化，直到左吸附条边缘接触吸附区边缘。此时左吸附条压力维持-2250Pa不变，为满足曝光区的垂向形变量，右吸附条所对的掩模面的压力值如图9中所示的第一组工况时右吸附条压力与坐标变化表所示。该第一组工况运动时的右吸附条压力与坐标变化曲线如图10所示。左侧吸附条边缘刚好接触吸附区边缘时掩模在本方案重力补偿作用下曝光区的垂向形变仿真结果如图11所示，形变达到上下±1μm的要求。

图12是本发明所涉及的掩模重力补偿装置的第二组工况运动示意图。如图12所示，随掩模的运动，吸附条与掩模的相对位置继续逐渐变化，直到左侧吸附条刚好完全离开掩模。此时左吸附条维持-2250Pa不变，离开掩模时关闭，为满足曝光区的垂向形变量，右吸附条所对的掩模面的压力值如图13所示，图13是第二组工况时右吸附条压力与坐标变化表。绘制曲线并拟和公式，曲线与公式如图14所示。左侧吸附条刚好完全离开掩模时的掩模在本方案重力补偿作用下曝光区的垂向形变仿真结果如图15所示，形变达到上下±1μm的要求。

图16是本发明所涉及的掩模重力补偿装置的第三组工况运动示意图，即掩模板边缘至掩模最大行程的情况。如图16所示，随掩模1的运动，吸附条21与掩模1的相对位置继续逐渐变化，直到掩模最大行程。此时左吸附条压力关闭，为满足曝光区的垂向形变量，右吸附条所对的掩模面的压力值如表17所示。图18是第三组运动状况时右吸附条压力与坐标变化曲线。到达最大行程时，掩模在本方案重力补偿作用下曝光区的垂向形变仿真结果如图19所示，图19是第三组工况最后时刻的掩模形变仿真结果图，形变达到上下±1μm的要求。

由于对称，由零位开始向右运动时的左吸附条压力变化及右吸附条的开关控制可以相同推出。将左右吸附条的压力随右吸附条中心线X向坐标变化时的曲线绘制如图20所示。图21是本发明所涉及的掩模重力补偿装置的掩模由零位运动至最大行程时的最大形变波动。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种用于光刻设备的掩模重力补偿装置，其特征在于，包括：一掩模，所述掩模通过位于掩模下方分布于两侧的吸附装置放置于一掩模台上，所述掩模的上表面设置两个水平位置固定的吸附条，所述吸附条设置在所述掩模和所述光刻设备的照明单元之间，且不随掩模台的运动而运动；根据所述掩模运动时的不同位置，调整所述吸附条的压力值，以补偿所述掩模因自身重量产生的形变；所述吸附条通过调节与其连接的流量控制器、比例调压阀或磁服阀来控制吸附条的抽速。

2.如权利要求1所述的掩模重力补偿装置，其特征在于，所述吸附条还包括一高度调节装置，用于调整所述吸附条与所述掩模的垂向距离。

3.如权利要求1所述的掩模重力补偿装置，其特征在于，所述吸附条的与所述掩模靠近的一端被设置为百叶窗式分流板结构。

4.如权利要求1所述的掩模重力补偿装置，其特征在于，所述吸附条的与所述掩模靠近的一端被设置为多孔结构。

5.如权利要求1所述的掩模重力补偿装置，其特征在于，所述吸附条通过一流量控制器和风机控制所述吸附条的压力值。

6.如权利要求1所述的掩模重力补偿装置，其特征在于，所述掩模的大小为920mm×800mm，所述吸附条宽度大于等于30mm，长度大于920mm。

7.如权利要求1所述的掩模重力补偿装置，其特征在于，所述吸附条安装于所述光刻设备的外部框架上，所述掩模台位于所述光刻设备的内部框架上。

8.如权利要求1所述的掩模重力补偿装置，其特征在于，两个吸附条的间距为300mm。