CN107976868B - 一种浸没式掩模冷却装置及冷却方法 - Google Patents

一种浸没式掩模冷却装置及冷却方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种浸没式掩模冷却装置及冷却方法，该装置包括围设于掩模外侧的冷却框架，所述冷却框架顶部设有透明罩板，所述冷却框架与所述透明罩板密封连接，所述冷却框架的内侧壁、所述掩模的上表面以及所述透明罩板的下表面形成密闭空间，所述密闭空间内通有流动的冷媒。本发明在原有掩模台的结构基础上，增加可以直接对掩模四周及表面进行冷却的冷却框架，针对掩模本身进行浸没式迅速冷却降温；同时由于冷却框架顶部为透明罩板，不会影响掩模的曝光过程。

Description

一种浸没式掩模冷却装置及冷却方法
技术领域
本发明涉及光刻设备领域，特别涉及一种浸没式掩模冷却装置及冷却方法。
背景技术
在IC和TFT-LCD等制造中，光刻机是其中最重要和最精密的设备之一。随着光刻做出的特征尺寸变得越来越小，要求使用的曝光波长λ也越来越短，所以曝光光源也从汞灯的I-line(365nm)逐渐过渡到KrF(248nm)和ArF(193nm)激光光源，甚至是激光等离子体的EUV(13.5nm)光源。
无论哪种光源，当光源辐射照射到掩模上时，其中部分光透过掩模经过特定成像系统后，在基底表面形成了需要的光刻图像，而还有一部分被掩模上的金属铬层反射或吸收。掩模由于从辐射光吸收了热而变形，尤其是曝光剂量大或是辐射具有相对高能量的EUV光时，掩模的热膨胀造成的变形尤其严重，从而降低了光刻的精确度。因此，掩模的温度需要得到有效的控制才能得到高质量的光刻图形。
目前通常采用气浴冷却的方式对掩模台系统整体及掩模进行冷却，如图1所示是传统的气浴冷却方式，通过气浴系统1提供冷却气流，对整个掩模台系统及掩模进行冷却，然而这种冷却方式虽然简单，但是因为冷却区域过大，区域内热源又很多，如照射光源、运动台摩擦产生的热等等，实际上对掩模本身的冷却效果并不佳。
如图1所示，是目前掩模台的简化结构及气浴冷却系统对整个掩模台冷却的示意图，具体包括掩模台2，放置于掩模台2上的带有铬图形的石英掩模4，掩模台2上还设有产生向下吸力的真空吸附系统3，用于吸附石英掩模4，侧面为用于提供冷却气流的气浴冷却系统1。
当前，掩模被传输机械手放在掩模台上后，石英面的两个边缘与掩模台上的真空吸附系统接触，被向下的吸附力固定在掩模台上，之后进行掩模与掩模台的对准，随掩模台移动，进行曝光，将掩模上的图形转移到下面工件台上glass或wafer的基底上。气浴冷却系统通过向整个掩模台系统吹气，形成整个系统内气体的流动，从而达到对环境温度的控制。但是曝光时，由于掩模被高能量、大剂量光源长时间照射，这样的冷却对于掩模本身的冷却远远不够，掩模会因为热膨胀造成严重变形，从而使得wafer或glass基底上形成的图形精确度不够或者前后层对准产生偏差。
发明内容
本发明提供一种浸没式掩模冷却装置及冷却方法，以解决上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种浸没式掩模冷却装置，包括围设于掩模外侧的冷却框架，所述冷却框架顶部设有透明罩板，所述冷却框架与所述透明罩板密封连接，所述冷却框架的内侧壁、所述掩模的上表面以及所述透明罩板的下表面形成密闭空间，所述密闭空间内通有流动的冷媒。
较佳地，所述冷却框架的侧面设有进入口，所述冷却框架上与所述进入口相对的一侧设有排出口，所述冷媒从所述进入口进入所述密闭空间，从所述排出口流出。
较佳地，所述进入口和排出口为一对或多对。
较佳地，所述冷媒为液体，所述进入口与冷却水连通，所述排出口与排水系统相连。
较佳地，所述冷媒为气体，所述进入口与干燥空气连通，所述排出口与排气系统相连。
较佳地，所述冷却框架的内表面设有密封卡夹，所述密封卡夹的位置与所述掩模的侧壁的位置对应，所述密封卡夹与驱动结构相连，所述驱动结构驱动所述密封卡夹脱离所述掩模或者与所述掩模紧密接触。
本发明还提供了一种浸没式掩模冷却方法，采用如上所述的浸没式掩模冷却装置，包括如下步骤：
S1：机械手拾取所述掩模放置到掩模台上；
S2：真空吸附系统吸附所述掩模，将所述掩模的位置固定；
S3：所述冷却框架下降到所述掩模台上，覆盖住所述掩模；
S4：所述冷却框架内的密封卡夹被推出，环绕夹紧所述掩模，形成所述密闭空间；
S5：所述冷却框架上的进入口打开，所述冷媒进入并充满所述密闭空间，淹没所述掩模的上表面；
S6：所述冷却框架上的排出口打开，所述冷媒循环流动，同时开始曝光；
S7：曝光工艺完成后，所述进入口关闭，冷媒通过所述排出口排净；
S8：所述冷却框架内的密封卡夹移入所述冷却框架内，所述冷却框架上升离开所述掩模台，恢复至初始位置；
S9：所述真空吸附系统充气，掩模被放开；
S10：所述掩模被机械手从所述掩模台上移走。
较佳地，先向所述密闭空间内通入冷却水作为冷媒，待曝光工艺完成后，冷却水全部排出，再向所述密闭空间内通入干燥气体，待所述掩模完全干燥后，停止吹气。
与现有技术相比，本发明提供的浸没式掩模冷却装置及冷却方法，该装置包括围设于掩模外侧的冷却框架，所述冷却框架顶部设有透明罩板，所述冷却框架与所述透明罩板密封连接，所述冷却框架的内侧壁、所述掩模的上表面以及所述透明罩板的下表面形成密闭空间，所述密闭空间内通有流动的冷媒。本发明在原有掩模台的结构基础上，增加可以直接对掩模四周及表面进行冷却的冷却框架，针对掩模本身进行浸没式迅速冷却降温；同时由于冷却框架顶部为透明罩板，不会影响掩模的曝光过程。
附图说明
图1为现有的掩模台与气浴冷却系统的结构示意图；
图2为本发明一具体实施方式中浸没式掩模冷却装置的立体结构示意图；
图3为本发明一具体实施方式中浸没式掩模冷却装置的剖视图；
图4为本发明一具体实施方式中浸没式掩模冷却方法的流程图。
图1中：1-气浴冷却系统、2-掩模台、3-真空吸附系统、4-石英掩模；
图2-3中：10-冷却框架、11-透明罩板、12-进入口、13-排出口、14-密闭空间、15-密封卡夹；20-掩模台、21-掩模、22-真空吸附系统。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明提供的浸没式掩模冷却装置，如图2和图3所示，包括围设于掩模21外侧的冷却框架10，所述冷却框架10顶部设有透明罩板11(如石英玻璃)，所述冷却框架10与所述透明罩板11密封连接，所述冷却框架10的内侧壁、所述掩模21的上表面以及所述透明罩板11的下表面形成密闭空间14，所述密闭空间14内通有流动的冷媒。本发明在原有掩模台20的结构基础上，增加可以直接对掩模21四周及表面进行冷却的冷却框架10，通过流动的冷媒针对掩模21本身进行快速冷却降温；另外由于冷却框架10顶部为透明罩板11，不会影响掩模21的正常曝光过程。
较佳地，请继续参考图2和图3，所述冷却框架10的侧面设有进入口12，所述冷却框架10上与所述进入口12相对的一侧设有排出口13，所述冷媒从所述进入口12进入所述密闭空间14，并从所述排出口13流出，具体地，所述进入口12和排出口13为一对或多对。
较佳地，所述冷媒为液体，此时，所述进入口12与冷却水连通，所述排出口13与排水系统相连；当然，所述冷媒也可为气体，此时，所述进入口12与干燥空气连通，所述排出口13与排气系统相连，能够实现降温目的即可。
较佳地，请重点参考图3，所述冷却框架10的内表面设有密封卡夹15，所述密封卡夹15的位置与所述掩模21的侧壁的位置对应，所述密封卡夹15与驱动结构(未图示)相连，所述驱动结构驱动所述密封卡夹15脱离所述掩模21或者与所述掩模21紧密接触。利用所述密封卡夹15的作用，可在冷却框架10与掩模21之间留有一定空间，便于冷却框架10的设置，冷却框架10放置好后，由密封卡夹15夹紧掩模21，形成密闭空间14。
请重点参考图4，并结合图2和图3，本发明还提供了一种浸没式掩模冷却方法，采用如上所述的浸没式掩模冷却装置，包括如下步骤：
S1：机械手(未图示)拾取所述掩模21放置到掩模台20上；
S2：真空吸附系统22吸附所述掩模21，将所述掩模21的位置固定；
S3：所述冷却框架10下降到所述掩模台20上，覆盖住所述掩模21；
S4：所述冷却框架10内的密封卡夹15被推出，环绕夹紧所述掩模21，形成所述密闭空间14；
S5：所述冷却框架10上的进入口12打开，所述冷媒进入并充满所述密闭空间14，淹没所述掩模21的上表面，但是冷媒对掩模21下表面的铬金属图形及掩模21的Pellicle(掩模图样)均不会产生接触和污染；
S6：所述冷却框架10上的排出口13打开，所述冷媒循环流动，同时开始曝光，利用冷媒带走曝光时在掩模21上产生的热量，对掩模21进行实时冷却；
S7：曝光工艺完成后，所述进入口12关闭，冷媒通过所述排出口13排净；
S8：所述冷却框架10内的密封卡夹15移入所述冷却框架10内，所述冷却框架10上升离开所述掩模台20，恢复至初始位置等待下次使用；
S9：所述真空吸附系统22充气，掩模21被放开；
S10：所述掩模21被机械手从所述掩模台20上移走，一次曝光和掩模21冷却过程完成。
本方法通过向掩模21四周边缘或表面直接施加循环流动的冷媒，可直接有效地对掩模21本身由于光源辐照而产生的热量进行吸收或带走，直接冷却掩模21比目前整个掩模台20系统和掩模21只用气浴冷却的效果要好很多。
较佳地，先向所述密闭空间14内通入冷却水作为冷媒，待曝光工艺完成后，冷却水全部排出，再向所述密闭空间14内通入干燥气体，待所述掩模21完全干燥后，停止吹气。在光刻机中，各个分系统的冷却一般都选择为气体，而本发明中的冷媒则打破常规选择了液体，使得掩模21浸没在冷却水中冷却，但通过结构设计，又使得整个曝光过程不因为掩模21的浸没而受影响，反而因为掩模21的上表面浸没于冷却水中，水的折射系数大，光经过水的折射，会有更多光进入掩模21的图形区域，增加曝光的能量密度。
综上所述，本发明提供的浸没式掩模冷却装置及冷却方法，该装置包括围设于掩模21外侧的冷却框架10，所述冷却框架10顶部设有透明罩板11，所述冷却框架10与所述透明罩板11密封连接，所述冷却框架10的内侧壁、所述掩模21的上表面以及所述透明罩板11的下表面形成密闭空间14，所述密闭空间14内通有流动的冷媒。本发明在原有掩模台20的结构基础上，增加可以直接对掩模21四周及表面进行冷却的冷却框架10，针对掩模21本身进行浸没式迅速冷却降温；同时由于冷却框架10顶部为透明罩板11，不会影响掩模21的曝光过程。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种浸没式掩模冷却装置，其特征在于，包括围设于掩模外侧的冷却框架，所述冷却框架顶部设有透明罩板，所述冷却框架与所述透明罩板密封连接，所述冷却框架的内侧壁、所述掩模的上表面以及所述透明罩板的下表面形成密闭空间，所述密闭空间内通有流动的冷媒；
所述冷却框架的侧面设有进入口，所述冷却框架上与所述进入口相对的一侧设有排出口，所述冷媒从所述进入口进入所述密闭空间，从所述排出口流出；
所述冷却框架的内表面设有密封卡夹，所述密封卡夹的位置与所述掩模的侧壁的位置对应，所述密封卡夹与驱动结构相连，所述驱动结构驱动所述密封卡夹脱离所述掩模或者与所述掩模紧密接触。
2.如权利要求1所述的浸没式掩模冷却装置，其特征在于，所述进入口和排出口为一对或多对。
3.如权利要求1或2所述的浸没式掩模冷却装置，其特征在于，所述冷媒为液体，所述进入口与冷却水连通，所述排出口与排水系统相连。
4.如权利要求1或2所述的浸没式掩模冷却装置，其特征在于，所述冷媒为气体，所述进入口与干燥空气连通，所述排出口与排气系统相连。
5.一种浸没式掩模冷却方法，采用如权利要求1所述的浸没式掩模冷却装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1：机械手拾取所述掩模放置到掩模台上；
S2：真空吸附系统吸附所述掩模，将所述掩模的位置固定；
S3：所述冷却框架下降到所述掩模台上，覆盖住所述掩模；
S4：所述冷却框架内的密封卡夹被推出，环绕夹紧所述掩模，形成所述密闭空间；
S5：所述冷却框架上的进入口打开，所述冷媒进入并充满所述密闭空间，淹没所述掩模的上表面；
S6：所述冷却框架上的排出口打开，所述冷媒循环流动，同时开始曝光；
S7：曝光工艺完成后，所述进入口关闭，冷媒通过所述排出口排净；
S8：所述冷却框架内的密封卡夹移入所述冷却框架内，所述冷却框架上升离开所述掩模台，恢复至初始位置；
S9：所述真空吸附系统充气，掩模被放开；
S10：所述掩模被机械手从所述掩模台上移走。
6.如权利要求5所述的浸没式掩模冷却方法，其特征在于，先向所述密闭空间内通入冷却水作为冷媒，待曝光工艺完成后，冷却水全部排出，再向所述密闭空间内通入干燥气体，待所述掩模完全干燥后，停止吹气。
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