一种掩模上版装置及校准方法与流程

本发明涉及集成电路装备制造领域，尤其涉及一种掩模上版装置及校准方法。

背景技术：

目前，随着光刻机关键尺寸的不断缩小,对半导体行业产率,可靠性的要求越来越高，对光刻机的可靠性的要求也不断提高。众所周知，影响光刻机可靠性的主要是硅片传输，掩模传输分系统。而掩模传输又由于掩模版的昂贵成本和高精度，又有着更高可靠性和掩模版高安全性的要求。而目前比较常见的结构是由能实现多自由度运动的机械手在掩模版存储区传输掩模版，通过对准机构，将满足一定重复性要求的掩模版放到掩模台上进行曝光，目前，专利CN1493921及US20130338830A1采用多关节的机械手。采用这种多自由度运动的机械手存在的问题有：

1、多自由度的机械手容易与周围，比如和两个内部版库，两个外部版库，发生碰撞，导致掩模版损坏，或者机械手损坏；

2、多自由度机械手结构，控制系统复杂，成本高昂；

3、多自由度机械手的保护机制主要是从软件上考虑安全性，这极大地降低了真正的安全性。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明公开一种掩模上版装置及校准方法，该装置具有高可靠性，低成本，高安全性。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种掩模上版装置，其特征在于，包括：传输机构，用于传输掩模版，所述传输机构包括第一第二机械手以及气缸，所述第一第二机械手的一端与所述气缸固定，所述第一机械手用于将所述掩模版从版库内取出传输至机械预对准装置以实现所述掩模版预对准，所述第二机械手用于将完成预对准的掩模版自所述机械预对准装置传输至掩模台。

更进一步地，所述装置还包括保护装置，用于保证所述第一第二机械手不相互碰撞。所述保护装置包括电气保护装置，用于实现所述第一第二机械手位于不同工位。所述保护装置包括机械保护装置，所述机械保护装置为位于所述气缸上的一开口，所述开口位置与所述第一机械手的版库前工位相对应。

更进一步地，所述第一机械手通过基座与所述气缸固定，所述第一机械手包括机械夹持版叉。

更进一步地，所述第一机械手的第一、第二驱动电机安装于所述基座上，用于提供沿Y轴、Z轴运动。

更进一步地，所述第二机械手通过基座与所述气缸固定，所述第二机械手包括真空吸附版叉。

更进一步地，所述第二机械手的第三驱动电机安装于所述基座上，用于提供沿Z轴运动。

更进一步地，所述第二机械手的真空吸附版叉包括真空吸附区和多个夹持手。

更进一步地，所述气缸在沿X轴方向运动有四个工位。

更进一步地，所述掩模台包括四象限传感器。

本发明同时公开一种掩模上版装置的校准方法，包括：步骤一、对掩模台的四象限传感器校准；步骤二、利用第二机械手重复上载掩模版、配合所述四象限传感器获得机械预对准装置的偏移量，根据所述偏移量校准所述机械预对准装置；步骤三、建立不同所述掩模版的外形偏差数据库。

与现有技术相比较，本装置结构采用高精密气缸代替部分单轴运动系统，提高了传输的可靠性，降低设备的成本；本装置采用机械夹持的的方式进行粗预对准，使得每次上版时掩模相对掩模台的位置固定，提高了掩模上版的重复性及精度；传输机械手Y向固定，该结构保证了掩模交接过程中的Y、Rz向具有较高的精度重复性，增加了掩模交接的可靠性；版叉采用真空吸附方式，即从掩模版的上方吸附掩模版，版叉的两端有四个夹持机构，负责保护掩模版意外脱落，提高了上版的重复性及安全性；版库储存所述掩模版的方向与所述掩模台加载所述掩模版的方向相同，以实现所述机械手的直入直出。

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是本发明所涉及的掩模传输整体框架示意图；

图2是本发明所涉及的机械预对准装置的结构示意图；

图3是本发明所涉及的传输机构的示意图；

图4是本发明所涉及的第一传输机械手的工位示意图；

图5是本发明所涉及的气缸的工位示意图；

图6是本发明所涉及的第二传输机械手的版叉示意图；

图7是本发明所涉及的第一传输机械手的版叉示意图；

图8是本发明所涉及的机械保护结构示意图；

图9是本发明所涉及的离线标定的流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的一种具体实施例的掩模上版装置。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。此外，在以下描述中所使用的“X向”一词主要指与水平向平行的方向；“Y向”一词主要指与水平向平行，且与X向垂直的方向；“Z向”一词主要指与水平向垂直，且与X、Y向均垂直的方向。

图1该掩模传输上版装置主要由两个传输机械手机构12、13，高精密汽缸11，以及一个机械预对准装置16构成。掩模传输机械手13将存储在版库24内的掩模版传输至机械预对准装置16上，通过机械预对准装置16进行机械夹持定位，再通过传输机械手12实现和掩模台1的交接。两个四象限传感器25，测量掩模版的上版偏移量，通过掩模台进行补偿，以实现掩模版的精确上版。由于采用掩模台1对掩模上版的偏差值进行补偿，可提高了补偿精度，减少了传输机械手的集成流程，降低传输机械手精度要求。

图2为机械预对准装置16，该装置由机械位置调节机构10，汽缸夹持机构11构成。机械位置调节机构10上有四个千分尺8，可调整机械预对准的位置，调整到位后，通过螺丝9进行固定。通过机械调节机构10可使得掩模版与掩模台在Y、Rz向上具有较高精度的位置相对关系。

图3所示的传输机构由两个传输机械手机构12、13，高精密汽缸11三部分组成。其中传输机械手13的Y轴、Z轴运动系统中的驱动电机49、50安装在基座51上，传输机械手12的Z轴运动系统中的驱动电机52安装在基座53上。

机械手13由一个Y向单轴运动系统，Z向单轴运动系统以及版叉55组成。其中版叉55为机械夹持结构，如图7所示。

图4传输机械手13在Y方向上有两个工位，预对准工位63，与版库的交接位61。

图5 X方向使用高精密汽缸代替单轴的运动系统，减少了装置的成本，增加了掩模传输的可靠性。其中，传输机械手13在X方向上汽缸有两个工位，版库前工位65，预对准位66；传输机械手12在X方向上有三个工位，预对准位66，Home位67、掩模台前工位68。

机械手12 由Z向单轴运动系统、版叉组成。其中机械手沿Y向固定不动，该结构保证了掩模交接过程中的Y、Rz向具有较高的精度重复性，增加了掩模交接的可靠性。

图6为传输机械手12的版叉结构，该版叉为真空吸附结构且从掩模上方吸附掩模版，17为真空吸附区，版叉的两端有四个或多个夹持手18。当真空吸附掩模版后，该夹持手闭合，但与掩模版不接触，该结构主要保护掩模版在掩模吸附过程中的意外脱落，增加了掩模上下版的安全性。

电气保护，传输机械手13只有在工位65时，传输机械手12才能运动到预对准位66；传输机械手12只有在工位67、68时，传输机械手13才能运动到预对准位66，该电气保护避免了两个机械手的相撞，增加了该装置的安全性能。

图8机械保护，机械手13在Y轴运动系统的底部有凸起的长导轨70，只有气缸切换到工位65时，气缸导轨面上有一个开口71, 传输机械手Y轴才能运动。

图9是本发明所涉及的离线标定的流程图。该离线校准流程包括：

（一）四象限传感器校准

902、该传感器的线性测量范围为250um；为了使得该传感器具有大的测量范围（1.5mm，为传感器的非线性区）；需X向或Y向在零位附近，因此，该掩模传输装置保证了Y向、Rz向具有较高的精度与重复性，可满足X向具有较大的测量范围的要求。

（二）机械预对准上版位置修调

903、传输机械手12重复上载掩模版，使用四象限传感器读取上板的平移量，记录X、Y、

Rz的上板偏移量。

904、根据偏移量使用机械预对准上的千分尺进行调节，使得Y、RZ的上版精度小于50um、

200urad；X向的上版精度小于1.5mm（ X向由于气缸自身的重复性很难达到较高的精度）。

（三） 调整到位后使用机械预对准上的螺丝进行固定。

905、判断X、Y、Rz上板重复性是否小于阈值，如果是则906紧固机械预对准上的螺丝；如果判断结果为否则再次进行机械预对准上版位置修调。

（四）建立不同掩模版的外形偏差数据库

907、由于不同掩模版之间存在外形尺寸差异，因此需要将版库中所有的掩模版相对于测试掩模版Y向offset值校准出来，并建立数据库。

本发明所提供的掩模上版机构的在线上版流程包括：

1、传输机械手13气缸切换到版库前工位；

2、传输机械手13运动到版库内取版；

3、版叉上的锁紧气缸打开，锁紧掩模版，传输机械手Y轴退出版库；.

4、传输机械手13将掩模版放到机械预对准单元16上，机械预对准进行机械夹持；

5、传输机械手13退出预对准单元16；

6、传输机械手12运动到预对准位，开真空，从掩模版上方吸附掩模版，夹持手汽缸闭合；

7、掩模台运动到交接位，传输机械手12气缸切换掩模台交接位，进行掩模交接；

8、四象限传感器通过测量掩模版上的米字形标记，得到掩模版的上版偏移量（X，Y，RZ）；

9、掩模台按照获取的上版偏移量进行补偿，即掩模台提前运动相应的X、Y、Rz量，如果补偿范围超出掩模台的运动范围将报错；

传输机械手12的夹持手汽缸打开，掩模台开真空，版叉关真空，掩模版从机械手放到掩模台上，完成掩模交接。

本发明所提供的掩模上版机构的在线下版流程包括：

1、掩模台切换到交接位，关真空；

2、传输机械手12切换到掩模交接位；

3、传输机械手版叉上的夹持手汽缸打开，开真空，吸附掩模版，夹持手汽缸闭合；

4、传输机械手12气缸切换到到机械预对准工位，将掩模版放到机械预对准上，然后会到Home位；

5、传输机械手13从机械预对准位夹持掩模版放回版库。

与现有技术相比较，本装置结构采用高精密气缸代替部分单轴运动系统，提高了传输的可靠性，降低设备的成本；本装置采用机械夹持的的方式进行粗预对准，使得每次上版时掩模相对掩模台的位置固定，提高了掩模上版的重复性及精度；传输机械手Y向固定，该结构保证了掩模交接过程中的Y、Rz向具有较高的精度重复性，增加了掩模交接的可靠性；版叉采用真空吸附方式，即从掩模版的上方吸附掩模版，版叉的两端有四个夹持机构，负责保护掩模版意外脱落，提高了上版的重复性及安全性；版库储存所述掩模版的方向与所述掩模台加载所述掩模版的方向相同，以实现所述机械手的直入直出。

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。