用于光刻设备的掩模整形装置及掩模整形方法
【技术领域】
[0001 ] 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整形装置及掩模整形方法。
【背景技术】
[0002]液晶显示元件或半导体元件等电子元件，是通过如图1所示的光刻设备10制造，图1中，I是照明光学系统，2是掩模，3是承载掩模的掩模台，4是投影物镜，5是掩模空间像的像面，6是涂有光刻胶的基片，7是承载基片的工件台。照明光学系统I中出射的照明光均匀的照明掩模2，将掩模上的图案经由投影物镜在硅片上成像，从而将掩模上的图形转移到硅片上。
[0003]高世代TFT光刻机所用的掩模巨大。大的掩模板尺寸会产生如图1 (a)所示的重力变形。这种变形会导致曝光时掩模板上各图形区域严重偏离最佳物面8。对于重力所导致的掩模变形，现有技术的做法如图1 (b)所示，首先通过设计掩模吸附方式(例如两边吸附)，使掩模重力变形基本上沿扫描方向(X方向)对称，然后通过调整多个拼接物镜的可动镜片9的高度以适应掩模板在非扫描方向的自重变形，使空间像在非扫描方向(Y方向)基本保持在一个平面5内。然而即便如此，掩模在扫描方向上(X方向)仍然有很大起伏。为了获得好的像质，现有技术要求TFT光刻机的物镜还是要保证较大的焦深，这样就不可避免的牺牲了分辨率需求。而且，引入过多的可动元件使物镜的设计变得复杂，也不利于整机的可靠性。
[0004]现有技术CN102955373公开另一种技术方案通过玻璃盖板在掩模上方形成密闭空间、对密闭空间内的空气进行抽吸，使空间内部减压的抽吸机构。该技术方案专门针对接近式曝光场景中，如图2所示该曝光场景中，掩模板吸附于凸缘的下表面，掩模的交换片也在凸缘的下方进行。且从专利可以看出，整个曝光过程中掩模台保持静止，不进行扫描运动。然而，高世代TFT光刻机的掩模大且重，并且在曝光过程中掩模台进行高速扫描运动，在这种情况下，掩模吸附于凸缘下表面方案风险巨大，不可行。吸附在掩模台凸缘的上表面，凸缘支撑掩模的自重是当前高世代TFT光刻机中较好的方案。因此，该方案并不适用于高世代TFT扫描投影光刻机。
【发明内容】
[0005]针对以上问题，本发明提出了一种应用于高世代TFT扫描投影光刻机中补偿掩模自重变形的装置。
[0006]本发明公开一种用于光刻设备的掩模固位系统，包括:掩模台和被承载的掩模；其特征在于，还包括掩模真空整形装置，用于使所述掩模保持面形、补偿挠曲。
[0007]更进一步地，所述掩模台的凸缘上设有掩模吸附腔，所述掩模的边缘就搁置在所述凸缘的掩模吸附腔上。
[0008]更进一步地，所述掩模真空整形装置包括:掩模覆盖机构，用于在上方与在下方的所述掩模配合形成或者脱离封闭区域；气动控制系统，用于探测所述封闭区域内的气压值并控制所述封闭区域的气压值小于大气压。
[0009]更进一步地，所述掩模覆盖机构包括掩模舱盖和升降装置，所述升降装置用于驱使所述掩模舱盖上升或下降，当所述掩模舱盖上升时所述封闭区域消失，当所述掩模舱盖下降时，形成所述封闭区域。
[0010]更进一步地，所述气动控制系统包括包括:风机，用于将所述封闭区域内空气抽出；和压力传感器，用于探测所述封闭区域内的气压值；和流量控制器。
[0011]更进一步地，所述掩模舱盖由覆盖于金属框架上的石英玻璃组成。
[0012]更进一步地，所述掩模舱盖与所述掩模台连接处还包括一密封圈。
[0013]更进一步地，所述升降装置包括直线导轨、滑块和直线电机，所述滑块与所述掩模舱盖固连，所述导轨与所述掩模台固连，所述直线电机驱动所述滑块沿所述直线导轨上升或下降。
[0014]更进一步地，所述升降装置为一机械手。
[0015]更进一步地，所述掩模台凸缘上的吸附腔，是由独立气动控制系统控制。
[0016]更进一步地，所述掩模台和掩模舱盖还设置防止水平向和垂向位移的卡合装置。所述卡合装置包括至少包括一套挂钩和挂扣，所述挂钩和挂扣在所述卡合装置卡位时，相互扣合。
[0017]更进一步地，所述气动控制系统为同一系统，所述气动控制系统在控制所述封闭区域时，需加在所述气动控制系统与所述封闭区域之间加装真空控制模块。
[0018]更进一步地，所述掩模台与所述掩模真空整形装置是固连的。
[0019]更进一步地，所述掩模台与所述掩模真空整形装置是分体的。
[0020]本发明同时公开一种用于光刻设备的掩模整形的方法，其特征在于，包括:
步骤一、用掩模真空整形装置在掩模版的上方与所述掩模版间构设成一密闭空间； 步骤二、用所述掩模真空整形装置中的气动控制系统抽出所述密闭空间内的空气； 步骤三、控制所述密闭空间的压强，从而控制所述掩模版的面形挠曲。
[0021]与现有技术相比较，本发明解决了步进扫描光刻机中，大掩模板自重变形补偿问题，使掩模板在整个扫描运动过程中，自重变形得到有效控制，无需通过物镜对物面进行调节。通过在掩模台和密封舱之间设置卡合装置，避免发生位移。
【附图说明】
[0022]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。
[0023]图1是大掩模板自重变形示意图；
图2是现有技术中掩模整形技术方案之一；
图3是本发明所提供的掩模台的结构示意图；
图4是本发明所提供的掩模整形装置的俯视图；
图5是本发明所提供的掩模整形装置的第一、二实施方式示意图；
图6是掩模下沉量与密闭空间压强的关系的仿真结果图；
图7是上层石英板变形仿真结果图； 图8是本发明所提供的掩模整形装置的第三实施方式示意图；
图9是本发明所提供的第三实施方式的流程图；
图10是本发明所提供的掩模整形装置的第四实施方式示意图；
图11是本发明所提供的掩模整形装置的挂钩与挂扣的实施方式之一；
图12是本发明所提供的掩模整形装置的机械手的实施方式示意图；
图13是本发明所提供的掩模整形装置的旋转机构的实施方式示意图；
图14是本发明所提供的掩模整形装置的机械手操作掩模交换版的示意图；
图15是本发明所提供的掩模整形装置的机械手操作流程示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图详细说明本发明的一种具体实施例的掩模整形装置。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。
[0025]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。
[0026]图3是本发明所对应的曝光装置结构示意图，I是照明光学系统，4是投影物镜，6是基片。12为本发明核心部分，包括掩模台(凸缘)3、掩模2、密封舱盖13、电动升降装置14以及吸附补偿的气动系统(未图示)。密封舱盖13与掩模2通过柔性密封圈17形成一个密闭空间18，通过气动控制系统对密闭空间18进行抽真空，形成一定负压，从而补偿掩模重力变形。如图4所示，掩模整形装置13还设有凸出部位16，同时掩模台上对应位置设有凹下部位15，掩模整形装置13盖下时，16和15卡合，从而可以防止扫描曝光时整形装置相对于掩模台凸缘的水平向运动。同时，为了防止掩模台在Z，Rx，Ry方向运动时，密封舱盖相对于掩模台凸缘的垂向位移，还在凸缘和密封舱盖间安装了机械卡死结构，将在后面描述。电动升降装置14可以控制掩模舱盖沿Z轴方向运动以方便掩模交换片。
[0027]掩模整形装置13主要由三部分构成，如图4所示，19为轻质坚硬的框架，例如是铝合金。21为镶嵌在框架19中的石英玻璃，二者密封连接。17是位于掩模舱盖13底部的矩形弹性密封圈，材料例如是橡胶或聚四氟乙烯，用来密封掩模舱盖19和掩模板2，从而在石英板21和掩模板2之间形成全密封的空间。
[0028]矩形密封圈17具有一定的厚度，其中大部分镶嵌在框架19底部对应地沟槽中，小部分露出框架底面，石英玻璃21和框架19通过密封材料刚性连接。需要指出的是，石英玻璃14的范围必须大于掩模图形区和对准标记的范围(图4中虚线框22范围内)，以防止部分图形区被遮挡而不能曝光；同时，密封圈15必须小于掩模的大小，以防止密封时，因为部分密封圈漏出掩模边缘而导致密封失败。
[0029]如果沿图4中的虚线20切开，得到掩模台凸缘3和掩模舱盖13的断面图如图5所示，石英板21和掩模2间的密闭空间18的高度例如是10 _。掩模舱盖框架19与石英玻璃21通过密封材料24密封。掩模舱盖框架19与掩模板17通过柔性矩形密封圈17密封。密封圈24和17可以是同一种材料，例如橡胶。也可以是不同的材料。掩模舱盖框架19上开设有一气路通道25，气路一侧连接软管23 (参考图4)，另一侧与密闭空间18相通。掩模舱盖19的另一侧也开有以气路通道28以导入外部空气。所以密闭空间18中的压力由气动控制系统从空间18抽吸的空气量与从气路通道流入18的外部空气的流入量的平衡决定。气动控制系统包含风机、压力传感器、流量控制器等。
[0030]实施例1中，密闭空间18和掩模吸附腔26各采用一套气动控制系统。如图5(a)所示。实施例2中，密闭空间18和掩模吸附腔26共用一个真空源，但是密闭空间18与吸附腔26中所需的真空度是不同的，因此需要在它们之间安装真空控制模块27，来单独控制密闭空间24中的真空度，如图5 (b)所示。
[0031]图6显示了四边吸附的情况下，5.5代掩模下沉量随密闭空间24中压强的关系的计算机仿真结果，当密闭空间的压强为-195'235 Pa (相对于大气压)时，掩模板的下沉量可以控制在±2 um范围内。这一范围远小于传统5.5代掩模台情况的下沉量(40 um)。根据这一仿真结果，确定真空控制模块11中，压差传感器的反复精度不能大于±10 Pa，质量流量