曝光装置的制作方法

本发明涉及光刻领域，尤其涉及一种曝光装置。

背景技术：
先进的超大规模集成电路的制造过程是一个庞大的系统工程，它包括五个制造阶段：硅片制备、硅片制造、硅片测试、装配与封装、终测。硅片制造阶段是将一整套集成电路永久刻蚀在硅片上的过程，它包括硅片清洗、成膜、光刻、刻蚀、掺杂等工序，其中光刻被认为是大规模集成电路制造中的核心步骤。光刻机即是硅片制造阶段用于光刻的一种曝光装置，它是利用光学投影成像的原理将掩模版上的高分辨率图形成像在涂胶硅片上。随着大规模集成电路器件集成度的提高，光刻工作分辨力要求愈来愈高，即要求光刻机整机机械系统及曝光系统的稳定性越来越高，测量系统和运动平台的精度也越来越高，同时工作波长也愈来愈短。提高光刻工作分辨率的同时，不能造成产率的损失，以免影响设备的经济性能。于2005年公开的公开号为CN1617048A的发明专利公布了一种曝光装置，该曝光装置通过使用一种特殊的材料，比如具有高热膨胀系数、高可制造性、低成本、短加工周期的铝合金，同时在曝光装置的框架结构内增加冷却循环管路，增加温度控制环路等措施，实现对框架温度变化的高精度控制，从而提高整机机械系统的热稳定性、曝光系统的热稳定性及测量系统的精度，但该曝光装置只是通过增加其热稳定性来提高其曝光精度，而没有从曝光装置的其他方面着手来对曝光装置的曝光精度进行补偿，也没有提供可增加其曝光效率的方法。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种曝光装置，在增大曝光视场、减小框架稳定时间、提高产率等方面提供了一些解决方案，以提高曝光装置的曝光精度，增加曝光装置的曝光效率。为达到上述目的，本发明提供一种曝光装置，其用于将电路图形投影于涂有光刻胶的硅片上，所述曝光装置包括整机框架系统、传输系统以及设置在所述整机框架系统内部的曝光系统、运动台系统、测量系统和对准系统，所述曝光系统用于将电路图形投影于所述硅片上，包括照明模块、物镜及灯室，所述物镜采用放大倍率，所述运动台系统包括掩模台和工件台，所述掩模台和工件台分别用于承载掩模版和硅片，所述掩模台长行程采用粗微动结构，所述工件台上还设有反力外引机构，所述测量系统用于测量工件台及掩模台长行程的相对运动距离，所述对准系统用于测量所述掩模版、掩模台和工件台三者之间的相对位置，所述传输系统用于所述掩模版及硅片的交换工作。进一步的，所述物镜的放大倍率为1：2。进一步的，所述曝光装置还包括环境控制系统，所述环境控制系统用于控制该曝光装置中的其他系统的温度、湿度、压力和洁净度。进一步的，所述灯室提供的光源经所述照明模块滤波、匀光、扩束后，照射到所述掩模版上，光束接收所述掩模版上的掩模信息后经所述物镜照射到所述硅片上。进一步的，所述整机框架系统包括减振器系统以及由所述减振器系统分隔开的内部框架和外部框架。进一步的，所述运动台系统还包括工件台长行程电机定子，所述反力外引机构包括两个工件台反力外引支架、弹簧和缓冲器，所述两个工件台反力外引支架间隔设置于所述整机框架系统的外部框架上，所述工件台长行程电机定子的两端分别通过所述弹簧和缓冲器与所述两个工件台反力外引支架连接，所述工件台在所述工件台长行程电机定子上运动。进一步的，所述内部框架包括吊框、主基板、掩模台支架和照明支架，所述减振器系统设置于所述外部框架上，所述吊框设置于所述减振器系统上，所述主基板设置于所述吊框上，所述掩模台支架设置于所述主基板上，所述照明支架设置于所述掩模台支架上，所述吊框用于承载所述工件台，所述物镜穿设于所述掩模台支架与主基板中，所述掩模台支架用于承载所述掩模台，所述照明支架用于承载所述照明模块。进一步的，所述主基板为“桥”式结构。进一步的，所述主基板部分镂空。进一步的，所述主基板的镂空处填充阻尼材料。进一步的，所述阻尼材料为树脂或橡胶。进一步的，所述减振器系统包括四个减振器，分别设置于所述外部框架的四角。进一步的，所述减振器系统根据所述工件台及掩模台提供的水平向加速信号和位置信号对所述内部框架做前馈补偿。进一步的，所述运动台系统还包括调平垫铁，所述调平垫铁设置于所述外部框架下，所述调平垫铁用于调平所述运动台系统。进一步的，所述测量系统包括掩模台激光干涉仪和工件台激光干涉仪，所述掩模台激光干涉仪和工件台激光干涉仪分别用于测量所述掩模台和工件台的长行程相对运动距离。进一步的，所述测量系统还包括掩模台参考光激光干涉仪，所述掩模台参考光激光干涉仪辅助所述掩模台激光干涉仪进行掩模台长行程的相对运动距离测量。进一步的，所述对准系统包括同轴对准传感器、离轴对准传感器、调平调焦传感器和掩模台垂向电容传感器，所述同轴对准传感器用于确定所述工件台相对于所述掩模台的水平向位置关系，所述离轴对准传感器用于确定所述工件台相对于所述硅片的位置关系，所述调平调焦传感器用于检测所述硅片的垂向位置，所述掩模台垂向电容传感器用于检测所述掩模版的垂向位置。进一步的，所述传输系统包括掩模版传输系统和硅片传输系统，所述掩模版传输系统用于所述掩模版的上下片交换，所述硅片传输系统用于所述硅片的上下片交换。进一步的，所述掩模版传输系统包括掩模版传输机械手和掩模版库，所述掩模版传输机械手将所述掩模台上的掩模版与所述掩模版库中的掩模版进行交换。进一步的，所述硅片传输系统包括硅片传输机械手、硅片预对准台和硅片库，所述硅片预对准台使所述硅片传输机械手对准所述工件台上的硅片，所述硅片传输机械手将所述工件台上的硅片与所述硅片库中的硅片进行交换。进一步的，所述对准系统还包括掩模版预对准传感器，所述掩模版预对准传感器用于检测交换掩模版时所述掩模版相对于所述掩模版传输机械手的位置关系。进一步的，所述对准系统还包括硅片二次预对准传感器，所述硅片二次预对准传感器用于检测交换硅片时所述硅片相对于所述硅片传输机械手的位置关系。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供的曝光装置相对于现有技术的区别在于：(1)该曝光装置采用框架结构，具备高刚度、轻量化的特点，能够提供该曝光装置所需的精度及稳定度；(2)该曝光装置的曝光视场更大，同等照度下可以大幅度提高曝光效率进而提高产率；(3)该曝光装置采用工件台反力外引方案，能够更快速地消减装置的振动，减小减震器的稳定时间；(4)该曝光装置采用调平垫铁进行装置的调平，其调平时间更短，调平精度更高。附图说明下面结合附图对本发明作进一步说明：图1为本发明实施例提供的曝光装置的主视图；图2为本发明实施例提供的曝光装置的侧视图；图3为本发明实施例提供的曝光装置中工件台反力外引结构的结构示意图；图4为本发明实施例提供的曝光装置中减震器的布局结构图；图5为现有技术中曝光装置的内部框架的结构示意图；图6为本发明实施例提供的曝光装置中内部框架的结构示意图。在图1至图6中，1：硅片；2：掩模版；101：照明模块；102：掩模台；103：物镜；104：调平调焦传感器；105：离轴对准传感器；106：硅片二次预对准传感器；107：硅片预对准台；108：硅片传输机械手；109：硅片库；110：调平垫铁；111：减振器；112：地基；113：外部框架；114：吊框；115：工件台；116：工件台激光干涉仪；117：主基板；118：掩模台支架；119：掩模台参考光激光干涉仪；120：掩模台激光干涉仪；121：照明支架；122：灯室；123：同轴对准传感器；124：环境控制系统；201：掩模版预对准传感器；202：掩模版传输机械手；203：掩模版传输缓冲台；204：掩模传输开锁机构；205：掩模版库；206：掩模台垂向电容传感器；301：弹簧；302：工件台长行程电机定子；304：工件台大理石；305：缓冲器；307：工件台反力外引支架；501：主基板；502：支撑腿；503：吊框；602：主基板工艺孔。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本发明提出的曝光装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。本发明的核心思想在于，提供一种曝光装置，其用于将电路图形投影于涂有光刻胶的硅片上，所述曝光装置包括曝光系统、运动台系统、测量系统、对准系统及传输系统，所述曝光系统用于将电路图形投影于所述硅片上，所述运动台系统包括掩模版、掩模台和工件台，所述掩模台和工件台分别用于承载所述掩模版和硅片，所述掩模台和工件台均具备快速步进、定位及微调能力，所述运动台系统采用框架结构以支撑与稳定所述掩模台和工件台，所述测量系统用于测量工件台及掩模台长行程的相对运动距离，所述对准系统用于测量所述掩模版、掩模台和工件台三者之间的相对位置，所述传输系统用于所述掩模版及硅片的交换工作，本发明提供的曝光装置相对于现有技术的区别在于：(1)该曝光装置采用框架结构，具备高刚度、轻量化的特点，能够提供该曝光装置所需的精度及稳定度；(2)该曝光装置的曝光视场更大，同等照度下可以大幅度提高曝光效率进而提高产率；(3)该曝光装置采用工件台反力外引方案，能够更快速地消减装置的振动，减小减震器的稳定时间；(4)该曝光装置采用调平垫铁进行装置的调平，其调平时间更短，调平精度更高。请参考图1至图6，图1为本发明实施例提供的曝光装置的主视图；图2为本发明实施例提供的曝光装置的侧视图；图3为本发明实施例提供的曝光装置中工件台反力外引结构的结构示意图；图4为本发明实施例提供的曝光装置中减震器的布局结构图；图5为现有技术中曝光装置的内部框架的结构示意图；图6为本发明实施例提供的曝光装置中内部框架的结构示意图。实施例一请重点参考图1和图2，如图1和图2所示，本发明实施例提供一种曝光装置，用于将电路图形投影于涂有光刻胶的硅片上，所述曝光装置包括整机框架系统、传输系统以及设置在所述整机框架系统内部的曝光系统、运动台系统、测量系统和对准系统，所述曝光系统用于将电路图形投影于所述硅片1上，所述曝光系统包括照明模块101、物镜103及灯室，所述物镜103采用放大倍率，所述运动台系统包括掩模台102和工件台115，所述掩模台102和工件台115分别用于承载掩模版2和硅片1，所述掩模台长行程采用粗微动结构，所述工件台115上还设有反力外引机构，所述测量系统用于测量工件台115及掩模台102长行程的相对运动距离，所述对准系统用于测量所述掩模版2、掩模台102和工件台115三者之间的相对位置，所述传输系统用于所述掩模版2及硅片1的交换工作。进一步的，所述曝光装置还包括环境控制系统124，所述环境控制系统124用于控制该曝光装置中的其他系统的温度、湿度、压力和洁净度。曝光是用一定波长和强度的光波透过掩模，有选择地照射光刻胶，使受照射部分的光刻胶发生化学反应。本发明实施例提供的曝光装置中曝光系统主要由三部分组成：照明模块101、物镜103及灯室122。灯室122提供的光源经照明模块101滤波、匀光、扩束后，均匀照射到掩模版上，承载掩模信息的光束经物镜103均匀照射到涂有光刻胶的硅片上。分系统性能中影响产率的主要因素包括物镜视场、硅片面照度、工件台与掩模台的运动速度及加速度、减振器稳定时间、上下版时间、上下片时间、对准时间、调平调焦时间等一系列因素，本发明实施例即从提高物镜103的倍率，增大其物镜视场的角度出发在保持精度的同时提高该曝光装置的曝光效率。本发明实施例提供的物镜103采用1：2的放大比例，即物镜像面处视场为物镜物面处视场的2倍，其提供的硅片面视场直径超过200mm，同等照度下可以大幅度提高曝光效率，即单位时间内曝的区域更多，对产率提高有很大贡献。由于本发明实施例中物镜103的倍率为放大倍率，掩模台102上的图案水平向可以2倍放大到工件台115上，因此相对于等比例及缩小比例的光刻机，同等曝光质量下，掩模台102的控制精度要求需要提高很多，故本发明的掩模台结构精度要求较高，基于这个原因，本发明实施例提供的掩模台102长行程运动需采用粗微动结构，即粗动完成掩模版的长行程扫描运动，微动完成其水平向微调。工件台115长行程运动采用一步到位的方式，整机控制采用掩模台102跟随工件台115的策略。进一步的，所述整机框架系统包括减振器系统以及由所述减振器系统分隔开的内部框架和外部框架113。请重点参考图3，如图3所示，所述运动台系统还包括工件台长行程电机定子302，所述反力外引机构包括两个工件台反力外引支架307、弹簧和301缓冲器305，所述两个工件台反力外引支架307间隔设置于所述整机框架系统的外部框架113上，所述工件台长行程电机定子302的两端分别通过所述弹簧301和缓冲器305与所述两个工件台反力外引支架307连接，所述工件台115在所述工件台长行程电机定子302上运动。进一步的，所述内部框架包括吊框114、主基板117、掩模台支架118和照明支架121，所述减振器系统设置于所述外部框架113上，所述吊框114设置于所述减振器系统上，所述主基板117设置于所述吊框114上，所述掩模台支架118设置于所述主基板117上，所述照明支架121设置于所述掩模台支架118上，所述吊框114用于承载所述工件台115，所述物镜103穿设于所述掩模台支架118与主基板117中，所述掩模台支架117用于承载所述掩模台102，所述照明支架121用于承载所述照明模块101。为了提高曝光效率，精密运动台系统需要具备高速运动能力，但高速运动的工件台115势必给内部框架和工件台115引入扰动力及倾覆力矩。本发明实施例提供的曝光装置采用主动式减振器111来平衡此扰动力和倾覆力矩，但为了减小减振器11的稳定时间、减小减振器11的制振需求、提高产率，有必要将电机的反作用力从内部框架和工件台115中引出。如图3所示，工件台长行程电机定子302上产生的力通过弹簧301和缓冲器305传递到工件台反力外引支架307上，经外部框架113传递到地基112中，这大大减小了因工件台115运动对内部框架所产生的冲击。由于本发明物镜采用1：2的放大比例，掩模台102相对于工件台115，无论从运动部件质量还是运动速度方面都要小很多，故掩模台102设计反力外引意义不大且会增加结构难度，因此本发明实施例只针对工件台长行程设计了反力外引方案。工件台115的长行程采用一步到位的方式，相对于粗微动结构，同样的精度指标需要更高的控制带宽，这对该曝光装置的内部框架的模态提出了更高的要求。请重点参考图6，图6为本发明实施例提供的内部框架的结构示意图，如图6所示，所述主基板117为“桥”式结构，所述主基板117冗余部分镂空，形成主基板工艺孔602，所述主基板117的主基板工艺孔602中填充阻尼材料，所述阻尼材料为树脂或橡胶。请重点参考图5，图5为现有技术中曝光装置的内部框架的结构示意图，如图5所示，现有技术中的内部框架包括主基板501、四个支撑腿502和吊框503，所述四个支撑腿502设置于所述吊框503的四角上，所述四个支撑腿502用于支撑所述主基板501，工件台置于所述支撑腿502支撑留出的空间内。本发明实施例中的主基板117设计采用全封闭“桥”式结构，省去了现有技术中所用的支撑腿502，进行这样的结构优化后，减轻了框架重量、减少了接口刚度损失、提高了内部框架的模态质量，同时也提高了装配精度、减少了装配时间。仿真计算表明，该全封闭“桥”式结构的主基板117框架模态显著高于现有技术中的传统框架，框架的整机自由模态一阶大于200HZ，主基板117内部通过筋板进行加强，冗余部分镂空减重，腔体内可以填充阻尼材料(如树脂、橡胶等)以吸收内部框架振动。请重点参考图4，如图4所示，所述减振器系统包括四个减振器111，分别设置于所述外部框架113的四角。进一步的，所述减震器系统根据所述工件台115及掩模台102提供的水平向加速信号和位置信号对所述内部框架做前馈补偿。本发明实施例提供的减振器111采用四点布局方式，其优于三点布局方式的地方在于四点布局可以使整机主体单元分配到每个减振器111的承载力基本相同，从而给减振器111的选型、减振器111的控制、减振器111的使用寿命、内部框架静力学变形量控制及减振器111层面安装部件的维修维护方面带来优势，四点布局还能使减振器111可以进一步减小地面传递到内部框架的振动、平衡运动台系统运动产生的扰动力及倾覆力矩，减振器111还设计具备运动台前馈功能，即减振器111根据工件台115和掩模台102提供的水平向加速度信号与位置信号作为前馈补偿输入，减小了减振器111的稳定时间。进一步的，所述运动台系统还包括调平垫铁110，所述调平垫铁110设置于所述外部框架113下，所述调平垫铁110用于调平所述运动台系统。该曝光装置中运动台系统的框架采用调平垫铁110进行调平，调平分辨率优于0.1mm。调平垫铁110相对于塞垫片调平可以有效减少装配工作量、节约装配时间、提高调平精度。进一步的，所述测量系统主要由掩模台激光干涉仪120、掩模台参考光激光干涉仪119和工件台激光干涉仪116组成，所述掩模台激光干涉仪120设置于所述掩模台支架118上，所述工件台激光干涉仪116设置于所述主基板117与吊框114所围成的空间内，工件台激光干涉仪116主要用于测量工件台115的长行程相对运动距离，掩模台激光干涉仪120主要用于测量掩模台102的长行程相对运动距离，因为掩模台102的外力及工件台115的部分外力没有引出，为了提高掩模台激光干涉仪120相对于工件台激光干涉仪116的测量精度，在掩模台120上增加了掩模台参考光激光干涉仪119。掩模台激光干涉仪120及工件台激光干涉仪116均采用零位传感器进行清零工作。进一步的，所述对准系统主要包括同轴对准传感器123、离轴对准传感器105、掩模版预对准传感器201、调平调焦传感器104和掩模台垂向电容传感器206，其中离轴对准传感器105和调平调焦传感器104均安装于主基板117上，掩模版预对准传感器201和掩模台垂向电容传感器206均安装于物镜103上，同轴对准传感器123安装于工件台115上。掩模版(图中未示出)设置在掩模台102上，硅片(图中未示出)设置在工件台115上，曝光时，掩模版预对准传感器201用于确定掩模台102相对于掩模版的水平向位置关系，同轴对准传感器123用于确定工件台115相对于掩模版或工件台115相对于掩模台102的水平向位置关系，离轴对准传感器105用于确定工件台115相对于硅片的位置关系，这样就得到了掩模版相对于硅片的水平向位置关系。调平调焦传感器104用于检测硅片的垂向位置，掩模台垂向电容传感器206用于检测掩模版的垂向位置，通过调整硅片与掩模版的的位置可以使掩模面与物镜物面在垂直方向上“重合”、硅片面与物镜像面在垂直方向上“重合”。进一步的，所述传输系统包括掩模版传输系统和硅片传输系统，所述掩模版传输系统用于所述掩模版的上下片交换，所述硅片传输系统用于所述硅片的上下片交换。进一步的，所述掩模版传输系统包括掩模版传输机械手202、掩模版传输缓冲台203、掩模传输开锁机构204和掩模版库205，所述掩模版传输机械手202将所述掩模台102上的掩模版与所述掩模版库205中的掩模版进行交换。进一步的，所述硅片传输系统包括硅片传输机械手108、硅片预对准台107和硅片库109，所述硅片预对准台107使所述硅片传输机械手108对准所述工件台115上的硅片，所述硅片传输机械手108将所述工件台115上的硅片与所述硅片库109中的硅片进行交换。进一步的，所述掩模版预对准传感器201还用于检测交换掩模版时所述掩模版相对于所述掩模版传输机械手202的位置关系，以达到精确上下版的目的。进一步的，所述对准系统还包括硅片二次预对准传感器106，所述硅片二次预对准传感器106用于检测交换硅片时所述硅片相对于所述硅片传输机械手108的位置关系，以起到精确上下片的目的。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形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，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。