一种步进光刻设备及光刻曝光方法技术

本发明专利技术公开一种步进光刻设备，包括：一照明单元，用于提供曝光光束；一工件台，用于支撑一基底在大行程范围内进行六自由度运动；一掩模台，用于支撑一掩模在曝光时候在小行程范围内相对所述工件台同步运动；一投影物镜，用于将掩模上图形按预定比例投射至基底；其特征在于，所述工件台依次步进至曝光场后，所述掩模台同步运动至所述工件台对应的位置并同时曝光。本发明专利技术同时公开一种该步进光刻设备的光刻曝光方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路装备制造领域，尤其涉及。
技术介绍
光刻设备是一种将掩模图案曝光成像到硅片上的设备。已知的光刻设备包括步进重复式和步进扫描式。现有技术中所公开的使用缩减倍率投影物镜的步进光刻机中，该投影物镜的倍率为缩减的，即按I : N的比率将掩模图案通过投影物镜投射于基底上。现有技术中所公开的步进光刻机所使用的工件台，通常采用的结构为粗动结构与微动结构相结合，或者是XY(水平向)运动台与旋转台相结合，甚至是单个的粗动台结构。而现有技术中的光刻机的掩模台均为粗动台。 现有技术中的步进曝光方法为，当基底完成调平和对准后，在工件台上步进至指定位置后，需使该工件台保持一定精度的稳定状态后才能进行曝光。采用传统的缩减倍率的步进投影装置和方法，工件台的步进精度要求很高，并且稳定时间要求很短，为此，整机难度较大，并且产能受稳定时间的严重影响。如专利US2001/0021009、US6287735及US2009/0201475中公开的技术方案内容所示，上述专利均采用减少工件台质量、简化工件台结构、优化控制方式等方式来改进步进光刻机，但仍然存在步进稳定所需时间长，产率较低的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，提供，能有效减少步进稳定时间，进一步减少曝光所需总时间，使光刻设备的产率提闻。为了实现上述专利技术目的，本专利技术公开一种步进光刻设备，包括一照明单元，用于提供曝光光束；一工件台，用于支撑一基底在大行程范围内进行六自由度运动；一掩模台，用于支撑一掩模在曝光时候在小行程范围内相对所述工件台同步运动；一投影物镜，用于将掩模上图形按预定比例投射至基底；其特征在于，所述工件台依次步进至曝光场后，所述掩模台同步运动至所述工件台对应的位置并同时曝光。更进一步地，该投影物镜的投影倍率为I : 5。更进一步地,该掩模台的步进行程小于30mm,该工件台的步进行程大于30mm。更进一步地，该步进光刻设备还包括一位置测量系统。更进一步地，该工件台的水平向运动装置为H型结构，垂向运动装置为凸轮结构。更进一步地，该掩模台的水平向运动装置为洛仑兹电机，垂向运动装置为簧片机构。更进一步地，该位置测量系统采用激光干涉仪或编码尺。更进一步地,该掩模台同步运动至该工件台对应的XY和Rz位置。本专利技术同时公开一种使用上述步进光刻设备的光刻曝光方法，其特征在于，步骤一、进行曝光前准备工作；步骤二、工件台步进至第一曝光场后，掩模台同步运动至该工件台对应的位置并同时曝光；步骤三、判断是否已经完成全部曝光场的曝光，如果判断结果是“否”，则返回步骤二 ；如果判断结果是“是”，则曝光结束。该步骤一包括上掩模，上基底，对所述基底实现全场对准。与现有技术相比较，本专利技术将现有技术中的工件台微动台转移为掩模台微动结构，使整机难度降低。此外，采用本专利技术装置工作时候，工件台粗动到曝光区域附近时，含微动结构的掩模台立即动态跟踪工件台位置，由于在小范围内的高频跟踪类似于扫描光刻机，此时可以同时曝光，因此，采用本装置与方法不需要像传统步进光刻机结构那样，掩模台不动，而工件台步进必须位置稳定到指定精度内才可以曝光，所以说，采用本装置与方法，步进稳定时间显著减少，曝光总时间相应变少，产率相应变高。附图说明关于本专利技术的优点与精神可以通过以下的专利技术详述及所附图式得到进一步的了 解。图I是本专利技术所涉及的步进光刻设备的结构示意图；图2是步进光刻设备的工件台的俯视图；图3是步进光刻设备的工件台的侧视图；图4是步进光刻设备的掩模台的俯视图；图5是步进光刻设备的掩模台的侧视图；图6是步进光刻设备的位置测量系统的结构示意图；图7是该光刻曝光方法的流程图。具体实施例方式下面结合附图详细说明本专利技术的一种具体实施例的步进光刻设备及光刻曝光方法。然而，应当将本专利技术理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本专利技术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，为了清楚展示本专利技术的结构及工作方式，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轴或X向”一词主要指于水平向平行的坐标轴或方向；“Y轴或Y向”一词主要指与水平向平行同时与X轴垂直的坐标轴或方向；“ζ轴或Z向” 一词主要指与X轴Y轴均垂直的坐标轴或方向；“Rx轴”一词主要指绕X轴旋转的方向；“Ry轴”一词主要指绕Y轴旋转的方向；“Rz轴”一词主要指绕Z轴旋转的方向。请参见图I,图I是本专利技术所涉及的步进光刻设备的结构示意图。如图I中所示，该步进光刻设备包括照明系统1，掩模台2，及放置于掩模台2之上的掩模9，投影物镜6，工件台4及放置于工件台4之上的基底7，以及整体框架5和位置测量系统3。本装置实施例中，照明系统I采用汞灯照明，提供i线或gh线或ghi线曝光，形成常规照明。投影物镜6采用I : M(M> I)的缩减式物镜，优选地采用I : 5的缩减式物镜。在本专利技术中，工件台4采用粗动结构并放置于整机框架5之间。掩模台2采用微动结构并放置于整机框架之上。基底7通过粗动台4依次步进到各曝光场，掩模9在基底7步进到指定曝光区域附近时，通过掩模微动台2动态跟踪工件台的振动，在动态跟踪的同时进行曝光。其中工件台4和掩模台2位置信息通过精密测量系统3测量。本专利技术所涉及的步进光刻设备在工作时，工件台4粗动到曝光区域附近时，含微动结构的掩模台2立即动态跟踪工件台4位置，由于在小范围内的高频跟踪类似于扫描光刻机，此时可以同时曝光，因此，采用本装置与方法不需要像传统步进光刻机结构那样，掩模台不动，而工件台步进必须位置稳定到指定精度内才可以曝光。工件台4的详细结构请参见图2和图3，其中图2是步进光刻设备的工件台的俯视图，图3工件台的侧视图。工件台4是一个六自由度运动机构，即工件台可以满足X、Y、Z、Rx> Ry、Rz六个方向的运动。其中，水平向采用H型架构直驱结构控制X、Y轴长行程运动，·Rz轴根据H型的兼容型接口来设计，水平三轴测量采用干涉仪测量进行控制。垂向采用凸轮机构46实现Z、Rx, Ry轴的运动控制，采用编码器测量。工件台4水平向架构采用H型的驱动方案包括X驱动方向和Y驱动方向。X驱动方向包括两个X向导轨41。两个电机磁铁定子43和导轨41装配体安装于工件台支撑框架上，X电机动子402与Y向横梁导轨固连，提供X向和Rz向运动。Y向驱动包括一个Y向导轨45，Y向电机定子安装于Y向横梁导轨之上，动子安装于曝光台框架上。横梁导轨中间采用躺式直线电机。H型滑块采用双导轨气浮导向，左侧导轨为平导轨配置2个垂向气浮垫47 (真空预紧)，只提供垂向支撑和导向，水平方向为自由。右侧导轨为二维导轨49，约束Y向和Z向，可采用U型高刚性气浮滑块，左右两侧各两个气浮垫，互为预紧，垂向采用两个气浮垫(真空预紧)。本专利技术同时提供了工件台4的第二技术方案，即将右侧导轨采用硅钢导轨，采用磁预紧，气浮滑块采用2个垂向和单侧Rz气浮垫。Rz气浮垫与Y向导轨之间可采用柔性块连接。横梁Y导轨两侧各2个X向气浮垫，抵抗Y向运动的冲击力和Rz的转矩，压缩气体互为预紧。微动框本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种步进光刻设备，包括：一照明单元，用于提供曝光光束；一工件台，用于支撑一基底在大行程范围内进行六自由度运动；一掩模台，用于支撑一掩模在曝光时候在小行程范围内相对所述工件台同步运动；一投影物镜，用于将掩模上图形按预定比例投射至基底；其特征在于，所述工件台依次步进至曝光场后，所述掩模台同步运动至所述工件台对应的位置并同时曝光。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈勇辉，吴立伟，张俊，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：