[发明专利]圆筒形掩模板系统、曝光装置和曝光方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制作领域，特别涉及一种圆筒形掩模板系统、曝光装置和曝光方法。

背景技术

光刻作为半导体制造过程中的一道非常重要的工序，它是将掩模板上的图形通过曝光转移到晶圆上的工艺过程，被认为是大规模集成电路制造中的核心步骤。半导体制造中一系列复杂而耗时的光刻工艺主要是由相应的曝光机来完成。而光刻技术的发展或者说曝光机技术的进步主要是围绕着线宽、套刻(overlay)精度和产量这三大指标展开的。

在半导体制作中，曝光过程主要包括三大步骤：更换载物台(stage)上晶圆的步骤；对载物台上的晶圆进行对准的步骤；将掩模板上的图案转移到晶圆上的步骤。上述三个步骤依次反复的在同一个载物台上进行。

光刻作为半导体制作流程中一个关键的步骤，因此现实生产中如何提高曝光装置的产量是一个很重要的课题。

近年来，为了进一步提高曝光装置的产量，出现了各种具有双载物台的曝光装置，利用双载物台同时进行晶片的更换动作、对准动作和曝光动作。

参考图1，为现有具有双载物台（twin-stage）的曝光装置的结构示意图，包括：第一载物台101和第二载物台102，用于放置晶圆；准检测单元103，用于检测晶圆上对准标记，对晶圆进行对准；掩模板载物台107，用于装载掩模板108；光学投影单元104，位于掩模板载物台107下方，用于将透过掩模板108的光投射到第一载物台101或第二载物台102上的晶圆上，对晶圆进行曝光；照明单元109，位于掩模板载物台107上方，用于提供曝光光源。

上述曝光装置的曝光过程为：当第一载物台101上的第一晶圆106完成对准后，第一载物台101移动到光学投影单元104下方，光学投影单元104将透过掩模板108的光投射到第一载物台101的第一晶圆106上，对第一晶圆106进行曝光，同时第二载物台102上装置第二晶圆105，移动到对准检测单元103下方，对准检测单元103检测第二载物台102上的第二晶圆105上的对准标记，进行对第二晶圆105的对准；在第一载物台101上的第一晶圆106曝光完成后，在第一载物台101装载新的晶圆，第一载物台101移动到对准检测单元103下方，对准检测单元103对新装载的晶圆进行对准，同时第二载物台102移动到光学投影单元104下方，光学投影单元104对第二晶圆105进行曝光。

现有曝光装置的曝光效率和单位时间内的产出量较低。

更多关于双载物台的曝光装置的介绍请参考公开号为US2005/0139790A1的美国专利。

发明内容

本发明解决的问题是提高曝光装置的曝光效率。

为解决上述问题，本发明技术方案提供了一种圆筒形掩模板系统，包括：基座，固定于基座一侧的轴柄；第一轴承和第二轴承，第一轴承位于轴柄上靠近基座一端，第二轴承位于轴柄上远离基座一端，所述第一轴承和第二轴承均包括轴承外圈、轴承内圈和位于轴承外圈和轴承内圈之间的滚动体，第一轴承和第二轴承的轴承内圈固定于轴柄上；圆筒形掩模板，所述圆筒形掩模板为中空的圆柱，所述圆筒形掩模板包括位于中间的图像区域和位于图像区域的两边的非图像区域，所述图像区域上具有掩模板对准标记，圆筒形掩模板套在第一轴承和第二轴承的轴承外圈上，圆筒形掩模板的非图像区域的内表面与第一轴承和第二轴承的轴承外圈相接触，当第一轴承和第二轴承绕轴柄旋转时，圆筒形掩模板也一起绕轴柄旋转；预对准检测单元，位于圆筒形掩模板上方，通过一延伸装置与基座相连，用于检测圆筒形掩模板的图像区域上的掩模板对准标记，根据检测的信号判断圆筒形掩模板的装载状态和转动状态。

可选的，所述掩模板对准标记至少具有两组，每组掩模板对准标记具有两个掩模板对准标记，两组中的四个掩模板对准标记位于圆筒形掩模板的图像区域的四个角落，每组中的两个掩模板对准标记中心之间的连线与轴柄的中轴线平行，每个掩模板对准标记包括与圆筒形掩模板旋转方向平行的第五光栅和与第五光栅垂直的第六光栅，第五光栅和与第六光栅中心之间的连线与轴柄的中轴线平行。

可选的，预对准检测单元具有两个子探测单元，两个子探测单元之间的距离等于每组掩模板对准标记中两个掩模板对准标记之间的距离。

可选的，所述子探测单元为一维阵列光电传感器或二维图像传感器。

可选的，所述轴柄为中空轴柄，所述中心轴柄的中空区域用于放置曝光光源，中空轴柄的下部具有贯穿轴柄本体的狭缝，所述狭缝与中空轴柄的轴线平行，曝光光源发出的光通过狭缝照射在圆筒形掩模板的图像区域。