CN103885295A

CN103885295A - 一种曝光装置及其调焦调平方法

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Publication number: CN103885295A
Application number: CN201210552872.XA
Authority: CN
Inventors: 李志丹; 程雪; 陈飞彪
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2032-12-19
Also published as: CN103885295B

Abstract

一种投影曝光设备，具有掩模、投影物镜、工件台、硅片、光源、投影单元、探测单元、信号处理单元、主控制器，投影物镜用于将掩模的图案投影到位于工件台上的硅片的上表面，光源发出的光线经投影单元入射到硅片上，经由硅片的上表面反射后，被探测单元接收，信号处理单元对接收到的光信号进行处理并获得硅片上表面在当前测量区域的位姿信息，并将该信息传送给主控制器，其中，投影曝光设备在硅片上布置有多个测量光斑，有多个测量点布置在曝光场外部，在曝光场外部周围布置有若干测量光斑。

Description

一种曝光装置及其调焦调平方法

技术领域

本发明涉及光刻领域，尤其涉及投影光刻机中的扫描曝光设备及调焦调平测量方法。

背景技术

投影光刻机是一种把掩模上的图案通过物镜投影到硅片上表面的装置。在投影曝光设备中，必须有自动调焦控制系统把硅片面精确带入到指定的曝光位置，实现该系统有多种不同的技术方案。目前比较常用是非接触式光电测量技术，其中NIKON、CANON等公司的调焦技术最具代表性。这些技术中通常会用一套光学系统产生多个光斑覆盖整个曝光场进行测量，在边缘场位置时，会出现部分测量光斑落在硅片外部而导致光斑无效的情况，此时需要计算当前位置光斑阵列的有效性情况，利用仍然有效的光斑的测量值进行调焦调平控制。NIKON公司于2002年4月30日公开的美国专利US6381004中提供了一种根据当前曝光场位置，逐一判断光斑阵列中每个光斑的有效性，然后选择有效的光斑进行测量，该方法可以解决边缘场测量的问题，但是存在光斑有效性判断计算量大，光斑选择和切换过程复杂等缺陷。

发明内容

本发明提出了一种投影曝光设备，具有掩模、投影物镜、工件台、硅片、光源、投影单元、探测单元、信号处理单元、主控制器，投影物镜用于将掩模的图案投影到位于工件台上的硅片的上表面，光源发出的光线经投影单元入射到硅片上，经由硅片的上表面反射后，被探测单元接收，信号处理单元对接收到的光信号进行处理并获得硅片上表面在当前测量区域的位姿信息，并将该信息传送给主控制器，其中，所述投影曝光设备在硅片上布置有多个测量光斑，有多个测量点布置在曝光场外部，在曝光场外部周围布置有若干测量光斑。

其中，在曝光场内部也布置有若干测量光斑。

其中，利用干涉仪测量硅片上表面的位姿信息。

本发明还提出了一种前述投影曝光设备进行调焦调平的测量方法，具有以下步骤：

步骤一、根据工件台的水平位置，判断调焦调平的测量光斑哪些在硅片上，再根据硅片的运动方向，从位于硅片上的测量光斑中选取位于曝光场外、与硅片运动方向相反的一侧的光斑作为有效光斑来进行调焦调平单点的测量光斑。

步骤二、记录每次采样时调焦调平的单点测量高度值Hi_FLS和工件台的位置高度Hi_IF，计算两者之差Hi，

Figure 201210552872X100002DEST_PATH_IMAGE002

（公式1）；

步骤三、将步骤一中得到的Hi按照测量位置的坐标进行缓存；

步骤四、将前面的若干个周期的缓存结果进行最小二乘法拟合，得到拟合的高度和倾斜度，拟合公式为

Figure 201210552872X100002DEST_PATH_IMAGE004

（公式2）

其中X_NM、Y_NM、H_NM分别为前面第N个时刻，第M个测量点的X、Y坐标以及单点测量高度，单点测量高度H_NM为步骤二中的缓存结果；

步骤五，根据公式3计算最终测量结果，并将计算结果作为调焦调平的最终测量结果发送给工件台，

Figure 201210552872X100002DEST_PATH_IMAGE006

（公式3）

其中，（Z、Rx、Ry）为调焦调平的最终测量结果，（Z_FLS、Rx_FLS、Ry_FLS）为步骤三中得到的调焦调平的拟合测量结果，（Z_IF、Rx_IF、Ry_IF）为硅片的当前位姿信息。

利用上述测量方法测得的位姿信息确定待曝光区域是否位于最佳焦平面，并驱动工件台，调整高度和倾斜度，使得待曝光区域位于最佳焦平面。

本发明提出的投影曝光装置给出了一种探测光斑的布置方案，与目前主流的有效探测光斑均布置在曝光场内部不同，本发明的曝光装置中将有效探测光斑布置在曝光场周围。这样，一方面在硅片未进入曝光区域前就可以获得硅片待曝光区域上表面的位置高度，从而大大提高边缘场曝光时的测量精度；另一方面，有效测量光斑数目较少，从而减少边缘场光斑有效性判断及切换时间，可提高时间性能。并且，此方案同样适用于内场曝光的情况。

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所示为本发明所用的扫描曝光设备的结构示意图；

图2所示为曝光场和探测光斑阵列位置关系示意图；

图3-图6所示为实际测量时，硅片扫描方向与有效测量光斑的关系示意图；

图7所示为调焦调平测量流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

图1所示为本发明所用的扫描曝光设备的结构示意图，该扫描曝光设备具有掩模1，投影物镜2，工件台3，硅片4，光源5，投影单元6，探测单元7，信号处理单元8，主控制器9。投影物镜2用于将掩模1的图案投影到位于工件台3上的硅片4的上表面，光源5发出的光线经投影单元6入射到硅片4上，经由硅片4的上表面反射后，被探测单元7接收，通过信号处理单元8对接收到的光信号进行光电转换、信号处理等环节后，得到硅片4上表面在当前测量区域的位姿信息（包括硅片上表面的垂向位置和倾斜状态），并将该信息传送给主控制器9，最终实现硅片位姿的控制和调整。

图2所示为根据本发明的曝光场和探测光斑阵列位置关系示意图。如图所示，在曝光场内布置若干光斑，用于非曝光工况的测量，如测校、全场调平等；曝光场四周布置一圈光斑，用于曝光过程中每个曝光场高度与倾斜的测量。在曝光过程中，首先根据工件台的水平位置，判断调焦调平的测量光斑哪些在硅片上，再根据硅片的运动方向，从位于硅片上的测量光斑中选取位于曝光场外、与硅片运动方向相反的一侧的光斑作为有效光斑来进行调焦调平单点的测量光斑。逐场曝光过程中，若曝光场为内场，当硅片运动方向水平向左时，调焦调平传感器有效的测量光斑（网格阴影的光斑）如图3所示；当硅片运动方向水平向右时，调焦调平传感器有效的测量光斑如图4所示。当曝光场为边缘场时，若硅片运动方向水平向左时，有效的测量光斑如图5所示；若硅片运动方向水平向右时，有效的测量光斑如图6所示。

此种光斑布置下，调焦调平测量流程如图7所示，该流程中应用了硅片高度与倾斜的计算方法。所述高度与倾斜的计算方法主要由三部分组成，第一部分是硅片表面高度值转换算法，它主要用于将调焦调平传感器有效测量光斑直接测得的硅片表面高度值转换为实际的硅片表面高度值，参见公式1；其中，Hi_FLS为当前调焦调平的单点测量高度值，Hi_IF为干涉仪测得的硅片的位姿换算得到的被测点的相对干涉仪零位的高度（此处也可以为其他传感器），Hi为硅片上表面形貌相对某一基准的单点测量高度。

（公式1）

第二部分是多点拟合算法，它主要用于将硅片表面的前N个时刻的离散高度值序列转换为硅片的位姿信号（高度Z_FLS及倾斜量Rx_FLS，Ry_FLS），计算公式参见式2；其中X_NM、Y_NM、H_NM分别为前面第N个时刻，第M个测量点的X、Y坐标以及单点测量高度，单点测量高度通过公式1计算得到。

（公式2）

第三部分是将调焦调平传感器相对不同工件台位姿的测量值，减去逐场倾斜调整过程中工件台的调整量（即干涉仪或其他传感器的测量值），得到调焦调平传感器相对于同一位置标准的测量值，计算公式参见式3。其中，（Z、Rx、Ry）为调焦调平传感器的最终测量值，（Z_FLS、Rx_FLS、Ry_FLS）为多点拟合测量结果，通过公式2计算得到，（Z_IF、Rx_IF、Ry_IF）为干涉仪测得的硅片的位姿（此处也可以采用其他传感器代替干涉仪）。

（公式3）

即，根据本发明的调焦调平测量流程具有以下步骤：

步骤二、记录每次采样时调焦调平的单点测量高度值Hi_FLS和工件台的位置高度（根据干涉仪测得的硅片的位姿换算得到的被测点的相对干涉仪零位的高度）Hi_IF，计算两者之差Hi，

（公式1）；

步骤四、将前面的若干个周期的缓存结果进行最小二乘法拟合，得到拟合的高度和倾斜度，拟合公式为公式2，其中X_NM、Y_NM、H_NM分别为前面第N个时刻，第M个测量点的X、Y坐标以及单点测量高度，单点测量高度H_NM为步骤二中的缓存结果，

（公式2）；

步骤五，利用公式3将步骤三中算得的高度和倾斜度减去当前工作台的位姿，作为调焦调平的最终测量结果发送给工件台，其中，（Z、Rx、Ry）为调焦调平的最终测量结果，（Z_FLS、Rx_FLS、Ry_FLS）为步骤三中得到的调焦调平的拟合测量结果，（Z_IF、Rx_IF、Ry_IF）为干涉仪测得的硅片的位姿，

（公式3）。

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。

Claims

1.一种投影曝光设备，具有掩模、投影物镜、工件台、硅片、光源、投影单元、探测单元、信号处理单元、主控制器，投影物镜用于将掩模的图案投影到位于工件台上的硅片的上表面，光源发出的光线经投影单元入射到硅片上，经由硅片的上表面反射后，被探测单元接收，信号处理单元对接收到的光信号进行处理并获得硅片上表面在当前测量区域的位姿信息，并将该信息传送给主控制器，其中，所述投影曝光设备在硅片上布置有多个测量光斑，有多个测量点布置在曝光场外部，在曝光场外部周围布置有若干测量光斑。

2.根据权利要求1所述的投影曝光设备，其中，在曝光场内部也布置有若干测量光斑。

3.根据权利要求2所述的投影曝光设备，利用干涉仪测量硅片上表面的位姿信息。

4.一种利用权利要求1-3中任意一个所述的投影曝光设备进行调焦调平的测量方法，具有以下步骤：

步骤一、根据工件台的水平位置，判断调焦调平的测量光斑哪些在硅片上，再根据硅片的运动方向，从位于硅片上的测量光斑中选取位于曝光场外、与硅片运动方向相反的一侧的光斑作为有效光斑来进行调焦调平单点的测量光斑；

（公式1）；

（公式2）

（公式3）

5.一种控制方法，利用权利要求4所述的测量方法测得的位姿信息确定待曝光区域是否位于最佳焦平面，并驱动工件台，调整高度和倾斜度，使得待曝光区域位于最佳焦平面。