CN100416412C - 一种投影式光刻机中硅片平台高度控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种投影式光刻机中硅片平台高度控制系统及方法。一种投影式光刻机中硅片平台高度控制系统，包括埋在投影式光刻机硅片平台中和中央控制器相连接的高度控制驱动器阵列，中央控制器通过信号传输系统和光刻机主控制系统相连接。投影式光刻机中硅片平台高度控制方法，包括以下步骤：第一步，测量光刻机系统误差；第二步，将系统误差数据传输到光刻机主控制系统；第三步，算出高度控制驱动器阵列的补偿信号；第四步，光刻机主控制系统将驱动器阵列补偿信号的调节指令发给中央控制器；第五步，中央控制器发出电压信号；第六步，各个高度控制驱动器使得硅片产生变形。本发明可以降低或者消除在整个曝光区域上的对焦偏差，满足更小的对焦深度的光刻工艺。
Description
技术领域
本发明涉及微电子制造设备领域中投影式光刻机的系统技术，尤其涉及一种投影式光刻机中硅片平台高度控制系统及方法。
背景技术
投影式光刻机分为扫描式和非扫描式。扫描式光刻机的水平控制在沿着扫描的方向可以根据实际测量的结果实时调节。如图1所示，在任意时刻，沿着扫描方向，只有一条窄缝(即曝光区域)被曝光，系统焦距只要对这一窄缝位置的掩膜板图形对准即可。但是随着窄缝的宽度增加，系统在垂直方向的空间分辨率会越来越低。现代的光刻机窄缝的宽度已经达到8毫米，则在垂直方向的实时调节的空间分辨率至少为8毫米，这种分辨率对小于8毫米的系统高度偏差无可奈何。
但是在非扫描的方向，任何由于硅片表面探测或者像场弯曲所造成的误差只能用一个高度平均值加上一个倾斜角来代表。这是因为传统的硅片平台只能做整体的三维平动(两个水平方向和一个垂直方向)和沿着两个水平方向的倾斜。由于硅片表面探测误差或者透镜的像差，这种在非扫描方向上的高度的偏差可以达到+/-100纳米左右。这种偏差对90纳米及90纳米以下工艺是一个严重的挑战，因为光刻工艺的全部对焦深度范围仅为350纳米或者更小。
传统的扫描式光刻机在接纳更加小的对焦深度的光刻工艺上已经显示出极限。对非扫描式光刻机，因为两个水平方向部只能做平动和沿着水平方向的倾斜，不能满足更小的对焦深度的光刻工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种投影式光刻机中硅片平台高度控制系统及方法，可以降低或者消除在整个曝光区域上的对焦偏差，满足更小的对焦深度的光刻工艺。
为解决上述技术问题，本发明一种投影式光刻机中硅片平台高度控制系统，它包括埋在投影式光刻机硅片平台中和中央控制器相连接的高度控制驱动器阵列，并且中央控制器通过信号传输系统和光刻机主控制系统相连接。
作为一种优选技术方案，本发明一种投影式光刻机中硅片平台高度控制系统，最好其中的高度控制驱动器阵列初始顶部高度与硅片平台相平。
作为一种优选技术方案，本发明一种投影式光刻机中硅片平台高度控制系统，最好其中的高度控制驱动器阵列包括多个单独的高度控制驱动器。
作为另一种优选技术方案，本发明一种投影式光刻机中硅片平台高度控制系统，最好其中组成高度控制驱动器阵列的高度控制驱动器为压电陶瓷装置、静电发生器、液压装置、气压装置或者光压装置。
本发明一种投影式光刻机中硅片平台高度控制方法，包括以下步骤：第一步，测量光刻机系统焦距偏移量在成像区域的系统误差；第二步，将第一步中测量得到的系统误差数据输送到光刻机主控制系统；第三步，光刻机主控制系统计算得出高度控制驱动器阵列的补偿信号；第四步，光刻机主控制系统将第三步中计算出的驱动器阵列补偿信号的调节指令发给中央控制器；第五步，中央控制器向驱动器阵列中的各个高度控制驱动器发出电压信号；第六步，各个高度控制驱动器接到信号产生高度上的变化，同时使得硅片产生变形。
与已有技术中的投影式光刻机中硅片平台高度控制系统及方法相比，本发明在投影式光刻机硅片平台中埋入了高度控制驱动器阵列，在测得光刻机系统焦距偏移量在成像区域的系统误差的基础上计算出驱动器阵列中的各个高度控制驱动器所需调整的高度，并通过中央控制器向驱动器阵列中的各个高度控制驱动器发出电压信号，使得各个高度控制驱动器产生高度上的变化，使得硅片产生变形，从而补偿由于透镜像差，如像场弯曲，或者其他系统误差所造成的硅片平面焦距对准误差分布，使得对焦偏差在整个曝光区域降到接近零，从而满足更小的对焦深度的光刻工艺。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为已有技术中扫描式光刻机硅片平台示意图；
图2为本发明一种投影式光刻机中硅片平台高度控制系统示意图；
图3为本发明一种投影式光刻机中硅片平台高度控制方法流程图；
图4为采用本发明像场补偿效果示意图。
具体实施方式
如图2所示，在现有的投影式光刻机硅片平台上每隔一定距离埋入一只高度控制驱动器，并且使得驱动器的初始顶部与硅片平台相平。所埋入的高度控制驱动器在硅片平台上的分布不限定方式，可以为直角阵列分布，也可以六角阵列分布。所埋入的驱动器的个数可以为两个及两个以上的多个，驱动器大小也可以是在合理范围内的直径和长度。
上述埋在投影式光刻机硅片平台中的高度控制驱动器组成高度控制驱动器阵列，该高度控制驱动器阵列和中央控制器相连接，中央控制器通过信号传输系统和光刻机主控制系统相连接。
本发明中组成高度控制驱动器阵列的高度控制驱动器可以为压电陶瓷装置、静电发生器、液压装置、气压装置或者光压装置。上述驱动器在外界有信号输入，或者外界输入发生变化时本身产生微小的长度变化，或者被上述装置作用的物体可以产生微小的位置变化的装置。所述的压电陶瓷在外界有电压输入时可以产生几纳米至几微米的长度变化；静电发生器可以在输入电压发生变化时，使靠近它的物体由于被吸引或者排斥而发生位置移动；液压、气压装置在输入压力发生变化时会产生相应的长度变化；光压装置在输入光强发生变化时会使被作用物体由于光学压力变化而发生位置变化。本发明的驱动器阵列还可为上述列举的驱动装置的组合。将上述压电陶瓷装置、静电发生器、液压装置、气压装置或者光压装置作为单个的驱动器相互组合，埋入光刻机硅片平台而形成高度驱动器阵列。
这些驱动器可以通过调节硅片表面的微小高度变化来补偿由于透镜像差，如像场弯曲，或者其他系统误差所造成的硅片平面焦距对准误差分布，使得对焦偏差在整个曝光区域降到接近零。
如图3所示，投影式光刻机中硅片平台高度控制方法，包括以下步骤：第一步，测量光刻机系统焦距偏移量在成像区域的系统误差；第二步，将第一步中测量得到的系统误差数据输送到光刻机主控制系统；第三步，光刻机主控制系统计算得出高度控制驱动器阵列的补偿信号；第四步，光刻机主控制系统将第三步中计算出的驱动器阵列补偿信号的调节指令发给中央控制器；第五步，中央控制器向驱动器阵列中的各个高度控制驱动器发出电压信号；第六步，各个高度控制驱动器接到信号产生高度上的变化，同时使得硅片产生变形。
其中，第一步中采用硅片曝光方法或非硅片曝光方法测量光刻机系统焦距偏移量在成像区域的系统误差。非硅片曝光的方法为采用光电转换效应的器件测量光刻机系统焦距偏移量在成像区域的系统误差。
如图4所示，采用本发明投影式光刻机中硅片平台高度控制系统和方法，驱动器阵列中的驱动器可以通过调节硅片表面的微小高度变化来补偿由于透镜像差，如像场弯曲，或者其他系统误差所造成的硅片平面焦距对准误差分布，使得对焦偏差在整个曝光区域降到接近零。图4b中，通过调节中央的高度控制驱动器的伸缩来补偿弯曲的像场。这样可以最多增加200纳米的对焦深度，大大增加工艺窗口和提高成品率。驱动器的数量由透镜的像差分布决定，间距通常在厘米量级，或者稍小一点。这样可以通过驱动器的伸缩来补偿因为镜头所成像的像平面弯曲所造成的系统在整个成像区域上的焦距误差。
Claims (12)
1. 一种投影式光刻机中硅片平台高度控制系统，其特征在于，它包括埋在投影式光刻机硅片平台中和中央控制器相连接的高度控制驱动器阵列，中央控制器通过信号传输系统和光刻机主控制系统相连接。
2. 如权利要求1所述的一种投影式光刻机中硅片平台高度控制系统，其特征在于，其中的高度控制驱动器阵列包括多个单独的高度控制驱动器。
3. 如权利要求1所述的一种投影式光刻机中硅片平台高度控制系统，其特征在于，其中的高度控制驱动器阵列初始顶部高度与硅片平台相平。
4. 如权利要求1或2或3所述的一种投影式光刻机中硅片平台高度控制系统，其特征在于，其中组成高度控制驱动器阵列的高度控制驱动器为压电陶瓷装置、静电发生器、液压装置、气压装置或者光压装置。
5. 如权利要求2所述的一种投影式光刻机中硅片平台高度控制系统，其特征在于，其中的高度控制驱动器以直角阵列分布。
6. 如权利要求4所述的一种投影式光刻机中硅片平台高度控制系统，其特征在于，其中的高度控制驱动器阵列以六角阵列分布。
7. 一种投影式光刻机中硅片平台高度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，测量光刻机系统焦距偏移量在成像区域的系统误差；第二步，将第一步中测量得到的系统误差数据输送到光刻机主控制系统；第三步，光刻机主控制系统计算得出高度控制驱动器阵列的补偿信号；第四步，光刻机主控制系统将第三步中计算出的驱动器阵列补偿信号的调节指令发给中央控制器；第五步，中央控制器向驱动器阵列中的各个高度控制驱动器发出电压信号；第六步，各个高度控制驱动器接到信号产生高度上的变化，同时使得硅片产生变形。
8. 如权利要求7所述的一种投影式光刻机中硅片平台高度控制方法，其特征在于，第一步中测量光刻机系统焦距偏移量在成像区域的系统误差的方法为硅片曝光的方法。
9. 如权利要求7所述的一种投影式光刻机中硅片平台高度控制方法，其特征在于，第一步中测量光刻机系统焦距偏移量在成像区域的系统误差的方法为非硅片曝光的方法。
10. 如权利要求9所述的一种投影式光刻机中硅片平台高度控制方法，其特征在于，第一步中的非硅片曝光的方法为采用光电转换效应的器件测量光刻机系统焦距偏移量在成像区域的系统误差。
11. 如权利要求7所述的一种投影式光刻机中硅片平台高度控制方法，其特征在于，第二步中将第一步中测量得到的系统误差数据输送到光刻机主控制系统采用人工输送的方法。
12. 如权利要求7所述的一种投影式光刻机中硅片平台高度控制方法，其特征在于，第二步中将第一步中测量得到的系统误差数据输送到光刻机主控制系统的方为自动输送。
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