CN101122748A - 光刻机离轴水平和对焦探测控制系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光刻机离轴水平和对焦探测控制系统，该系统包括一组共焦光学探测器阵列、一个数据处理器和一个硅片平台控制器，根据共焦光学探测器阵列的每一个探测器中反射光的相对强度来判定在该探测器位置的硅片平面是否在最佳焦距，在曝光时根据数据处理器收集到的数据对硅片平台控制器发出指令，以补偿差值，测量并反馈曝光区域硅片表面水平度的分布。本发明还公开了上述系统的实现方法。本发明能够可靠地探测到硅片上表面，以减小水平探测对硅片制造焦距的偏离。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体制造设备，具体涉及一种光刻设备，尤其涉及一种光刻机离轴水平和对焦探测控制系统，该系统适用于任何尺寸的需要做离轴硅片预测量的光刻设备，也适用任何尺寸的双硅片平台的光刻设备。此外，本发明还涉及该光刻机离轴水平和对焦探测控制系统的实现方法。
背景技术
现有的光刻机硅片平台的水平和对焦探测和控制依靠对掠入射光在硅片平面上的反射角度的探测来实现。如图1所示，光刻机硅片平台1上有待测硅片2，入射光6在光刻机硅片平台1上反射后形成的反射光7，由反射光位置探测器11进行探测。图1中入射光可以不止一根，而本图中为了示意，仅画了一根。由于目前的掠入射角度通常为70到78度之间，而在这个范围中的上表面反射率只有17％到22％，也就是说仍然有大部分入射光能量穿过硅片的最上表面而深入其中，如光刻胶。对后道工艺来讲，由于金属间介质层的厚度不断累加，用于探测上表面垂直位置的光可能深入几百纳米甚至更深，表面位置探测就存在着很大误差。经验表明，这种误差可能引起最多几百纳米的垂直位置判断误差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种光刻机离轴水平和对焦探测控制系统，该系统能够可靠地探测到硅片上表面，以减小水平探测对硅片制造焦距的偏离。为此，本发明还提供上述光刻机离轴水平和对焦探测控制系统的实现方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种光刻机离轴水平和对焦探测控制系统，该系统包括：
一组共焦光学探测器阵列，用于收集光强分布数据；
一个数据处理器，通过数据线与共焦光学探测器阵列相连接，用于收集共焦光学探测器阵列收集的光强分布数据并对该数据进行处理；
一个硅片平台控制器，通过数据线与数据处理器相连接；
根据共焦光学探测器阵列的每一个探测器中反射光的相对强度来判定在该探测器位置的硅片平面是否在最佳焦距，在曝光时根据数据处理器收集到的数据对硅片平台控制器发出指令，以补偿差值，测量并反馈曝光区域硅片表面水平度的分布。
所述的一组共焦光学探测器阵列由至少三个探测器组成。
所述的探测器包括：高数值孔径透镜、单模光纤、光纤分束器、入射光耦合系统、反射光探测系统，所述的单模光纤在探测器中的端头位于所述的高数值孔径透镜的后焦点，所述的高数值孔径透镜的前焦点与待测硅片平台重合，所述的入射光耦合系统包含照明光源和聚焦透镜，所述的反射光探测系统包含光强探测器。
所述的入射光是可见光或非可见光，如红外光或者紫外光，该入射光波长同所述的单模光纤规格相匹配。
本发明还提供一种上述光刻机离轴水平和对焦探测控制系统的实现方法，包括以下步骤：首先，要取得每一个曝光区域的水平最佳焦距分布，根据每一个探测器中反射光的相对强度来判定在该探测器位置的硅片平面是否在最佳焦距；其次，数据处理器对所有探测器的光强进行处理；然后，在曝光时根据数据处理器收集到的数据对硅片平台控制器发出指令，以补偿差值。
通过硅片平台垂直步进扫描来取得所述的每一个曝光区域的水平最佳焦距分布。
所述的硅片平台垂直步进扫描包括以下步骤：步骤1，硅片平台先运动到相对远离共焦光学探测器阵列的位置；步骤2，硅片平台向着共焦光学探测器阵列方向步进扫描；步骤3，对每一个垂直方向的平台位置，探测器系统采集反射光强分布；步骤4，扫描完毕后，共焦光学探测器阵列第一次遇到的反射光强极大位置对应系统的最上表面。
步骤1中所述的位置离正常位置距离不小于系统最大对焦深度的两倍。
步骤2中所述的步进扫描，其中每一步不大于所需要的垂直方向的空间分辨率。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：由于共焦方法具有灵敏的垂直方向分辨率，本发明能够可靠地探测到硅片上表面，而不受深层下表面反射的影响，以减小水平探测对硅片制造焦距的偏离，减小表面位置探测的误差，避免由这种误差引起的垂直位置判断误差。
附图说明
图1是现有光刻机水平探测原理示意图；
图2是本发明光刻机离轴水平和对焦探测控制系统的装置示意图；
图3是本发明的共焦光学探测器阵列的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
如图2所示，本发明利用共焦探测方法具有很高垂直方向探测精度的原理，设计了一种不同于现有技术的光刻机离轴水平和对焦探测控制系统。这个探测控制系统包括一组共焦光学探测器阵列3，一个数据处理器15和一个硅片平台控制器1(其上有待测硅片2)，该硅片平台控制器1是现有光刻机上的硅片平台控制器。其中，共焦光学探测器阵列3和数据处理器15相连接，数据处理器15与硅片平台控制器1通过数据线相连接，共焦光学探测器阵列3收集到的光强分布数据经过数据传输总线14由数据处理器15收集并且处理。
如图3所示，共焦光学探测器阵列3中的每一个探测器由一个高数值孔径透镜8和一根单模光纤4组成。此单模光纤4的一端处在上述高数值孔径透镜的后焦点9上，上述高数值孔径透镜的前焦点10与硅片平台控制器1上的待测硅片2表面重合。上述单模光纤4后端连接一个光纤分束器5，并由此光纤分束器5耦合另外两根光纤。入射光6从照明光源和聚焦透镜模块12由这两根光纤中的一根进入该探测控制系统，经过上述高数值孔径透镜8聚焦到硅片2表面。如果硅片2表面位置与上述高数值孔径透镜的前焦点10重合，经过硅片2表面反射的光将按照原光路的反方向重新进入上述单模光纤。我们便可以通过光纤分束器5的另一根光纤通过光强探测器13测得反射光7的强度。如果硅片2平面不在上述高数值孔径透镜的前焦点10位置，反射光7经过上述高数值孔径透镜8的投影便不能在其后焦点9位置聚焦，因而不能最大限度地耦合进上述单模光纤4中，我们将收集到减小的反射光7的信号。
由于使用的共焦方法需要两次经过同一光学孔径，它的探测光强分布随空间的分布比通常的光学系统要紧，在垂直方向可以获得很高的分辨率。该系统使得探测光刻胶上表面而不受深层下表面反射的影响成为可能。
本发明通过对具备离轴做预测量光刻机加装或者换装共焦水平探测器阵列来实现对硅片上表面的水平探测。其中一种实施方式如下：
在硅片平台离轴的状态下做水平探测，其基本流程如下：
对每一个曝光区域：
(1)硅片平台运动到离探测器阵列最远的垂直位置，此位置距离中心焦距应该不小于系统最大对焦深度的两倍。
(2)硅片平台向着探测器阵列方向步进，探测器阵列测量并且记录反射光强。
(3)当所有探测器都记录到第一个光强极大值，硅片平台停止扫描，该极大值对应硅片的上表面。
(4)数据处理器对所有探测器的光强进行处理，确定硅片平台最佳垂直位置和倾斜角，并且反馈到光刻机硅片平台控制器中。
(5)水平探测完成。
Claims (10)
1.一种光刻机离轴水平和对焦探测控制系统，其特征在于，该系统包括：
一组共焦光学探测器阵列，用于收集光强分布数据；
一个数据处理器，通过数据线与共焦光学探测器阵列相连接，用于接收共焦光学探测器阵列收集的光强分布数据并对该数据进行处理；
一个硅片平台控制器，通过数据线与数据处理器相连接；
根据共焦光学探测器阵列的每一个探测器中反射光的相对强度来判定在该探测器位置的硅片平面是否在最佳焦距，在曝光时根据数据处理器收集到的数据对硅片平台控制器发出指令，以补偿差值，测量并反馈曝光区域硅片表面水平度的分布。
2.根据权利要求1所述的光刻机离轴水平和对焦探测控制系统，其特征在于，所述的一组共焦光学探测器阵列由至少三个探测器组成。
3.根据权利要求1所述的光刻机离轴水平和对焦探测控制系统，其特征在于，所述的探测器包括：高数值孔径透镜、单模光纤、光纤分束器、入射光耦合系统、反射光探测系统，所述的单模光纤在探测器中的端头位于所述的高数值孔径透镜的后焦点，所述的高数值孔径透镜的前焦点与待测硅片平面重合，所述的入射光耦合系统包含照明光源和聚焦透镜，所述的反射光探测系统包含光强探测器。
4.根据权利要求1所述的光刻机离轴水平和对焦探测控制系统，其特征在于，所述的入射光是可见光或非可见光，该入射光波长同所述的单模光纤规格相匹配。
5.根据权利要求4所述的光刻机离轴水平和对焦探测控制系统，其特征在于，所述的入射光是红外光或者紫外光。
6.一种权利要求1-5任一项所述的光刻机离轴水平和对焦探测控制系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，要取得每一个曝光区域的水平最佳焦距分布，根据每一个探测器中反射光的相对强度来判定在该探测器位置的硅片平面是否在最佳焦距；其次，数据处理器对所有探测器的光强进行处理；然后，在曝光时根据数据处理器收集到的数据对硅片平台控制器发出指令，以补偿差值。
7.根据权利要求6所述的光刻机离轴水平和对焦探测控制系统的实现方法，其特征在于，通过硅片平台垂直步进扫描来取得所述的每一个曝光区域的水平最佳焦距分布。
8.根据权利要求7所述的光刻机离轴水平和对焦探测控制系统的实现方法，其特征在于，所述的硅片平台垂直步进扫描包括以下步骤：步骤1，硅片平台先运动到相对远离共焦光学探测器阵列的位置；步骤2，硅片平台向着共焦光学探测器阵列方向步进扫描；步骤3，对每一个垂直方向的平台位置，探测器系统采集反射光强分布；步骤4，扫描完毕后，共焦光学探测器阵列第一次遇到的反射光强极大位置对应系统的最上表面。
9.根据权利要求8所述的光刻机离轴水平和对焦探测控制系统的实现方法，其特征在于，步骤1中所述的位置离正常位置距离不小于系统最大对焦深度的两倍。
10.根据权利要求8所述的光刻机离轴水平和对焦探测控制系统的实现方法，其特征在于，步骤2中所述的步进扫描，其中每一步不大于所需要的垂直方向的空间分辨率。
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