CN101561636B - 一种光刻曝光剂量控制装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种光刻曝光剂量控制装置与方法。光刻曝光剂量控制装置包括：测量单元；控制单元以及承载单元。测量单元，用于实时测量光强分布，并输出实测信号。控制单元，耦接测量单元，接收实测实测信号，进行运算并输出控制信号。狭缝刀片组，耦接控制单元，接收控制信号，并依据控制信号调整曝光区域大小。本发明的光刻曝光剂量控制装置与方法可以提高曝光区域内硅片表面的光刻剂量精度和重复性，克服由于非扫描方向光强分布不均造成的系统偏差，并且能极大地抑制由于设备老化造成的系统偏差。

Description

一种光刻曝光剂量控制装置与方法

技术领域

本发明涉及光刻装置的技术领域，具体涉及光刻曝光剂量控制装置及其方法。

背景技术

光刻工艺技术是半导体生产过程中关键的一个工艺环节，在光刻过程中，投影到硅片表面的光刻剂量精度成为影响产品是否合格的关键因素之一。目前光刻生产用到的准分子激光器发射出的脉冲能量波动较大，如不加以控制，曝光剂量精度达不到生产要求，最终会导致产品成为废品。各光刻机厂家提供了多种曝光剂量控制方法以保证剂量精度，尽量保证用户使用高曝光剂量精度的产品。

一种现有技术的情况(参见刘世元、吴小健于2006年发表于光学学报Vol.26，No.6，标题为“深紫外准分子激光实时曝光剂量控制算法研究”文章)，提出了逐个脉冲控制方法。该方法的原理在于测试每个脉冲能量，根据实测值，推算下一个脉冲的能量值，控制激光器根据推算值发射同等能量的脉冲。例如：实际需要的剂量50mJ/cm2，若单个脉冲能量为5mJ/cm2，共需要10个脉冲。但是由于波动的原因实测得到第一个脉冲能量仅为4.5mJ/cm2，那么要求激光器在下一个脉冲发射5.5mJ/cm2，用以补偿上一个脉冲。依此类推，直到最后一个脉冲。

另一种现有技术的情况(参见美国发明专利，申请号：US20040239907、US2005070613)，提出双光源与衰减器进行剂量控制，该方法对单脉冲能量进行控制，采用闭环伺服控制，由于对每个脉冲都进行闭环控制，因此采用这种方法可以得到非常高的控制精度。

上述曝光剂量控制方法主要集中在对激光器的控制上，即通过控制激光器脉冲能量，以达到控制剂量的目的。但是上述方法都无法实时地改变曝光窗口中光强分布不均匀而对剂量精度造成的影响。

曝光狭缝内的光强分布影响到剂量的精度，因此光刻机厂商会要求狭缝内光强分布达到一定要求，称为照明均匀性指标。但由于光学制造加工误差以及设备器件的物理性能限制，导致光强不可能绝对均匀，光强一般分布情况如图1所示，图中x表示非扫描方向的物理坐标，t表示允许的偏差。由于狭缝内光强分布并非绝对均匀，而正常工作时硅片匀速运动，所以光强较大的地方剂量就大，光强较弱的地方剂量就小，因此导致硅片上的剂量分布不均。

本发明的目的在于提供一光刻曝光剂量控制装置与方法，这种光刻曝光剂量控制装置可以提高曝光区域内硅片表面的光刻剂量精度和重复性，克服由于非扫描方向光强分布不均造成的系统偏差，并且能极大地抑制由于设备老化造成的系统偏差。本光刻曝光剂量控制方法无需增加提高光学均匀性的光学元件，同时也不需要提高现有光学照明均匀化元件的性能，即可实现剂量的精密控制。

发明内容

本发明提出一种光刻曝光剂量控制装置与方法。光刻曝光剂量控制装置包括：测量单元；控制单元以及承载单元。测量单元，用于实时测量光强分布，并输出实测信号。狭缝刀片组，耦接控制单元，接收控制信号，并依据控制信号调整曝光区域大小。本发明提出的光刻曝光剂量控制装置中，所述装置还包括承载单元，耦接所述控制单元，接收所述控制信号，并依据所述控制信号调整运动速度。

本发明提出的光刻曝光剂量控制装置中，所述承载单元为掩模台，用于承载掩模，并驱动所述掩模运动。

本发明提出的光刻曝光剂量控制装置中，所述承载单元为硅片台，用于承载硅片，并驱动所述硅片运动。

本发明提出的光刻曝光剂量控制装置中，所述光强分布为光强分布轮廓。

本发明提出的光刻曝光剂量控制装置中，所述装置还包括激光器，用于提供激光脉冲信号。

本发明提出的光刻曝光剂量控制装置中，所述装置还包括分光器，耦接所述测量单元，用于分出部分的所述激光脉冲信号，并投影到所述测量单元进行测量。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所示为根据本发明实际光强分布图。

图2所示为根据本发明一实施例的光刻曝光剂量控制装置的示意图。

图3所示为根据本发明又一实施例的光刻曝光剂量控制装置的示意图。

图4所示为根据本发明一实施例的光刻曝光剂量控制方法的流程图

图5所示为根据本发明一实施例的光强分布图。

图6所示为根据本发明一实施例的曝光区域示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

图2所示为根据本发明一实施例的光刻曝光剂量控制装置的示意图。本实施例所提供的光刻曝光剂量控制装置1包括测量单元10，分光器20，控制单元30，曝光形成单元40以及承载单元50。

测量单元10用于实时测量光强分布，并输出实测信号。在本实施例中，测量单元10为一光强探测器，在其它实施例中，测量单元10亦可为传感器CCD或其它类型的获取光强分布的探测器。

如图2所述，分光器20用以接收激光脉冲信号，耦接测量单元10，且分出部分的激光脉冲信号，并投影到测量单元10进行测量。控制单元30耦接测量单元10，接收实测信号，进行运算并输出控制信号。举例来说，当测量单元10获取光强分布较强的实测信号时，控制单元30接收此实测信号，进行计算输出相对应的高电位控制信号；当测量单元10获取光强分布较弱的实测信号时，控制单元30接收此实测信号，经过运算以输出相对应的低电位控制信号。

上述曝光形成单元40耦接控制单元30，接收由控制单元30输出的控制信号，并依据控制信号调整曝光区域大小。在本实施例中，曝光形成单元40为狭缝刀片组，在其他实施例中，曝光形成单元40亦可为光栅或其他等效物，本发明并不对此做出限制。

图2中的承载单元50耦接控制单元30，接收控制信号，并依据控制信号调整运动速度。在本实施例中，承载单元50包括掩模台501与硅片台502。其中，掩模台501用于承载掩模，并驱动掩模运动。硅片台502用于承载硅片，并驱动硅片运动。

具体来说，当掩模台501与硅片台502接收控制单元30输出的高电位控制信号时，掩模台501与硅片台502带动掩模及硅片加快运动速度，相反，当控制单元30输出低电位控制信号时掩模台501与硅片台502将减慢运动速度，这样，承载单元50在光强较强时加快运动速度，在光强较弱时减慢运动速度，使扫描方向上的光强趋向均匀，消除由于光强分布不均对剂量造成的影响。

图3所示为根据本发明又一实施例的光刻曝光剂量控制装置的示意图。图3中所示的光刻曝光剂量控制装置与图2所示的大部分相同，相同部分采用了相同的标号。

本实施例所提供的光刻曝光剂量控制装置1是由一系列模块组成反馈控制闭环回路，包括激光器60，光束导向单元70，照明模式设置单元80，反射器90，测量单元10，分光器20，控制单元30，曝光形成单元40，掩模台501，投影物镜110，硅片台502。

其中，激光器60与光束导向单元70相互连接。激光器60作为工艺生产的光源设备，提供激光脉冲信号。光束导向单元70用于调节光束的位置和指向。反射器90用于将光束反射到分光器20上。在其他实施例中，光刻曝光剂量控制装置1还可以包括光强匀化器(图未示)，光强匀化器与分光器20相互连接，用于将光强均匀化，使得一定面积中的光强保持均匀。

上述测量单元10和控制单元30相互连接，主要是用来测量由分光器20分光出来的光强分布，并反馈脉冲能量信号于控制单元30。控制单元30主要用来完成信号检测，运算，以及发送控制信号，控制掩模台501和硅片台502的运动。

图3中的控制单元30采集测量单元10实时的光强信号，并根据光强轮廓实时的调整曝光形成单元40，以形成与照明光强相符合的照明区域轮廓。在本实施例中，曝光形成单元40为狭缝刀片组，控制单元30根据传感器实测的光强轮廓对狭缝刀片位置进行实时调整，形成不同的照明区域轮廓。

图4为所示为根据本发明一实施例的光刻曝光剂量控制方法的流程图，有关详细说明，敬请一并参照图2。如图4所示，流程步骤包括：

步骤S10，进行曝光测试。

步骤S20，由测量单元10实时测量光强分布并获取实测信号，图5所示为本实施例中的实际光强分布曲线。在本实施例中，光强分布为光强分布轮廓。

步骤S30，藉由控制单元30接收实测信号，依据实测信号，进行运算并获取控制信号。

举例来说，图5所示光强分布曲线中，发现在该轮廓中间光强较强，其余两块区域光强类似，因此划分为三个曝光区域，S₁、S₂、S₃。按照光刻机装置组成单元对剂量造成的影响，实际剂量计算公式可由剂量公式

细化为：

$D=\frac{I_{\mathrm{slit}}*\mathrm{Lscan}}{V_{\mathrm{scan}}}$ ②

公式②中I_slit为为不同曝光区域单位时间的光强(mJ/s/cm²)，Lscan_i为不同曝光区域扫描方向(Y向)的视场轮廓宽度(cm)，V_scan为扫描速度。

针对不同剂量精度的要求，，可以将整个曝光区域分为多个不同的区域S_n，精度要求越高则n取值越大，即

根据光强的分布强弱设定区域值，得到：

S_i＝Lscan_i*W_i    ③

其中，S_i为任意区域值，L_scan为不同曝光区域扫描方向的长度，Wi为非扫描方向对应的宽度。

根据公式②和公式③，图5中三个曝光区域，S₁、S₂、S₃，各区域的剂量相等，且均为

$D=\frac{I_i*{\mathrm{Lscan}}_i}{V_{\mathrm{scan}}}$ ④

其中，I_i为区域内的S_i光强。在这里，我们考虑曝光区域中光强的不均匀导致曝光实际的剂量不均匀的情况，如果需要达到更高精度的剂量，可以通过调节曝光区域的面积达到，即使得曝光区域Si的个数根据精度要求增加或减少，从而使整个曝光场的剂量可以得到良好的控制。

在本实施例中，控制单元30根据实测的视场光强轮廓计算不同Lscan_i，进而计算出狭缝刀片组需要围成区域的长度和宽度，并输出相对应的控制信号。

步骤S40，接收所述控制信号，并依据所述控制信号调整和设置曝光区域的个数和大小。

在本实施例中，狭缝刀片组接收控制单元30输出的控制信号，驱动刀片围成3个区域S₁，S₂，S₃，如图6所示。

步骤S50，接收所述控制信号，并依据所述控制信号调整硅片台运动速度。

在本实施例中，掩模台501与硅片台502接收控制单元30输出的控制信号，在光强较强时加快运动速度，在光强较弱时减慢运动速度，使扫描方向上的光强趋向均匀。

步骤60，完成本次计算，判断是否结束整个流程，如果没有结束则进入下次曝光运算。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (6)

1.一种光刻曝光剂量控制装置，其特征是，包括：

测量单元，用于实时测量光强分布，并输出实测信号；

控制单元，耦接所述测量单元，接收所述实测信号，进行运算并输出控制信号；以及狭缝刀片组，耦接所述控制单元，接收所述控制信号，并依据所述控制信号调整曝光区域大小；

承载单元，耦接所述控制单元，接收所述控制信号，并依据所述控制信号调整运动速度。

2.根据权利要求1所述的光刻曝光剂量控制装置，其特征在于，所述承载单元为掩模台，用于承载掩模，并驱动所述掩模运动。

3.根据权利要求1所述的光刻曝光剂量控制装置，其特征在于，所述承载单元为硅片台，用于承载硅片，并驱动所述硅片运动。

4.根据权利要求1所述的光刻曝光剂量控制装置，其特征在于，所述光强分布为光强分布轮廓。

5.根据权利要求1所述的光刻曝光剂量控制装置，其特征在于，所述装置还包括激光器，用于提供激光脉冲信号。

6.根据权利要求5所述的光刻曝光剂量控制装置，其特征在于，所述装置还包括分光器，耦接所述测量单元，用于分出部分的所述激光脉冲信号，并投影到所述测量单元进行测量。

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