CN102193321A - 工件台的垂向控制方法及其控制回路 - Google Patents
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Abstract
一种工件台的垂向控制方法，根据FLS模块和LVDT模块的测量值经由驱动装置对所述工件台进行垂向控制。在对所述工件台上的硅片进行曝光时，根据所述LVDT模块的测量值来对所述工件台进行垂向控制，所述根据所述LVDT模块的测量值来对所述工件台进行垂向控制包括如下步骤：将所述FLS模块的测量值作为分量与所述硅片处于最佳焦平面时测得的FLS值与LVDT值设为设定值；将所述LVDT模块的测量值作为反馈值；根据所述设定值与所述反馈值之间的差，对所述工件台进行垂向控制。由于在曝光过程中使用LVDT控制，实现旋转轴与测量轴重合，从而使得工件台的位置调整更精确。
Description
技术领域
本发明涉及光刻领域，尤其涉及曝光过程中工件台的垂向调节。
背景技术
光刻机的工件台垂向测量系统一般包括：调焦调平传感器(Focus & LevelSensor，简称FLS)和线性可调差分传感器(Linear Variable Differential Transfer，简称LVDT)。调焦调平传感器是将激光信号发射到硅片的上表面，经硅片反射并监测反射光的位置，从而确定硅片上表面的姿态。由于硅片是放在工件台上的，两者相对静止，所以调焦调平传感器是通过测硅片上表面相对其零平面的距离来确定工件台的姿态，而线性可调差分传感器是通过测量工件台下表面相对大理石的高度来确定工件台的姿态。图3为FLS和LVDT的测量示意图。
现有技术在曝光内场时工件台垂向由FLS控制，在曝光外场时工件台垂向由LVDT控制。当控制器发出倾斜命令时，如果是FLS控制，工件台沿着硅片上表面的预定轴转动，如图4所示；如果是LVDT控制，工件台将沿着工件台质心平面上的预定轴转动，如图5所示。
此外，光刻机的平面测量一般由干涉仪(Interferometer，简称IFM)达成。干涉仪测量系统的具体结构如图6所示，X和Y向分别有三束光，可分别测得X、Rz_x(Rz_x表示通过X向三束光测得的Rz值)和Ry，及Y、Rz_y(Rz_y表示通过Y向三束光测得的Rz值)和Rx的值。干涉仪测量系统的输出值是最佳焦平面上的水平值。
然而，在FLS控制下，工件台垂向旋转运动时干涉仪能检测到水平向的位移，其主要原因有如下三点：
(1)旋转轴与测量轴不重合，工件台看似绕着测量轴旋转，且在这一过程中干涉仪监测到的水平位移变化太快，而来不及做出反应，从而导致水平向存在误差。
(2)由于硅片面型不平整，表面的粗糙度较大，那么FLS控制回路的输入值(即硅片面型值)频率较高，也会导致干涉仪跟不上工件台水平方向的变化。
(3)FLS本身的测量精度太低，垂向有旋转变化，但是FLS无法识别，而干涉仪精度高于FLS很多，因此干涉仪在水平向检测到了因为垂向旋转而引起的变化。
为了减小FLS控制下工件台垂向旋转对水平向产生的干扰就必须尽可能消除上述三种影响。相应地，可使用如下三种方式来改进。
(1)使旋转轴与测量轴一致，将测量轴向下平移至旋转轴，即工件台垂向由LVDT来控制，但是在垂向旋转时，硅片的上表面在水平向也会有一位置差，但是干涉仪的伺服功能会促使该位置差变小直至接近零值。
(2)将FLS测量的硅片上表面面型值(FLS的测量值本身也有高频信息，也需要去除)先经过一组滤波器后再输入控制回路中。经过高频滤波后可去除干扰和高频成分，以提高伺服性能，并有效改善垂向运动对水平向的干扰问题。
(3)尽可能提高FLS的测量精度，但这一点无法通过控制提高。
专利US2002/0039694公开了FLS与LVDT的差值(即硅片面型)经过一组滤波器，以去除硅片面型中的干扰和高频成分，从而提高其伺服性能，并有效改善垂向运动对水平向的干扰问题，其具体控制示意图见图7。由此可见，该专利主要解决了上述第2种情况。
此外，由于第3种情况——FLS的测量精度无法通过控制来提高，所以本发明着重解决上述第1和第2种情况。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种精度较高的工件台垂向控制系统。
为实现上述目的，本发明了提供了一种工件台的垂向控制方法，根据调焦调平传感器模块和线性可调差分传感器模块的测量值经由驱动装置对所述工件台进行垂向控制。在对所述工件台上的硅片进行曝光时，根据所述线性可调差分传感器模块的测量值来对所述工件台进行垂向控制，所述根据所述线性可调差分传感器模块的测量值来对所述工件台进行垂向控制包括如下步骤：将所述调焦调平传感器模块的测量值作为分量与所述硅片处于最佳焦平面时测得的FLS值与LVDT值设为设定值；将所述线性可调差分传感器模块的测量值作为反馈值；根据所述设定值与所述反馈值之间的差，对所述工件台进行垂向控制。
较佳地，所述设定值为所述调焦调平传感器模块的测量值减去所述硅片处于最佳焦平面时测得的FLS值后，与所述硅片处于最佳焦平面时测得的LVDT值相加得到的值。
较佳地，所述调焦调平传感器模块的测量值在经过低通滤波后设为所述设定值。
较佳地，还包括将所述调焦调平传感器模块的测量值分别经过一次微分和二次微分后作为前馈输入。
本发明的垂向控制方法中，由于将FLS的实时测量值(表示硅片的形貌)作为分量与硅片处于最佳焦平面时测得的FLS值与LVDT值一起设为设定值而输入控制回路中，即所述控制回路的LVDT控制中带有FLS分量，因此在曝光过程中能通过LVDT控制使硅片的上表面与最佳焦平面重合。
由于在曝光过程中使用LVDT控制，实现旋转轴与测量轴重合，从而使得工件台的位置调整更精确。
附图说明
参考下文较佳实施例的描述以及附图，可最佳地理解本发明及其目的与优点，其中：
图1为应用根据本发明的工件台垂向控制方法的光刻机系统的示意图；
图2为根据本发明的工件台垂向控制方法的控制回路图；
图3为FLS和LVDT的测量原理的示意图；
图4为FLS控制下工件台沿着硅片上表面的预定轴转动的示意图；
图5为LVDT控制下工件台沿着工件台质心平面上的预定轴转动的示意图；
图6为干涉仪的示意图；
图7为现有技术中控制方法的示意图。
具体实施方式
参见本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。
图1是应用根据本发明第一实施例的曝光时工件台垂向控制方法的光刻机系统的示意图。如图1所示，光刻机系统包括照明光源系统、投影物镜成像系统、用于支撑并精密定位掩模版的掩模台、用于支撑并精密定位硅片的工件台以及干涉仪。干涉仪用于测量工件台的(水平)位置。硅片置于工件台上，照明光源系统发出光线，从而使得掩模版上的标记S经投影物镜成像系统成像于硅片上。
安装在光刻系统的框架上的调焦调平传感器(FLS)模块通过其发射和接收装置可测量硅片上表面相对最佳焦平面的高度和硅片上表面的倾斜。工件台下方是三个置于同一圆周上且成120度均匀分布的线性可调差分传感器(LVDT)形成LVDT模块，其测量工件台下表面的垂向姿态。可利用两种模式来对工件台进行垂向控制，即使用FLS模块的FLS控制，和使用LVDT模块的LVDT控制。
现参考所述光刻系统，具体描述根据本发明的垂向控制方法。
由于硅片面型不平整，因此在曝光过程中需要对硅片进行垂向控制以使其一直位于最佳焦平面上。现有技术中，在曝光内场时工件台垂向由FLS控制。就FLS控制而言，其将激光信号发射到硅片的上表面，经硅片反射并监测反射光的位置，从而确定硅片上表面的姿态。光刻系统的调平执行器设在工件台质心平面上，由此FLS控制下的旋转轴与测量轴不重合，工件台看似绕着测量轴旋转，且在这一过程中干涉仪监测到的水平位移变化太快，而来不及做出反应，从而导致水平向存在误差。
如果是在曝光外场时对工件台进行垂向控制的LVDT控制，工件台将沿着工件台质心平面上的预定轴转动。由此，旋转轴与测量轴一致，将测量轴向下平移至旋转轴，即工件台垂向由LVDT来控制。虽然在垂向旋转时，硅片的上表面在水平向也会有一位置差，但是干涉仪的伺服功能会促使该位置差变小直至接近零值。
由此，本发明将LVDT控制应用到曝光内场时的工件台垂向控制。然而，若在曝光时采用LVDT控制，由于其无法确定硅片上表面的姿态，也就无法控制硅片的上表面，使之与最佳焦平面重合。
为了使曝光时可使用LVDT控制，首先获得FLS在其最佳焦平面位置时与LVDT的对应关系。具体如下：硅片全局调平后，工件台垂向在FLS控制下，利用对准扫描获取物镜的最佳焦平面，记录FLS此时的读数FLS0。工件台保持不动，将工件台垂向切换至LVDT控制，并记录LVDT此时的读数LVDT0。然后，在曝光过程中，将LVDT0与硅片形貌的变化(FLS的实际测量值与FLS0的差值)之和设为设定值而输入采用本发明控制方法的控制回路中。接着，将LVDT模块的实时测量值(表示工件台的姿态)作为所述控制回路的反馈通道的值。由此，所述控制回路根据所述设定值与所述LVDT实时测量值的差通过调平执行器进行控制，实现旋转轴与测量轴重合。
由于在所述控制回路的基于LVDT模块的控制中带有FLS分量，因此在曝光过程中也能通过LVDT控制使硅片的上表面与最佳焦平面重合。
另一实施例中，所述FLS的实时测量值在经过低通滤波后才作为所述设定值的分量给到所述控制回路的输入端。增加低通滤波环节可消除高频噪声对FLS测量结果的干扰，以提高测量结果的准确性
再一实施例中，所述控制回路还包括前馈控制，以将FLS的实时测量值分别经过一次微分和二次微分后作为前馈输入到所述控制回路中，从而加快控制反应速度。
现结合图2的控制回路图，具体描述根据本发明的垂向控制方法。
首先，初始化工件台至LVDT控制模式。然后，对硅片进行全局调平。此后，将工件台切换到FLS控制模式，用对准扫描寻找物镜的最佳焦平面。在FLS控制下，驱动工件台上下移动，使硅片上表面处于最佳焦平面上，读取并保存FLS模块此时的读数FLS0。接着将工件台切换到LVDT控制模式，读取并保存LVDT模块此时的读数LVDT0。采用本发明的工件台垂向控制方法的控制回路中，FLS的实时测量值经低通滤波后减去FLS0后与LVDT0相加作为所述控制回路的设定值，并且将LVDT模块的实时测量值为所述控制回路的反馈值。最后，打开前馈控制器，接着开始扫描曝光。曝光扫描中，控制回路根据所述设定值与LVDT实时测量值的差通过调平执行器进行工件台的控制，以使工件台上的硅片与最佳焦平面重合。
本实施例中，所述前馈控制器包括滤波器、前馈增益、微分器，以将FLS的实时测量值分别经过一次微分和二次微分后作为前馈输入到所述控制回路中，以可加快控制反应速度。
本发明的上述实施例具有如下优点。
(1)本发明的垂向控制方法在曝光过程中使用LVDT控制对工件台进行垂向控制，实现旋转轴与测量轴重合，从而使得工件台的位置调整更精确。
(2)本发明的垂向控制方法中，由于将FLS的实时测量值(表示硅片的形貌)作为分量与硅片处于最佳焦平面时测得的FLS值与LVDT值一起设为设定值而输入控制回路中，即所述控制回路的LVDT控制中带有FLS分量，因此在曝光过程中能通过LVDT控制使硅片的上表面与最佳焦平面重合。
(3)本发明的垂向控制方法中，所述FLS的实时测量值在经过低通滤波后才作为所述设定值的分量给到控制回路的输入端。增加低通滤波环节可消除高频噪声对FLS测量结果的干扰，以提高测量结果的准确性。
(4)本发明的垂向控制方法中，所述控制回路还包括前馈控制，以将FLS的实时测量值分别经过一次微分和二次微分后作为前馈输入到控制回路中，从而加快控制反应速度。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其他变形和改变。
Claims (9)
1.一种工件台的垂向控制方法，根据调焦调平传感器模块和线性可调差分传感器模块的测量值经由驱动装置对所述工件台进行垂向控制，其特征在于，在对所述工件台上的硅片进行曝光时，根据所述线性可调差分传感器模块的测量值来对所述工件台进行垂向控制，所述根据所述线性可调差分传感器模块的测量值来对所述工件台进行垂向控制包括如下步骤：
(a)将所述调焦调平传感器模块的测量值作为分量与所述硅片处于最佳焦平面时测得的FLS值与LVDT值设为设定值；
(b)将所述线性可调差分传感器模块的测量值作为反馈值；
(c)根据所述设定值与所述反馈值之间的差，对所述工件台进行垂向控制。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述设定值为所述调焦调平传感器模块的测量值减去所述硅片处于最佳焦平面时测得的FLS值后，与所述硅片处于最佳焦平面时测得的LVDT值相加得到的值。
3.如权利要求2所述的控制方法，所述调焦调平传感器模块的测量值在经过低通滤波后设为所述设定值。
4.如权利要求3所述的方法，还包括将所述调焦调平传感器模块的测量值分别经过一次微分和二次微分后作为前馈输入。
5.一种工件台的垂向控制回路，包括调焦调平传感器模块、线性可调差分传感器模块、驱动模块、以及控制器，所述控制器根据所述调焦调平传感器模块和线性可调差分传感器模块的测量值经由驱动模块对所述工件台进行垂向控制，其特征在于，在对所述工件台上的硅片进行曝光时，所述控制器根据所述线性可调差分传感器模块的测量值来对所述工件台进行垂向控制，其中，所述调焦调平传感器模块和线性可调差分传感器模块的测量值输入所述控制器，并且所述控制器将所述调焦调平传感器模块的测量值作为分量与所述硅片处于最佳焦平面时测得的FLS值与LVDT值设为设定值；所述线性可调差分传感器模块的测量值作为反馈值送入所述控制器；所述控制器根据所述设定值与所述反馈值之间的差，对所述工件台进行垂向控制。
6.如权利要求5所述的控制回路，其特征在于，所述控制器将所述调焦调平传感器模块的测量值减去所述硅片处于最佳焦平面时测得的FLS值后，与所述硅片处于最佳焦平面时测得的LVDT值相加得到的值设为所述设定值。
7.如权利要求6所述的控制回路，其特征在于，所述调焦调平传感器模块与所述控制器之间设有低通滤波器，以使所述调焦调平传感器模块的测量值在经过低通滤波后输入所述控制器。
8.如权利要求7所述的控制回路，其特征在于，所述调焦调平传感器模块与所述控制器之间还设有前馈控制器，以将所述FLS的实时测量值分别经过一次微分和二次微分后作为前馈输入到所述控制器中。
9.如权利要求8所述的控制回路，所述前馈控制器包括滤波器、前馈增益、微分器。
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