CN102243440A - 一种能监测硅片台位置精度的光刻机 - Google Patents

Abstract

一种能监测硅片台位置精度的光刻机，主要由照明系统、掩模版、掩模台、投影物镜成像系统、整机框架、硅片、硅片台等组成，其中硅片台主要由曝光台、曝光台支架、承片台、长条镜、干涉仪、水平定位台和大理石组成；水平定位台通过气浮与大理石相连，承片台位于水平定位台上，通过曝光台支架支撑曝光台，其特征在于在光刻机的承片台及曝光台支架相应位置安装位置传感器，通过位置传感器得到承片台和水平定位台之间的相对位置信息，从而测量出承片台位置坐标的漂移量，并进行补偿，提高了控制精度。

Description

一种能监测硅片台位置精度的光刻机

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是一种能监测硅片台位置精度的光刻机。

背景技术

光刻机是集成电路芯片制造中重要的加工设备之一，用于将芯片的设计图形，曝光转印于硅片表面的光刻胶上。作为光刻机主要组成部分的工件台系统和掩模台系统，它们的运动精度和运动速度、可靠性，很大程度上影响了光刻机的生产效率。

中国专利CN200810034478.0公开了一种可补偿Z向位置的六自由度精密定位台，用于芯片的封装或MEMS加工制造，可以实现大行程、高速、高精度的要求。

在现有技术中，如图1所示，后道圆片级封装光刻机(Bumping光刻机)系统主要由照明系统1、掩模版2、掩模台3、投影物镜成像系统4、框架5、硅片6、硅片台15等组成。FLS为调平调焦传感器，IFM为干涉仪测量系统。如图2所示，硅片台15主要由曝光台10、曝光台支架11、承片台7、长条镜12、干涉仪13、水平定位台(XY台)8、大理石9组成。通过测量系统，控制器、执行器，电机驱动形成控制环路实现7自由度的运动。XY台8由两个X形电机、两个Y向电机，以及两个电机的导轨，连接件，以及曝光台支架11组成。曝光台10位于XY台8的上层，XY台8通过气浮与大理石9相连。如图3所示，曝光台10包括位于曝光台支架11上方的旋转台101，调平调焦机构104和硅片厚度补偿机构108。旋转台101除承载硅片外还有完成Rz向调节的功能，它通过三个柔性件102与调平调焦机构104的上平板103相连。调平调焦机构104与硅片厚度补偿机构108通过一个板簧109相连。硅片厚度补偿机构108下设有气足106，所述Y向导轨107穿过气足。旋转台101由承片台14和Rz驱动机构组成。作为激光干涉仪测量面的长条镜12安装在曝光台支架11上，和旋转台101、调平调焦机构104、硅片厚度补偿机构108分离，可以尽量降低阿贝误差。旋转台101通过三个柔性件102和调平调焦机构的上平板103相连。承片台7是旋转台101的一部分，旋转台101通过直线电机加丝杆机构推动承片台7绕一个铰链运动。调平调焦机构104通过一个板簧109和硅片补偿机构108相连，硅片补偿机构108下设有气足106，XY台8的Y向导轨穿过气足106。

这样的结构存在几个问题：

1.承片台和调平调焦机构通过柔性件相连，调平调焦机构通过板簧和硅片补偿机构相连，硅片补偿机构通过气足和XY台相连，这样的结构在水平向上是非刚性联接的，因此在XY台运动时，会对调平调焦机构和承片台带来干扰。

2.干涉仪的长条镜是安装在曝光台的支架上，而曝光台的支架和XY台是刚性联接的，因此它看不到承片台的运动。

这样，干涉仪不能观测到承片台和XY台之间由于非刚性联接导致的亚微米的偏移，降低了曝光精度。

发明内容

为了能够监测到承片台与XY台之间的位置偏移，从而提高曝光精度，本发明提供一种能监测硅片台位置精度的光刻机，主要由照明系统、掩模版、掩模台、投影物镜成像系统、整机框架、硅片、硅片台等组成，其中硅片台主要由曝光台、曝光台支架、承片台、长条镜、干涉仪、水平定位台和大理石组成。水平定位台通过气浮与大理石相连，承片台位于水平定位台上，通过曝光台支架支撑曝光台。在光刻机的承片台及曝光台支架相应位置安装位置传感器，通过位置传感器得到承片台和水平定位台之间的相对位置信息，从而测量出承片台位置坐标的漂移量。

其中，每个位置传感器由非接触的两个元件组成，其中一个元件安装在承片台下方，另一个元件安装在曝光台支架相应位置上。

其中，位置传感器至少有3个，成三角形排列。

本发明和现有技术相比的有益效果是：

在承片台和曝光台支架上增加了三对用于测量承片台和XY台之间的相对位置的传感器，得到的承片台和XY台之间的相对位置信息，通过转换矩阵M和偏置offset可以得到承片台在工件台坐标系的漂移，并进行补偿，提高了控制精度。

附图说明

图1是光刻机结构示意图；

图2是包含Z向位置补偿机构的七自由度精密定位平台结构示意图；

图3是曝光台的结构示意图；

图4是本发明承片台的位置传感器安装位置示意图；

图5是曝光台支架立体结构示意图；

图6是本发明曝光台支架安装位置传感器位置俯视图；

图7是本发明含有承片台和水平定位台的位置补偿运动台控制框图。

具体实施方式

下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。

如图4所示，图4是本发明承片台和水平定位台的位置传感器安装位置示意图。为了测量承片台7和XY台8相对位置的漂移，提高光刻机的控制精度，在承片台7下方和XY台8上的曝光架支架11之间至少安装三个位置传感器14，用于测量承片台7和XY台8的水平向(X、Y、Rz)的位置关系。如图5和6所示，图5和6是本发明曝光台支架安装位置传感器示意图。所述每个位置传感器14主要由非接触的两个元件组成。其中一个元件，如图6中的212，222，232安装在承片台7下方；另一个元件，如图6中的211，221，231安装在曝光台支架11上。两个元件不接触，通过磁场信号，电信号，光信号等非接触式的传感器来检测两个元件之间相对位置发生变化产生的信号。作为一个实施例，如图6所示，通过安装在曝光台支架11上的位置敏感元件211检测其相对于安装在承片台7下方的元件212位置发生变化时产生的信号变化，可以获得曝光台支架和承片台在此方向上的位置变化信息；通过安装在曝光台支架11上的位置敏感元件221检测其相对于安装在承片台7下方的元件222位置发生变化时产生的信号变化，可以获得曝光台支架和承片台在此方向上的位置变化信息；通过安装在曝光台支架11上的位置敏感元件231检测其相对于安装在承片台7下方的元件232位置发生变化时产生的信号变化，可以获得曝光台支架和承片台在此方向上的位置变化信息。这三个位置传感器位置布局形成一个三角形。三个传感器位置测量精度应达到对准系统的精度。

控制环路如图7所示，工件台控制环路包括水平向控制环路和垂向控制环路。垂向控制环路和水平向主要都由轨迹规划、测量系统、测量传感器、控制器、解耦矩阵、电机等部分组成。在水平向位置测量环节增加了测量用于测量承片台和XY台在水平方向上的位置传感器，通过转换矩阵M和偏置offset将三个传感器的读数(h₁，h₂，h₃)^T转换为承片台和XY台之间在水平向上的相互位置关系(x，y，rz)^T，即承片台中心在工件台坐标系下的坐标，如公式1所示，在工件台运动前读取传感器读数，记为(h₁₀，h₂₀，h₃₀)^T，通过公式1可以得到承片台的位置(x₀，y₀，rz₀)^T，在工件台运动稳定之后，再次读取这三个传感器读数，记为(h₁₁，h₂₁，h₃₁)^T，通过公式1可以得到承片台的位置(x₁，y₁，rz₁)^T，则承片台在本次运动前后在水平向上漂移了(Δx，Δy，Δrz)^T＝(x₁，y₁，rz₁)^T-(x₀，y₀，rz₀)^T。则让工件台反向运动(Δx，Δy，Δrz)^T即可补偿承片台的漂移。

上面所述转换矩阵M，偏置offset和三个位置传感器的安装位置有关，需要调试时标定。

$M(\left[\begin{array}{c}h1\\ h2\\ h3\end{array}\right]-\mathrm{offset})=\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ \mathrm{rz}\end{array}\right]......$ 公式1

其中：转换矩阵

为3个位置传感器读数，

偏置

为承片台和XY台的水平位置关系。

标定流程如下：

1.工件台上装载一片带标记的硅片，将工件台运动到工件台零位上，此时分别连续读取三个位置传感器的值(h₁(n)，h₂(n)，h₃(n))^T，分别对h₁(n)，h₂(n)，h₃(n)求均值，将他们的均值作为offset1，offset2，offset3。

2.工件台在干涉仪控制下，在X方向上分别运动到三个位置x₁，x₂，x₃，同时读取三个位置传感器的读数(h₁₁，h₂₁，h₃₁)^T，(h₁₂，h₂₂，h₃₂)^T，(h₁₃，h₂₃，h₃₃)^T。则可建立方程组：

$\left\{\begin{array}{c}H1\_X*(h_{11}-{\mathrm{offset}}_1)+H2\_X*(h_{21}-{\mathrm{offset}}_1)+H3\_X*(h_{31}-{\mathrm{offset}}_1)=x_1\\ H1\_X*(h_{12}-{\mathrm{offset}}_1)+H2\_X*(h_{22}-{\mathrm{offset}}_1)+H3\_X*(h_{32}-{\mathrm{offset}}_1)=x_2\\ H1\_X*(h_{13}-{\mathrm{offset}}_1)+H2\_X*(h_{23}-{\mathrm{offset}}_1)+H3\_X*(h_{33}-{\mathrm{offset}}_1)=x_3\end{array}\right.......$ 公式2

通过公式2可以得到转换矩阵系数H1_X，H2_X，H3_X。

3.采取步骤2相同方法在Y、Rz方向上运动三个位置，同时读取三个位置传感器读数，建立类似公式2的方程组，可分别计算得到H1_Y，H2_Y，H3_Y，H1_Rz，H2_Rz，H3_Rz。

本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，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 (3)

1.一种能监测硅片台位置精度的光刻机，主要由照明系统、掩模版、掩模台、投影物镜成像系统、整机框架、硅片、硅片台等组成，其中硅片台主要由曝光台、曝光台支架、承片台、长条镜、干涉仪、水平定位台和大理石组成；水平定位台通过气浮与大理石相连，承片台位于水平定位台上，通过曝光台支架支撑曝光台，其特征在于在光刻机的承片台及曝光台支架相应位置安装位置传感器，通过位置传感器得到承片台和水平定位台之间的相对位置信息，从而测量出承片台位置坐标的漂移量。

2.如权利要求1所述的光刻机，其特征在于每个位置传感器由非接触的两个元件组成，其中一个元件安装在承片台下方，另一个元件安装在曝光台支架相应位置上。

3.如权利要求2所述的光刻机，其特征在于位置传感器至少有3个，成三角形排列。

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