CN102253602A

CN102253602A - 一种光刻系统中实时控制照明剂量的装置

Info

Publication number: CN102253602A
Application number: CN2010101775080A
Authority: CN
Inventors: 张俊
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2011-11-23

Abstract

本发明提出一种实时控制照明剂量的装置，包括沿光轴依次设置的光源，照明系统，掩模台，物镜，工件台，其中在照明系统内部及工件台分别设置有第一和第二光能量传感器，对硅平面照明剂量进行实时反馈控制，其特征在于在第一和第二光能量传感器之间的光路中还具有一第三光能量传感器，在曝光的同时实时测量照明剂量。本发明的装置可以在曝光的同时实时测量第一和第二光能量传感器之间的光强，不影响产率，此外，该能量传感器在第一和第二光能量传感器之间，不受第一传感器和第三传感器之间光学器件透过率变化的影响，因此，不需要复杂的透过率预测模型，简单换算后测量结果就为硅平面的准确能量，通过该测量结果对曝光场之间进行剂量控制，从而改善了剂量准确性。

Description

一种光刻系统中实时控制照明剂量的装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种光刻系统中实时测量与精确控制照明剂量的装置及方法。

背景技术

一般说来，在光刻机系统中，有两个和剂量控制相关的光能量传感器，一个在工件台上，称为点能量传感器(Energy Spot Sensor)，简称ESS，用来非曝光时候测量视场轮廓和剂量，一个在照明系统内部，称为能量传感器(Energy Detector)，简称ED。一般的激光器脉冲间的能量差异比较大，所以采用能量传感器ED实时测量光束能量，进而基于测量值对剂量进行实时反馈控制，如图1所示。

用能量传感器ED进行反馈控制剂量的方法是，用能量传感器ED测量激光器出射的光强，其值乘以能量传感器ED到硅平面光学系统的透过率，简称为ED后透过率，将激光器出射的光强转化为硅平面的光强。如果脉冲能量过高，则通过剂量控制器控制激光器降低下一个脉冲的控制高压期望能量，反之则反，或者用同样的方法控制扫描速度或曝光时间，这样硅平面多个脉冲扫描曝光的曝光场内剂量均匀性变好。

该方法存在一个问题，就是假设了能量传感器ED后透过率为机器常数，在248nm以前的光刻机中，能量传感器ED后透过率随时间的变化不大，剂量均匀性要求也不高，所以能量传感器ED后透过率被当作机器常数处理对整机性能影响不大，但是在193nm的光刻机中，由于材料的因素和其吸收率大，能量传感器ED后透过率随时间的变化较大，这种效应严重影响剂量准确性，即随着时间的漂移，能量传感器ED后透过率显著变化，而能量传感器ED无法监测，仍然把它当机器常数处理，从而使得曝光场之间，硅片之间和批次之间的剂量显著漂移。如果每隔一段时间用点能量传感器ESS测量硅片平面的能量，进而校正能量传感器ED漂移和ED后透过率，则需要频繁测量，严重影响产率，而且两次能量传感器ED测校的时间间隔内，剂量的准确性无法保证。

因此，背景技术中有一个方案就是，建立模型预测能量传感器ED后透过率的变化，用点能量传感器ESS在硅平面测量，模拟不同曝光工况包括照明模式、激光频率和曝光时间等进行曝光，用能量传感器ED和点能量传感器ESS的测量值的比值来测校该模型的参数，然后通过该模型预测不同的照明模式、激光频率和曝光时间下的ED后透过率的变化，进而利用预测的ED后透过率实时控制激光器的能量或工件台的扫描速度，从而使得硅平面的剂量保持准确。该方法有显著的缺点，其一，能量传感器ED后的光学系统十分复杂，包括匀光系统和物镜等，难以建立正确的模型；其二，模型参数的测校中，不能把所有曝光工况都测试，这些测试耗费大量时间，而且得到的模型参数和实际曝光的情况有些许差异；其三，就是两次测校之间，系统的变化十分复杂，系统存在漂移，系统曝光时间的间隔不等，依靠一个前馈模型进行预测，其准确性难以长期保证。

发明内容

本发明的目的在于提出一种在曝光的同时能进行实时测量剂量，从而不影响产率，同时，不需要复杂的透过率预测模型，简单换算后测量结果就为硅平面的准确能量，通过该结果对曝光场之间进行剂量控制，从而改善了剂量准确性。

本发明提出一种实时控制照明剂量的装置，包括沿光轴依次设置的光源，照明系统，掩模台，物镜，工件台，其中在照明系统内部设置一第一光能量传感器，实时测量光束能量；在工件台设置一第二光能量传感器，用来非曝光时候测量视场轮廓和剂量；其特征在于，在第一和第二光能量传感器之间的光路中还具有一第三光能量传感器，在曝光的同时实时测量照明剂量。

优选地，所述第三光能量传感器位于掩模台扫描方向的轴线上，与掩模相邻。

优选地，在物镜光路最后一片镜片前增加一分光镜，所述第三光能量传感器对分光镜分出光束进行测量。

优选地，在物镜外远离焦面处设置分光镜，所述第三光能量传感器对分光镜分出光束进行测量。

其中，所述分光镜也可以是反射镜或光纤。

其中，所述光源为激光器或汞灯。

本发明的装置可以在曝光的同时实时测量照明剂量，不影响产率，此外，该第三光能量传感器在第一传感器后方，不受第一光能量传感器后和第三光能量传感器前光学器件透过率变化的影响，因此，不需要第一光能量传感器和第三光能量传感器之间复杂的透过率预测模型，简单换算后测量结果就为硅平面的准确能量，通过该结果对曝光场之间进行照明剂量控制，从而改善了照明剂量准确性。

附图说明

附图1为背景技术中光刻系统照明剂量控制装置示意图；

附图2为本发明光刻系统中实时控制照明剂量装置第一实施例示意图；

附图3为本发明光刻系统中实时控制照明剂量装置第二实施例示意图；

附图4为本发明光刻系统中实时控制照明剂量装置第三实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

实施例1

在背景技术阐述的技术方案的基础上，在光刻系统物镜上方的掩模台增加一个能量传感器ED2，称为第三光能量传感器，背景技术中提到的点能量传感器ESS和能量传感器ED，分别称为第二光能量传感器和第一光能量传感器。如图2，能量传感器ED2安装在掩模台扫描方向中线上，在掩模的一侧，与掩模相邻。每次扫描曝光的时候，照明系统中同步扫描的可变狭缝打开的时间更早，或关闭时间更晚，使得照明光在扫描掩模之前或之后也扫描了能量传感器ED2；每次扫描到能量传感器ED2，能量传感器ED2测量脉冲的能量，将能量传感器ED2测量的脉冲能量乘以掩模平均透过率和物镜透过率，可以计算出硅平面的脉冲能量。

实施例1进行实时测量和剂量控制的步骤如下：

1.采用能量传感器ED实时测量激光器的脉冲能量，记录并换算为硅平面能量。

2.曝光时候，采用能量传感器ED所测硅平面能量乘以能量传感器ED校正因子(默认为1)作为反馈值，采用移动平均的算法控制激光脉冲能量。该方法就是，计算前若干脉冲的平均能量，如果和设定值有偏差，则下个脉冲能量设定值加上该偏差进行补偿。

3.每次扫描曝光，都同步扫描能量传感器ED2，记录并换算为硅平面能量。

4.如果发现同一个脉冲，能量传感器ED2所测量获得的硅平面能量和能量传感器ED所测量获得的硅平面能量的比值和1的差超出一个阀值，比如正负1％，那么，在曝光下个场前，剂量控制器调整能量传感器ED校正因子为该比值。

5.如果发现同一个脉冲，能量传感器ED2所测量获得的硅平面能量和能量传感器ED所测量获得的硅平面能量的比值和1的差超出另外一个阀值，比如正负2％，那么，在曝光下个场前，剂量控制器调整脉冲平均能量或脉冲频率或扫描速度或可变衰减器，对曝光场能量进行微调，从而保证曝光场能量不漂移。

6.继续曝光和实时测量。

实施例2

在背景技术阐述的技术方案的基础上，在光刻系统物镜内部增加一个能量传感器ED2，称为第三光能量传感器，背景技术中提到的点能量传感器ESS和能量传感器ED，分别称为第二光能量传感器和第一光能量传感器。如图3，能量传感器ED2安装在物镜内部最后镜片上方一侧，物镜内部有一个分光镜，将物镜内部的衍射光反射到能量传感器ED2上。因为分光镜只分解光瞳很小一部分的光，因此不影响成像，对像质的影响很小。无论照明设置如何变化，掩模的衍射光始终能照射到分光镜上，并且被分光镜反射到能量传感器ED2上。

实施例2进行实时测量和剂量控制的步骤如下：

3.每个脉冲曝光，能量传感器ED2都同步测量脉冲所照射的能量，并被记录和换算为硅平面能量。

4.如果发现同一个脉冲，ED2所测量获得的硅平面能量和ED所测量获得的硅平面能量的比值和1的差超出一个阀值，比如正负1％，那么，在曝光下一个脉冲或下一个场前，剂量控制器调整能量传感器ED校正因子为该比值。

5.如果发现同一个脉冲，能量传感器ED2所测量获得的硅平面能量和能量传感器ED所测量获得的硅平面能量的比值和1的差超出另外一个阀值，比如正负2％，那么，在曝光下个场或硅片前，剂量控制器调整脉冲平均能量或脉冲频率或扫描速度或可变衰减器，对曝光场能量进行微调，从而保证剂量控制准确性。

6.继续曝光和实时测量。

实施例3

在背景技术阐述的技术方案的基础上，在光刻系统物镜下方远离焦面处增加一个能量传感器ED2，称为第三光能量传感器，背景技术中提到的点能量传感器ESS和能量传感器ED，分别称为第二光能量传感器和第一光能量传感器。如图4，能量传感器ED2安装在物镜内部最后镜片下方一侧，物镜下方远离焦面处有一个分光镜，将物镜下方的衍射光反射到能量传感器ED2上。因为分光镜只分解远离焦面的光很小一部分的光，因此不影响成像，对像质的影响很小。无论照明设置如何变化，掩模的衍射光始终能照射到分光镜上，并且能被分光镜反射到能量传感器ED2上。

实施例3进行实时测量和剂量控制的步骤和实施例2相同。

实施例1和2中，能量传感器ED2可实时测量，不需要额外的时间进行测量，因此，不影响产率。实施例2和3，能量传感器ED2在硅片的上方物镜的下方，不仅可实时测量，还可以取消点能量传感器ESS每过一段时间校正能量传感器ED的漂移的过程，直接用能量传感器ED2实时校正能量传感器ED或直接校正剂量，从而节约了时间，提高了产率。

实施例1和2和3，都减少了能量传感器ED和点能量传感器ESS之间光学器件透过率漂移对剂量准确性的影响，因此起到了改善剂量准确性的作用。

需要说明的是，实施例2和实施例3中，将分光镜换为反射镜或光纤，或直接用能量传感器测量，均属于本发明的保护范畴。实施例1中，增加分光镜或反射镜或光纤，将能量传输给能量传感器，也属于本发明的保护范畴。实施例1、实施例2和实施例3中，光源从激光器更改为汞灯，也属于本发明的保护范畴。

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

1.一种光刻系统中实时控制照明剂量的装置，包括沿光轴依次设置的光源，照明系统，掩模台，物镜，工件台，其中在照明系统内部设置一第一光能量传感器，实时测量光束能量；在工件台设置一第二光能量传感器，用来非曝光时候测量视场轮廓和剂量；其特征在于，在第一和第二光能量传感器之间的光路中还具有一第三光能量传感器，在曝光的同时实时测量照明剂量。

2.根据权利要求1所述的光刻系统中实时控制剂量的装置，其特征在于所述第三光能量传感器位于掩模台扫描方向轴线上，与掩模相邻。

3.根据权利要求1所述的光刻系统中实时控制剂量的装置，其特征在于在物镜光路最后一片镜片前增加一分光镜，所述第三光能量传感器对分光镜分出光束进行测量。

4.根据权利要求1所述的光刻系统中实时控制剂量的装置，其特征在于在物镜下方远离焦面处设置分光镜，所述第三光能量传感器对分光镜分出光束进行测量。

5.根据权利要求3或4所述的光刻系统中实时控制剂量的装置，其特征在于所述分光镜也可以是反射镜或光纤。

6.根据权利要求1所述的光刻系统中实时控制剂量的装置，其特征在于所述光源为激光器或汞灯。