CN102411268B - 光刻装置及提高光刻机套准精度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光刻装置，包括：光刻机镜头，包括由多个透镜构成的透镜组，用于透射光刻机发出的光束；硅片工件台，位于该镜头下方，用于放置硅片；温度测量系统，附设于该工件台，以检测该工件台的温度；补偿控制系统，根据该温度测量系统传来的温度信号和预先拟合的硅片套准偏差与硅片工件台温度的函数关系，预测出实刻硅片的套准偏差，控制该光刻机镜头中的透镜组在光轴方向发生相对位移以补偿该实刻硅片的套准偏差。该光刻装置实现了批次间和片间套准精度的均匀，结构简单、通用性好。本发明还公开了一种提高光刻机套准精度的方法。

Description

光刻装置及提高光刻机套准精度的方法
技术领域
本发明涉及一种光刻装置和一种提高光刻机套准精度的方法。
背景技术
在进行硅晶片光刻的过程中，硅片工件台会因光刻机光源的持续照射而发热。而硅片工件台温度升高会引起硅片发生热形变，从而造成硅片的套准偏差上升、精度下降，进而导致在光刻机连续工作中硅片与硅片、批次与批次之间工艺套准精度差异较大。并且由于连续的曝光，温度是不断累积的，批次间和片间的差异始终无法避免。
光刻过程中还需要避免套准精度上的任何细微影响及可能的微尘污染，普通的降温措施难以实用。
对此，一种解决方案是采用硅片曝光过程中间歇冷却硅片工件台的方法，控制套准精度，但是这样一来会导致产能下降，设备的利用率降低。
另一种解决方案是在硅片与硅片工件台之间设置热屏蔽，但这种热形变带来的套准精度下降的缺陷仍不能完全避免。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种光刻装置，包括：光刻机镜头，包括由多个透镜构成的透镜组，用于透射光刻机发出的光束；硅片工件台，位于该镜头下方，用于放置硅片；温度测量系统，附设于该工件台，以检测该工件台的温度；补偿控制系统，根据该温度测量系统传来的温度信号和预先拟合的硅片套准偏差与硅片工件台温度的函数关系，预测出实刻硅片的套准偏差，控制该光刻机镜头中的透镜组在光轴方向发生相对位移以补偿该实刻硅片的套准偏差。
作为本发明上述光刻装置的进一步改进：补偿控制系统包括控制单元和伺服电机，该控制单元根据温度测量系统传来的温度信号，通过该伺服电机驱动光刻机镜头中的透镜组在光轴方向发生相对位移以补偿该实刻硅片的套准偏差。
本发明的另一个目的在于提供一种提高光刻机套准精度的方法，其技术方案如下：
一种提高光刻机套准精度的方法，包括如下步骤：预先对测试硅片进行光刻，拟合出硅片的套准偏差与硅片工件台温度的函数关系；测算该硅片工件台的温度，依据该函数关系和该硅片工件台的温度，预测出实刻硅片的套准偏差；控制光刻机镜头中的透镜组在光轴方向发生相对位移以补偿该实刻硅片的套准偏差，对该实刻硅片进行光刻。
采用本发明的光刻装置，由于补偿控制系统根据该温度测量系统传来的温度信号控制光刻机镜头中的透镜组在光轴方向发生相对位移以补偿该实刻硅片的套准偏差，实现了批次间和片间套准精度的均匀；补偿实刻硅片的套准偏差的具体动作由伺服电机驱动光刻机镜头中的由多个透镜构成的透镜组做出，而伺服电机常与光刻机镜头配合设置，从而本发明的光刻装置结构简单、通用性好。
附图说明
图1为本发明的光刻装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
在光刻过程中，随着硅片工件台10的持续升温，放置于工件台10上的实刻硅片11产生越来越大的热形变，使硅片的套准精度呈不断下降的趋势。据此，将实刻硅片11的套准偏差视为硅片工件台10热形变引起的反应，从而可以建立起硅片的套准偏差与工件台温度之间的函数关系。通常，硅片工件台10温度越高，实刻硅片11的套准偏差越大，但它们之间的关系不是简单的线性关系。
本发明公开的一种光刻装置如图1所示，包括：硅片工件台10，位于光刻机镜头13下方，用于放置硅片；温度测量系统12，附设于该工件台10，以检测该工件台10的温度；光刻机镜头13，包括由多个透镜构成的透镜组，用于透射光刻机发出的光束；补偿控制系统，根据该温度测量系统12传来的温度信号，控制该光刻机镜头13中的透镜组在光轴方向发生相对位移以补偿该实刻硅片的套准偏差。其中补偿控制系统具体包括伺服电机14和控制单元15。
温度测量系统12将温度信号传送给控制单元15，控制单元15预测出该温度下实刻硅片11的套准偏差，并产生控制信号，伺服电机14接受控制单元15传来的控制信号，使光刻机镜头13中的多个透镜在光轴方向发生相对位移，从光学角度进行补偿，以抵消热形变对实刻硅片11的套准精度的影响。
例如，硅片工件台10温度升高至22.09摄氏度时，实刻硅片11产生了胀形变，控制单元15预测出实刻硅片11的套准偏差为0.0132nm；这时，伺服电机14接受控制单元15传来的控制信号，驱动光刻机镜头13中的多个透镜在光轴方向发生相应的位移以抵消0.0132nm的套准偏差。
根据本发明上述光刻装置的一个实施例，温度测量系统12包括6个温度传感器，其中2个温度传感器的触点分别设置于工件台10的左侧、右侧；其余4个温度传感器的触点相互间隔开、均匀布置在工件台12的底面。
温度测量系统12对上述6个温度传感器感测到的温度求取平均值，作为硅片工件台10的温度。
本发明的一种提高光刻机套准精度的方法，包括如下步骤：预先对测试硅片进行光刻，拟合出硅片的套准偏差与硅片工件台温度的函数关系；测算该硅片工件台10的温度，依据该函数关系和该硅片工件台的温度，预测出实刻硅片11的套准偏差；控制光刻机镜头13中的透镜组在光轴方向发生相对位移以补偿该实刻硅片11的套准偏差，对该实刻硅片11进行光刻。
根据本发明的提高光刻机套准精度的方法的一个实施例，为建立起硅片的套准偏差与工件台温度之间的函数关系，预先对测试硅片采用本发明的光刻装置进行光刻。分别测取硅片工件台温度和此温度下测试硅片的套准偏差，测取次数为25次，并拟合出硅片的套准偏差与硅片工件台温度的函数关系。
25次测取结果如下：
  温度(℃)   套准偏差(nm)
  22   0.005
  22.01   0.01
  22.02   0.011
  22.03   0.0121
  22.04   0.0122
  22.05   0.0125
  22.06   0.0127
  22.07   0.0128
  22.08   0.013
  22.09   0.0132
  22.1   0.0135
  22.11   0.0138
  22.12   0.0143
  22.13   0.0147
  22.14   0.0149
  22.15   0.0153
  22.16   0.016
  22.17   0.0163
  22.18   0.0167
  22.19   0.017
  22.2   0.0173
  22.21   0.0175
  22.22   0.0176
  22.23   0.0178
  22.24   0.0179
依据上述25次预先测取的结果，拟合得到硅片的套准偏差y与硅片工件台温度x之间的函数关系为：
y＝-3358.9x6+446176x5-(2E+07)x4+(7E+08)x3-(1E+10)x2+(1E+11)x-(4E+11)。上式中2E+07、7E+08等为科学计算法的表示形式。当测取次数越多时，拟合所得函数的准确率越高。
在采用本发明的光刻装置进行光刻的过程中，补偿控制系统中的控制单元15依据拟合出的函数关系和温度测量系统12测算出的硅片工件台10的温度，预测出该温度下实刻硅片11的套准偏差，并通过伺服电机14驱动该光刻机镜头13中的多个透镜在光轴方向发生相对位移以补偿该实刻硅片11的套准偏差，从而抵消热形变对实刻硅片11的套准精度的影响。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种提高光刻机套准精度的方法，包括如下步骤：
1）预先对测试硅片进行光刻，拟合出硅片的套准偏差与硅片工件台温度的函数关系；
2）测算该硅片工件台的温度，依据该函数关系和该硅片工件台的温度，预测出实刻硅片的套准偏差；
3）控制光刻机镜头中的透镜组在光轴方向发生相对位移以补偿该实刻硅片的套准偏差，对该实刻硅片进行光刻。
2.如权利要求1所述的提高光刻机套准精度的方法，其特征在于，所述步骤1）具体包括：预先对所述测试硅片进行光刻，分别测取所述硅片工件台温度和此温度下该测试硅片的套准偏差，测取次数为20次以上，拟合出所述硅片的套准偏差与硅片工件台温度的函数关系。
3.如权利要求1所述的提高光刻机套准精度的方法，其特征在于，所述步骤2）具体包括：在所述硅片工件台的多个位置测取温度并求取平均值，作为该硅片工件台的温度，依据步骤1）中所述函数关系和该硅片工件台的温度，预测出该温度下所述实刻硅片的套准偏差。
4.如权利要求1所述的提高光刻机套准精度的方法，其特征在于，所述步骤3）具体包括：通过伺服电机驱动所述光刻机镜头中的透镜组在光轴方向发生相对位移以补偿所述实刻硅片的套准偏差，对该实刻硅片进行光刻。
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