CN102566295A - 光刻设备及测量多光斑零位偏差的方法 - Google Patents

光刻设备及测量多光斑零位偏差的方法 Download PDF

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陈飞彪
李志丹
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Abstract

本发明公开一种光刻设备，包括：光源，用以提供曝光光束；投影系统，用以将所述位于掩模板上的图形投影在基板上；工件台系统，用以移动所述基板；调焦调平系统，用以测量所述基板的垂向位置和倾向角度；其特征在于，所述光刻设备还包括一反射镜和一激光干涉仪，所述激光干涉仪的光轴与所述反射镜的反射面相垂直，所述反射镜的反射面与所述投影系统的最佳焦平面平行。本发明同时公开一种测量多光斑零位偏差的方法，利用该方法可实现使用普通平面的情况下能够准确测量多光斑零位偏差，消除了被测表面形貌起伏对高度测量的影响。

Description

光刻设备及测量多光斑零位偏差的方法
技术领域
本发明涉及集成电路装备制造领域，尤其涉及一种光刻设备以及测量多光斑零位偏差的方法。
背景技术
光刻机是一种应用于集成电路制造的装备，利用该装备包括但不限于：集成电路制造光刻装置、液晶面板光刻装置、光掩模刻印装置、MEMS(微电子机械系统)/MOMS(微光机系统)光刻装置、先进封装光刻装置、印刷电路板光刻装置及印刷电路板加工装置等。
在光刻设备中，为了使投影物镜能将掩模图案清晰地投影到硅片上，需要测量硅片的曝光面是否与投影物镜焦面重合，因而需要使用调焦调平传感器系统测量硅片曝光面的垂向位置。
当调焦调平传感器系统采用多个测量光斑来检测硅片曝光面垂向位置信息时，因每个光斑所通过光路的光学偏差、光路探测通道特性偏差等因素的影响，使得在测量同一高度时各光斑所测得实际测量值之间会有偏差。在实际测量过程中，为了消除该偏差，需测量每个光斑的零位偏差，再利用各自的零位偏差值校准各自的高度测量值。
在现有技术中，对于多个光斑各自的零位偏差测量，通常采用多光斑同时测量某一水平平面的方法。该方法根据各光斑所测得的高度值的差异得出各自的零位偏差值。此测量方法虽然对多光斑零位偏差的测量直接快速，但为了准确测量每个光斑的零位偏差需要被测平面为绝对平面或超平面。然而在实际的工程实践中，绝对平面不存在，即使是超平硅片也有100纳米以上的起伏。也就是说，被测平面的平面度直接影响各光斑零位偏差的精度。
因此，如何在绝对平面或超平面难以获得的情况下准确测量多光斑零位偏差成了现有技术中亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量多光斑零位偏差的光刻设备及方法，该光刻装置及测量多光斑零位偏差的方法在使用普通平面的情况下能够准确测量多光斑零位偏差，并且该装置与方法还能消除了被测表面形貌起伏对高度测量的影响。
为实现上述发明目的，本发明公开一种光刻设备，包括：光源，用以提供曝光光束；投影系统，用以将所述位于掩模板上的图形投影在基板上；工件台系统，用以移动所述基板；调焦调平系统，用以测量所述基板的垂向位置和倾向角度；其特征在于，所述光刻设备还包括一反射镜和一激光干涉仪，所述激光干涉仪的光轴与所述反射镜的反射面相垂直，所述反射镜的反射面与所述投影系统的最佳焦平面平行。
更进一步地，该调焦调平系统产生至少两个测量光斑。
更进一步地，所述反射镜的反射面与所述投影系统的最佳焦平面处于同一平面。
本发明同时公开一种测量多光斑零位偏差的方法，包括：利用调焦调平系统，生成并测量硅片上光斑S1在A点相对于所述最佳焦平面的垂向高度值h1，工件台水平移动使光斑S2位于A点，获得S2在A点相对于所述最佳焦平面的垂向高度值h2，以相同的方式完成全部光斑Si在A点相对于所述最佳焦平面的垂向高度值hi，以其中一个光斑Sn的垂向高度测量值hn作为参考高度，其余光斑Sj的垂向高度测量值hj相对该光斑垂向高度测量值之差(hj-hn)即为其余各光斑的零位偏差值，则Sn的零位偏差值为0；其中，所述A点可以是任一光斑所在的测试点。
更近一步地，还包括利用所述调焦调平系统对所述工件台上的硅片进行全局调平。
更近一步地，还包括对激光干涉仪的测校与调整，使得所述反射镜的反射面与所述投影物镜的最佳焦平面相互平行。
更进一步地，所述工件台水平移动时通过一反射镜和一激光干涉仪实现垂向高度不变，所述激光干涉仪的光轴与所述反射镜的反射面相垂直。
更进一步地，所述反射镜的反射面与所述投影系统的最佳焦平面处于同一平面。
更进一步地，该调焦调平系统产生至少两个测量光斑。
与现有技术相比较，本发明所公开的技术方案无需使用超平面，而是采用普通硅片平面作为被测平面。测量多个光斑零位偏差时，需水平运动被测平面且保持其垂向位置不变，每个光斑对被测平面中的同一位置点进行测量。这样既消除了被测表面形貌起伏对高度测量的影响，也避免了因各个测量点反射率不同影响光斑零位偏差的测量。
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
图1是本发明所涉及的光刻设备的结构示意图；
图2是使用该光刻设备的测量多光斑零位偏差的过程示意图；
图3是本发明所涉及的测量多光斑零位偏差方法的流程示意图。
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。
本发明的目的在于提供一种能够测量多光斑零位偏差的光刻设备，该光刻设备包括：光源，用以提供曝光光束，该光源可以是汞灯、激光光源，或者其它高亮度光源等。投影系统，用以将所述位于掩模板上的图形投影在基板上，该投影系统可以是全折射式、反射式、折反射式的投影物镜；工件台系统，用以移动所述基板以及其他光刻设备上的系统，可以提供至少3个自由度的运动。调焦调平系统，用以测量所述基板的垂向位置和倾向角。该基板可以是硅片、玻璃板或其他材料的用于承载图形的装置。该光刻设备还包括一反射镜和一激光干涉仪，所述激光干涉仪的光轴与所述反射镜的反射面相垂直，所述反射镜的反射面与所述投影系统的最佳焦平面平行。
图1是本发明所涉及的光刻设备的结构示意图。如图1中所示，图中的1为掩模，2为投影物镜，3为工件台，4为硅片，5与6构成调焦调平传感器，其中，5为调焦调平传感器的投影分支，6为调焦调平传感器的检测分支，7为硅片4上表面的最佳焦平面位置，8为激光干涉仪，9为平面反射镜。该调焦调平传感器可以提供至少2个光斑。
投影物镜2实现将掩模1的图案投影到工件台3上的硅片4的上表面，调焦调平传感器实现对工件台3上的硅片4的三自由度进行检测，该三个自由度分别是垂向(Z自由度)，绕X轴向(Rx自由度)及绕Y轴向(Ry自由度)。工件台3可进行至少三个自由度的运动，优选地采用可以六自由度精确运动的工件台。调焦调平传感器的投影分支5可在硅片4上表面产生多个测量光斑，经硅片4反射后，由调焦调平传感器的检测分支6进行检测后可得出硅片4上表面的垂向位置及倾斜度(即Z，Rx，Ry)。激光干涉仪8通过平面反射镜9实现对硅片4上表面垂向位置进行高精度检测。该光刻设备在使用过程中采用普通硅片平面作为被测平面。测量多个光斑零位偏差时，需水平运动被测平面且保持其垂向位置不变，每个光斑对被测平面中的同一位置点进行测量。
使用该光刻设备的测量多光斑零位偏差的过程示意图如图2所示。图中3为工件台，4a为被测的硅片上表面，7为投影物镜2的最佳焦平面位置，也即最佳零平面位置。测量前，先利用调焦调平传感器对工件台上的硅片进行全局调平，再进行激光干涉仪8的测校与调整流程，使得平面反射镜9的表面与投影物镜2的最佳焦平面处于同一平面，或者处于相互平行且接近的两个平面，并且激光干涉仪8的主光轴与平面反射镜9相垂直。测量时，利用图1中的激光干涉仪8作为垂向位置的测量反馈，精确控制工件台3，使被测表面仅作水平移动，每个光斑可以测量被测表面的同一位置，具体测量步骤如下：步骤1、用调焦调平传感器(5与6)对工件台上的硅片4进行全局调平。步骤2、进行激光干涉仪8的测校与调整流程，使得平面反射镜9的表面与投影物镜2的最佳焦平面处于同一平面，或者处于相互平行且接近的两个平面。步骤3、选取硅片上任一光斑所在测量点作为参考点，如图2中光斑S1所测量的A点。步骤4、利用调焦调平测量原理，测量并读取光斑S1测得的A点相对于最佳零平面7的垂向高度值h1。步骤5、利用激光干涉仪8作为工件台3垂向位置的测量反馈，确保工件台3水平移动时其垂向高度不变。控制工件台3水平移动L12距离(光斑S1、S2的水平间距)，利用光斑2测量硅片上表面的A点高度值，测量并读取光斑S2所测得的A点相对于最佳零平面7的垂向高度值h2。步骤6、重复进行上述测量步骤3、4，以相同方式测量并读取移动其余光斑到测量点A时测得的高度值hi。步骤7、选取其中某一光斑Sn的垂向高度测量值hn(n的取值范围为1到i之间的任意值)作为参考高度，其余光斑Sj的垂向高度测量值hj相对该光斑垂向高度测量值之差(hj-hn)即为其余各光斑的零位偏差值，而选取的光斑Si的零位偏差值为0。
图3是本发明所涉及的测量多光斑零位偏差方法的流程示意图，在本图中详细介绍了测量多光斑零位偏差的方法。
图3中301利用调焦调平传感器对工件台上的硅片进行全局调平。
302执行激光干涉仪测校与调整。具体而言，使得平面反射镜的上表面与投影物镜的最佳焦平面处于同一平面，或者处于相互平行且接近的两个平面，并且使激光干涉仪的主光轴与平面反射镜垂直。
303选取任一光斑所在测量点作为参考点。调焦调平传感器的投影分支中生成至少两个光斑，任意选取一个光斑均可作为测量点，如图2中所出示的光斑S1所在的A点。
304利用调焦调平原理，读取A点相对于投影物镜最佳零平面的垂向高度h1。
305利用激光干涉仪作为工件台垂向位置的测量反馈，确保工件台水平移动时其垂向高度不变。控制工件台水平移动L12距离(光斑S1、S2的水平间距)，利用光斑测量硅片上表面的A点高度值，测量并读取光斑S2所测得的A点相对于最佳零平面的垂向高度值h2。
306利用激光干涉仪作为工件台垂向位置的测量反馈，确保工件台水平移动时其垂向高度不变。控制工件台水平移动Lj，j+1距离(光斑Sj、Sj+1的水平间距)，利用光斑测量硅片上表面的A点高度值，测量并读取光斑Sj所测得的A点相对于最佳零平面的垂向高度值hj。
307判断调焦调平传感器的投影分支中生成的所有光斑都已测过垂向高度值，如果是“是”，则进入下一步，如果是“否”，则重新进入步骤306，完成全部光斑的垂向高度值测量。
308选取其中某一光斑Sn的垂向高度测量值hn作为参考高度，其余光斑Sj的垂向高度测量值hj相对该光斑垂向高度测量值之差(hj-hn)即为其余各光斑的零位偏差值，而选取的光斑Si的零位偏差值为0。
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，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 (9)

1.一种光刻设备，包括：
光源，用以提供曝光光束；
投影系统，用以将所述位于掩模板上的图形投影在基板上；
工件台系统，用以移动所述基板；
调焦调平系统，用以测量所述基板的垂向位置和倾向角度；
其特征在于，所述光刻设备还包括一反射镜和一激光干涉仪，所述激光干涉仪的光轴与所述反射镜的反射面相垂直，所述反射镜的反射面与所述投影系统的最佳焦平面平行。
2.如权利要求1所述的光刻设备，其特征在于，所述调焦调平系统产生至少两个测量光斑。
3.如权利要求1所述的光刻设备，其特征在于，所述反射镜的反射面与所述投影系统的最佳焦平面处于同一平面。
4.一种测量多光斑零位偏差的方法，包括：利用调焦调平系统，生成并测量硅片上光斑S1在A点相对于所述最佳焦平面的垂向高度值h1，工件台水平移动使光斑S2位于A点，获得S2在A点相对于所述最佳焦平面的垂向高度值h2，以相同的方式完成全部光斑Si在A点相对于所述最佳焦平面的垂向高度值hi，以其中一个光斑Sn的垂向高度测量值hn作为参考高度，其余光斑Sj的垂向高度测量值hj相对该光斑垂向高度测量值之差(hj-hn)即为其余各光斑的零位偏差值，则Sn的零位偏差值为0；其中，所述A点可以是任一光斑所在的测试点。
5.根据权利要求4所述的测量多光斑零位偏差的方法，其特征在于，还包括利用所述调焦调平系统对所述工件台上的硅片进行全局调平。
6.根据权利要求4所述的测量多光斑零位偏差的方法，其特征在于，还包括对激光干涉仪的测校与调整，使得所述反射镜的反射面与所述投影物镜的最佳焦平面相互平行。
7.如权利要求4所述的测量多光斑零位偏差的方法，其特征在于，所述工件台水平移动时通过一反射镜和一激光干涉仪实现垂向高度不变，所述激光干涉仪的光轴与所述反射镜的反射面相垂直。
8.如权利要求6所述的测量多光斑零位偏差的方法，其特征在于，所述反射镜的反射面与所述投影系统的最佳焦平面处于同一平面。
9.如权利要求4所述的测量多光斑零位偏差的方法，其特征在于，所述调焦调平系统产生至少两个测量光斑。
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