CN102736430A - 一种用于调焦调平系统的测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于调焦调平系统的测量方法，包括：判断曝光场所在的象限；离线状态下储存全部光斑组合方案；在线测量状态下，根据前面步骤获得的曝光场所在象限及有效性判断，确定最佳边缘场探测光斑的组合方案。

Description

一种用于调焦调平系统的测量方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种光刻设备中所使用的用于调焦调平系统的测量方法。
背景技术
光刻技术或称光学刻蚀术，已经被广泛应用于集成电路制造工艺中。该技术通过光刻系统曝光，将设计的掩模图形转移到光刻胶上。由于最终决定集成电路的特征尺寸，光刻系统作为集成电路制造工艺中的重要设备，其精度要求对于光刻工艺的重要性不言自明。为获得最佳成像效果，在曝光时，涂有光刻胶的硅片被吸附于承片台上，且其上表面需置于最佳像面高度。
在投影曝光设备中，必须有自动调焦控制系统(或称调焦调平系统)把硅片面精确带入到指定的曝光位置。现有技术中，实现该系统有多种不同的技术方案。目前比较常用是非接触式光电测量技术，其中NIKON、CANON的调焦技术最具代表性。上述公司所采用的技术方案利用一套光学系统多个光斑覆盖整个曝光场进行测量，在边缘场位置时，会出现部分测量光斑落在硅片外部而导致光斑无效情况，此时需要计算当前位置光斑阵列的有效性情况，利用仍然有效的光斑的测量值进行调焦调平控制。
公开日期为2002年4月30日美国专利US6381004专利中提供了一种根据当前曝光场位置，逐一判断光斑阵列中每个光斑的有效性，然后选择有效的光斑进行测量的方法。该方法可以解决边缘场测量的问题，但是存在光斑有效性判断计算量大，光斑选择和切换过程复杂等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种用于调焦调平系统的测量方法，该方法在离线时储存56种光斑组合方案，在线测量时根据实际情况可从存储的组合方案中确定最佳方案。
本发明提供一种用于调焦调平系统的测量方法，包括：
S1、判断曝光场所在的象限；
S2、离线状态下储存全部光斑组合方案；
S3、在线测量状态下，根据S1获得的曝光场所在象限及曝光场中心相对工件台中心的坐标位置(X、Y)对光斑进行有效性判断，确定最佳边缘场探测光斑的组合方案。
该S1进一步包括：
S1.1、获取曝光场中心相对工件台中心的坐标位置(X、Y)；
S1.2、判断Y的值是否大于等于零；
S1.3、判断X的值是否大于等于零；若X、Y均大于等于零，则当前曝光场在硅片面上处于第一象限；若X小于零、Y大于等于零，则当前曝光场在硅片面上处于第二象限；若X大于等于零、Y小于零，则当前曝光场在硅片面上处于第三象限；若X、Y均小于零，则当前曝光场在硅片面上处于第四象限。
S2进一步包括：
S2.1、确定第一象限16种边缘场探测光斑组合方案；
S2.2、根据第二象限时边缘场探测光斑组合方案与位于第一象限时边缘场探测光斑组合方案关于Y轴对称，确定第二象限16种光斑组合方案；
S2.3、根据第三象限时边缘场探测光斑组合方案与位于第一象限时边缘场探测光斑组合方案关于原点对称，确定第三象限16种光斑组合方案；
S2.4、根据第四象限时边缘场探测光斑组合方案与位于第一象限时边缘场探测光斑组合方案关于X轴对称，确定第四象限16种光斑组合方案；
S2.5、去掉重复的组合后，获得离线状态下全部光斑组合方案56种光斑组合方案。
该有效性判断进一步包括：
S3.1、判断Sv(5，3)＝1？，若是“是”则判断Sv(4，3)＝1？，若是“否”，则判断Sv(5，2)＝1？；
S3.2、判断Sv(4，3)＝1？，若是“是”，则判断Sv(3，3)＝1？，若是“否”则判断Sv(5，1)＝1？；判断Sv(5，2)＝1？，若是“是”，则判断Sv(4，2)＝1？，若是“否”，则判断Sv(4，1)＝1？；
S3.3、判断Sv(3，3)＝1？，若是“是”，则判断Sv(3，1)＝1？，若是“否”则判断Sv(4，1)＝1？；判断Sv(5，1)＝1？，若是“是”，则判断Sv(5，5)＝1？，若是“否”，则获得光斑组合(1004)；判断Sv(4，2)＝1？，若是“是”，则判断Sv(3，2)＝1？，若是“否”则判断Sv(4，1)＝1？；判断Sv(4，1)＝1？，若是“是”，则判断Sv(6，2)＝1？，若是“否”则判断Sv(5，1)＝1？
S3.4、判断Sv(3，1)＝1？，若是“是”，则判断Sv(3，5)＝1？，若是“否”则获得光斑组合(3004)；判断Sv(4，1)＝1？，若是“是”，则判断Sv(4，5)＝1？，若是“否”则获得光斑组合(2004)；判断Sv(5，5)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合(2004)，若是“否”则获得光斑组合(2003)；判断Sv(3，2)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合(4002)，若是“否”则获得光斑组合(3002)；判断Sv(4，1)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合(4001)，若是“否”则获得光斑组合(2002)；判断Sv(6，2)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合(1003)，若是“否”则获得光斑组合(3001)；判断Sv(5，1)＝1？，若是“是”，则判断Sv(6，2)＝1？，若是“否”则获得光斑组合(1001)；
S3.5、判断Sv(3，5)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合(4004)，若是“否”则获得光斑组合(4003)；判断Sv(4，5)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合(3004)，若是“否”则获得光斑组合(3003)；判断Sv(6，2)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合(1002)，若是“否”则获得光斑组合(2001)。
与现有技术相比较，本发明在满足边缘场测量时重复精度要求的基础上，降低了光斑有效性的判断次数，并且简化光斑选择及切换流程。
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是探测光斑阵列布置示意图；
图3是曝光场位于硅片不同象限位置判断流程图；
图4是第一实施方式下曝光场位于第一象限时的边缘场情况示意图；
图5是第一实施方式下曝光场位于第一象限时的边缘场探测光斑组合方案汇总图；
图6是曝光场位于第一象限时的边缘场光斑切换判断流程图。
图7是第二实施方式下曝光场位于第一象限时的边缘场情况示意图；
图8是第二实施方式下曝光场位于第一象限时的边缘场探测光斑组合方案汇总图。
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。
本发明的发明构思为提出一种边缘场光斑的切换方案，通过分析不同位置边缘场探测光斑阵列的有效性情况，在满足一定测量重复精度要求的基础上，离线规划56种光斑组合方案；在线测量时，根据曝光场所在的位置，以及某些指定光斑的有效性判断(最多不超过5次判断)，即可唯一确定一种最佳边缘场探测光斑的组合方案。
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。光刻设备主要包括以下单元部分：掩模1、投影物镜2、工件台3、硅片4、光源5、投影单元6，探测单元7，信号处理单元8以及主控制器9。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，光源5发出的光线经投影单元6入射到硅片4上，从硅片上表面反射后，被探测单元7接收，通过信号处理单元8对接收到的光信号进行光电转换、信号处理等环节后，得到硅片4上表面在当前测量区域的垂向位置和倾斜，并将该信息传送给主控制器9，最终实现硅片位置的控制和调整。
该扫描曝光设备中，探测光斑阵列布置的第一实施方式如图2所示。每个光斑均45度方向布置，探测光斑阵列共有35个光斑等间距分布在7行5列。如图2中所示，曝光场22内部布置有3行光斑，曝光场22外部上下两侧分别布置有2行光斑。内场曝光的时候，通常采用S31、S41、S51、S33、S43、S53、S35、S45和S55这九个光斑作为探测光斑。边缘场曝光的时候，上述九个光斑可能会出现无效的情况，此时就需要选用除失效光斑外的其他光斑作为探测光斑，以达到较高的探测精度。下面将详细介绍在不同位置边缘场曝光情况下，如何选择从35个光斑中选择最佳的有效光斑组合作为探测光斑。
在选择从35个光斑中选择最佳的有效光斑组合作为探测光斑之前，首先判断当前曝光场在硅片面上所处的象限位置。若当前曝光场中心的X、Y坐标均大于零，则曝光场位于第一象限。具体判断过程如图3中所示。第一步：获取曝光场中心相对工件台中心的坐标位置(X、Y)。第二步：判断Y的值是否大于等于零。第三步：判断X的值是否大于等于零；若X、Y均大于等于零，则当前曝光场在硅片面上处于第一象限；若X小于零、Y大于等于零，则当前曝光场在硅片面上处于第二象限；若X大于等于零、Y小于零，则当前曝光场在硅片面上处于第三象限；若X、Y均小于零，则当前曝光场在硅片面上处于第四象限。
现以曝光场在硅片面的第一象限为例，进行离线分析，遍历所有边缘场情况下的有效光斑组合，分析不同情况下光斑组合的特点，优先选择有效光斑中边缘位置的光斑，并优选有对称位置关系的光斑，选取满足重复精度指标要求的组合作为探测光斑，确定16种边缘场探测光斑组合方案。如图5所示，图5是曝光场位于第一象限时的边缘场探测光斑组合方案汇总图，已经完全覆盖硅片第一象限中所有边缘场的情况。确定16种边缘场探测光斑组合方案的标准如下：在满足重复精度要求的基础上，选择光斑的个数尽可能少且位置对称分布。通过仿真分析，最终确定16种边缘场探测光斑组合方案。曝光场位于硅片的第二象限时边缘场探测光斑组合方案与位于第一象限时边缘场探测光斑组合方案关于Y轴对称；曝光场位于硅片的第三象限时边缘场探测光斑组合方案与位于第一象限时边缘场探测光斑组合方案关于原点对称；曝光场位于硅片的第四象限时边缘场探测光斑组合方案与位于第一象限时边缘场探测光斑组合方案关于X轴对称，故总计16*4＝64种组合方案，去除重复的组合后，共56种。
确定探测光斑组合方案后，以曝光场在硅片圆的第一象限为例，按照图6所示的判断流程，最多进行5个光斑的有效性判断，即可最终确定一种组合方案作为当前位置的探测光斑组合，且此组合可满足重复精度指标要求。若曝光场在硅片圆的第二、第三或第四象限时，判断流程与第一象限类似，同样具有与确定光斑组合方案时相同的对称关系。具体判断方法如下：
第一步：判断Sv(5，3)＝1？，即判断该5X7光斑阵列中第5行第3列的光斑是否位于曝光场内，若是“是”则判断Sv(4，3)＝1？，若是“否”，则判断Sv(5，2)＝1？；
第二步：判断Sv(4，3)＝1？，若是“是”，则判断Sv(3，3)＝1？，若是“否”则判断Sv(5，1)＝1？；判断Sv(5，2)＝1？，若是“是”，则判断Sv(4，2)＝1？，若是“否”，则判断Sv(4，1)＝1？；
第三步：判断Sv(3，3)＝1？，若是“是”，则判断Sv(3，1)＝1？，若是“否”则判断Sv(4，1)＝1？；判断Sv(5，1)＝1？，若是“是”，则判断Sv(5，5)＝1？，若是“否”，则获得光斑组合1004；判断Sv(4，2)＝1？，若是“是”，则判断Sv(3，2)＝1？，若是“否”则判断Sv(4，1)＝1？；判断Sv(4，1)＝1？，若是“是”，则判断Sv(6，2)＝1？，若是“否”则判断Sv(5，1)＝1？
第四步：判断Sv(3，1)＝1？，若是“是”，则判断Sv(3，5)＝1？，若是“否”则获得光斑组合3004；判断Sv(4，1)＝1？，若是“是”，则判断Sv(4，5)＝1？，若是“否”则获得光斑组合2004；判断Sv(5，5)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合2004，若是“否”则获得光斑组合2003；判断Sv(3，2)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合4002，若是“否”则获得光斑组合3002；判断Sv(4，1)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合4001，若是“否”则获得光斑组合2002；判断Sv(6，2)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合1003，若是“否”则获得光斑组合3001；判断Sv(5，1)＝1？，若是“是”，则判断Sv(6，2)＝1？，若是“否”则获得光斑组合1001；
第五步：判断Sv(3，5)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合4004，若是“否”则获得光斑组合4003；判断Sv(4，5)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合3004，若是“否”则获得光斑组合3003；判断Sv(6，2)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合1002，若是“否”则获得光斑组合2001。
至此，第一象限内的16种光斑组合通过5次有效性判断均已选中。其他象限内的判断方法与上述方法一样，不再继续详述。
该扫描曝光设备中，探测光斑阵列布置的第二实施方式如图7所示。每个光斑均45度方向布置，探测光斑阵列共有49个光斑等间距分布在7行7列。如图7中所示，曝光场33内部布置有3行光斑，曝光场33外部上下两侧分别布置有2行光斑。内场曝光的时候，通常采用S31、S41、S51、S33、S43、S53、S35、S45、S55、S37、S47、S57这12个光斑作为探测光斑。边缘场曝光的时候，上述12个光斑可能会出现无效的情况，此时就需要选用除失效光斑外的其他光斑作为探测光斑，以达到较高的探测精度。下面将详细介绍在不同位置边缘场曝光情况下，如何选择从49个光斑中选择最佳的有效光斑组合作为探测光斑。
在选择从49个光斑中选择最佳的有效光斑组合作为探测光斑之前，首先判断当前曝光场在硅片面上所处的象限位置。若当前曝光场中心的X、Y坐标均大于零，则曝光场位于第一象限。具体判断过程如图3中所示。第一步：获取曝光场中心相对工件台中心的坐标位置(X、Y)。第二步：判断Y的值是否大于等于零。第三步：判断X的值是否大于等于零；若X、Y均大于等于零，则当前曝光场在硅片面上处于第一象限；若X小于零、Y大于等于零，则当前曝光场在硅片面上处于第二象限；若X大于等于零、Y小于零，则当前曝光场在硅片面上处于第三象限；若X、Y均小于零，则当前曝光场在硅片面上处于第四象限。
现以曝光场在硅片面的第一象限为例，进行离线分析，遍历所有边缘场情况下的有效光斑组合，分析不同情况下光斑组合的特点，优先选择有效光斑中边缘位置的光斑，并优选有对称位置关系的光斑，选取满足重复精度指标要求的组合作为探测光斑，确定16种边缘场探测光斑组合方案。如图8所示，图8是第二实施方式下曝光场位于第一象限时的边缘场探测光斑组合方案汇总图，已经完全覆盖硅片第一象限中所有边缘场的情况。确定16种边缘场探测光斑组合方案的标准如下：在满足重复精度要求的基础上，选择光斑的个数尽可能少且位置对称分布。通过仿真分析，最终确定16种边缘场探测光斑组合方案。曝光场位于硅片的第二象限时边缘场探测光斑组合方案与位于第一象限时边缘场探测光斑组合方案关于Y轴对称；曝光场位于硅片的第三象限时边缘场探测光斑组合方案与位于第一象限时边缘场探测光斑组合方案关于原点对称；曝光场位于硅片的第四象限时边缘场探测光斑组合方案与位于第一象限时边缘场探测光斑组合方案关于X轴对称，故总计16*4＝64种组合方案，去除重复的组合后，共56种。
确定探测光斑组合方案后，以曝光场在硅片圆的第一象限为例，按照图6所示的判断流程，最多进行5个光斑的有效性判断，即可最终确定一种组合方案作为当前位置的探测光斑组合，且此组合可满足重复精度指标要求。若曝光场在硅片圆的第二、第三或第四象限时，判断流程与第一象限类似，同样具有与确定光斑组合方案时相同的对称关系。具体实施方式参考第一实施例下的实施方式，此处不再详述。
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 (4)

1.一种用于调焦调平系统的测量方法，包括：
S1、判断曝光场所在的象限；
S2、离线状态下储存全部光斑组合方案；
S3、在线测量状态下，根据S1获得的曝光场所在象限及曝光场中心相对工件台中心的坐标位置(X、Y)对光斑进行有效性判断，确定最佳边缘场探测光斑的组合方案。
2.如权利要求1所述的用于调焦调平系统的测量方法，其特征在于，所述S1进一步包括：
S1.1、获取曝光场中心相对工件台中心的坐标位置(X、Y)；
S1.2、判断Y的值是否大于等于零；
S1.3、判断X的值是否大于等于零；若X、Y均大于等于零，则当前曝光场在硅片面上处于第一象限；若X小于零、Y大于等于零，则当前曝光场在硅片面上处于第二象限；若X大于等于零、Y小于零，则当前曝光场在硅片面上处于第三象限；若X、Y均小于零，则当前曝光场在硅片面上处于第四象限。
3.如权利要求1所述的用于调焦调平系统的测量方法，其特征在于，所述S2进一步包括：
S2.1、确定第一象限16种边缘场探测光斑组合方案；
S2.2、根据第二象限时边缘场探测光斑组合方案与位于第一象限时边缘场探测光斑组合方案关于Y轴对称，确定第二象限16种光斑组合方案；
S2.3、根据第三象限时边缘场探测光斑组合方案与位于第一象限时边缘场探测光斑组合方案关于原点对称，确定第三象限16种光斑组合方案；
S2.4、根据第四象限时边缘场探测光斑组合方案与位于第一象限时边缘场探测光斑组合方案关于X轴对称，确定第四象限16种光斑组合方案；
S2.5、去掉重复的组合后，获得离线状态下全部光斑组合方案56种光斑组合方案。
4.如权利要求1所述的用于调焦调平系统的测量方法，其特征在于，所述有效性判断进一步包括：
S3.1、判断Sv(5，3)＝1？，若是“是”则判断Sv(4，3)＝1？，若是“否”，则判断Sv(5，2)＝1？；
S3.2、判断Sv(4，3)＝1？，若是“是”，则判断Sv(3，3)＝1？，若是“否”则判断Sv(5，1)＝1？；判断Sv(5，2)＝1？，若是“是”，则判断Sv(4，2)＝1？，若是“否”，则判断Sv(4，1)＝1？；
S3.3、判断Sv(3，3)＝1？，若是“是”，则判断Sv(3，1)＝1？，若是“否”则判断Sv(4，1)＝1？；判断Sv(5，1)＝1？，若是“是”，则判断Sv(5，5)＝1？，若是“否”，则获得光斑组合(1004)；判断Sv(4，2)＝1？，若是“是”，则判断Sv(3，2)＝1？，若是“否”则判断Sv(4，1)＝1？；判断Sv(4，1)＝1？，若是“是”，则判断Sv(6，2)＝1？，若是“否”则判断Sv(5，1)＝1？
S3.4、判断Sv(3，1)＝1？，若是“是”，则判断Sv(3，5)＝1？，若是“否”则获得光斑组合(3004)；判断Sv(4，1)＝1？，若是“是”，则判断Sv(4，5)＝1？，若是“否”则获得光斑组合(2004)；判断Sv(5，5)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合(2004)，若是“否”则获得光斑组合(2003)；判断Sv(3，2)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合(4002)，若是“否”则获得光斑组合(3002)；判断Sv(4，1)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合(4001)，若是“否”则获得光斑组合(2002)；判断Sv(6，2)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合(1003)，若是“否”则获得光斑组合(3001)；判断Sv(5，1)＝1？，若是“是”，则判断Sv(6，2)＝1？，若是“否”则获得光斑组合(1001)；
S3.5、判断Sv(3，5)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合(4004)，若是“否”则获得光斑组合(4003)；判断Sv(4，5)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合(3004)，若是“否”则获得光斑组合(3003)；判断Sv(6，2)＝1？，若是“是”，则获得光斑组合(1002)，若是“否”则获得光斑组合(2001)。
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