CN102866586B - 一种光刻机设备系统及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光刻机设备系统，包括：主基板、投影物镜、上顶板以及承版台，所述投影物镜嵌入所述主基板，所述上顶板设置在所述投影物镜上，所述上顶板设置有通光孔，所述承版台设置在所述上顶板的上方，所述光刻机设备系统中还包括激光干涉仪单元、导光单元以及反射单元，所述激光干涉仪单元设置在所述主基板上，所述激光干涉仪单元发出光束穿过所述通光孔经过所述导光单元到达所述反射单元。本发明还提供了一种光刻机设备系统的测量方法。本发明所提供的光刻机设备系统在结构上省略了支架，通过虚拟的光束行程代替支架的物理高度，实现光束从主基板上表面到达承版台，降低了结构复杂度，改善了现有的内部世界结构。

Description

一种光刻机设备系统及其测量方法

技术领域

本发明涉及光刻设备，尤其涉及一种光刻机设备系统及其测量方法。 

背景技术

光刻机是集成电路生产和制造过程中的关键设备，利用光刻机在衬底表面上印刷具有特征的构图。在光刻过程中，硅片放置在工件台的承片台上，通过位于光刻设备内的曝光装置，将特征构图投射到硅片表面。而掩模台内承版台的定位精度则是影响光刻机套刻精度的重要因素。随着光刻特征尺寸的不断减小，集成电路集成度不断提高，承版台的定位精度对光刻机套刻精度的影响越来越显著。 

美国专利(申请号为19970776418)“Positioning device with a reference frame for a measuring system，and a lithographic device provided with such a positioning device”通过将测量光束照射到掩模台承版台的侧面，以此来测量掩模版在X向和Y向的位移。这些掩模台的激光干涉仪(IF-RS)都安装在主基板(Metro Frame，MF)上的测量支架(Measure Support，MS)的顶部。 

一般光刻机的整机内部世界(由主基板、测量支架和投影物镜组成)的一阶模态在150Hz～300Hz之间。而激光干涉仪的测量支架往往成为整机框架模态振形的最大值所在处。当有外界振动干扰时，低模态结构的内部世界不利于提高激光干涉仪的测量精度。因此，测量支架的设计成为整机框架结构的设计的难题，也是提高框架结构模态性能的瓶颈。另外，测量支架的质量增加了主动减震器的有效载荷。测量支架的低模态以及其较大的重量都不利于整机内部世界的结构振动和动态性能的提高，也不利于光刻机分辨率精度的提高。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种光刻机设备系统及测量方法，以解决测量支架不利于光刻机分辨率精度提高的问题。 

为了实现上述的目的，本发明提供一种光刻机设备系统，包括：主基板、投影物镜、上顶板以及承版台，所述投影物镜嵌入所述主基板，所述上顶板设置在所述投影物镜上，所述上顶板设置有通光孔，所述承版台设置在所述上顶板的上方，所述光刻机设备系统中还包括激光干涉仪单元、导光单元以及反射单元，所述激光干涉仪单元设置在所述主基板上，所述激光干涉仪单元发出光束穿过所述通光孔经过所述导光单元到达所述反射单元。 

进一步的，所述导光单元包括设置在所述主基板上的第一导光单元和设置在所述上顶板上的第二导光单元。 

进一步的，所述第一导光单元包括第一测量导光单元和第一参考导光单元；所述第一测量导光单元包括X向第一测量导光单元、Y向第一测量导光单元以及Z向第一测量导光单元；所述第一参考单元包括X向第一参考导光单元和Y向第一参考导光单元。 

进一步的，所述第二导光单元包括第二测量导光单元和第二参考导光单元；所述第二测量导光单元包括X向第二测量导光单元、Y向第二测量导光单元以及Z向第二测量导光单元；所述第二参考单元包括X向第二参考导光单元和Y向第二参考导光单元。 

进一步的，所述反射单元包括设置在上顶板上的参考反射单元和设置在承版台上的测量反射单元；所述参考反射单元包括X向参考反射单元和Y向参考反射单元；所述测量反射单元包括X向测量反射单元、Y向测量反射单元以及Z向测量反射单元。 

进一步的，所述导光单元为多个45°角镜。 

进一步的，所述反射单元为反射镜。 

进一步的，所述激光干涉仪单元的至少为两个激光干涉仪。 

本发明还提供了一种利用光刻机设备系统的测量方法，包括：激光干涉仪单元发出光束经过导光单元射至所述反射单元；所述反射单元将所述光束沿原光路返回至所述激光干涉仪单元；所述激光干涉仪单元处理所述光束的频率获得所述承版台的位移数据。 

进一步地，所述导光单元包括第一导光单元和第二导光单元，在激光干涉仪单元发出光束经过所述第一导光单元后，所述光束再经过所述第二导光单元射至所述反射单元。 

本发明还提供了一种光刻机设备系统，包括：主基板、投影物镜、上顶板、支架以及承版台，所述投影物镜嵌入所述主基板，所述上顶板设置在所述投影物镜上，所述上顶板设置有通光孔，所述承版台设置在所述上顶板的上方，所述光刻机设备系统中还包括激光干涉仪单元、导光单元以及反射单元；所述激光干涉仪单元包括第一激光干涉仪、第二激光干涉仪，所述第一激光干涉仪设置在所述主基板上，所述第二激光干涉仪设置在所述支架上；所述第一激光干涉仪发出光束穿过所述通光孔经过所述导光单元到达所述反射单元；所述第二激光干涉仪发出光束穿过所述通光孔到达所述反射单元。 

进一步地，所述导光单元包括设置在所述主基板上的第一导光单元和设置在所述上顶板上的第二导光单元。 

进一步地，所述第一导光单元包括X向第一测量导光单元和X向第一参考导光单元。 

进一步地，所述第二导光单元包括X向第二测量导光单元、Z向第二测量导光单元和X向第二参考导光单元。 

进一步地，所述反射单元包括设置在上顶板上的参考反射单元和设置在承版台上的测量反射单元；所述参考反射单元包括X向参考反射单元和Y向参考反射单元；所述测量反射单元包括X向测量反射单元、Y向测量反射单元以及Z向测量反射单元。 

本发明还提出了一种光刻机设备系统的测量方法，包括：第一激光干涉仪发出光束经过导光单元射至所述反射单元；所述反射单元将所述光束沿原光路返回至所述第一激光干涉仪；第二激光干涉仪发出光束经过导光单元射至所述反射单元；所述反射单元将所述光束沿原光路返回至所述第二激光干涉仪；所述激光干涉仪单元处理所述光束的频率获得所述承版台的位移数据。 

进一步地，所述导光单元包括第一导光单元和第二导光单元，在第一激光干涉仪发出光束经过所述第一导光单元后，所述光束再经过所述第二导光单元射至所述反射单元。 

综上所述，本发明所提供的光刻机设备系统在结构上省略了支架，通过虚拟的光束行程代替支架的物理高度，实现光束从主基板上表面到达承版台，降低了结构复杂度，改善了现有的内部世界结构。省略支架不仅能够有效提高内部世界的振动模态值，而且有效降低了内部世界的重量。设置在上顶板上的导光单元的动态性能比放置在支架上的动态性能要好。主基板也因为支架的撤离使动态性能得到了提高，进一步地使安装在主基板上的激光干涉仪的动态性能得到了提高。 

本发明所提供的光刻机设备系统的测量方法，根据省略了支架的设备系统，由于内部世界振动模态值的提高使最终得到的承版台的位移信息更为精准。 

本发明所提供的光刻机设备系统在结构上减少了支架的使用，第一激光干涉仪发出光束经过导光单元射至反射单元，所述导光单元通过虚拟的光束行程代替了支架的物理高度，由于激光干涉仪在X向的机械振动的振幅最大，因此利用第一激光干涉仪发出X向测量光束以及X向参考光束，通过导光单元射至反射单元，利用导光单元尽量降低X向的机械振动，而由于Y向测量光束、Y向参考光束以及Z向测量光束的机械振动的振幅较小，因此，保留了支架的使用，使第二激光干涉仪设置在支架上，第二激光干涉仪发出光束穿过所述通光孔到达反射单元。 

附图说明

图1为本发明实施例一提供的光刻机设备系统的结构布局示意图； 

图2为本发明实施例一提供的利用光刻机设备系统的测量方法的流程示意图； 

图3为本发明实施例一光刻机设备系统X向测量光束结构布局图； 

图4为本发明实施例一光刻机设备系统X向参考光束结构布局图； 

图5为本发明实施例一光刻机设备系统Y向测量光束结构布局图； 

图6为本发明实施例一光刻机设备系统Y向参考光束结构布局图； 

图7为本发明实施例一光刻机设备系统Z向测量光束结构布局图； 

图8为本发明实施例二光刻机设备系统的结构布局示意图。 

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方案对本发明提出的光刻机设备系统及测量方法作进一步详细说明。 

实施例一 

图1为本发明实施例一提供的光刻机设备系统的结构布局示意图。参照图1，光刻机设备系统包括：主基板11、投影物镜12、上顶板13以及承版台14，所述投影物镜12嵌入所述主基板11，所述上顶板13设置在所述投影物镜12上，所述上顶板13设置有通光孔(图中未示出)，所述承版台14设置在所述上顶板13的上方，所述光刻机设备系统中还包括激光干涉仪单元15、导光单元以及反射单元，所述激光干涉仪单元15设置在所述主基板11上，所述激光干涉仪单元15发出光束穿过所述通光孔经过所述导光单元到达所述反射单元。 

具体地，导光单元包括设置在所述主基板11上的第一导光单元和设置在所述上顶板13上的第二导光单元。其中，第一导光单元包括第一测量导光单元和第一参考导光单元，第二导光单元包括第二测量导光单元和第二参考导光单元；第一测量导光单元包括X向第一测量导光单元161、Y向第一测量导光单元162以及Z向第一测量导光单元163，第一参考导光单元包括X向第一参考导光单元191和Y向第一参考导光单元192；第二测量导光单元包括X向第二测量导光单元161’、Y向第二测量导光单元162’以及Z向第二测量导光单元163’，第二参考单元包括X向第二参考导光单元191’和Y向第二参考导光单元192’。 

具体地，所述反射单元包括设置在上顶板13上的参考反射单元和设置在承版台14上的测量反射单元；所述参考反射单元包括X向参考反射单元101和Y向参考反射单元102；所述测量反射单元包括X向测量反射单元171、Y向测量反射单元172以及Z向测量反射单元173。 

在本实施例中，X向第一测量导光单元161、Y向第一测量导光单元162以及Z向第一测量导光单元163均为45°角镜，第一参考导光单元191和Y向第一参考导光单元192也均为45°角镜；X向测量反射单元171、Y向测量反射单元172以及Z向测量反射单元173均为反射镜，X向参考反射单元101和Y向参考反射单元102也均为反射镜，所述第一导光单元利用45°角镜将激光干涉仪单元15发出的光束由水平方向反射成垂直向上的方向传输，而反射镜将投 射到反射单元上的光束沿原光路反射回去，本领域的普通工作人员应该理解，所述第一导光单元所采用的导光元件不仅仅局限于45°角镜，还可以是将水平光路转变成垂直光路的45°角镜组合或者棱镜等其他光学器件；所述反射单元所采用的导光元件也不仅仅局限于反射镜，还可以是能够将光路沿原路返回的光学器件。 

进一步地，第二导光单元作为光束传输中的辅助部分，将从第一导光单元中反射出的垂直光束准确地到达反射单元，在本实施例中，第二测量导光单元包括的X向第二测量导光单元161’、Y向第二测量导光单元162’以及Z向第二测量导光单元163’均为45°角镜，第二参考单元包括的X向第二参考导光单元191’和Y向第二参考导光单元192’也均为45°角镜。 

本领域的普通工作人员应该理解，所述第二导光单元所采用的导光元件不仅仅局限于45°角镜，还可以是将水平光路转变成垂直光路的45°角镜组合或者棱镜等的其他光学器件。 

图2为本发明实施例一提供的利用光刻机设备系统的测量方法的流程示意图。参考图2，利用光刻机设备系统的测量方法包括： 

步骤S11、激光干涉仪单元发出光束经过导光单元射至所述反射单元； 

步骤S12、所述反射单元将所述光束沿原光路返回所述激光干涉仪单元； 

步骤S13、所述激光干涉仪单元处理所述光束的频率获得所述承版台的位移数据。 

具体地，在步骤S11中，导光单元包括第一导光单元和第二导光单元，激光干涉仪单元15发出光束先经过第一导光单元，光束从第一导光单元出射后再到达第二导光单元，最后通过第二导光单元出射的光束到达所述反射单元。 

在对承版台14的位移进行测量时，为了获得承版台14更为精准的位移信息，在测量光束的同时，还进行了参考光束的测量，通过参考光束的测量最终得到系统的参考测量位移数据，最后将承版台14的测量位移数据和系统的参考测量位移数据之间的差值作为在承版台14的位移量。 

图3为本发明实施例一光刻机设备系统X向测量光束结构布局图。参考图3，图中箭头所指为X向测量光束，X向测量光束从激光干涉仪单元15发出，经过X向第一测量导光单元161反射后垂直向上，穿过上顶板13的通光孔到达 X向第二测量导光单元161’后，垂直方向的X向测量光束经过X向第二测量导光单元161’反射后沿水平方向到达承版台14上的X向测量反射单元171，X向测量反射单元171将X向测量光束沿原路返回至激光干涉仪单元15，在本实施例中，为了图示清楚，只标示了一个测量光路的箭头，X向测量光束的返回光路并没有在图中标示。由于承版台14处于运动状态，X向测量光束到达承版台14后沿原路返回，X向测量光束沿原光路返回前后具有光程差。激光干涉仪单元15通过处理X向测量光束的频率获得所述承版台14的X向测量位移数据。 

图4为本发明实施例一光刻机设备系统X向参考光束结构布局图。参考图4，图中箭头所指为X向参考光束，X向参考光束从激光干涉仪单元15发出，经过X向第一参考导光单元191反射后垂直向上，穿过上顶板13的通光孔达到位于上顶板13上的X向第二参考导光单元191’后，垂直方向的X向参考光束经过X向第二参考导光单元191’反射后沿水平方向到达上顶板13上的X向参考反射单元101，X向参考反射单元101将X向参考光束沿原路返回至激光干涉仪单元15。在本实施例中，为了图示清楚，只标示了一个参考光路的箭头，X向参考光束的返回光路并没有在图中标示。激光干涉仪单元15通过处理X向参考光束的频率获得系统的X向参考位移数据。 

最后结合图3和图4，计算X向测量位移数据和X向参考位移数据之差，得到承版台14的X向位移信息。 

图5为本发明实施例一光刻机设备系统Y向测量光束结构布局图。参考图5，图中箭头所指为Y向测量光束，Y向测量光束从激光干涉仪单元15发出，经过Y向第一测量导光单元162反射后垂直向上，穿过上顶板14的通光孔到达Y向第二测量导光单元162’后，垂直方向的Y向测量光束经过Y向第二测量导光单元162’反射后沿水平方向到达承版台14上的Y向测量反射单元172，由于承版台14在Y向有较大的运动行程，若Y向测量反射单元172安装在承版台14的y向侧面，可能会导致在承版台14运动过程中，Y向测量反射单元172碰撞到Y向第二测量导光单元162’，因此将Y向测量反射单元172嵌入式安装在承版台14的中心线的y向侧面，在本实施例中，Y向测量反射单元172为反射镜，即将该反射镜嵌入式安装在承版台14的中心线的y向侧面。 

最后Y向测量光束经过Y向测量反射单元172反射沿原路返回激光干涉仪 单元15，在本实施例中，为了图示清楚，只标示了一个测量光路的箭头，Y向测量光束的返回光路并没有在图中标示。激光干涉仪单元15通过处理Y向测量光束的频率获得所述承版台14的Y向测量位移数据。 

图6为本发明实施例一光刻机设备系统Y向参考光束结构布局图。参考图6，图中箭头所指为Y向参考光束，Y向参考光束从激光干涉仪单元15发出，经过Y向第一参考导光单元192反射后垂直向上，穿过上顶板13的通光孔达到位于上顶板13上的Y向第二参考导光单元192’后，垂直方向的Y向参考光束经过Y向第二参考导光单元192’反射后沿水平方向到达上顶板13上的Y向参考反射单元102，Y向参考反射单元102将Y向参考光束沿原路返回至激光干涉仪单元15。在本实施例中，为了图示清楚，只标示了一个参考光路的箭头，参考光束的返回光路并没有在图中标示。激光干涉仪单元15通过处理Y向参考光束的频率获得系统的Y向参考位移数据。 

最后结合图5和图6，计算Y向测量位移数据和Y向参考位移数据之差，得到承版台14的Y向位移信息。 

图7为本发明实施例一光刻机设备系统Z向测量光束结构布局图。参考图7，图中箭头所指为Z向测量光束，Z向测量光束从激光干涉仪单元15发出，经过Z向第一测量导光单元163反射后垂直向上，穿过上顶板13的通光孔到达Z向第二测量导光单元163’后，垂直方向的Z向测量光束经过Z向第二测量导光单元163’反射后沿水平方向到达承版台14上的Z向测量反射单元173，Z向测量反射单元173将Z向测量光束沿原路返回至激光干涉仪单元15，在本实施例中，为了图示清楚，只标示了一个测量光路的箭头，Z向测量光束的返回光路并没有在图中标示。由于承版台14处于运动状态，Z向测量光束到达承版台14后沿原路返回，Z向测量光束沿原光路返回前后具有光程差。激光干涉仪单元15通过处理Z向测量光束的频率获得所述承版台14的Z向测量位移数据。 

由于承版台14在Y向有较大的运动行程，在X向有较小的运动行程，而在Z方向几乎没有运动行程，因此在计算承版台14在Z向的位移信息时，不考虑Z向的参考位移数据，即承版台14的Z向测量位移数据就是Z向的位移信息。 

最后将承版台14的X向的位移信息、Y向的位移信息、Z向的位移信息、X向的转动信息、Y向的转动信息以及Z向的转动信息，通过6个自由度(X，Y， Z，Rx，Ry和Rz)来全面衡量承版台14的位移信息。 

实施例二 

图8为本发明实施例二光刻机设备系统的结构布局示意图。参照图8，本实施例二提供的一种光刻机设备系统，包括：主基板11、投影物镜12、上顶板13、支架21以及承版台14，所述投影物镜12嵌入所述主基板11，所述上顶板13设置在所述投影物镜12上，所述上顶板13设置有通光孔，所述承版台14设置在所述上顶板13的上方，所述光刻机设备系统中还包括激光干涉仪单元15、导光单元以及反射单元；所述激光干涉仪单元15包括第一激光干涉仪151、第二激光干涉仪152，所述第一激光干涉仪151设置在所述主基板11上，所述第二激光干涉仪152设置在所述支架21上；所述第一激光干涉仪151发出光束穿过所述通光孔经过所述导光单元到达所述反射单元；所述第二激光干涉仪152发出光束穿过所述通光孔到达所述反射单元。 

与实施例一不同的是，光刻机设备系统中在主基板11上保留了支架21，第二激光干涉仪152设置在支架21上，用以发出Z向测量光束、Y向参考光束和Y向测量光束。在主基板11上设置的第一激光干涉仪151以发出X向测量光束和X向参考光束，由于激光干涉仪在X向的机械振动的振幅最大，因此尽量降低X向的机械振动是提高光刻机设备系统测量精度的关键问题，在本实施例中，利用第一激光干涉仪151发出的X向测量光束行程代替支架21的物理高度，避免了机械振动带来的测量上的误差。 

具体地，所述导光单元包括设置在所述主基板11上的第一导光单元和设置在所述上顶板13上的第二导光单元。所述第一导光单元包括X向第一测量导光单元161和X向第一参考导光单元191；所述第二导光单元包括X向第二测量导光单元161’、Z向第二测量导光单元163’和X向第二参考导光单元191’；所述反射单元包括设置在上顶板上的参考反射单元和设置在承版台上的测量反射单元；所述参考反射单元包括X向参考反射单元101和Y向参考反射单元102；所述测量反射单元包括X向测量反射单元171、Y向测量反射单元172以及Z向测量反射单元173。 

利用光刻机设备系统的测量方法包括：第一激光干涉仪发出光束经过导光单元射至所述反射单元；所述反射单元将所述光束沿原光路返回至所述第一激 光干涉仪；第二激光干涉仪发出光束经过导光单元射至所述反射单元；所述反射单元将所述光束沿原光路返回至所述第二激光干涉仪；所述激光干涉仪单元处理所述光束的频率获得所述承版台的位移数据。 

具体地，所述导光单元包括第一导光单元和第二导光单元，在第一激光干涉仪151发出光束经过所述第一导光单元后，所述光束再经过所述第二导光单元射至所述反射单元。 

综上所述，本发明提供的光刻机设备系统在结构上省略了测量支架，通过虚拟的光束行程代替测量支架的物理高度，实现光束从主基板上表面到达承版台，降低了结构复杂度，改善了现有的内部世界结构。去除测量支架不仅能够有效提高内部世界的振动模态值，而且有效降低了内部世界的重量。设置在上顶板上的导光单元的动态性能比放置在原测量支架上的动态性能要好。主基板也因为测量支架的撤离使动态性能得到了提高，进一步地使安装在主基板上的激光干涉仪的动态性能得到了提高。本发明提供的光刻机设备系统的测量方法，根据省略了测量支架的设备系统，由于内部世界振动模态值的提高使最终得到的承版台的位移信息更为精准。 

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。 

Claims (3)

1.一种光刻机设备系统，包括：主基板、投影物镜、上顶板以及承版台，所述投影物镜嵌入所述主基板，所述上顶板设置在所述投影物镜上，所述上顶板设置有通光孔，所述承版台设置在所述上顶板的上方，所述光刻机设备系统中还包括激光干涉仪单元、导光单元以及反射单元，所述激光干涉仪单元设置在所述主基板上，所述激光干涉仪单元发出光束穿过所述通光孔经过所述导光单元到达所述反射单元；所述导光单元包括设置在所述主基板上的第一导光单元和设置在所述上顶板上的第二导光单元，所述第一导光单元包括第一测量导光单元和第一参考导光单元；所述第一测量导光单元包括X向第一测量导光单元、Y向第一测量导光单元以及Z向第一测量导光单元；所述第一参考导光单元包括X向第一参考导光单元和Y向第一参考导光单元，所述第二导光单元包括第二测量导光单元和第二参考导光单元；所述第二测量导光单元包括X向第二测量导光单元、Y向第二测量导光单元以及Z向第二测量导光单元；所述第二参考导光单元包括X向第二参考导光单元和Y向第二参考导光单元，其特征在于， 

所述激光干涉仪单元为两个激光干涉仪；所述反射单元包括设置在上顶板上的参考反射单元和设置在承版台上的测量反射单元；所述参考反射单元包括X向参考反射单元和Y向参考反射单元；所述测量反射单元包括X向测量反射单元、Y向测量反射单元以及Z向测量反射单元；一个激光干涉仪发出的光经过分光和反射后分别到达X向参考反射单元和X向测量反射单元，另一个激光干涉仪发出的光经过分光和反射后分别到达Y向参考反射单元、Y向测量反射单元以及Z向测量反射单元。 

2.如权利要求1所述的光刻机设备系统，其特征在于，所述导光单元为多个45°角镜。 

3.如权利要求1至2中任一项所述的光刻机设备系统，其特征在于，所述反射单元为反射镜。