CN103246169B - 一种焦面变化测量装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种焦面变化测量方法与装置，测量方法包括以下步骤：进入参考状态，标定参考曝光焦面的位置；更新基石相对所述参考曝光焦面的倾斜；进行参考掩模对准，获得参考对准焦面变化量，计算参考对准焦面位置；工件台基准板垂向运动到参考位置，调焦调平传感器测量所述工件台基准板上参考调平点的高度及倾斜值；启动曝光流程，在基底全局调平之前，计算所述调焦调平传感器零平面的漂移量；进行实际掩模对准，计算实际对准焦面变化量，获得实际曝光焦面的位置，从而保证曝光时基底始终位于最佳焦面。

Description

一种焦面变化测量装置与方法

技术领域

本发明涉及光刻领域，且特别涉及一种焦面变化测量装置与方法。

背景技术

光刻装置主要用于集成电路IC或其它微型器件的制造，光刻装置通过投影物镜曝光，将设计的掩膜图形转移到光刻胶上，而作为光刻装置的核心元件，投影物镜的物面和镜面位置对光刻成像质量有重要影响。投影光刻机的目的是将掩模上的图形清晰地成像于涂有光刻胶的基底(硅片)上，要达到此目的必须保证基底上的曝光区域垂向位于投影物镜的最佳焦面(曝光质量最好的平面)。

最佳焦面可以通过测试确定，但是在实际曝光过程中焦面的位置会随温度、压力的变化而变化，对于掩模对准也可由调焦调平传感器控制时，公知的方法为焦面的变化量根据掩模对准结果计算得到，其中既包含了FLS零平面的漂移及实际焦面的变化。

但是对于掩模对准不能由调焦调平传感器控制而是由工件台垂向测量传感器控制时，直接通过掩模对准只能得到焦面的变化量，而调焦调平传感器零平面的变化量却没有包含进去。所以若还按照公知的方法得到最佳焦面，则得到的最佳焦面与实际的最佳焦面势必有一定的偏差，从而影响曝光质量。

发明内容

本发明主要针对掩模对准无法使用调焦调平传感器控制的情况，设定工件台垂向测量传感器的零平面是不变的，即使变化也叠加到调焦调平零平面的漂移量中，焦面变化测量思想为通过一系列测量实时得到调焦调平传感器零平面的漂移量及焦面的变化量，然后在曝光前在原曝光焦面的基础上补偿调焦调平传感器零平面的漂移量及焦面的变化量，从而得到最新最佳焦面的位置，保证曝光时焦面始终为最新焦面。

为了达到上述目的，本发明提出一种焦面变化测量方法，包括以下步骤：

1)进入参考状态，标定参考曝光焦面的位置；更新基石相对所述参考曝光焦面的倾斜；进行参考掩模对准，获得参考对准焦面变化量，计算参考对准焦面位置；工件台基准板垂向运动到参考位置，调焦调平传感器测量所述工件台基准板上参考调平点的高度及倾斜值；

2)启动曝光流程，在基底全局调平之前，计算所述调焦调平传感器零平面的漂移量；进行实际掩模对准，计算实际对准焦面变化量，获得实际曝光焦面的位置。

进一步的，所述参考状态下的掩模对准过程与所述曝光流程中的掩模对准过程完全相同。

进一步的，所述参考状态是硬件集成装调完，且分系统测校完成，开始整机软件集成的状态。

进一步的，在所述参考掩模对准过程和所述实际掩模对准过程中，所述工件台垂向由工件台垂向测量传感器控制。

进一步的，所述参考对准焦面位置和所述实际对准焦面位置描述在所述工件台垂向测量坐标系中，即所述参考对准焦面位置和所述实际对准焦面位置是相对所述工件台垂向测量传感器的零平面的高度及倾斜。

进一步的，所述参考对准焦面的位置等于所述参考状态之前标定的对准焦面位置与参考对准焦面变化量之和。

进一步的，所述计算调焦调平传感器零平面的漂移量具体为所述工件台基准板垂向运动到所述调焦调平传感器可以测量到的实际位置，所述调焦调平传感器测量所述工件台基准板上实际调平点的高度及倾斜值，所述实际位置与参考位置的垂向位置相同，所述实际调平点与参考调平点的水平位置相同，所述实际调平点与参考调平点的高度值和倾斜值之差反映所述调焦调平传感器零平面的漂移量。

进一步的，将所述参考状态下获得的各个参数作为机器常数进行保存。

进一步的，实际曝光焦面的位置为参考曝光焦面位置与调焦调平传感器零平面的漂移量及实际曝光焦面变化量之和。

进一步的，所述实际曝光焦面的变化量等于掩模对准计算得到的实际对准焦面变化量。

进一步的，该方法还包括步骤3)：

在所述曝光流程中，更换其它基底后，在曝光前重复步骤2)。

本发明还提出一种焦面变化测量装置，包括光学系统，投影物镜，掩模台，调焦调平传感器，工件台，工件台基准板，工件台垂向测量传感器，基石，所述焦面变化测量装置采用上述焦面变化测量方法进行测量。

本发明通过先测量出参考状态(曝光机器硬件集成装调完准备软件集成时所处的状态)下的调焦调平传感器的读数、对准焦面位置、基石相对焦面的倾斜，然后在准备曝光前再测量调焦调平传感器的读数、对准焦面的位置，然后计算测量调焦调平传感器零平面的漂移量及焦面本身的变化量，最终实时得到最新曝光焦面，从而保证曝光时基底始终位于最佳焦面。

附图说明

图1所示为本发明较佳实施例的焦面变化测量装置结构示意图。

图2所示为本发明较佳实施例的焦面变化测量方法流程图。

图3所示为本发明较佳实施例的基底曝光流程图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

本发明提出的焦面变化测量装置如图1所示，其包括：光学系统1，掩模标记2，掩模3，掩模台4，镜头5，调焦调平传感器6，基准板对准传感器7，第一工件台基准板8，第二工件台基准板9，工件台10，工件台垂向测量传感器11，基石12。各分系统的功能及相互关系如下：光学系统1发射光源，掩模标记2位于掩模3上为掩模3对准标记，掩模3位于掩模台4上，掩模台4承载掩模3并可沿y、z向移动，掩模标记2通过镜头5成像，调焦调平传感器6测量第一工件台基准板8或第二工件台基准板9上表面的高度及倾斜值，基准板对准传感器7固定于第一工件台基准板8上，第一工件台基准板8、第二工件台基准板9固定于工件台10上，工件台垂向测量传感器11位于工件台10与基石12之间且负责测量工件台10的垂向位置，基石12位于装置的最下面用于支撑上面的分系统。

再请参考图2，图2所示为本发明较佳实施例的焦面变化测量方法流程图。本发明还提出一种焦面变化测量方法，包括以下步骤：

S1)当前参考状态下，标定参考曝光焦面的位置；

S2)当前参考状态下，更新基石相对曝光焦面的倾斜；

S3)当前参考状态下，进行掩模对准；

S4)当前参考状态下，获得参考对准焦面变化量，计算对准焦面位置；

S5)当前参考状态下，工件台垂向测量传感器控制高度、倾斜，将工件台基准板垂向带到参考位置，调焦调平传感器测量工件台基准板上参考调平点的高度及倾斜值，并记录此时调焦调平传感器及工件台垂向测量传感器的读数，所述参考状态下获得的各个参数作为机器常数进行保存；

S6)启动曝光流程，在曝光流程的基底全局调平之前，再利用工件台垂向测量传感器控制高度及倾斜，使得工件台基准板垂向运动到调焦调平传感器可以测量到的实际位置，调焦调平传感器测量工件台基准板上实际调平点的高度及倾斜值，并记录此时调焦调平传感器的垂向测量值，实际位置与参考位置的垂向位置相同，实际调平点与参考调平点的水平位置相同；

S7)根据参考状态下的调焦调平传感器的读数及当前状态下的读数，计算调焦调平传感器零平面的漂移量，实际调平点与参考调平点的高度值和倾斜值之差反映调焦调平传感器零平面的漂移量；

S8)在曝光流程的过程中，进行掩模对准，根据对准结果与对准期望位置计算对准焦面变化量，参考状态下的掩模对准过程与曝光流程中的掩模对准过程完全相同；

S9)根据参考状态的曝光焦面位置、焦面变化量及调焦调平传感器零平面的漂移量，计算当前曝光焦面的位置。

根据本发明较佳实施例，所述参考状态是硬件集成装调完，且分系统测校完成，开始整机软件集成的状态。

所述掩模对准过程中工件台垂向由工件台垂向测量传感器控制进行对准，得到对准焦面的变化量。

所述对准焦面位置描述在工件台垂向测量坐标系中，即对准焦面的位置是相对工件台垂向测量传感器的零平面的高度及倾斜，对准焦面的位置等于参考状态之前标定的对准焦面位置与焦面变化量之和。

所述工件台垂向测量传感器控制工件台垂向运动，运动到的目标位置为所述调焦调平传感器可以测量高度及倾斜。

所述步骤S6中工件台垂向测量传感器的垂向位置与步骤S5中的工件台垂向测量传感器的垂向位置完全相同，步骤S6中基准板上的调平点的水平位置与步骤S5中的基准板上的调平点的水平位置也完全相同。

所述调焦调平传感器测量的基准板是工件台上的同一块基准板，测量点也是同一个测量点，且基准板测量点的垂向物理位置完全相同，两者测量的差值反映调焦调平传感器零平面的漂移量。

所述步骤S8中掩模对准流程与步骤S3中的掩模对准流程完全相同，掩模对准给出当前状态下的对准焦面变化量，实际曝光焦面的位置为参考曝光焦面位置与调焦调平传感器零平面的漂移量及实际曝光焦面变化量之和。

所述曝光焦面的变化量等于掩模对准计算得到的对准焦面变化量。

本发明通过先测量出参考状态(曝光机器硬件集成装调完准备软件集成时所处的状态)下的调焦调平传感器的读数、对准焦面位置、基石相对焦面的倾斜，然后在准备曝光前再测量调焦调平传感器的读数、对准焦面的位置，然后计算测量调焦调平传感器零平面的漂移量及焦面本身的变化量，最终实时得到最新曝光焦面，从而保证曝光时基底始终位于最佳焦面(具体流程参见图2)。其中，参考对准焦面位置和实际对准焦面位置描述在工件台垂向测量坐标系中，即参考对准焦面位置和实际对准焦面位置是相对工件台垂向测量传感器的零平面的高度及倾斜。

具体方法如下：

1.当前参考状态下，标定参考曝光焦面的位置，记为z_{exp_ref}、Rx_{exp_ref}、Ry_{exp_ref}标定方法参见在先专利(专利号为200710171608.0)，为机器常数。

2.当前参考状态下，因为曝光焦面变化导致基石倾斜变化，更新基石倾斜，记为：Rx_stone及Ry_stone；

Rx_stone＝Rx_{stone_old}+(Rx_{exp_ref}-Rx_{exp_ref_old})  (1)

Ry_stone＝Ry_{stone_old}+(Ry_{exp_rer}-Ry_{exp_ref_old}) (2)

其中，Rx_{exp_ref_old}及Ry_{exp_ref_old}分别为参考状态之后的曝光焦面高度及倾斜值，Rx_{stone_old}、Ry_{stone_old}为当前参考状态标定之前基石的倾斜值，基石倾斜也为机器常数，该机器常数在工件台返回位置时使用。

3.当前参考状态下，进行掩模对准(与曝光过程中的掩模对准流程完全相同)，对准过程中工件台垂向始终由工件台垂向测量传感器控制，并根据对准结果计算对准焦面的变化量，记为z_{RA_drift}、Ry_{RA_drift}；

4.当前参考状态下，计算对准焦面位置(相对工件台垂向测量传感器零平面)，对准焦面位置记为z_{RA_ref}、Ry_{RA_ref}，对准焦面的倾斜Rx_{RA_ref}始终与曝光焦面的Rx_{exp_ref}相等，由于基石倾斜的变化，对准焦面的Ry_{RA_ref}也受基石倾斜变化的影响；

z_{RA_ref}＝z_{RA_ref_old}+z_{RA_drift} (3)

Ry_{RA_ref}＝Ry_{RA_ref_old}+Ry_{RA_drift}-(Ry_{exp_ref}-Ry_{exp_ref_old})  (4)

z_{RA_ref_old}、Ry_{RA_ref_old}为当前参考状态标定之前的对准焦面位置。由于对准焦面的变化量与曝光焦面变化量相同，所以(4)式可以简化为：

Ry_{RA_ref}＝Ry_{RA_ref_old}  (5)

z_{RA_ref}、Ry_{RA_ref}为机器常数，该机器常数在第6步曝光流程的掩模对准时使用。

5.当前参考状态下，工件台垂向测量传感器控制高度、倾斜，将工件台基准板垂向带到一定的位置，调焦调平传感器测量工件台基准板上一点的高度及倾斜值，并将该高度及倾斜值作为机器常数保存，记为z_{FLS_ref}、Rx_{FLS_ref}、Ry_{FLS_ref}，当前工件台的垂向位置也为机器常数，记为z_{WS_ref}、Rx_{WS_ref}、Ry_{WS_ref}，由于基石倾斜更新后，当前工件台垂向位置与参考状态之前工件台垂向位置Rx_{WS_ref_old}、Ry_{WS_ref_old}关系为：

Rx_{WS_ref}＝Rx_{WS_ref_old}  (6)

Ry_{WS_ref}＝Ry_{WS_ref_old}-Ry_{RA_drift}  (7)

6.启动曝光流程(曝光流程参见图3，分别进行基底全局调平S10，硅片对准S20，掩模对准S30，进行曝光S40)，在曝光流程的基底全局调平之前，再利用工件台垂向测量传感器控制高度及倾斜(与第5步计算的z_{WS_ref}、Rx_{WS_ref}、Ry_{WS_ref}相同)，调焦调平传感器测量第二工件台基准板上同一点(与第5步测量的工件台基准板上一点水平位置相同)的高度及倾斜值，记为Z_{FLS_meas}、Rx_{FLS_meas}、Ry_{FLS_meas}；

7.根据第5步及第6步的调焦调平传感器的测量值，计算调焦调平传感器零平面的漂移量，记为z_{FLS_zero_drift}、Rx_{FLS_zero_drift}、Ry_{FLS_zero_drift}计算公式如下：

z_{FLS_zero_drift}＝z_{FLS_meas}-z_{FLS_ref}   (8)

Rx_{FLS_zero_drift}＝Rx_{FLS_meas}-Rx_{FLS_ref} (9)

Ry_{FLS_zero_drift}＝Ry_{FLS_meas}-Ry_{FLS_ref} (10)

8.在曝光流程的过程中，进行掩模对准，根据对准结果与对准期望位置计算对准焦面变化量。掩模对准过程为：掩模上的对准标记经过透镜成像，工件台垂向测量传感器控制高度及倾斜控制工件台运动，工件台带动第一工件台基准板运动，而第一工件台基准板又带动其上的对准传感器运动进行对准。因为对准过程是工件台垂向传感器控制，所以对准计算出的焦面变化量仅仅是焦面的变化量不包含调焦调平传感器、当前工件台垂向测量传感器零位的变化量，记为z_{RA_drift_current}、Ry_{RA_drift_current}，与第3步的对准焦面的变化量含义相同，但是两者分别表示不同时刻的对准焦面漂移量，所以两者在数值上可能是不相等的；

9.曝光焦面变化量等于对准焦面变化量，记为z_{exp_drift}、Ry_{exp_drift}，表达式为：

z_{exp_drift}＝z_{RA_drif_current} (11)

Ry_{exp_drift}＝Ry_{RA_drift_current} (12)

10.当前实际曝光焦面的位置，记为z_{exp_act}、Rx_{exp_act}、Ry_{exp_act}，等于参考状态下的曝光焦面位置与调焦调平传感器零平面的漂移量及实际曝光焦面变化量之和，表达式为：

z_{exp_act}＝z_{exp_ref}+z_{zero_drift}+z_{exp_drift}  (13)

Rx_{exp_act}＝Rx_{exp_ref}+Rx_{zero_drift}  (14)

Ry_{exp_act}＝Ry_{exp_ref}+Ry_{zero_drift}+Ry_{exp_drift}  (15)

11.若曝光一组属性相同的基底，则可在每片基底曝光之前重复第6、7、8、9、10步骤得到当前状态下的最新焦面位置。

12.若需要优化产率，可仅对一组属性相同的基底的第一片基底全局调平之前测量调焦调平传感器零平面的漂移量，若不需优化产率可对所有基底测量调焦调平传感器零平面的漂移量。

13.若需要更新参考状态则，需重复第1、2、3、4、5步，进行重新标定焦面、更新基石倾斜、更新对准焦面位置及记录工件台处于某一位位置处的调焦调平传感器及工件台垂向测量传感器的读数。

综上所述，本发明通过先测量出参考状态(曝光机器硬件集成装调完准备软件集成时所处的状态)下的调焦调平传感器的读数、对准焦面位置、基石相对焦面的倾斜，然后在准备曝光前再测量调焦调平传感器的读数、对准焦面的位置，然后计算测量调焦调平传感器零平面的漂移量及焦面本身的变化量，最终实时得到最新曝光焦面，从而保证曝光时基底始终位于最佳焦面。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种焦面变化测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)进入参考状态，标定参考曝光焦面的位置；更新基石相对所述参考曝光焦面的倾斜；进行参考掩模对准，获得参考对准焦面变化量，计算参考对准焦面位置；工件台基准板垂向运动到参考位置，调焦调平传感器测量所述工件台基准板上参考调平点的高度及倾斜值；

2)启动曝光流程，在基底全局调平之前，计算所述调焦调平传感器零平面的漂移量；进行实际掩模对准，计算实际对准焦面变化量，获得实际曝光焦面的位置，其中，实际曝光焦面的位置为参考曝光焦面位置与调焦调平传感器零平面的漂移量及实际曝光焦面变化量之和，所述实际曝光焦面的变化量等于掩模对准计算得到的实际对准焦面变化量。

2.根据权利要求1所述的焦面变化测量方法，其特征在于，所述参考状态下的掩模对准过程与所述曝光流程中的掩模对准过程完全相同。

3.根据权利要求1所述的焦面变化测量方法，其特征在于，所述参考状态是硬件集成装调完，且分系统测校完成，开始整机软件集成的状态。

4.根据权利要求1所述的焦面变化测量方法，其特征在于，在所述参考掩模对准过程和所述实际掩模对准过程中，所述工件台垂向由工件台垂向测量传感器控制。

5.根据权利要求4所述的焦面变化测量方法，其特征在于，所述参考对准焦面位置和所述实际对准焦面位置描述在所述工件台垂向测量坐标系中，即所述参考对准焦面位置和所述实际对准焦面位置是相对所述工件台垂向测量传感器的零平面的高度及倾斜。

6.根据权利要求1所述的焦面变化测量方法，其特征在于，所述参考对准焦面的位置等于所述参考状态之前标定的对准焦面位置与参考对准焦面变化量之和。

7.根据权利要求1所述的焦面变化测量方法，其特征在于，所述计算调焦调平传感器零平面的漂移量具体为所述工件台基准板垂向运动到所述调焦调平传感器可以测量到的实际位置，所述调焦调平传感器测量所述工件台基准板上实际调平点的高度及倾斜值，所述实际位置与参考位置的垂向位置相同，所述实际调平点与参考调平点的水平位置相同，所述实际调平点与参考调平点的高度值和倾斜值之差反映所述调焦调平传感器零平面的漂移量。

8.根据权利要求1所述的焦面变化测量方法，其特征在于，将所述参考状态下获得的各个参数作为机器常数进行保存。

9.根据权利要求1所述的焦面变化测量方法，其特征在于，还包括步骤3)：

在所述曝光流程中，更换其它基底后，在曝光前重复步骤2)。