CN103365096A

CN103365096A - 用于光刻设备的调焦调平系统及测量方法

Info

Publication number: CN103365096A
Application number: CN2012100832776A
Authority: CN
Inventors: 李志丹; 程雪; 陈飞彪
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: CN103365096B

Abstract

本发明公开一种用于光刻设备的调焦调平系统，用以测量基底测量区域的位置信息，包括：光源，用于提供一光束；投影单元，用于使该光束照射于该基底并形成一反射光束；探测单元，用于探测该反射光束以生成一电信号；信号处理单元，用于处理该电信号，以获得该基底测量区域的位置信息；控制单元，接收该信号处理单元传送的该基底测量区域的位置信息，用于实现硅片位姿的调整控制；该探测单元探测分为静态测量方式和动态测量方式，根据工件台坐标的变化量与阙值的关系选择适用的测量方式。

Description

用于光刻设备的调焦调平系统及测量方法

技术领域

本发明涉及集成电路装置制造领域，尤其涉及一种用于光刻设备的调焦调平系统及测量方法。

背景技术

光刻机是一种应用于集成电路制造的装备，该装备的用途包括但不限于：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。

投影光刻机是一种把掩模上的图案通过物镜投影到硅片上表面的装置。在投影曝光设备中，必须有自动调焦控制系统把硅片面精确带入到指定的曝光位置，实现该系统有多种不同的技术方案。目前比较常用的是基于扫描反射镜的非接触式光电测量技术，其测量原理为使用扫描反射镜对光信号进行调制，再通过位置传感器（PSD）电路抽取1f信号的强度，从而获得被测对象表面的高度信息。该测量方法具有很高的信噪比，调焦调平系统可以获得较高的重复精度。然后该测量方法对被测对象表面反射率的局部不均匀性很敏感，调焦调平系统的复现性较差。

公开日期为2002年4月30日美国专利US6381004中提供了一种提高工艺适应性的方法，即将最终的测量结果经过一个时域低通滤波器，滤除由工艺图形引起的高频成分，从而提高测量精度，此种方法在连续扫猫的过程中是非常有效的，但是在步进光刻设备却不适用。因此，现有技术中亟需要一种调焦调平系统，既能提高复现性，又能同时适用于静态测量和动态测量工况。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明公开一种用于光刻设备的调焦调平系统及测量方法，该技术方案能提高测量复现性，并能同时适用于静态测量和动态测量工况。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于光刻设备的调焦调平系统，用以测量基底测量区域的位置信息，其特征在于，包括：光源，用于提供一光束；投影单元，用于使该光束照射于该基底并形成一反射光束；探测单元，用于探测该反射光束以生成一电信号；信号处理单元，用于处理该电信号，以获得该基底测量区域的位置信息；控制单元，接收该信号处理单元传送的该基底测量区域的位置信息，用于实现硅片位姿的调整控制；该探测单元探测分为静态测量方式和动态测量方式，根据工件台坐标的变化量与阙值的关系选择适用的测量方式。

更进一步地，该信号处理单元包括一低通滤波器，其仅在该动态测量时使用。

本发明同时公开一种投影曝光设备，其特征在于，包括：一照明单元，用于提供曝光光束；一掩模台，用于支撑一掩模；一工件台，用于支撑一基底并提供六自由度运动；一投影物镜，用于将掩模上图形投射至基底；一位置测量单元，用于测量基底位置信息；该位置测量单元包括静态测量方式和动态测量方式，根据工件台坐标的变化量与阙值的关系选择适用的测量方式。

更进一步地，该位置测量单元包括一低通滤波器，该低通滤波器仅在该动态测量时使用。

本发明同时一种用于光刻设备的测量方法，用以测量基底测量区域的位置信息，其特征在于，包括：一光源提供一光束，该光束照射于该基底并形成一反射光束；探测该反射光束产生一原始高度值fHnow，判断是否为第一次采集，若不为第一采集

则将该探测分为静态测量过程和动态测量过程；处理该电信号以获得该基底测量区域的位置信息。

更进一步地，当是第一次采集，将该原始高度值fHnow赋予参考量gsStaticRef，并获得动态测量结果gsMeasResult。

更进一步地，该将该探测分为静态测量过程和动态测量过程包括：判断工件台的X、Y坐标的变化是否小于阈值，若小于阈值则认为当前处于静态测量过程，若大于阈值则认为当前处于动态测量过程。

更进一步地，该动态测量过程具体包括：

步骤a1：对原始高度值fHnow进行低通滤波，记录滤波后的测量结果gsMeasResult；

步骤a2：将原始高度值fHnow赋予参考量gsStaticRef；

步骤a3：获得动态测量结果gsMeasResult。

更进一步地，该静态测量过程具体包括：

步骤b1：计算原始高度值fHnow和参考量gsStaticRef之差，记作fHstate；

步骤b2：滤波后的测量结果gsMeasResult减去fHstate即为静态测量结果gsMeasResult。

与现有技术相比较，本发明所提供的调焦调平系统及测量方法将现有技术中的测量过程分为静态测量和动态测量，并对动态测量获得的高度位置信息进行低通滤波，能提高调焦调平传感器在测量带有图形工艺的硅片时的测量精度的方法，并同时适用与静态测量和动态测量工况。

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是本发明所涉及的调焦调平测量的流程图；

图3是本发明所涉及的调焦调平系统的光斑布置示意图；

图4是静态测量时调焦调平系统的有效测量光斑布置示意图；

图5是动态测量时调焦调平系统的有效测量光斑布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的一种具体实施例的步进光刻设备及光刻曝光方法。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其

他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。此外，在以下描述中所使用的“X轴或X向”一词主要指于水平向平行的坐标轴或方向；“Y轴或Y向”一词主要指与水平向平行同时与X轴垂直的坐标轴或方向。

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。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。在获得多点测量高度的基础上，利用最小二乘法拟合平面，求得当前硅片待曝光区域上表面的位置高度，确定待曝光区域是否位于最佳焦平面；若待曝光区域不在最佳焦面，则计算最佳焦面和当前待曝光区域位置间的偏差；在上述计算值基础上，驱动被曝光目标物，并调整高度和倾斜，使待曝光区域位于最佳焦平面。

本发明所涉及调焦调平系统，用以测量基底测量区域的位置信息，包括：光源，用于提供一光束；投影单元，用以使所述光束照射于所述基底并形成一反射光束；探测单元，用以探测所述反射光束以生成一电信号；信号处理单元，用以处理所述电信号，以获得所述基底测量区域的位置信息；探测单元探测分为静态测量和动态测量，所述信号处理单元包括一低通滤波器，该低通滤波器仅在动态测量时使用。

以下将结合图2中所示的流程图，详细介绍本发明公开的测量方法。

如图2中所示，步骤201，采集对应的通道测量信息。

步骤202，根据采集对应的通道测量信息产生一原始高度值fHnow。

步骤203，判断是否为第一次采集。若该判断结果为“是”进入步骤210，若该判断结果为“否”则进入步骤204。

步骤204，计算该时刻和前一时刻工件台X、Y坐标的差值，并设定阈值XIFMΔ和YIFMΔ。若工件台X、Y坐标的变化量均小于阈值的话，则认为当前处于静态测量情况，此时执行步骤204。若工件台X、Y坐标的变化量至少一个大于阈值的话，则认为当前处于动态测量情况，此时执行步骤205。

步骤205，动态测量结果计算。将原始高度值fHnow进行低通滤波。

步骤207，记录滤波后的测量结果gsMeasResult，该结果即为动态测量结果，发送测量结果gsMeasResult212。

步骤208，并将原始高度值fHnow赋给一个用于静态测量分支计算的参考量gsStaticRef。

步骤204，静态测量结果计算。首先计算原始高度值fHnow和前一周期记录的参考量gsStaticRef之差，记作fHstate。

步骤206，用前一个周期的测量结果gsMeasResult0加上fHstate，即可得到静态测量是的FLS的测量结果，发送测量结果gsMeasResult212。

步骤210，将高度值fHnow赋给gsStaticRef。

步骤211，将高度值fHnow赋给gsMeasResult，该结果即为测量结果，发送测量结果gsMeasResult212。

在实际工程实现过程中，工件台水平向运动与否的判断可由单点流程进行，也可由多点处理流程进行。如果是多点流程则重复步骤201。

图3是本发明所涉及的调焦调平系统的光斑布置示意图。本发明中以5行7列光斑的多点光斑做示例性说明。如图3中所示，在曝光场内部200布置5行3列光斑30，在曝光场外部的左右两侧分别布置2列光斑。由上述信号处理流程可知，静态测量时，采用相对测量的测量，没有对测量结果进行低通滤波处理，系统的实时性比较好，故无须采用超前光斑测量，而是选择内场的若干光斑作为测量光斑，如图4所示。动态测量时，信号处理过程中有加入一个截至频率很低的低通滤波器，所以系统的延时较长，但是此调焦调平系统的对实时性要求很高，故采用超前光斑的策略进行测量，即选择内场若干光斑以及硅片扫描方向的反方向上的若干光斑。由于硅片的扫描方向不同，选择的有效测量光斑也有区别，详见图5。这样，当硅片进入曝光区域前，就已经获取其上表面的高度位置信息，经过一个截至频率很低的低通滤波器后，按获取原始测量值时刻的工件台的坐标位置将滤波后的结果缓存，当该坐标位置处的硅片到达曝光视场中心时，从缓存区中取出之前经过处理且缓存的测量结果，发往工件台参与工件台的位姿调整，从而解决系统延迟问题。

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

1.一种用于光刻设备的调焦调平系统，用以测量基底测量区域的位置信息，其特征在于，

包括：

光源，用于提供一光束；

投影单元，用于使所述光束照射于所述基底并形成一反射光束；

探测单元，用于探测所述反射光束以生成一电信号；

信号处理单元，用于处理所述电信号，以获得所述基底测量区域的位置信息；

控制单元，接收所述信号处理单元传送的所述基底测量区域的位置信息，用于实现硅片位姿的调整控制；

所述探测单元探测分为静态测量方式和动态测量方式，根据工件台坐标的变化量与阙值的关系选择适用的测量方式。

2.根据权利要求1所述的一种用于光刻设备的调焦调平系统，其特征在于，所述信号处理单元包括一低通滤波器，其仅在所述动态测量时使用。

3.一种投影曝光设备，其特征在于，包括：

一照明单元，用于提供曝光光束；

一掩模台，用于支撑一掩模；

一工件台，用于支撑一基底并提供六自由度运动；

一投影物镜，用于将掩模上图形投射至基底；

一位置测量单元，用于测量基底位置信息；

所述位置测量单元包括静态测量方式和动态测量方式，根据工件台坐标的变化量与阙值的关系选择适用的测量方式。

4.根据权利要求3所述的一种用于光刻设备的调焦调平系统，其特征在于，所述位置测量单元包括一低通滤波器，所述低通滤波器仅在所述动态测量时使用。

5.一种用于光刻设备的测量方法，用以测量基底测量区域的位置信息，其特征在于，包括：

一光源提供一光束，所述光束照射于所述基底并形成一反射光束；

探测所述反射光束产生一原始高度值fHnow，判断是否为第一次采集，若不为第一采集

则将所述探测分为静态测量方式和动态测量方式，输出测量结果电信号；

处理所述电信号以获得所述基底测量区域的位置信息。

6.如权利要求5所述的测量方法，其特征在于，当是第一次采集，将所述原始高度值fHnow赋予参考量gsStaticRef，并获得动态测量结果gsMeasResult。

7.如权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述将所述探测分为静态测量方式和动态测量方式包括：计算该时刻和前一时刻工件台X、Y坐标的差值，并分别设定阈值，判断工件台的X、Y坐标的变化是否均小于阈值，若小于阈值则认为当前处于静态测量方式，否则认为当前处于动态测量方式。

8.如权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述动态测量方式具体包括：

步骤a2：将原始高度值fHnow赋予参考量gsStaticRef；

步骤a3：获得动态测量结果gsMeasResult。

9.如权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述静态测量方式具体包括：

步骤b1：计算原始高度值fHnow和前一周期参考量gsStaticRef之差，记作fHstate；

步骤b2：前一周期的测量结果gsMeasResult0加上fHstate即为静态测量结果gsMeasResult。