CN103365125B - 一种工艺基底边缘场的调平方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种工艺基底边缘场的调平方法，本发明首先将工艺图像的形状测量出来，在曝光时首先将特征图像的测量值补偿掉，然后再利用前馈调平法进行边缘场曝光本发明中使用的前馈调平不要求参考场或参考区域必须都在基底上，参考场也可以部分在基底上部分在基底外。通过本发明的技术方案，当对具有特殊工艺的基底的边缘场进行调平时，即使调焦调平光斑的测量值与工艺图形形状相关，也能获得很好的调平效果，从而使得边缘场获得很好的曝光效果。

Description

一种工艺基底边缘场的调平方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种用于光刻设备的工艺基底边缘场的调平方法。

背景技术

随着半导体行业的发展，基底的尺寸越来越大，分辨率越来越高，而焦深越来越小，要求基底曝光面积越来越大。这是因为一块基底曝的场越多即曝光的面积越大，则划分出的曝光场就越多，这样就意味着更节约成本，但是由于调焦调平传感器往往不能测量基底边缘，导致边缘场往往超出焦深，曝光效果非常差。

在先专利US6818365B2描述了前馈调平的方法，当边缘场不能直接利用调焦调平传感器进行调平曝光时，则利用与它相近的区域或参考场（该场只进行测量不真正曝光，且该场为调焦调平传感器始终可以测量的场）的调平参数来外推边缘场的调平参数进行实际的曝光。对于表面形貌相对比较平滑的基底来说，由于不同的区域基底的形貌区别不大，用该种方法可以很好的进行边缘场曝光。但是对于具有一定特殊工艺（例如：铜工艺）的基底上的边缘场，尤其当调焦调平传感器的光斑测量值与基底上的工艺图形形状相关时，边缘场直接利用参考场或参考区域的调平参数进行曝光就不能达到理想的效果。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种工艺基底边缘场的调平方法，能直接利用参考场或参考区域的调平参数进行曝光并达到理想的效果。

本发明公开一种工艺基底边缘场的调平方法，其特征在于，包括：步骤一：基底划分为若干曝光场，所述曝光场分为内场和所述边缘场，测量部分所述曝光场的特征图形，即在部分曝光场上沿同一方向采样高度值及倾斜值，记为z _j 、Rx _j 、Ry _j ，j表示某个采样点；步骤二：根据采样的每个曝光场内采样点的数量，分别计算所述采样点的高度值及倾斜值的平均值                                               、、，分别计算每个曝光场所述采样点的高度值及倾斜值和所述平均值的差值 z、 Rx、 Ry；步骤三：根据采样的曝光场的数量，对所述差值进行平均得到差值平均值、、；步骤四：开始曝光，当曝光到边缘场时内沿所述同一方向采样高度值及倾斜值z _j 、Rx _j 、Ry _j ；步骤五：将步骤三的差值平均值补偿至步骤四的高度值及倾斜值上，得到实际值、、；步骤六：根据步骤五所获得的实际值计算所述边缘场曝光所需的垂向参考参数、垂向调平参数；步骤七：根据所述垂向调平参数对所述边缘场进行垂向控制和调焦调平。

更进一步地，该步骤一和步骤四的采样间距相同。

更进一步地，该步骤一和步骤四的采样间距不同，步骤五中要对步骤四的高度值及倾斜值采用线性插值法换算后再进行补偿。

更进一步地，该步骤一中等间距的取值范围为0.1mm至1mm。

更进一步地，该步骤二中所述差值平均值、、的计算公式如下：

，，；

，，；

，，；

其中，i为第i个采样的曝光场， n为采样的曝光场的数量，j为第j个采样点，m为曝光场内采样点的数量。

更进一步地，该步骤五中所述的补偿后的实际值为：

；

；

；

其中，z _j 、Rx _j 、Ry _j 分别为步骤四中的高度值及倾斜值。

更进一步地，该步骤一中当对所述部分曝光场中的边缘场进行采样时，所述边缘场大小应当能使采样区域沿采样方向大于等于一定长度，并且该长度能满足调焦调平的精度需求，否则将不对所述边缘场进行采样和计算；当所述边缘场能满足所述精度需求时，则仅对满足需求的所述边缘场进行采样和计算。其中，所述长度大于等于4mm。

与现有技术相比较，本发明首先将工艺图像的形状测量出来，在曝光时首先将特征图像的测量值补偿掉，然后再利用前馈调平法进行边缘场曝光本发明中使用的前馈调平不要求参考场或参考区域必须都在基底上，参考场也可以部分在基底上部分在基底外。通过本发明的技术方案，当对具有特殊工艺的基底的边缘场进行调平时，即使调焦调平光斑的测量值与工艺图形形状相关，也能获得很好的调平效果，从而使得边缘场获得很好的曝光效果。

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是具有特征工艺的基底的结构示意图；

图2是调焦调平传感器的测量值随工艺图形变换的示意图；

图3是本发明所示出的边缘场调平装置的结构示意图；

图4是基底上曝光场分布的结构示意图；

图5是本发明所涉及的工艺基底边缘场调平方法的流程图。

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用于工艺基底边缘场的调平方法。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向”一词主要指与水平向平行的方向；“Y向”一词主要指与水平向平行，且与X向垂直的方向；“Z向”一词主要指与水平向垂直，且与X、Y向均垂直的方向。

 现有技术中所使用的基底如图1所示，图1为具有特征工艺的基底的结构示意图。在图1中，阴影部分是曝光场上的特征图像。对于具有特征工艺的基底（参见图1），本来曝光场表面是平面或起伏很小的平面，但是如果选取的调焦调平传感器的光斑测量值与工艺图形有关，那么调焦调平传感器的测量值是起伏变化很大的值。如图2中所示，图2是调焦调平传感器的测量值随工艺图形变换的示意图。在图2中，虚线是调焦调平传感器的读数（current fls measure value），实线是调焦调平系统的实际值（actual fls measure value）。这时若直接使用现有技术中的根据参考区域的调平参数进行调平，边缘场会超出焦深。

由于基底上的曝光场内具有特征图形，且每个曝光场内的特征图像分布相同。本发明首先将工艺图像的形状测量出来，在曝光时首先将特征图像的测量值补偿掉，然后再利用前馈调平法进行边缘场曝光，但是与在先专利不同的是，本发明中使用的前馈调平不要求参考场或参考区域必须都在基底上，参考场也可以部分在基底上部分在基底外，只要参考区域在扫描方向的距离大于等于一定长度（该长度以能满足精度需求为准，优选为4mm）即可。

值得注意的是，由于光斑的测量值与工艺图形有关，所以本发明提出的测量特征图形的方法在测量时不能进行光斑切换，即调焦调平所有光斑有效的区域，也就是所有光斑都能落在基底上的区域才可以成为调焦调平可以测量的区域。

如图3中所示，图3是本发明所示出的边缘场调平装置的结构示意图。图3中，光源1发出的光束经过投影物镜2被投射至基底4上，基底4由一运动台5支撑，工件台5同时提供六个自由度的运动。调焦调平传感器3被布置于该基底4的侧上方。垂向测量传感器6位与基石7上方，用于测量工件台5的垂向位置。

图4是基底上曝光场分布的结构示意图。如图4中所示，小方块代表一个个曝光场。O是曝光区域的坐标中心，a、b、c、d是其中几个位于曝光区域内场的曝光场，简称“内场”，g、f、e是位于曝光区域边缘的曝光场，简称“边缘场”。

本发明提出一种针对具有特殊工艺的基底且调焦调平光斑的测量值与工艺图形形状相关的边缘场调平方法。该调平方法包括：利用调焦调平传感器控制高度及倾斜，工件台垂向测量传感器测量，对基底上的内场或边缘场进行测量，并每隔一定距离进行采样；记录每个场的每个采样点处的工件台垂向测量传感器测量出的高度及倾斜，记为(zj，Rxj，Ryj)，j表示某个采样点；根据采样点的测量值，计算每个场的所有采样点的平均值；计算每个场内的每个采样点的原始测量值与平均值之间的差值；根据多个场的采样点位置处的采样值差值( z， Rx， Ry)，对多个场对应位置处的采样点进行平均；由于曝光场的扫描方向不同，采样点的测量值可能有所延迟，所以计算向上（y轴正向）以及向下（y轴负向）两个扫描方向的的采样差值的平均值；曝光过程中，在调焦调平传感器垂向控制下，进行曝光并记录工件台垂向测量传感器的测量值）；根据扫描方向不同，记录的每个场的每个采样点的工件台垂向测量传感器的测量值的基础上补偿采样差值的平均值；计算边缘场曝光所需的参考参数；根据参考参数计算边缘场曝光时所需的垂向调平参数；根据垂向调平参数，利用工件台垂向测量传感器进行垂向控制进行调焦调平。

本发明首先利用调焦调平传感器测量特征图形，然后补偿特征图形的测量值，最后再进行前馈调平。以下将结合图5详细说明该边缘场调平方法。

如图5中所示，S1：测量基底上的特征图形。该步骤具体为：调焦调平传感器3（在光刻机中的位置如图3所示）控制高度及倾斜，工件台垂向测量传感器测量基底4(具体参见图3)上多个内场（高度及倾斜始终都是由调焦调平控制的曝光场，比如图4中的a、b、c、d场）的特征图形，即在内场每隔一定距离(采样间距可根据实际特征图形的情况确定，一般取值:0.1mm-1.0mm)的位置处采样。

S2：记录每个采样点的工件台垂向传感器的测量值。该步骤具体为：记录每个采样点处的工件台垂向测量传感器6（参见图3）测量出的高度及倾斜，记为(zj，Rxj，Ryj)，j表示某个采样点。

S3：计算一个场内所有采样点测量值的平均值。该步骤具体为：根据第2步记录的采样点的测量值，计算每个场的所有采样点的平均值：

                    公式一

                  公式二

                  公式三

其中，j表示第j个采样点。

S4：计算曝光场内每个采样点与平均值的差值。由于每个场的局部低阶面形不同，所以每个采样点原始测量值与平均值之间的差值才反映了特征图形分布，但是里面也包含了高阶硅片面形。

该步骤具体为：计算每个场内的每个采样点的原始测量值与平均值之间的差值：

                  公式四

              公式五

              公式六。

S5：由于曝光场的扫描方向不同，同个采样点的测量值可能不同，所以计算所有扫描方向相同的场的平均值。由于所述的差值中既包含了特征图形又包含了每个场的高阶面形，且每个场的特征图形分布相同，所以可以通过多个场测量值取平均值的方法得到最终的特征图形分布。该步骤具体为：根据多个场的采样点位置处的采样值差值( z， Rx， Ry)，对多个场对应位置处的采样点进行平均：

                 公式七

                公式八

                公式九

其中，i表示第i个场，j表示第j个采样点。

由于曝光场的扫描方向不同，采样点的测量值可能有所延迟，所以计算两个扫描方向的特征图形，两个方向指的是向上和向下扫描，向上的意思是沿扫描方向正向，而向下反之，这里计算两个方向的特征图形以供不同扫描方向的参考场使用。针对方向向上及向下扫描的测量场分别按照公式七、公式八及公式九计算平均值，即公式中场的个数分别为扫描方向向上的场的个数及扫描方向向下的场的个数，将扫描方向向上的平均值记为、、，扫描方向向下的平均值记为、。

S6：曝光过程中，记录调焦调平传感器可测量的曝光场采样点的工件台垂向传感器测量值。该步骤具体为：曝光过程中，对内场或边缘场（即调焦调平传感器测量区域在扫描方向大于等于一定长度的边缘场，该长度以能满足精度需求为准，优选为4mm）在调焦调平传感器3垂向控制下，记录工件台垂向测量传感器6的测量的高度和倾斜（每隔一定距离采一个值，采样间隔可以与S1步相同也可以不同）。测量采样点的水平位置。曝光场可以为内场也可以为边缘场本身，当边缘场只要具备调焦调平可测量区域沿扫描方向大于等于一定长度（以能满足精度需求为准，优选为4mm）即可做为其本身的参考场，当边缘场本身可以做为参考场的情况下优先选择本身。

S7：将S5步计算得到的平均值补偿到S6中的测量值中，得到实际值，即真正前馈需要的参考数据。该步骤具体为：根据扫描方向不同，在记录的每个场的每个采样点的工件台垂向测量传感器的测量值的基础上补偿S5计算得到的采样差值的平均值，获得以下实际值；

或               公式十

或       公式十一

或       公式十二

其中，以上3式中的、、或、、，根据S1的采样间隔与S6的采样间隔之间关系得到，若两者的采样间隔相同，则直接使用S5计算得到值，若采样间隔不同，则根据S1的采样值使用线性插值法进行计算S6所述的采样间隔的测量值，进而得到所述差值的平均值。

S8：计算参考数据，在边缘场曝光时利用参考数据进行前馈计算。该步骤具体为：利用S7计算出的所有采样点的实际值，计算曝光所需的垂向参考参数。当采样点个数大于1时，dz/dy计算使用最小二乘法拟合得到，计算公式参见公式十九，其中xj和yj为采样点的水平位置。

                                               公式十三

                                       公式十四

                                       公式十五

                                            公式十六

                                            公式十七

                                       公式十八

                    公式十九

根据计算获得的垂向参考参数，计算曝光时所需的垂向调平参数：

                     公式二十

                                            公式二十一

                                            公式二十二

根据垂向调平参数，利用工件台垂向测量传感器进行垂向控制进行调焦调平。边缘场调平使用工件台垂向测量传感器进行垂向控制，对于具有特征图形且光斑测量值变化比较大的内场来说，也可以使用以上调平方法进行调平，从而使调平更稳定。

与现有技术相比较，本发明首先将工艺图像的形状测量出来，在曝光时首先将特征图像的测量值补偿掉，然后再利用前馈调平法进行边缘场曝光。本发明中使用的前馈调平不要求参考场或参考区域必须都在基底上，参考场也可以部分在基底上部分在基底外。通过本发明的技术方案，当对具有特殊工艺的基底的边缘场进行调平时，即使调焦调平光斑的测量值与工艺图形形状相关，也能获得很好的调平效果，从而使得边缘场获得很好的曝光效果。

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 (7)

1.一种工艺基底边缘场的调平方法，其特征在于，包括：

步骤一：基底划分为若干曝光场，所述曝光场分为内场和所述边缘场，测量部分所述曝光场的特征图形，即在部分曝光场上沿同一方向采样高度值及倾斜值，记为z_j、Rx_j、Ry_j，j表示某个采样点；

步骤二：根据采样的每个曝光场内采样点的数量，分别计算所述采样点的高度值及倾斜值的平均值分别计算每个曝光场所述采样点的高度值及倾斜值和所述平均值的差值Δz_j、ΔRx_j、ΔRy_j；

步骤三：根据采样的曝光场的数量，对所述差值进行平均得到差值平均值

步骤四：开始曝光，当曝光到边缘场内时沿所述同一方向采样高度值及倾斜值z_j、Rx_j、Ry_j；

步骤五：将步骤三的差值平均值补偿至步骤四的高度值及倾斜值上，得到实际值z_{atc_j}、Rx_{atc_j}、Ry_{atc_j}；

步骤六：根据步骤五所获得的实际值计算所述边缘场曝光所需的垂向参考参数、垂向调平参数；

步骤七：根据所述垂向调平参数对所述边缘场进行垂向控制和调焦调平。

2.如权利要求1所述的调平方法，其特征在于，所述步骤一和步骤四的采样间距相同。

3.如权利要求1所述的调平方法，其特征在于，所述步骤一和步骤四的采样间距不同，步骤五中要对步骤四的高度值及倾斜值采用线性插值法换算后再进行补偿。

4.如权利要求1所述的调平方法，其特征在于，所述步骤三中所述差值平均值 的计算公式如下：

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{z}}_j=\frac{\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δz}}_{\mathrm{ij}}}{n},{\mathrm{\Δz}}_j=z_j-\stackrel{\‾}{z},\stackrel{\‾}{z}=\frac{\underset{j=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_j}{m};$

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{R}x}_j=\frac{\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔRx}}_{\mathrm{ij}}}{n},{\mathrm{\ΔRx}}_j={\mathrm{Rx}}_j-\stackrel{\‾}{R}x,\stackrel{\‾}{R}x=\frac{\underset{j=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Rx}}_j}{m};$

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{R}y}_j=\frac{\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔRy}}_{\mathrm{ij}}}{n},\mathrm{\ΔR}{y}_j={\mathrm{Ry}}_j-\stackrel{\‾}{R}y,\stackrel{\‾}{R}y=\frac{\underset{j=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Ry}}_j}{m};$

其中，i为第i个采样的曝光场，n为采样的曝光场的数量，j为第j个采样点，m为曝光场内采样点的数量。

5.如权利要求2或3所述的调平方法，其特征在于，所述采样间距的取值范围为0.1mm至1mm。

6.如权利要求4所述的调平方法，其特征在于，所述步骤五中所述的补偿后的实际值为：

$z_{\mathrm{atc}\_j}=z_j-\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{z}}_j;$

${\mathrm{Rx}}_{\mathrm{atc}\_j}={\mathrm{Rx}}_j-\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{R}x}_j;$

${\mathrm{Ry}}_{\mathrm{atc}\_j}={\mathrm{Ry}}_j-\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{R}y}_j;$

其中，z_j、Rx_j、Ry_j分别为步骤四中的高度值及倾斜值。

7.如权利要求1所述的调平方法，其特征在于，所述步骤一中当对所述部分曝光场中的边缘场进行采样时，所述边缘场大小应当能使采样区域沿采样方向大于等于4mm，否则将不对所述边缘场进行采样和计算；当所述边缘场能满足精度需求时，则仅对满足需求的所述边缘场进行采样和计算。