CN103592820A

CN103592820A - 一种全局调平边沿扫描的装置和方法

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Publication number: CN103592820A
Application number: CN201210285811.1A
Authority: CN
Inventors: 吴飞; 王献英; 束奇伟; 孙刚; 袁志扬
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2032-08-13
Also published as: CN103592820B

Abstract

本发明提供一种全局调平边沿扫描的装置，包括：一工件台，用于承载一硅片，并为该硅片提供多个自由度运动；工件台驱动装置，用于驱动所述工件台；调焦调平装置，用以实现对硅片和调焦调平装置的标记的垂向测量并建立两者之间的关系；测量系统，用于测量所述工件台的位置；第一传输系统，用于输入信息，所述输入信息为所述测量系统测得的信息；计算器，用于根据输入的信息进行计算得出全局调平边沿扫描的初始位置；第二传输系统，用于将初始位置信号传输给所述工件台驱动装置；所述工件台驱动装置驱动所述工件台从初始位置开始进行全局调平边沿扫描，最终回到初始位置。本发明还提供一种全局调平边沿扫描的方法。

Description

一种全局调平边沿扫描的装置和方法

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机的一种全局调平边沿扫描的装置和方法。

背景技术

光刻装置是制造集成电路的主要设备，其作用是使不同的掩膜图案依次成像到基底（如半导体硅片或LCD板）上的精确对准的位置。然而这个对准位置却因为连续图形所经历的物理和化学变化而改变，因此需要一个对准系统，以保证硅片对应掩膜的对准位置每次都能够被精确的对准。随着基底每单位表面积上的电子元件数量的增长以及电子元件的尺寸合成越来越小，对集成电路的精度要求日益提高，因此依次掩膜成像在基底上的位置必须越来越准确的固定，对光刻时对准精度的要求也越来越高。

在光刻机领域中整机的产率Throughout(产率)是光刻机三大核心指标之一。为提高产率各光刻机制造商不断努力挖掘潜力，以ASML公司为首推出了TwinScan系列双工件台系统，如专利US6417914、US6665054、US6937318、US7136148、US7289194、US20020196421中所示。TwinScan系列双工件台系统在整机测量位对硅片上16个对准标记进行精对准，以提高对准精度。

在超大集成电路制造领域中，为解决复杂多点冲孔的路径优化问题，如专利US7054798所述提出一种结合旅行商问题算法（Traveling Sales Problem, TSP）对平面内单一冲孔路径进行近似计算，获得一条最短的加工路径，以此来提高加工效率。

图1是现有技术中所使用的全局调平边沿扫描（GLC）流程和算法示意图。如图1中所示，

硅片全局调平边沿扫描依据硅片边缘处n个扫描区域，采用GLC起点/终点固定，Y正向初始算法进行路径规划。它相对于三点调平方法进一步提高调平精度。该算法中以图1所示，其上一个工作位101为在TIS（传感器）板上进行同标记的对准，之后开始全局调平边沿扫描。以Y正向坐标1作为全局调平边沿扫描的起始点，随后按逆时针方向（或顺时针方向）沿硅片边缘扫描一周，回到坐标点19，坐标点1和19基本重合。然后进入下一个工作位102如1（a）所示为同硅片上粗对准标记1进行对准，如图1（b）所示为同硅片上粗对准标记2进行对准。图1中，103为全局调平边沿扫描的起始点和终止点，104为全局调平边沿扫描路径圆。

通过该方法规划出硅片的运动路径，其工件台总的行程为1218.17mm，图1中坐标点上的数字依次代表规划路径所遍历坐标点的顺序。这其中有相当大的冗余路径和行程。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种用于光刻机的一种全局调平边沿扫描的装置和方法，能有效降低硅片运动冗余路径。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种全局调平边沿扫描的装置，包括：一工件台，用于承载一硅片，并为该硅片多个自由度运动；工件台驱动装置，用于驱动所述工件台；调焦调平装置，用以实现对硅片和调焦调平装置的标记的垂向测量并建立两者之间的关系；测量系统，用于测量所述工件台的位置；第一传输系统，用于输入信息，所述输入信息为所述测量系统测得的信息；计算器，用于根据输入的信息进行计算得出全局调平边沿扫描的初始位置；第二传输系统，用于将初始位置信号传输给所述工件台驱动装置；所述工件台驱动装置驱动所述工件台从初始位置开始进行全局调平边沿扫描，最终回到初始位置。

更进一步地，该测量系统为一激光干涉仪或光栅尺或编码器传感器。

更进一步地，该工件台包括一微动台，该硅片置于该微动台顶部。

本发明同时公开一种全局调平边沿扫描的方法，包括：步骤一、输入信息；步骤二、根据输入的信息进行计算得出全局调平边沿扫描的初始位置；步骤三、将初始位置信号传输给工件台驱动装置；步骤四、工件台驱动装置驱动工件台从上一工序运动到全局调平边沿扫描的初始位置；步骤五、工件台驱动装置驱动工件台从初始位置开始进行全局调平边沿扫描，最终回到初始位置；步骤六、工件台驱动装置驱动工件台运动到下一工序。

更进一步地，所述步骤一中的输入信息包括：全局调平边沿扫描的轨迹、上一工序的最后一个位置坐标以及下一工序的第一个位置坐标。

更近一步地，所述步骤二中的初始位置是全局调平边沿扫描的轨迹与上一工序的最后一个位置坐标和下一工序的第一个位置坐标连线的交点。

更近一步地，所述全局调平边沿扫描轨迹相邻位置之间的距离计算公式为：

，其中和代表全局调平边沿扫描轨迹中任意一点的X值和Y值。

更近一步地，所述步骤四中将工件台从上一个工序的最后一个位置驱动到全局调平边沿扫描的初始位置。

更近一步地，所述步骤六中将工件台驱动到下一个工序的第一个位置。

与现有技术相比较，本发明所提供的全局调平边沿扫描方法能保证整机调平精度，全局调平边沿扫描进行先后扫描。同时提高全局调平边沿扫描效率，进而提高整机效率。全局调平边沿扫描环节效率提高2-20% , 提高整机效率 + 2 片/小时。缩短工件台运动路径，降低工件台损耗，延长整机使用寿命。可兼容45o扫描布置和Y向扫描布置FLS调焦调平传感器。

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1a和1b是现有技术中所使用的全局调平边沿扫描（GLC）轨迹示意图；

图2是光刻设备的双工件台的工作流程示意图；

图3是本发明所涉及的全局调平边沿扫描方法的流程示意图；

图4a和4b是采用本发明所涉及的全局调平边沿扫描方法的扫描轨迹示意图之一；

图5a和5b是采用本发明所涉及的全局调平边沿扫描方法的扫描轨迹示意图之二。

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全局调平边沿扫描的装置和方法。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；“Rx”指绕X向旋转，“Ry”指绕Y向旋转，“Rz”指绕Z向旋转。

现有技术中所使用的针对双工件台系统的全局调平边沿扫描（GLC）方法具有冗余路径大，行程多余的缺陷。本发明期望提出一种全局调平边沿扫描的装置和方法，对硅片全局调平边沿扫描、以及全局调平边沿扫描的上一个工位和下一个工位联合起来考虑进行优化，它是一种全局优化应用到局部流程中的优化思想方案，使其适合工件台的工作轨迹达到最短，以此提高工件台运动效率和整机产率。

图2是光刻设备的双工件台的工作流程示意图。如图2中所示，图2中所介绍的双工件台两个工作位，测量位S1和曝光位S1。该双工件台包括如下工作步骤：S11下片机械手从硅片台上取走硅片；S12.上片机械手把硅片放置于硅片台上；S13．搜索精确零位，激光干涉仪清零；S14.对准用于建立工件台坐标系 TIS对准；S15.对硅片进行全局调平边沿扫描；S16.粗对准，用于建立硅片坐标系；S17.对硅片进行逐场调平；S18.参考对准标记对硅片进行精对准；S19.两个工件台进行交换；S20.搜索精确零位，激光干涉仪清零；S21.施行同轴对准；S22.对硅片进行局部校准；S23.确定最佳焦面1；S24.确定最佳焦面2；S25.实施扫描曝光。

这种硅片的工作流程称为工序，而在每一种工序中又由若干个工位点组成，每个工位点的坐标值各异。本发明所提供的全局调平边沿扫描的装置和方法，是基于双工件台工序前提下，针对全局调平边沿扫描工位顺序的一种轨迹优化。它可以被认为是一种基于全局优化的思想，上下工作位的优化路径优化设计。

本发明所提供的全局调平边沿扫描的装置包括调焦调平装置（Focus and Level Sensor, 简称FLS）、工件台，测量系统、工件台驱动装置、传输系统合计算器。其中调焦调平系统用以实现对硅片和标记的垂向测量并建立两者之间的关系。现有技术中对调焦调平系统已有诸多介绍，如US7019815、US7116401中所公开的技术方案内容所示。工件台用于承载硅片，通常而言硅片置于工件台顶部，工件台可以为硅片提供多个自由度，如六自由度的运动。测量系统如激光干涉仪，光栅尺，Encoder等传感器，能够实现对微动台和硅片的纳米级精度的测量。

图3是本发明所涉及的全局调平边沿扫描方法的流程示意图。如图3中所示，本发明提供一种高效全局调平边沿扫描的流程和方法，该方法包括以下步骤：

步骤301、输入信息；

步骤302、根据输入的信息进行计算得出全局调平边沿扫描的初始位置；

步骤303、将初始位置信号传输给工件台驱动装置；

步骤304、工件台驱动装置驱动工件台从上一工序运动到全局调平边沿扫描的初始位置；

步骤305、工件台驱动装置驱动工件台从初始位置开始进行全局调平边沿扫描，最终回到初始位置；

步骤306、工件台驱动装置驱动工件台运动到下一工序。

步骤301、输入信息，它们包括：全局调平边沿扫描的轨迹、上一工序的最后一个位置坐标以及下一工序的第一个位置坐标。初始位置是全局调平边沿扫描的轨迹与上一工序的最后一个位置坐标和下一工序的第一个位置坐标连线的交点。

由于硅片和全局调平边沿扫描圆轨迹的半径R和圆形坐标(Xc, Yc)已知，则全局调平边沿扫描的轨迹方程式：

Figure 2012102858111100002DEST_PATH_IMAGE008

（1）

由于上一工序的最后一个工位101的坐标(

Figure 2012102858111100002DEST_PATH_IMAGE010

,

Figure 2012102858111100002DEST_PATH_IMAGE012

)已知，下一工序的第一个工位102坐标(

Figure 2012102858111100002DEST_PATH_IMAGE014

,

Figure 2012102858111100002DEST_PATH_IMAGE016

)已知。通过101和102的坐标值，根据两点确定一直线的原则，由任意直线方程 y = a*x + b, 通过二元一次方程组，求解获得直线方程和参数a, b，最终求得上一工序的最后一个工位和下一工序的第一个工位之间的连线的方程式：

Figure 2012102858111100002DEST_PATH_IMAGE018

（2）

将方程式（1）和（2）联列，求解获得交点，即直线和圆的交点。

请参见图4a所示，由于上一工序的最后一个工位101在全局调平边沿扫描的轨迹之外，下一工序的第一个工位102在全局调平边沿扫描的轨迹之内，因此直线和圆的交点中有一个点是在上一工序的最后一个工位和一工序的第一个工位之间的，这个点103就是全局调平边沿扫描的初始位置（即终止位置）。将工件台从上一个工序的最后一个工位101驱动到调焦调平装置下方，按照全局调平边沿扫描的轨迹104从全局调平边沿扫描的初始位置103进行调平调焦，直到全局调平边沿扫描的终止位置103（即初始位置），然后直接驱动工件台至下一工序的第一个工位102。

全局调平边沿扫描轨迹中的上一个坐标和全局调平边沿扫描工作位下一个坐标之间的距离计算公式如下：

（3）

其中和代表全局调平边沿扫描轨迹中任意一点的X值和Y值。当程序中需要计算全局调平边沿扫描中的上一个工作位和下一个工作位之间的距离时，就可以用公式（3）进行计算,进而计算出工件台总的行程。

图4a至图5b是采用本发明所涉及的全局调平边沿扫描方法的扫描轨迹示意图。图中坐标点上的数字依次代表规划路径所遍历坐标点的顺序，其中图4是从上一工位扫描至粗对准标记第一个工位的第一个位置的扫描轨迹示意图，图5是从上一工位扫描至粗对准标记第一个工位的第二个位置的扫描轨迹示意图。图4（a）表示几何规划路径示意图，图4（b）中显示利用本发明所述的方法规划出硅片的运动路径，其工件台总的行程为1190.09 mm，图中坐标点上的数字依次代表规划路径所遍历坐标点的顺序。图5（a）表示几何规划路径示意图，图5（b）中显示利用本发明所述的方法方法规划出硅片的运动路径，其工件台总的行程为1036.25 mm，图中坐标点上的数字依次代表规划路径所遍历坐标点的顺序。利用本发明发明所涉及的全局调平边沿扫描方法的技术效果可从表一中获知。与现有技术相比较，实施例1（图4中所示规划路径）的工件台总的行程为1190.09 mm，其效率提高2.4%。实施例2（图5中所示规划路径）的工件台总的行程为1036.25 mm，其效率提高17.5%。

表一

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

1.一种全局调平边沿扫描的装置，其特征在于，包括：

工件台，用于承载一硅片，并为所述硅片提供多个自由度运动；

工件台驱动装置，用于驱动所述工件台；

调焦调平装置，用以实现对硅片和调焦调平装置的标记的垂向测量并建立两者之间的关系；

测量系统，用于测量所述工件台的位置；

第一传输系统，用于输入信息，所述输入信息为所述测量系统测得的信息；

计算器，用于根据输入的信息进行计算得出全局调平边沿扫描的初始位置；

第二传输系统，用于将初始位置信号传输给所述工件台驱动装置；

所述工件台驱动装置驱动所述工件台从初始位置开始进行全局调平边沿扫描，最终回到初始位置。

2.如权利要求1所述全局调平边沿扫描的装置，其特征在于，所述测量系统为一激光干涉仪或光栅尺或编码器传感器。

3.如权利要求1所述全局调平边沿扫描的装置，其特征在于，所述工件台包括一微动台，所述硅片置于所述微动台顶部。

4.一种全局调平边沿扫描的方法，其特征在于，包括：

步骤一、输入信息；

步骤二、根据输入的信息进行计算得出全局调平边沿扫描的初始位置；

步骤三、将初始位置信号传输给工件台驱动装置；

步骤四、工件台驱动装置驱动工件台从上一工序运动到全局调平边沿扫描的初始位置；

步骤五、工件台驱动装置驱动工件台从初始位置开始进行全局调平边沿扫描，最终回到初始位置；

步骤六、工件台驱动装置驱动工件台运动到下一工序。

5.如权利要求4所述的全局调平边沿扫描的方法，其特征在于：

所述步骤一中的输入信息包括：全局调平边沿扫描的轨迹、上一工序的最后一个位置坐标以及下一工序的第一个位置坐标。

6.如权利要求5所述的全局调平边沿扫描的方法，其特征在于：

所述步骤二中的初始位置是全局调平边沿扫描的轨迹与上一工序的最后一个位置坐标和下一工序的第一个位置坐标连线的交点。

7.如权利要求5所述的全局调平边沿扫描的方法，其特征在于，所述全局调平边沿扫描轨迹相邻位置之间的距离计算公式为：

Figure 2012102858111100001DEST_PATH_IMAGE001

，其中

Figure 2012102858111100001DEST_PATH_IMAGE002

和

Figure 2012102858111100001DEST_PATH_IMAGE003

代表全局调平边沿扫描轨迹中任意一点的X值和Y值。

8.如权利要求4所述的全局调平边沿扫描的方法，其特征在于，所述步骤四中将工件台从上一个工序的最后一个位置驱动到全局调平边沿扫描的初始位置。

9.如权利要求4所述的全局调平边沿扫描的方法，其特征在于，所述步骤六中将工件台驱动到下一个工序的第一个位置。