CN103869627A - 用于投影光刻机的调焦调平方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于投影光刻机的调焦调平方法，其特征在于，包括：步骤一：对被测基底进行全局调焦调平，使基底上各个测量场均包含在调焦调平传感器测量范围之内；步骤二：沿步进方向进行第一次扫描，获取该各个测量场及各个测量点的第一调焦调平数据；步骤三：按一定角度旋转该被测基底后进行第二次扫描，获取该各个测量场及各个测量点的第二调焦调平数据；步骤四：对步骤三及步骤四中获取的数据进行求和平均后获得该各个测量点的Z向偏移距离，并根据该Z向偏移距离计算出各个测量场当前位置与调焦调平传感器本身零平面的Rx，Ry，Z值。

Description

用于投影光刻机的调焦调平方法

 

技术领域

   本发明属于一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种用于投影光刻机的调焦调平方法。

背景技术

投影光刻机可以通过减小曝光波长和增大投影物镜的数值孔径提高光刻分辨率, 但同时会导致可用焦深明显下降, 使硅片表面更容易发生离焦。为了解决因焦深减小带来的离焦问题, 高端投影光刻机均采用调焦调平技术实时控制硅片表面的高度和倾斜。调焦调平技术包括硅片表面的调焦调平测量技术和硅片表面位置的实时控制技术。硅片调焦调平测量技术对硅片表面的高度和倾斜进行测量, 其测量数据用于动态反馈控制硅片表面相对于投影物镜最佳焦平面之间的位置。

为了避免污染和损伤硅片表面上的图形，硅片调焦调平测量必须采用非接触式的测量技术，常用的硅片调焦调平传感器技术方案有：（1）气压位置测量技术，特点是直接测量硅片的物理表面，不受光刻胶及硅片表面材料的影响；气压受环境影响比较大，精度不高；传感器距离硅片较近，不能直接测量曝光场；（2）电容测量技术，特点是实现较为简单；受被测硅片特性影响比较大；传感器距离硅片较近，不能直接测量曝光场；（3）光学测量技术，特点是能够直接测量曝光场，是目前主流的调焦调平技术方案，检测精度较高，光机、控制结构复杂，但检测精度受硅片表面反射率的影响较大。

随着投影物镜NA的增大，焦深越来越小，故对硅片上表面位置的测量精度要求越来越高，而硅片不同膜系的反射率不一样，将会引起光斑区域内反射率的不均匀性，由此引起的测量误差可以达到微米量级，而这样的测量误差是投影光刻机所不能允许的。

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投影光刻机的调焦调平方法，能消除因硅片不同膜系的反射率不同所导致的测量误差。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于投影光刻机的调焦调平方法，其特征在于，包括：步骤一：对被测基底进行全局调焦调平，使基底上各个测量场均包含在调焦调平传感器测量范围之内；步骤二：沿步进方向进行第一次扫描，获取该各个测量场及各个测量点的第一调焦调平数据；步骤三：按一定角度旋转该被测基底后进行第二次扫描，获取该各个测量场及各个测量点的第二调焦调平数据；步骤四：对步骤三及步骤四中获取的数据进行求和平均后获得该各个测量点的Z向偏移距离，并根据该Z向偏移距离计算出各个测量场当前位置与调焦调平传感器本身零平面的Rx，Ry，Z值。

更进一步地，该步骤三中的一定角度为180度。

更进一步地，该步骤三中的一定角度为90度。该步骤三中还包括：再按照90度旋转后该被测基底后进行第三次扫描，获取该各个测量场及各个测量点的第三调焦调平数据；再按照90度旋转后该被测基底后进行第四次扫描，获取该各个测量场及各个测量点的第四调焦调平数据。

与现有技术相比，本发明所提供的用于投影光刻机的调焦调平方法，有效提高了调焦调平传感器的工艺适应性能力，大大降低了由于硅片表面不同膜系结构或不同图案引起的反射强度变化引起的光学调焦调平传感器测量误差。

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为光刻设备的投影物镜曝光系统的示意图之一；

图2为光刻设备的投影物镜曝光系统的示意图之二；

图3为实际调焦调平过程中由于反射率不均匀引起的调焦调平测量误差图；

图4为一种典型的硅片表面膜系结构示意图；

图5为硅片上一测量区域的示意图；

图6为测量区域的放大图，图上还有测量光斑的分布情况；

图7为硅片旋转180度测量区域的位置改变；

图8为待测量区域旋转前后时光斑位置的位置变化；

图9为采用单次扫描测量光斑和综合两次扫描数据计算得到的质心位置示意；

图10为本发明所示出的第一实施方式的流程图；

图11为第二实施方式中下一个测量光斑的形象示意；

图12为第二实施方式中处理测量光斑信号获取质心位置的过程示意；

图13为本发明所示出的第二实施方式的流程图。

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投影光刻机的调焦调平方法。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；“Rx向” 一词主要指绕X向旋转的方向；“Rz向” 一词主要指绕Z向旋转的方向。

图1为投影物镜曝光系统示意图之一。由图1可见，在照明系统100的照射下，照明系统100的光源通过投影物镜310将掩模220上的图像投影曝光到硅片420上。掩模220由掩模台210支撑，硅片420由工件台410支撑。在图1中，投影物镜310和硅片420之间有一个硅片调焦调平测量装置500，该装置与投影物镜支撑300刚性相连，用于对硅片420表面的位置信息的测量，测量结果送往硅片表面位置控制系统560，经过信号处理和调焦调平量的计算后，驱动调焦调平执行器430对工件台410的位置进行调整，完成硅片420的调焦调平。

除了硅片420，对准基准版440也是调焦调平测量装置500的测量对象之一。在投影光刻机中，可能包括多个对准基准版440。图2是投影物镜曝光系统的示意图之二，即调焦调平测量装置500测量对准基准版440的示意图，其他装置的相对位置以及光路都和图1中所介绍的一样，唯一的区别就是图1是测量硅片420，图2是测量对准基准版440。

图3为实际调焦调平过程中由于反射率不均匀引起的调焦调平测量误差图。在生产线上的工艺硅片，由于硅片表面分布有不同的膜系，不同膜系的反射率是不同的，反射率的变化引起光学测量调焦调平传感器测量误差。因此，调焦调平测量误差主要是由于硅片表面反射率不均匀所引起。为了提高调焦调平系统工艺适应性，就必须减少因硅片表面反射率不均匀而引起的测量误差。

图4是一种典型的硅片表面膜系结构示意图，由图4中可以得知硅片表面分布若干种膜系，而每一种膜系的表面反射率均不相同。

图5为硅片上一测量区域的示意图。如图5中所示，图5对硅片1上一待调焦调平区域600进行了示意，后面将详细讲述如何改善调焦调平流程，从而达到小由于硅片表面反射率不均匀而引起的测量误差的目的。

图6为测量区域的放大图，图上还有测量光斑的分布情况。如图6中所示将待调焦调平区域600的放大，其上分布了四个调焦调平测量光斑601A，602A，603A，604A。该调焦调平区域600还包括一“R”字光斑605A，用于指示测量光斑是否处于倒像或镜像，在实际硅片上一般并不能看到。

图7为硅片旋转180度测量区域的位置改变。如图7中所示为为硅片1进行旋转180度后，该待调焦调平区域600的位置改变。

图8为待测量区域旋转前后时光斑位置的位置变化。图8为待调焦调平区域600上不同反射率区域的调焦调平测量光斑分布，其中601A，602A，603A，604A为旋转之前的测量光斑，明暗变化表征光斑覆盖区域上反射率有不同，而601B，602B，603B，604B为硅片旋转180度后调焦调平区域上的测量光斑分布，同样，明暗变化表征光斑覆盖区域上反射率的不同，其中605A和605B用于指示两种状态下测量光斑是否处于倒像或镜像，在实际硅片上一般并不能看到。

本发明公开了一种能够减少因硅片表面反射率不均匀而导致的测量误差的流程方法见图10中所示。该提高调焦调平系统工艺适应性的方法，包括：S101用调焦调平传感器对被被测硅片进行全局调焦调平；S102用调焦调平传感器沿步进扫描方向对被测硅片各曝光场各测量点的采集调焦调平信号，并存储；S103工件台将该被测硅片旋转180度，沿步进扫描方向对硅片各曝光场各测量点采集调焦调平信号；S104接着对各测量点的未旋转180度和旋转180度以后的两次测量信号进行求和平均操作，求出各测量点的Z向偏移距离，然后计算出各曝光场当前位置与调焦调平传感器本身零平面的Rx，Ry，Z值。图9为采用单次扫描测量光斑和综合两次扫描数据计算得到的质心位置示意。

在光学测量调焦调平系统中，通常通过扫描测量光斑获取扫描光斑的质心位置来确定该测量点的Z向位置。然而，由于各种工艺的影响，很多时候硅片表面的反射率并不均匀，经过分析后发现，该种不均匀很多时候可用黑白阶跃分布来表示。在图8中，如果仅采用601A或者601B测量光斑来分析得到Z向位置（601A和601B光斑处不同的明暗灰度表示其测量光斑覆盖区域的反射率并不相同，呈阶跃变化）。

直接通过601A或601B测量光斑信号求得的测量光斑质心位置X1，X2与测量光斑的理想几何中心位置X0有所差别，此差别将带来调焦调平测量误差，也即硅片表面反射率不均匀引起调焦调平误差。而若在计算时通过综合硅片旋转0度和180度后的数据来计算光斑601的质心位置，则X3=（X1+X2）/2=X0，即计算得到的质心位置X3与理论理想质心位置X0重合，通过此方法可以减小因硅片表面反射率不均匀带来的调焦调平测量误差。

进一步的，在具体测量时可按照下面的处理流程进行，首先在硅片旋转0度时对各个测量点的测量结果，即该测量点偏离调焦调平传感器零位的值进行记录，为c={c1,c2,c3,……，cn}，然后再将硅片旋转180度后，重新对各个测量点偏离调焦调平传感器零位的值进行记录，为c’={c’1, c’2, c’3,……，c’n}，这里需要说明的是c1和c’1对应的同一个测量点，只是前者硅片进行了0度旋转，而后者硅片进行了180度旋转，这样通过这两组数据可以校正部分因硅片表面反射率不同引起的测量误差，将两组数据相加并平均，即计算得到最终各测量点偏离调焦调平传感器零位的值为D=（c+c’）/2={（c1+c’1）/2, （c2+c’2）/2, （c3+c’3）/2, ……,（cn+c’n）/2}。

为了更好地说明本发明所示出的技术方案，以下提供第二种较佳实施方式。第二实施例与第一实施例的不同之处在于，对硅片进行0度，90度，180度，270度四次旋转后分别对各测量场进行调焦调平扫描。

图11为第二实施方式中下一个测量光斑的形象示意。如图11中所示，将测量点的测量光斑分成701A，701B，701C，701D四个区域，通过对比旋转0度，90度，180度，270度对各个光斑的位置进行区别。

图12为第二实施方式中处理测量光斑信号获取质心位置的过程示意。图12将硅片旋转0度和180度情况下，分成相同的四个区域，而将硅片旋转90度和270度后的情况，分成了区别于0度和180度情况的四个区域；通过综合处理0度，180度，90度和270度情况下的测量光斑信号，可计算获得测量光斑质心位置XL=（QX1+QX2）/2=QX0，YL=（QY1+QY2）/2=QY0，即计算得到的测量光斑质心位置（XL，YL）与理想测量光斑质心位置（QX0，QY0）完全重合，也即消除了由于测量光斑覆盖位置反射率不同引起的调焦调平测量误差。

图13为本发明所示出的第二实施方式的流程图。该调焦调平方法如下：S201对被测硅片进行全局调焦调平，使硅片上各个测量场均包含在调焦调平传感器测量范围之内；S202沿光刻机步进扫描方向，对被测硅片进行一次预扫描，获取各测量场各测量点位置的初步调焦调平信号，进行存储；S203将硅片旋转90度后对被测硅片再次进行调焦调平扫描；S204将硅片旋转180度后对被测硅片再次进行调焦调平扫描;S205将硅片旋转270度后对被测硅片再次进行调焦调平扫描;S206综合上述四次扫描数据，求出各测量点的Z向偏移距离，然后计算出各曝光场当前位置与调焦调平传感器本身零平面的Rx，Ry，Z值。

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 (4)

1.一种用于投影光刻机的调焦调平方法，其特征在于，包括：

步骤一：对被测基底进行全局调焦调平，使基底上各个测量场均包含在调焦调平传感器测量范围之内；

步骤二：沿步进方向进行第一次扫描，获取所述各个测量场及各个测量点的第一调焦调平数据；

步骤三：按一定角度旋转所述被测基底后进行第二次扫描，获取所述各个测量场及各个测量点的第二调焦调平数据；

步骤四：对步骤三及步骤四中获取的数据进行求和平均后获得所述各个测量点的Z向偏移距离，并根据所述Z向偏移距离计算出各个测量场当前位置与调焦调平传感器本身零平面的Rx，Ry，Z值。

2.如权利要求1所述的一种调焦调平方法，其特征在于，所述步骤三中的一定角度为180度。

3.如权利要求1所述的一种调焦调平方法，其特征在于，所述步骤三中的一定角度为90度。

4.如权利要求3所述的一种调焦调平方法，其特征在于，所述步骤三中还包括：再按照90度旋转后所述被测基底后进行第三次扫描，获取所述各个测量场及各个测量点的第三调焦调平数据；再按照90度旋转后所述被测基底后进行第四次扫描，获取所述各个测量场及各个测量点的第四调焦调平数据。

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