CN106933047A - 一种曝光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种曝光方法，在掩膜版上的图形区域布置若干掩膜对准标记，在基底台上对应设置若干个掩模对准传感器，将掩膜版用栅格形式描述得到每个掩膜栅格的形变量，同样在基底上布置若干个基底对准标记，同时在整机框架上对应设置若干个基底对准传感器，用栅格形式描述得到每个基底栅格的形变量，控制系统根据每个基底栅格的形变量和其对应的掩膜栅格形变量计算得到投影物镜和/或基底台的用于补偿形变的运动轨迹，在经过仿真平台验证该运动轨迹的准确性后，进行曝光，并在曝光时根据验证过准确性的运动轨迹移动基底台和投影物镜，以减少曝光误差，这样能够显著减小曝光误差，提高曝光精准度。

Description

一种曝光方法

技术领域

本发明涉及半导体光刻领域，特别涉及一种曝光方法。

背景技术

TFT(Thin Film Transistor)是薄膜场效应晶体管的简称，是一种采用新材料和新工艺的大规模半导体全集成电路制造技术。TFT是在玻璃或塑料基板等非单晶片或者晶片上通过溅射、化学沉积工艺形成制造电路必需的各种膜，通过对膜的加工制作大规模半导体集成电路。随着相关电子消费类产品的发展，对TFT的尺寸要求越来越大，集成的单元越来越多，单一的照明系统很难满足TFT光刻的需求。通常使用在集成电路制造、封装等步进光刻设备的最大的照明视场一般为8英寸，扫描光刻也只是在扫描方向有更大的视场，一般也不超过10英寸。但是现在五代以上的TFT曝光视场都在17英寸以上，单一镜头的照明视场远远不能满足大视场光刻的要求，所以多视场拼接扫描投影光刻机便应运而生，其很好的解决了大面积的器件制作与产率之间的矛盾，广泛用于大面积半导体器件、平板显示、薄膜的生产上。

多物镜、多视场的扫描拼接对对准系统提出了更高的要求，因曝光器件的面积增大，为实现准确的对准需要设置多个对准视场点。现有技术中揭示了一种多视场拼接曝光装置的对准及焦面测量系统，其结构主要包括一个照明光源、多个照明系统、掩膜版、掩膜载物台、多个投影光学系统、感光基板、基板载物台，在掩膜版两侧还设置有若干个移动镜和激光干涉仪，在掩膜版每个曝光区域之间还设置掩膜检测系统，在多个投影光学系统之间还设置基板检测系统、调正系统，还包括控制装置，控制装置分别与所有照明系统、所有投影光学系统、所有移动镜、所有激光干涉仪、所有掩膜检测系统、所有基板检测系统和所有调正系统以及基板载物台、掩膜载物台电路连接，通过将需要曝光的图案分为若干个曝光区域，在每个区域内进行对准和扫描曝光，在对准和扫描曝光的同时，每个区域两侧的掩膜检测系统、基板检测系统以及调正系统分别检测本区域内曝光的参数，确保每个区域内的曝光精准进行，同时控制装置对每个区域的曝光参数进行修正，进一步提高曝光的精准度。但是基板在经过前序工艺加工后，由于受热或者受力不均匀，往往会变形，而基板面积越大，这种变形会越明显，即使将基板划分为几个曝光区域，但是在曝光每个曝光区域时，由于是一次性曝光，若是在某个曝光区域中存在凸起或者凹陷等形变，会造成曝光误差，比如凸起与凹陷的交界处受到的光照强度较小，这样的误差会带入后续工艺中，造成产品质量下降，因此有必要发明一种曝光装置或者曝光方法能够将由于基板形变造成的曝光误差给予补偿校正，提高曝光精准度。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种曝光方法，将每个曝光区域划分为若干个微小的栅格，计算每个栅格的形变后，由仿真软件制定针对形变的基底台和投影物镜的运动补偿方案并验证准确性后根据该运动补偿方案进行曝光动作，从而将由于基底形变造成的曝光误差给予补偿校正，提高曝光精准度。

为达到上述目的，本发明提供一种曝光方法，其特征在于，包括：

S1、在掩模版上的图形区域布置若干掩模对准标记，形成掩模对准标记阵列，在基底台上对应设置若干个掩模对准传感器，用于测量所述图形区域的掩模形变，并用栅格形式描述，得到掩模栅格系数；

S2、在所述图形区域布置若干基底对准标记，形成基底对准标记阵列，在整机框架上对应设置若干个基底对准传感器，用于测量基底上的曝光区域的基底形变，并用栅格形式描述，得到基底栅格系数；

S3、根据所述基底栅格系数和掩模栅格系数计算得到投影物镜和/或基底台的补偿运动轨迹，并通过仿真平台验证补偿运动轨迹的准确性；

S4、曝光所述曝光区域时，根据验证后的所述补偿运动轨迹调整所述投影物镜和/或所述基底台，对所述基底形变和所述掩模形变进行补偿，直至曝光完毕。

作为优选，步骤S1之前还包括所述基底与所述掩模版的对准。

作为优选，步骤S3具体为，将所述基底栅格系数和所述掩模栅格系数分别以正交多项式为基函数进行解析，将解析后的所述基底栅格系数和所述掩模栅格系数叠加后再分别拆解到所述投影物镜和/或所述基底台上，得到所述投影物镜的补偿运动轨迹和/或基底台的补偿运动轨迹，之后通过仿真平台验证准确性。

作为优选，所述正交多项式为勒让德多项式。

作为优选，当所述投影物镜可动自由度为1时，所述投影物镜的补偿运动轨迹为所述投影物镜相对于基底台沿非扫描方向平移；当所述投影物镜可动自由度为2时，所述投影物镜的补偿运动轨迹为调整所述投影物镜的放大倍率；当所述投影物镜可动自由度为3时，所述投影物镜的补偿运动轨迹为所述投影物镜相对于所述基底台沿扫描方向平移；当所述投影物镜可动自由度为4时，所述投影物镜的补偿运动轨迹为所述投影物镜相对于所述基底台旋转，所述扫描方向与非扫描方向正交。

作为优选，所述曝光区域与所述图形区域形状皆为矩形。

作为优选，所述掩模对准标记阵列中，每行中的所述掩模对准标记沿着非扫描方向间隔排列，每列中的所述掩模对准标记沿着扫描方向间隔排列，至少沿着相邻的所述图形区域的交界处设有一行所述掩模对准标记，所述扫描方向与非扫描方向正交。

作为优选，若干个所述掩模对准传感器沿非扫描方向间隔排列。

作为优选，所述基底对准标记阵列中，每行中的所述基底对准标记沿着非扫描方向间隔排列，每列中的所述基底对准标记沿着扫描方向间隔排列，至少沿着相邻的所述图形区域的交界处设有一行所述基底对准标记，所述扫描方向与非扫描方向正交。

作为优选，若干个所述基底对准传感器沿非扫描方向间隔排列。

作为优选，每两个所述掩模对准传感器之间的距离等于每两个所述基底对准传感器之间的距离。

作为优选，所述投影物镜设有多个，多个所述投影物镜沿非扫描方向排列，并分为两组沿扫描方向平行排布，所述扫描方向与非扫描方向正交。

作为优选，将基底上的曝光区域分解成若干个曝光场，每个所述曝光场的基底形变都用栅格形式描述，得到不同的基底栅格系数，在曝光每个所述曝光场根据对应的基底栅格系数进行补偿。

作为优选，所述基底对准传感器含有感应同轴光源的电荷耦合元件。

作为优选，所述掩膜对准传感器含有感应离轴光源的电荷耦合元件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种曝光方法，在分别在掩模版上设置若干个掩模对准标记、若干个掩模对准传感器，在基底上上设置若干个基底对准标记、若干个基底对准传感器，将掩膜版和基底皆用栅格形式描述，得到掩膜栅格系数和基底栅格系数，然后根据这两项系数计算得到在曝光每一个栅格时，投影物镜和/或基底台的补偿运动轨迹，并通过仿真平台验证补偿运动轨迹的准确性，然后在曝光时，将投影物镜和/或基底台按照上述已经验证过的补偿运动轨迹进行移动，从而对基底形变和掩膜形变进行补偿。这种曝光方法计算每个曝光区域每个细微栅格的形变，利用仿真软件制定针对形变的基底台和投影物镜的运动补偿方案并且验证该方案的准确性，因此对减少曝光误差能够实时补偿校正，降低了曝光的误差，因此具有精准度较高的优点。

附图说明

图1为本发明提供的曝光方法流程图；

图2为本发明使用的曝光装置结构示意图；

图3为本发明中掩膜对准传感器与基底对准传感器分布示意图；

图4为本发明提供的投影物镜视场内单个曝光区域示意图；

图5为本发明中基底栅格在Y轴方向形变的数据图；

图6为本发明中基底栅格在X轴方向形变的数据图；

图7为本发明中基底栅格在X轴方向和Y轴方向皆有形变的数据图。

图中：1-照明光源，2-掩膜版，21-掩膜对准标记，3-掩膜台，4-基底对准传感器，5-投影物镜，6-曝光场，7-基底，71-基底对准标记，8-基底台，10-掩膜对准传感器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明提供一种曝光方法，请参照图2，这种曝光方法使用的曝光装置依次包括：照明光源1、掩膜版2、掩膜台3、投影物镜5、基底7、基底台8以及控制系统(未图示)，以曝光扫描的方向作为Y轴正向、以垂直向上的轴作为Z轴正向，以垂直于Y轴和Z轴的方向作为X轴建立含有X轴、Y轴和Z轴的三维坐标系。

投影物镜5一般有多个，比如六个，并且分为两列沿X轴方向排布，每一列分布三个投影物镜5。

在整机框架上设置若干个基底对准传感器4，从俯视角度看，基底对准传感器4位于两列投影物镜5之间，沿着X轴方向间隔排列，一般与投影物镜5的数量相等，在本实施例中为六个，在基底台8上设有若干个沿着X轴方向排列的掩膜对准传感器10，一般掩膜对准传感器10的个数比基底对准传感器4的个数多一个，在本实施例中为7个，请参照图3，每个掩膜对准传感器10在X轴上的间隔距离与每个基底对准传感器4在X轴上的间隔距离相等，这样可以减少控制系统中仿真软件基线的更新时间，此外在设定校正投影物镜5镜头畸变的标定板的难度时，由于掩膜对准传感器10之间距离等于基底对准传感器4之间的距离，因此可以降低标定板的设定难度，因此提高了套刻精度。

较佳地，基底对准传感器4使用感应同轴光源的电荷耦合元件。

较佳地，掩膜对准传感器10使用感应离轴光源的电荷耦合元件。

控制系统还与基底台8、基底对准传感器4、掩膜对准传感器10以及投影物镜5电路连接，掩膜台3与基底台8任意相邻的两个边上设有若干个激光干涉仪(未图示)，激光干涉仪用于传输每一时刻每一个投影物镜5与基底台8的位置坐标，计算出基底台8与投影物镜5需要移动的距离，并向投影物镜5与基底台8传输移动指令。

请参照图4，将掩膜版2的图案划分为若干个图案区域(未图示)，每个所述图案区域的形状为矩形，在每个所述图案区域内，每一行中的掩模对准标记21沿着X轴方向间隔排列，每一列中的掩模对准标记21沿着Y轴方向间隔排列，至少沿着相邻的图案区域的交界处设有一行掩模对准标记21。

同样地，将基底7按照划分掩膜版2的原则划分为若干个曝光场6，曝光场6的划分与图案区域的划分完全相同，每个曝光场6一一对应各个图案区域，因此每个曝光场6的形状也为矩形，两个相邻的曝光场6交界处的图形区域设有一行基底对准标记71，每一行中的基底对准标记71沿着X轴方向间隔排列，每一列中的基底对准标记71沿着Y轴方向间隔排列。

请参照图1，本发明提供的曝光方法，使用上述曝光装置，并且包括以下步骤：

步骤一：当基底7上的基底对准标记71、掩膜版2上的掩模对准标记21按照上述曝光装置中的规定布置完毕后，打开照明光源1，打开所有基底对准传感器4和所有掩模对准传感器10；

步骤二：控制系统通过基底对准传感器4根据基底对准标记71将基底7用栅格形式描述得到每个基底栅格位置参数，同样通过掩膜对准传感器10根据掩膜对准标记21将掩膜2用栅格形式描述得到每个基底栅格位置参数，

控制系统将每个掩膜栅格位置参数与每个基底栅格位置参数用正交多项式表示，这个正交多项式为勒让德多项式，即其中i为勒让德多项式的阶数，并且为正整数，而t为勒让德多项式的自变量，当t∈[-1,1]，勒让德多项式满足正交关系，f_i(t)为每个阶数的基底栅格的一维形变表达式，比如本实施例中设有六个基底对准传感器4，则勒让德多项式的阶数i≤5，因此展开如下：

f₀(t)＝1；

f₁(t)＝t；

...

步骤三：所述控制系统根据步骤二中的正交多项式计算出在每个基底栅格内基底的形变量，请参照图5、图6与图7，所述基底栅格的变形主要分为仅在Y轴方向上的变形、仅在X轴方向上的变形和在X轴、Y轴方向上皆有的变形，并且根据每个掩膜栅格位置参数仿真出在扫描曝光每个所述基底栅格时对应所述形变量而作出的补偿量，控制系统根据曝光装置中每个投影物镜5以及基底台8的参数，仿真计算出每个投影物镜5的运动轨迹，取前20个运动轨迹如下：

L1_1＝k1

在上述式子中，kM为掩膜版2与基底7对准的系数表达式，是一个中间量，是一个二维表达式，M是对应系数，为正整数，在基底对准传感器4个数为6的情况下，M∈[1,∞]，其中L_{M_N}表示为了补偿对应系数M，镜头需要运动的轨迹，N表示镜头可动自由度，N也为正整数，N∈[1,4]，当任意一个投影物镜5可动自由度为1时，其优选运动方案为投影物镜5相对于基底台8沿X轴平移；当任意一个投影物镜5可动自由度为2时，其优选运动方案为调整投影物镜5的放大倍率；当任意一个投影物镜5可动自由度为3时，其优选运动方案为投影物镜5相对于基底台8沿Y轴平移；当任意一个投影物镜5可动自由度为4时，其优选运动方案为投影物镜5相对于基底台8旋转。shiftx和shifty表示第i个投影物镜5镜头分别在X轴和Y轴的名义坐标；s_y表示基底台8的实际运动位置。A为在X轴方向上视场长度的一半，B为在Y轴方向上视场长度的一半。

根据仿真计算出每个投影物镜5的运动轨迹，再次计算出扫描曝光每个基底栅格时基底台8与投影物镜5的移动量，如当M＝19时，将该式展开得到：

上式中基底台8与投影物镜5的运动轨迹皆为也就是说基底台8的运动轨迹为投影物镜5的运动轨迹为

根据上述计算公式，我们可以得出以下规律：请参照图5，当所述基底栅格的形变为仅在Y轴方向上的形变时，通过基底台8以曲线运动补偿Y轴方向上的形变，包括调整基底台8移动的位移大小、移动的速度以及加速度以及在移动基底台8后若干个投影物镜5的镜头拼接效果；请参照图6，当所述基底栅格的形变为仅在X轴方向上的形变时，通过静态调整投影物镜5的镜头来补偿X轴方向上的形变，以节省镜头的行程；请参照图7，当所述基底栅格的形变为在X轴和Y轴方向上的形变时，同时动态调整投影物镜5的镜头以及基底台8，包括基底台8和投影物镜5各自移动时的位移大小、加速度还有移动后若干个投影物镜5的拼接效果，此时基底台8的运动为线性运动，在运动时同时需要调整投影物镜5镜头的倍率以及X轴方向的平移距离。

步骤四：通过控制系统中的仿真平台将步骤三得到的运动轨迹的准确性进行验证。

步骤五：点击开启控制系统中的曝光程序，任选一个曝光场6进行扫描曝光，在曝光每个所述基底栅格时，所述控制系统根据步骤四已验证过准确性的基底台8和/或投影物镜组5的运动轨迹移动基底台8与投影物镜5，直至该曝光场6曝光完毕；

步骤六：按照步骤一至步骤六逐个对基底7上的其余曝光场6进行掩膜版2与基底台8的对准与扫描曝光，直至所有曝光场6扫描曝光完成。

因此本发明减小曝光误差的方法主要是在掩膜版2上的图形区域布置若干掩膜对准标记21，在基底台上对应设置若干个掩模对准传感器10，将掩膜版2用栅格形式描述得到每个掩膜栅格的形变量，同样在基底7上布置若干个基底对准标记71，同时在整机框架上对应设置若干个基底对准传感器4，用栅格形式描述得到每个基底栅格的形变量，控制系统根据每个基底栅格的形变量和其对应的掩膜栅格形变量计算得到投影物镜5和/或基底台8的用于补偿形变的运动轨迹，在经过仿真平台验证该运动轨迹的准确性后，进行曝光，，并在曝光时根据验证过准确性的运动轨迹移动基底台8和投影物镜5，以减少曝光误差，这样能够显著减小曝光误差，提高曝光精准度。

本发明对上述实施例进行了描述，但本发明不仅限于上述实施例。显然本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (15)

1.一种曝光方法，其特征在于，包括：

S1、在掩模版上的图形区域布置若干掩模对准标记，形成掩模对准标记阵列，在基底台上对应设置若干个掩模对准传感器，用于测量所述图形区域的掩模形变，并用栅格形式描述，得到掩模栅格系数；

S2、在所述图形区域布置若干基底对准标记，形成基底对准标记阵列，在整机框架上对应设置若干个基底对准传感器，用于测量基底上的曝光区域的基底形变，并用栅格形式描述，得到基底栅格系数；

S3、根据所述基底栅格系数和掩模栅格系数计算得到投影物镜和/或基底台的补偿运动轨迹，并通过仿真平台验证补偿运动轨迹的准确性；

S4、曝光所述曝光区域时，根据验证后的所述补偿运动轨迹调整所述投影物镜和/或所述基底台，对所述基底形变和所述掩模形变进行补偿，直至曝光完毕。

2.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，步骤S1之前还包括所述基底与所述掩模版的对准。

3.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，步骤S3具体为，将所述基底栅格系数和所述掩模栅格系数分别以正交多项式为基函数进行解析，将解析后的所述基底栅格系数和所述掩模栅格系数叠加后再分别拆解到所述投影物镜和/或所述基底台上，得到所述投影物镜的补偿运动轨迹和/或基底台的补偿运动轨迹，之后通过仿真平台验证准确性。

4.如权利要求3所述的曝光方法，其特征在于，所述正交多项式为勒让德多项式。

5.如权利要求3所述的曝光方法，其特征在于，当所述投影物镜可动自由度为1时，所述投影物镜的补偿运动轨迹为所述投影物镜相对于基底台沿非扫描方向平移；当所述投影物镜可动自由度为2时，所述投影物镜的补偿运动轨迹为调整所述投影物镜的放大倍率；当所述投影物镜可动自由度为3时，所述投影物镜的补偿运动轨迹为所述投影物镜相对于所述基底台沿扫描方向平移；当所述投影物镜可动自由度为4时，所述投影物镜的补偿运动轨迹为所述投影物镜相对于所述基底台旋转，所述扫描方向与非扫描方向正交。

6.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述曝光区域与所述图形区域形状皆为矩形。

7.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述掩模对准标记阵列中，每行中的所述掩模对准标记沿着非扫描方向间隔排列，每列中的所述掩模对准标记沿着扫描方向间隔排列，至少沿着相邻的所述图形区域的交界处设有一行所述掩模对准标记，所述扫描方向与非扫描方向正交。

8.如权利要求7所述的曝光方法，其特征在于，若干个所述掩模对准传感器沿非扫描方向间隔排列。

9.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述基底对准标记阵列中，每行中的所述基底对准标记沿着非扫描方向间隔排列，每列中的所述基底对准标记沿着扫描方向间隔排列，至少沿着相邻的所述图形区域的交界处设有一行所述基底对准标记，所述扫描方向与非扫描方向正交。

10.如权利要求9所述的曝光方法，其特征在于，若干个所述基底对准传感器沿非扫描方向间隔排列。

11.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，每两个所述掩模对准传感器之间的距离等于每两个所述基底对准传感器之间的距离。

12.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述投影物镜设有多个，多个所述投影物镜沿非扫描方向排列，并分为两组沿扫描方向平行排布，所述扫描方向与非扫描方向正交。

13.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，将基底上的曝光区域分解成若干个曝光场，每个所述曝光场的基底形变都用栅格形式描述，得到不同的基底栅格系数，在曝光每个所述曝光场根据对应的基底栅格系数进行补偿。

14.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述基底对准传感器含有感应同轴光源的电荷耦合元件。

15.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述掩膜对准传感器含有感应离轴光源的电荷耦合元件。