CN106997159B - 硅片预对准机构、曝光装置及曝光方法 - Google Patents

硅片预对准机构、曝光装置及曝光方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硅片预对准机构、曝光装置及曝光方法，所述硅片预对准机构通过扫描设置在所述硅片预对准机构上的硅片边缘，对所述硅片进行预对准，包括3个以上用于进行预对准操作的图像传感器和位于工件台上与所述图像传感器对应的基准标记，所述图像传感器通过采集所述基准标记的位置信息、来获得工件台的位置信息。本发明提供的技术方案通过在工件台上设置3个以上基准标记，所述工件台发生工位切换后，通过与所述基准标记对应的图像传感器采集所述基准标记的位置信息，获得所述工件台的切换误差，根据所述切换误差对下一个硅片的位置偏差进行补偿。

Description

硅片预对准机构、曝光装置及曝光方法
技术领域
本发明涉及一种硅片预对准机构、曝光装置及曝光方法，应用于集成电路生产领域。
背景技术
在集成电路生产过程中，光刻机的曝光装置主要采用步进式或者步进扫描式两种曝光方式，随着光刻机分辨率和生产效率要求的提升，通常采用双物料承载台的方法，减少物料交接时间，提高光刻机的产量，即一个曝光装置包括两个工件台，一个为测量位工件台，一个为曝光位工件台，通过交接位的上片和下片，实现两个工件台交替作业。因此，在保证产率的同时，对光刻机中双工件台的工位切换提出了较高的重复性要求，以保证光刻机产率和精度。
现有技术提出了一种安装两套零位传感器减小切换误差的方法，这种方法使用两套零位传感器分别对测量位和曝光位的工件台进行测量和校正，切换精度较低，为微米级，所述两套零位传感器在测量时需要工件台停止运作，增加了光刻机流程，所述零位传感器常采用PSD传感器，成本较高。现有技术还提出了一种在双工件台的工作路径上增加第三套测量传感器的方法，这种方法通过指定工件台的移动轨迹，并在工件台的移动轨迹上全程设置光栅尺结构，对工件台进行全程测量，在工件台进行工位切换过程中对工件台进行反馈控制，这种方法结构复杂，成本较高，受到环境因素影响较大。上述两种技术仅是对双工件台切换过程的运动精度进行控制，并未对硅片的位置偏差进行补偿。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种受环境影响小、成本低且能对硅片位置偏差进行补偿的硅片预对准机构、曝光装置及曝光方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种硅片预对准机构，通过扫描设置在所述硅片预对准机构上的硅片边缘，对所述硅片进行预对准，包括3个以上用于进行预对准操作的图像传感器和位于工件台上与所述图像传感器对应的基准标记，所述图像传感器通过采集所述基准标记的位置信息、来获得工件台的位置信息。
优选的，所述图像传感器采用CCD传感器。
优选的，所述图像传感器采用面阵CCD传感器。
优选的，所述图像传感器和所述基准标记的数量均为3个，所述基准标记分布在一组正交直线上。
优选的，所述图像传感器包括成像器件、电机和镜头，所述镜头与所述成像器件连接，所述电机驱动所述镜头在垂向运动。
一种曝光装置，包括主基板、设置在所述主基板上的硅片预对准机构、第一工件台和第二工件台，所述硅片预对准机构包括3个以上图像传感器和两组分别位于所述第一工件台和第二工件台上、与所述图像传感器对应的基准标记，所述图像传感器通过扫描设置在所述硅片预对准机构上的硅片边缘，对所述硅片进行预对准，且采集所述基准标记的位置信息，所述主基板平行于所述第一工件台和第二工件台，所述主基板上还设置有物镜、硅片对准系统和硅片调焦调平系统，所述物镜与照明系统及掩模台对应设置。
优选的，所述图像传感器和每组所述基准标记的数量均为3个，每组所述基准标记分布在一组正交直线上。
优选的，所述图像传感器包括成像器件、电机和镜头，所述镜头与所述成像器件连接，所述电机驱动所述镜头在垂向运动。
优选的，还包括第一干涉仪和第二干涉仪，所述第一干涉仪测量所述第一工件台和第二工件台的交接位和测量位，所述第二干涉仪测量所述第一工件台和第二工件台的曝光位。
优选的，所述第一干涉仪和第二干涉仪设置在所述主基板上。
一种曝光方法，包括：
步骤1：在工件台上设置3个以上基准标记，所述工件台发生工位切换到达曝光位置曝光后，通过与所述基准标记对应的图像传感器采集所述基准标记的位置信息，获得所述工件台的切换误差；
步骤2：根据所述切换误差，对下一个硅片的位置偏差进行补偿，再经所述工件台工位切换到曝光位置进行曝光。
优选的，步骤1进一步包括：所述工件台运动轨迹分为交接位、测量位和曝光位，所述工件台在交接位上载硅片，在测量位测量对准后，执行工位切换到曝光位曝光，再经工位切换到交接位，在交接位测量所述工件台的切换误差。
优选的，步骤1中，所述工件台的数量为2个，每个工件台上均设置有与所述图像传感器对应的基准标记。
优选的，步骤1中，所述图像传感器设置在主基板上，所述主基板平行于所述工件台，所述切换误差为所述工件台相对于所述主基板的位置偏差。
优选的，步骤1进一步包括：在硅片下片前，测量所述工件台的切换误差。
优选的，步骤2进一步包括：将所述切换误差输入硅片传输装置，通过所述硅片传输装置对下一个硅片的上片位置进行补偿。
优选的，步骤2进一步包括：在下一个硅片上片后，根据所述切换误差，对所述工件台的测量位进行清零，补偿硅片的位置偏差。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案通过在工件台上设置3个以上基准标记，所述工件台发生工位切换后，通过与所述基准标记对应的图像传感器采集所述基准标记的位置信息，获得所述工件台的切换误差，根据所述切换误差对下一个硅片的位置偏差进行补偿。本发明采用图像传感器对工件台的切换误差进行测量，受到环境影响较小，简化了现有技术的两套零位传感器，降低了成本，将工件台的切换误差补偿到下一个硅片的位置偏差，减少了由于工件台切换误差带来的对准错误，提高硅片的对准效率，实现动态上片，提高了光刻机的稳定性，实现光刻机的高产率输出。
附图说明
图1是本发明一实施例中所述曝光装置的结构示意图；
图2是本发明一实施例中所述第一干涉仪和第二干涉仪的布局示意图；
图3是本发明一实施例中所述硅片预对准机构的结构示意图；
图4是本发明一实施例中所述硅片预对准机构的结构示意图；
图5是本发明一实施例中所述曝光方法的流程示意图。
图中所示：1、照明系统；2、掩模台；3、物镜；4、第一工件台；5、第二工件台；6、硅片对准系统；7、硅片调焦调平系统；8、硅片预对准机构；9、主基板；10、工件台基座；11、硅片；21、掩模台测量干涉仪；22、掩模版；41、第一干涉仪；41X、第一X干涉仪；41Y、第一Y干涉仪；41Z1、第一Z1干涉仪；41Z2、第一Z2干涉仪；51、第二干涉仪；51X、第二X干涉仪；51Y、第二Y干涉仪；51Z1、第二Z1干涉仪；51Z2、第二Z2干涉仪；81、第一图像传感器；82、第二图像传感器；83、第三图像传感器；81a、成像器件；81b、电机；81c、镜头；A、交接位；B、测量位；C、曝光位；FM1、第一基准标记；FM2、第二基准标记；FM2、第三基准标记；h、硅片边缘和基准标记高度差。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细描述：
如图1所示，本发明的曝光装置，包括：照明系统1、承载掩模版22的掩模台2、物镜3、第一工件台4、第二工件台5、硅片对准系统6、硅片调焦调平系统7、硅片预对准机构8、主基板9及工件台基座10。所述第一工件台4和第二工件台5位于所述工件台基座10上，所述主基板9平行于所述工件台基座10，所述主基板9上设置有所述硅片预对准机构8、第一干涉仪41和第二干涉仪51。所述物镜3与照明系统1、掩模台2在竖直方向同轴设置。所述掩模台2通过掩模台测量干涉仪21进行位置测量和控制。
将本曝光装置中工件台(包括第一工件台4和第二工件台5)的运动轨迹分为交接位A、测量位B和曝光位C，所述第一干涉仪41用于测量和控制工件台的曝光位C，所述第二干涉仪51用于测量和控制工件台的交接位A和测量位B，所述工件台在交接位A上载硅片11，在测量位B测量对准后，执行工位切换到曝光位C曝光，再经工位切换到交接位A，进行下载硅片11和上载新硅片。所述硅片预对准机构8设置在所述主基板9上对应交接位A的位置，所述硅片对准系统6和硅片调焦调平系统7设置在所述主基板9上对应测量位B的位置，所述物镜3设置在所述主基板9上对应曝光位C的位置。
如图2所示，所述第一干涉仪41包括第一X干涉仪41X、第一Y干涉仪41Y、第一Z1干涉仪41Z1和第一Z2干涉仪41Z2，实现工件台在曝光位C的六自由度位置测量。其中，第一X干涉仪41X为三轴干涉仪，测量工件台的X、Rz(x)、Ry，第一Y干涉仪41Y为三轴干涉仪，测量工件台的Y、Rz(y)、Rx，第一Z1干涉仪41Z1包括布局在X向正向的2个单轴干涉仪，第一Z2干涉仪41Z2布局在X向负向的2个单轴干涉仪，测量工件台的Z、Ry(z)。
同理，所述第二干涉仪51包括第二X干涉仪51X、第二Y干涉仪51Y、第二Z1干涉仪51Z1和第二Z2干涉仪51Z2，实现工件台在交接位A和测量位B的六自由度位置测量。
如图3所示，所述硅片预对准机构8对应于交接位A，包括3个图像传感器(包括第一图像传感器81、第二图像传感器82和第三图像传感器83)和两组分别位于所述第一工件台4和第二工件台5上、与所述图像传感器对应的基准标记，每组基准标记包括第一基准标记FM1、第二基准标记FM2和第三基准标记FM3，分布在一组正交直线上。所述图像传感器采集所述基准标记的位置信息，获得交接位A上的工件台相对于主基板9的位置信息。
优选的，所述图像传感器采用面阵CCD传感器。采用现有的CCD传感器获得的测量精度和重复性均可替换PSD传感器，甚至优于PSD传感器的性能。通过一组CCD传感器，相对于现有技术，降低了成本，测量速度更快，简化了流程，同时，CCD传感器性能受到环境影响较小，可用于工件台干涉仪漂移的监控和问题诊断。
现结合图1-3，说明本发明曝光装置的曝光过程：
以第一工件台4的曝光过程为例加以说明，所述第一工件台4在第二干涉仪51的控制下运动到交接位A，通过硅片传输装置将硅片11移动到第一工件台4位置，硅片11上载到第一工件台4，通过所述硅片预对准机构8采集硅片11边缘的位置信息，计算得到硅片11在第一工件台4的位置偏差，通过第二干涉仪51控制第一工件台4运动到测量位B，所述位置偏差由测量位B进行补偿。在测量位B，利用所述硅片对准系统6和硅片调焦调平系统7对硅片11位置进行控制，使硅片11的曝光视场位置处于物镜3的有效焦深内，准备曝光。所述第一工件台4在测量位B完成测量和调整后，由第一工件台4自带的光栅传感器控制运动，执行工位切换。在第一干涉仪41的控制下运动到曝光位C，在曝光位C进行掩模台2对准后执行曝光操作，完成曝光后，所述第一工件台4运动到交接位A。所述硅片预对准机构8通过第一图像传感器81、第二图像传感器82和第三图像传感器83分别测量第一基准标记FM1、第二基准标记FM2和第三基准标记FM3的位置信息，获得第一工件台4相对于主基板9的切换误差。所述切换误差可用于下一个硅片上片后对测量位B进行清零，或用于所述硅片传输装置对下一个硅片上片位置的输入，补偿下一个硅片的位置偏差。
优选的，如图4所示，所述第一图像传感器81、第二图像传感器82和第三图像传感器83采用相同结构，所述第一图像传感器81包括成像器件81a、电机81b和镜头81c，所述镜头81c与所述成像器件81a连接，所述电机81b驱动所述镜头81c在垂向运动。
所述硅片预对准机构8通过采集硅片11边缘的位置信息，实现上载硅片11的预对准操作，通过采集所述基准标记的位置信息，获得所述切换误差。由于对准的硅片11边缘和基准标记存在高度差h，通过上述的图像传感器，可以实现自动调焦功能，实现对所述基准标记的高精度测量。具体的，通过电机81b驱动镜头81c在垂向运动，使硅片11边缘和基准标记能在成像器件81a中清晰成像。为了节省测量时间，可离线测量硅片11和基准标记的高度差，在线测量时，仅需要对硅片11厚度产生的焦面微小偏差进行调节即可。
参照图5所示，本发明的曝光方法，包括：
步骤1：在第一工件台4和第二工件台5上各设置3个基准标记，所述第一工件台4和第二工件台5发生工位切换到达曝光位置曝光后，通过与所述基准标记对应的面阵CCD传感器采集所述基准标记的位置信息，获得所述第一工件台4和第二工件台5的切换误差。
其中，所述面阵CCD传感器设置在主基板9上，所述主基板9平行于所述第一工件台4和第二工件台5，所述切换误差为所述第一工件台4和第二工件台5相对于所述主基板9的位置偏差。
具体的，所述第一工件台4和第二工件台5的运动轨迹分为交接位A、测量位B和曝光位C，所述第一工件台4和第二工件台5在交接位A上载硅片11，在测量位B测量对准后，执行工位切换到曝光位C曝光，再经工位切换到交接位A，在交接位A测量所述第一工件台4和第二工件台5的切换误差。
以第一工件台4为例，所述第一工件台4在第二干涉仪51的控制下运动到交接位A，在交接位A上载硅片11，在测量位B通过所述硅片对准系统6和硅片调焦调平系统7测量对准后，执行工位切换到曝光位C曝光后，再经工位切换到交接位A，进行下载硅片11和上载新硅片。
步骤2：根据所述切换误差，对下一个硅片的位置偏差进行补偿，再经所述工件台工位切换到曝光位置进行曝光。
优选的，在硅片11下片前，测量所述第一工件台4的切换误差。将所述切换误差输入硅片传输装置，通过所述硅片传输装置对下一个硅片的上片位置进行补偿。
优选的，在下一个硅片上片后，根据所述切换误差，对所述第一工件台4的测量位进行清零，补偿硅片的位置偏差。
如图5所示，作为一种实施例，通过如下步骤对硅片的位置偏差进行补偿，包括：
步骤1：在交接位A上载硅片11；
步骤2：在交接位A硅片11预对准；
步骤3：在测量位B对硅片11进行调焦调平和对准；
步骤4：工位切换到曝光位C；
步骤5：在曝光位C进行曝光；
步骤6：工位切换到交接位A，同时测量切换误差；
步骤7：在交接位A下载硅片11；
步骤8：根据所述切换误差，对下一个硅片的上片位置补偿，或对测量位B进行清零。
本发明将工件台的切换误差补偿到下一个硅片的位置偏差，减少了由于工件台切换误差带来的对准错误，提高硅片的对准效率，实现动态上片，使光刻机的工件台在工位切换后仍能达到很高的重复性要求，提高了光刻机的稳定性，减少了硅片交接时间，实现光刻机的高产率输出。本发明采用面阵CCD传感器对工件台的切换误差进行测量，受到环境影响较小，简化了现有技术的两套零位传感器，降低了成本。

Claims (17)

1.一种硅片预对准机构，通过扫描设置在所述硅片预对准机构上的硅片边缘，对所述硅片进行预对准，其特征在于，包括3个以上用于进行预对准操作的图像传感器和两组分别位于第一工件台和第二工件台上、与所述图像传感器对应的基准标记，所述图像传感器通过采集所述基准标记的位置信息来获得工件台的切换误差，所述切换误差为下一个硅片的位置偏差的补偿提供依据。
2.根据权利要求1所述的硅片预对准机构，其特征在于，所述图像传感器采用CCD传感器。
3.根据权利要求1所述的硅片预对准机构，其特征在于，所述图像传感器采用面阵CCD传感器。
4.根据权利要求1所述的硅片预对准机构，其特征在于，所述图像传感器和所述基准标记的数量均为3个，所述基准标记分布在一组正交直线上。
5.根据权利要求1所述的硅片预对准机构，其特征在于，所述图像传感器包括成像器件、电机和镜头，所述镜头与所述成像器件连接，所述电机驱动所述镜头在垂向运动。
6.一种曝光装置，其特征在于，包括主基板、设置在所述主基板上的硅片预对准机构、第一工件台和第二工件台，所述硅片预对准机构包括3个以上图像传感器和两组分别位于所述第一工件台和第二工件台上、与所述图像传感器对应的基准标记，所述图像传感器通过扫描设置在所述硅片预对准机构上的硅片边缘，对所述硅片进行预对准，且采集所述基准标记的位置信息来获得切换误差，所述切换误差为所述第一工件台和第二工件台相对于所述主基板的位置偏差，所述主基板平行于所述第一工件台和第二工件台，所述主基板上还设置有物镜、硅片对准系统和硅片调焦调平系统，所述物镜与照明系统及掩模台对应设置。
7.根据权利要求6所述的曝光装置，其特征在于，所述图像传感器和每组所述基准标记的数量均为3个，每组所述基准标记分布在一组正交直线上。
8.根据权利要求6或7所述的曝光装置，其特征在于，所述图像传感器包括成像器件、电机和镜头，所述镜头与所述成像器件连接，所述电机驱动所述镜头在垂向运动。
9.根据权利要求6所述的曝光装置，其特征在于，还包括第一干涉仪和第二干涉仪，所述第一干涉仪测量所述第一工件台和第二工件台的交接位和测量位，所述第二干涉仪测量所述第一工件台和第二工件台的曝光位。
10.根据权利要求9所述的曝光装置，其特征在于，所述第一干涉仪和第二干涉仪设置在所述主基板上。
11.一种曝光方法，其特征在于，包括：
步骤1：在工件台上设置3个以上基准标记，所述工件台发生工位切换到达曝光位置曝光后，通过与所述基准标记对应的图像传感器采集所述基准标记的位置信息，获得所述工件台的切换误差，所述切换误差为所述工件台相对于主基板的位置偏差；
步骤2：根据所述切换误差，对下一个硅片的位置偏差进行补偿，再经所述工件台工位切换到曝光位置进行曝光。
12.根据权利要求11所述的曝光方法，其特征在于，步骤1进一步包括：所述工件台运动轨迹分为交接位、测量位和曝光位，所述工件台在交接位上载硅片，在测量位测量对准后，执行工位切换到曝光位曝光，再经工位切换到交接位，在交接位测量所述工件台的切换误差。
13.根据权利要求11所述的曝光方法，其特征在于，步骤1中，所述工件台的数量为2个，每个工件台上均设置有与所述图像传感器对应的基准标记。
14.根据权利要求11所述的曝光方法，其特征在于，步骤1中，所述图像传感器设置在主基板上，所述主基板平行于所述工件台。
15.根据权利要求11所述的曝光方法，其特征在于，步骤1进一步包括：在硅片下片前，测量所述工件台的切换误差。
16.根据权利要求15所述的曝光方法，其特征在于，步骤2进一步包括：将所述切换误差输入硅片传输装置，通过所述硅片传输装置对下一个硅片的上片位置进行补偿。
17.根据权利要求11所述的曝光方法，其特征在于，步骤2进一步包括：在下一个硅片上片后，根据所述切换误差，对所述工件台的测量位进行清零，补偿硅片的位置偏差。
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