CN109270797B - 一种实时监测机台稳定性的装置、方法及光刻机机台 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种实时监测机台稳定性的装置、方法及光刻机机台，至少包括：依次通过所述扩束镜和所述楔形光学平板，将从所述晶圆平台射出的光束，转变为干涉图案，所述干涉图案由所述图像接收器所接收，通过判断所述干涉图案是否倾斜来判断所述晶圆平台是否在所述物镜的焦距位置，并且可以通过测量倾斜的角度来确定晶圆平台的偏移量是否在允许范围内。通过本发明的装置和监测方法可以实时监测机台的曝光光线焦点是否聚焦在晶圆平台上，以使晶圆光阻达到最佳的曝光条件，保证机台的稳定运行，并且监测周期短，机台的利用率高。

Description

一种实时监测机台稳定性的装置、方法及光刻机机台
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种实时监测机台稳定性的装置、方法及光刻机机台。
背景技术
半导体技术继续沿着摩尔定律发展，临界尺寸越来越小，芯片的集成度也越来越高，这对半导体制造工艺提出了越来越严格的要求，因此必须在工艺过程中尽可能地减小每一步骤的误差，降低因误差造成的器件失效。
在半导体制造过程中，光刻工艺作为每一个技术代的核心技术而发展。光刻是将光掩模(mask)上图形形式的电路结构通过对准、曝光、显影等步骤转印到涂有光刻胶的硅片表面的工艺过程，光刻工艺会在硅片表面形成一层光刻胶图形，其后续工艺是刻蚀或离子注入。标准的CMOS工艺中，需要数十次的光刻步骤，而影响光刻工艺误差的因素当中，机台稳定性一直是影响生产效率的重要因素，如何能够在第一时间得到机台参数变化的准确信息，直接关系到产品的良率及生产效率。
我们常用的定义光刻机机台稳定性的一项参数为焦点(focus)，焦点代表的是机台的聚光位置是否在晶圆所在的平面(或称晶圆平台，stage)上，一旦机台的焦点位置发生改变，由于光汇聚位置改变，会导致光阻(photoresist)曝光的形貌发生改变。如图1所示为光刻机扫描仪(scanner)的光路简图，图中光线通过反射部件8的反射后，经过物镜2，经过物镜2的光线焦点正好聚焦于晶圆平台1上，这样可以获得所需的光阻形貌。如图2和图3所示为晶圆平台分别发生上移和下移的情况，此时，与所述晶圆平台固定的晶圆6和光阻7位置相应发生变化，光线的聚焦位置也就发生变化，这两种情况都不是最佳的曝光条件，将引起光阻图案桥连(Bridge)或者剥离(peeling)。
目前，常见的机台焦点检测方式是是使用控片在机台端下工作，通过测量控片上的结果来判断机台焦点位置是否超出正常范围，这种方式不仅花费的时间多，影响到机台正常的跑货效率，而且周期长，一旦机台焦点发生了变化，并不能在第一时间检测到，当发现的时候，也无法确定机台变化的时间点，对产品后续检测也会带来较大的困难。
因此，提供一种实时监测机台稳定性的装置、方法及光刻机机台是本领域技术人员需要解决的课题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种实时监测机台稳定性的装置、方法及光刻机机台，用于解决现有技术中不能实时监测到机台的曝光光线焦点是否聚焦在晶圆平台上的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种实时监测机台稳定性的装置，所述机台至少包括晶圆平台和位于所述晶圆平台上方的物镜，所述装置至少包括扩束镜、楔形光学平板和图像接收器；
所述扩束镜用于布置在所述晶圆平台的下方，并用于接收从所述晶圆平台射出的光束，且所述扩束镜与所述晶圆平台之间的距离为所述物镜的焦距；
所述楔形光学平板布置在所述扩束镜的下方，用于反射从所述扩束镜射出的光束，形成两组相干光波；
所述图像接收器布置在所述两组相干光波的出射路径上，用于接收并显示所述两组相干光波所形成的干涉图案。
作为本发明实时监测机台稳定性的装置的一种优化的方案，所述图像接收器至少包括图像传感器和与所述图像传感器相连的显示器。
作为本发明实时监测机台稳定性的装置的一种优化的方案，所述楔形光学平板包括上、下两个全反射表面，且所述上、下两个全反射表面具有角度差。
作为本发明实时监测机台稳定性的装置的一种优化的方案，所述机台为光刻机机台。
本发明还提供一种利用上述装置进行实时监测机台稳定性的方法，所述方法至少包括：
依次通过所述扩束镜和所述楔形光学平板，将从所述晶圆平台射出的光束，转变为干涉图案，所述干涉图案由所述图像接收器所接收，通过判断所述干涉图案是否倾斜来判断所述晶圆平台是否在所述物镜的焦距位置。
作为本发明实时监测机台稳定性的方法的一种优化的方案，当所述晶圆平台的位置位于所述物镜的焦距时，所述扩束镜接收从所述晶圆平台射出的光束后，将光束扩束为平行光，所述平行光经过所述楔形光学平板的反射后，成为平行于水平方向的干涉图案，所述水平方向是沿着所述晶圆平台表面的方向。
作为本发明实时监测机台稳定性的方法的一种优化的方案，当所述晶圆平台的位置位于所述物镜的焦距下方时，所述扩束镜接收从所述晶圆平台射出的光束后，将光束转变为具有发散角的发散光，所述发散光经过所述楔形光学平板的反射后，成为向上倾斜的干涉图案。
作为本发明实时监测机台稳定性的方法的一种优化的方案，所述发散角的范围为大于0°且小于或等于3°。
作为本发明实时监测机台稳定性的方法的一种优化的方案，当所述晶圆平台的位置位于所述物镜的焦距上方时，所述扩束镜接收从所述晶圆平台射出的光束后，将光束转变为具有收缩角的汇聚光，所述汇聚光经过所述楔形光学平板的反射后，成为向下倾斜的干涉图案。
作为本发明实时监测机台稳定性的方法的一种优化的方案，所述收缩角的范围为大于0°且小于或等于3°。
作为本发明实时监测机台稳定性的方法的一种优化的方案，所述干涉图案为平行等距条纹。
本发明另外还提供一种光刻机机台，所述光刻机机台至少包括晶圆平台、位于所述晶圆平台上方的物镜以及上述实时监测所述机台稳定性的装置；
所述扩束镜布置在所述晶圆平台的下方。
如上所述，本发明的实时监测机台稳定性的装置、方法及光刻机机台，至少包括：依次通过所述扩束镜和所述楔形光学平板，将从所述晶圆平台射出的光束，转变为干涉图案，所述干涉图案由所述图像接收器所接收，通过判断所述干涉图案是否倾斜来判断所述晶圆平台是否在所述物镜的焦距位置，还可以通过测量倾斜的角度来确定晶圆平台的偏移量是否在允许范围内。通过本发明的装置和监测方法可以实时监测机台的曝光光线焦点是否聚焦在晶圆平台上，以使晶圆光阻达到最佳的曝光条件，保证机台的稳定运行，并且监测周期短，机台的利用率高。
附图说明
图1为现有技术中光刻机扫描仪的光路示意图。
图2为现有技术中晶圆平台上移时光束示意图。
图3为现有技术中晶圆平台下移时的光束示意图。
图4为本发明实时监测机台稳定性的装置的实施例中晶圆平台处于焦距位置时的示意图。
图5为图4中的楔形光学平板及其光路图。
图6为由图4所获得的干涉图案。
图7为本发明实时监测机台稳定性的装置的实施例中晶圆平台下移时的示意图。
图8为图7中的楔形光学平板及其光路图。
图9为由图7装置所获得的干涉图案。
图10为本发明实时监测机台稳定性的装置的实施例中晶圆平台上移时的示意图。
图11为由图10装置所获得的干涉图案。
图12为实际测试时机台焦距位置正好位于晶圆平台时所获得的干涉图案。
图13为实际测试时机台焦距位置发生变化所获得的干涉图案。
元件标号说明
1 晶圆平台
2 物镜
3 扩束镜
4 楔形光学平板
5 图像接收器
6 晶圆
7 光阻
8 反射部件
9 干涉条纹
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种实时监测机台稳定性的装置，所述机台至少包括晶圆平台1和位于所述晶圆平台1上方的物镜2。所述晶圆平台1用于固定晶圆，晶圆表面形成有光阻。本发明中，若光线通过所述物镜2后形成的焦点聚焦在所述晶圆平台1的位置，就代表此时晶圆平台1的位置最佳，在实际生产中，光阻上可以获得最佳的曝光条件。
如图4所示，所述实时监测机台稳定性的装置至少包括扩束镜3、楔形光学平板4和图像接收器5。
所述扩束镜3用于布置在所述晶圆平台的下方，并用于接收从所述晶圆平台1射出的光束，并且所述扩束镜3与所述晶圆平台1之间的距离为所述物镜2的焦距，即所述扩束镜3和所述晶圆平台1之间保持相对静止，始终保证有一个物镜焦距的距离。若所述晶圆平台1发生上移，所述扩束镜3也随之上移；若所述晶圆平台1发生下移，所述扩束镜3也随着下移。
作为示例，所述扩束镜3由一个光学透镜构成，设置在所述晶圆平台1下方。根据所述晶圆平台1和扩束镜3是否发生上下移动，经过所述物镜2的光束，可能在晶圆平台1处聚焦，也可能在所述晶圆平台1上方或下方聚焦，相应地，经过晶圆平台1后的光束，再经过所述扩束镜3后，则有可能成为平行光，也有可能成为发散光或者汇聚光。
所述楔形光学平板4布置在所述扩束镜的下方，用于反射经过所述扩束镜3的光束，形成两组相干光波。所述楔形光学平板4也称剪切干涉仪，会将从所述扩束镜3射出的光束反射分裂为两组相干光波，并且使这两组相干光波波面彼此相对错开(剪切)，在这两组相干光波的重叠区将产生干涉。
所述楔形光学平板4设置在所述扩束镜3下方。即，从上至下，依次为所述物镜2、晶圆平台1、扩束镜3、楔形光学平板4。
所述楔形光学平板4包括上、下两个全反射表面，这两个表面由光学材料构成，且所述上、下两个全反射表面具有角度差(楔角)。所述角度差具体大小不限，通过所述楔形光学平板4上下两个全反射表面的反射，只要能将光束横向剪切为两组相干的光波即可。
所述图像接收器5布置在所述两组相干光波的出射路径上，用于接收并显示所述两组相干光波所形成的干涉图案。作为示例，所述图像接收器5至少包括图像传感器和与所述图像传感器相连的显示器。所述图像传感器可以为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合元件)图像传感器，当然，也可以是其他适合的图像传感器类型，在此不限。通过所述图像传感器可以接收干涉图案，并通过一USB数据线将干涉图案显示于所述显示器上。
作为示例，所述机台为光刻胶机台，本实施例提供的所述装置用于实时监测光刻机机台的稳定性。
本发明还提供一种实时监测机台稳定性的方法，利用上述装置来实现，所述方法至少包括如下：依次通过所述扩束镜3和所述楔形光学平板4，将从所述晶圆平台1射出的光束，转变为干涉图案，所述干涉图案由所述图像接收器5所接收，通过判断所述干涉图案是否倾斜来判断所述晶圆平台1是否在所述物镜2的焦距位置。
当所述晶圆平台1的位置位于所述物镜2的焦距位置时，如图4所示，此时，所述晶圆平台1的位置正常，即机台聚焦条件最佳。由于所述扩束镜3与所述晶圆平台1的距离也为物镜的一个焦距，因此，所述扩束镜3接收到从所述晶圆平台1射出的光束后，会将光束扩束为平行光，所述平行光再经过所述楔形光学平板4的反射后，成为平行于水平方向的干涉图案。所述水平方向指的是沿着所述晶圆平台表面的方向，或者说是垂直于纸面的方向。
图5所示为楔形光学平板及对应的光路图，当平行光入射到所述楔形光学平板4上后，水平方向光程差相同，当光程差为n+1/2光波时形成暗条纹，最终形成明暗相间条纹为水平方向，形成的干涉条纹9图案如图6所示。
当由于某些原因所述晶圆平台1发生位置偏移，此时机台的聚焦条件改变。所述晶圆平台1不再位于物镜焦距位置，所述扩束镜3会随着所述晶圆平台1一起偏移，以保持一个焦距的距离，此时光束经过扩束镜3后会形成具有发散角或收缩角的光束，经过楔形光学平板4后仍然会形成干涉图案，但是，由于入射楔形光学平板4的光束不是平行光，同一水平位置上的光波的光程差不再相同，因此，形成的干涉条纹不再是平行于水平方向。具体为以下两种情况：
如图7所示，当所述晶圆平台1的位置位于所述物镜2的焦距下方时，所述扩束镜3接收从所述晶圆平台1射出的光束后，将光束转变为具有发散角的发散光，所述发散光经过所述楔形光学平板4的反射后，成为向上倾斜的干涉图案。所述发散角优选范围为大于0°且小于或等于3°。
需要说明的是，所述向上倾斜的干涉图案指的是，当人站在所述楔形光学平板4的位置面向图像接收器5时，从人的左手至右手方向，所呈现的从低到高的干涉图案。
图8所示为楔形光学平板及对应的光路图，当发散光束入射到所述楔形光学平板上后，水平方向的光程差不再相同，而是倾斜向上方向的光程差相同，因此，发散光束经过楔形光学平板的反射后形成向上倾斜的干涉条纹，形成的干涉条纹9图案如图9所示。
如图10所示，当所述晶圆平台1的位置位于所述物镜2的焦距上方时，所述扩束镜3接收从所述晶圆平台1射出的光束后，将光束转变为具有收缩角的汇聚光，所述汇聚光经过所述楔形光学平板4的反射后，成为向下倾斜的干涉图案，干涉条纹9图案请参阅附图11。所述收缩角优选范围为大于0°且小于或等于3°。
需要说明的是，所述向下倾斜的干涉图案指的是，当人站在所述楔形光学平板4的位置面向图像接收器5时，从人的左手至右手方向，所呈现的从高到低的干涉图案。
以上所形成的干涉图案9均为平行等距条纹。
每一台机台都有一个允许晶圆平台1从物镜2焦距位置偏移的上下限，经过实验发现，当干涉图案9的倾斜角度在+/-15°以内时，晶圆平台1上下偏移的距离则处于允许范围内。
如图12和图13为用图像接收器5实际接收到的干涉图案，其中图12为机台聚焦位置变化时接收到的干涉图案，图13为机台聚焦位置正常时接收到的干涉图案。可以看出，晶圆平台位置正常时，干涉条纹沿水平方向；发生异常时，条纹倾斜。当接收到的图像条纹倾斜时，只需要通过标尺判断倾斜角度是否大于15°，当偏转超出范围时，即可通知设备工程师调整机台的晶圆平台位置至正常，保证机台的稳定。
通过图像接收器上显示的图像，我们能够方便快捷的知道机台聚焦位置是否有发生变化，避免使用传统方法所需周期长的弊端，减少机台的风险，也能减少机台做检测(monitor)的时间，使机台的利用率达到最大。
本发明另外还提供一种光刻机机台，所述光刻机机台至少包括晶圆平台、位于所述晶圆平台上方的物镜以及上述实时监测所述机台稳定性的装置；所述扩束镜布置在所述晶圆平台的下方。
综上所述，本发明提供一种实时监测机台稳定性的装置、方法及光刻机机台，至少包括：依次通过所述扩束镜和所述楔形光学平板，将从所述晶圆平台射出的光束，转变为干涉图案，所述干涉图案由所述图像接收器所接收，通过判断所述干涉图案是否倾斜来判断所述晶圆平台是否在所述物镜的焦距位置，还可以通过测量倾斜的角度来确定晶圆平台的偏移量是否在允许范围内。通过本发明的装置和监测方法可以实时监测机台的曝光光线焦点是否聚焦在晶圆平台上，以使晶圆光阻达到最佳的曝光条件，保证机台的稳定运行，并且监测周期短，机台的利用率高。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种实时监测机台稳定性的装置，所述机台至少包括晶圆平台和位于所述晶圆平台上方的物镜，其特征在于，所述装置至少包括扩束镜、楔形光学平板和图像接收器；
所述扩束镜用于布置在所述晶圆平台的下方，并用于接收从所述物镜射出的并经过晶圆平台的光束，且所述扩束镜与所述晶圆平台之间的距离为所述物镜的焦距；
所述楔形光学平板布置在所述扩束镜的下方，用于反射从所述扩束镜射出的光束，形成两组相干光波；
所述图像接收器布置在所述两组相干光波的出射路径上，用于接收并显示所述两组相干光波所形成的干涉图案。
2.根据权利要求1所述的实时监测机台稳定性的装置，其特征在于：所述图像接收器至少包括图像传感器和与所述图像传感器相连的显示器。
3.根据权利要求1所述的实时监测机台稳定性的装置，其特征在于：所述楔形光学平板包括上、下两个全反射表面，且所述上、下两个全反射表面具有角度差。
4.权利要求1至3任一项所述的实时监测机台稳定性的装置，其特征在于：所述机台为光刻机机台。
5.一种利用权利要求1～4任一项所述装置进行实时监测机台稳定性的方法，其特征在于：所述方法至少包括：
依次通过所述扩束镜和所述楔形光学平板，将从所述晶圆平台射出的光束，转变为干涉图案，所述干涉图案由所述图像接收器所接收，通过判断所述干涉图案是否倾斜来判断所述晶圆平台是否在所述物镜的焦距位置。
6.根据权利要求5所述的实时监测机台稳定性的方法，其特征在于：当所述晶圆平台的位置位于所述物镜的焦距时，所述扩束镜接收从所述晶圆平台射出的光束后，将光束扩束为平行光，所述平行光经过所述楔形光学平板的反射后，成为平行于水平方向的干涉图案，所述水平方向是沿着所述晶圆平台表面的方向。
7.根据权利要求5所述的实时监测机台稳定性的方法，其特征在于：当所述晶圆平台的位置位于所述物镜的焦距下方时，所述扩束镜接收从所述晶圆平台射出的光束后，将光束转变为具有发散角的发散光，所述发散光经过所述楔形光学平板的反射后，成为向上倾斜的干涉图案。
8.根据权利要求7所述的实时监测机台稳定性的方法，其特征在于：所述发散角的范围为大于0°且小于或等于3°。
9.根据权利要求5所述的实时监测机台稳定性的方法，其特征在于：当所述晶圆平台的位置位于所述物镜的焦距上方时，所述扩束镜接收从所述晶圆平台射出的光束后，将光束转变为具有收缩角的汇聚光，所述汇聚光经过所述楔形光学平板的反射后，成为向下倾斜的干涉图案。
10.根据权利要求9所述的实时监测机台稳定性的方法，其特征在于：所述收缩角的范围为大于0°且小于或等于3°。
11.根据权利要求5所述的实时监测机台稳定性的方法，其特征在于：所述干涉图案为平行等距条纹。
12.一种光刻机机台，其特征在于，所述光刻机机台至少包括晶圆平台、位于所述晶圆平台上方的物镜以及权利要求1至4任一项所述的实时监测所述机台稳定性的装置；
所述扩束镜布置在所述晶圆平台的下方。
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