CN111123667B - 光刻装置、光刻装置的垂向控制方法及曝光方法 - Google Patents

光刻装置、光刻装置的垂向控制方法及曝光方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光刻装置、光刻装置的垂向控制方法及曝光方法，所述测量单元获取所述物料表面的面型数据，所述掩模单元、投影物镜单元或所述物料承载单元根据所述物料表面的面型数据垂向运动，以使所述物料的表面与所述投影物镜单元的最佳焦面重合，提高了曝光的精度，并且可以在对准过程中进行测量，提高了光刻的效率，此外，还可以根据物料表面的面型不同智能的选择全局调平的模式和拟合方法，可以有效的适应各种物料的光刻。

Description

光刻装置、光刻装置的垂向控制方法及曝光方法
技术领域
本发明涉及一种半导体制造领域，尤其涉及一种光刻装置、光刻装置的垂向控制方法及曝光方法。
背景技术
在现有的光刻系统中，一般使用光刻机对物料进行光刻，物料表面通常具有起伏，为了适应物料表面的面形，在光刻时，通常是使用垂向控制方法使曝光区域整体上与最佳焦面重合，以提高光刻精度。
现有的垂向控制方法，通常采用三点全局调平方法，即在物料上选取三个点(例如A、B、C三点)，此三个点可组成一个等边三角形，测量A、B、C三点的Z向位置，并进行拟和得到物料上表面高度Z以及倾斜Rx、Ry，之后根据 Z、Rx、Ry对物料进行调整。在曝光场扫描曝光过程中，不再对单个曝光场进行调整。但是现有的垂向控制方法在边缘场曝光时，往往容易出现离焦的现象。而且，当物料尺寸较大时，现有的垂向控制方法误差大、精度低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光刻装置、光刻装置的垂向控制方法及曝光方法，以解决现有的光刻装置及垂向控制方法误差大、精度低等问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种光刻装置，包括：照明单元、掩模单元、投影物镜单元、物料承载单元及测量单元，所述照明单元用于发出照明光，所述照明光依次穿过所述掩模单元及投影物镜单元，照射至所述物料承载单元承载的物料上；
所述测量单元用于获取所述物料表面的面型数据，所述掩模单元、投影物镜单元或所述物料承载单元根据所述物料表面的面型数据垂向运动，以使所述物料的表面与所述投影物镜单元的最佳焦面重合。
可选的，所述测量单元包括若干个第一垂向测量传感器和若干个第二垂向测量传感器，若干个所述第一垂向测量传感器设置于所述投影物镜单元的侧面，若干个所述第二垂向测量传感器与所述物料的边缘相对，并且，所述第二垂向测量传感器的测量范围较所述第一垂向测量传感器的测量范围大。
可选的，所述光刻装置还包括相对设置的第一平台和第二平台，所述掩模单元和所述照明单元依次设置在所述第一平台上方，所述物料承载单元设置于所述第二平台上，所述投影物镜单元穿过所述第一平台与所述物料承载单元相对，所述第一垂向测量传感器设置于所述物料承载单元在所述第一平台的投影面上，所述第二垂向测量传感器设置于所述投影物镜单元伸出所述第一平台的部分的侧面上。
可选的，所述第一垂向测量传感器设置于所述物料承载单元在所述第一平台的投影面的四角上。
可选的，所述物料承载单元包括物料台及运动台，所述物料台用于承载所述物料，所述运动台能够带动所述物料台运动。
可选的，所述物料台的底部还设置有物料台垂向执行器及物料台减震器，用于调节所述物料台的垂向位置。
可选的，所述掩模单元包括掩模台、掩模台垂向执行器及掩模台减震器，所述掩模台用于承载掩模板，所述掩模台垂向执行器及掩模台减震器设置于所述掩模台的底部，用于调节所述掩模台的垂向位置。
可选的，当所述投影物镜单元的数量为n且n>1时，所述投影物镜单元的最佳焦面为n个投影物镜单元的最佳焦面的平均值。
本发明还提供了一种所述光刻装置的垂向控制方法，所述光刻装置的垂向控制方法包括：
并行使用所述第一垂向测量传感器和第二垂向测量传感器测量所述物料表面的面型，获取所述物料表面的面型数据；
根据所述物料表面的面型数据获取所述物料表面的面型数据的统计信息及空间频谱信息；
根据所述物料表面的面型数据的统计信息及空间频谱信息选择全局调平模式和拟合方式。
可选的，所述测量单元测量所述物料表面的面型，获取所述物料表面的面型数据包括：
测量单元测量所述物料承载单元处于零位及不同的对准位时所述物料表面的面型，并获取所述物料表面的面型数据。
可选的，所述物料表面的面型数据的统计信息为PV值，当所述物料表面的面型数据的PV值小于所述阈值时，选择整体全局调平，当所述物料表面的面型数据的PV值大于等于一阈值时，选择逐场全局调平模式。
可选的，当所述物料表面的面型数据的空间频谱信息中的高频成分小于低频成分时，选择平面拟合方式，当所述物料表面的面型数据的空间频谱信息中的高频成分大于等于低频成分时，选择曲面拟合方式。
本发明还提供了一种曝光方法，采用所述光刻装置的垂向控制方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1、通过在所述光刻装置中布局测量单元，所述测量单元能够获取所述物料表面的面型，根据所述面型数据调整物料的垂向姿态，补偿曝光区域面形，以提高曝光的精度；
2、根据所述物料表面的面型数据能够智能的选择全局调平模式和拟合的方式，提高了效率；
3、测量所述物料表面的面型数据和对准过程可以并行完成，提高了光刻装置的产率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一光刻装置的示意图；
图2为本发明实施例提供的又一光刻装置的示意图；
图3为本发明实施例提供的光刻装置的垂向控制方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的光刻装置在不同对准位时的示意图；
图5为本发明实施例提供的判断全局调平模式及拟合方式的流程图；
其中，1-照明单元，2-掩模单元，21-掩模板，22-掩模台，23a-掩模台垂向执行器，23b-掩模台减震器，3-投影物镜单元，4-物料承载单元，41-物料，42- 物料台，43a-物料台垂向执行器，43b-物料台减震器，44-运动台，5-测量单元， 51-第一垂向测量传感器，52-第二垂向测量传感器，61-第一平台，62-第二平台， A-零位，B1-对准位1，B2-对准位2，B3-对准位3，B4-对准位4，G-G光斑， P-P光斑。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参阅图1，其为本发明实施例提供的一光刻装置的示意图，所述光刻装置包括：照明单元1、掩模单元2、投影物镜单元3、物料承载单元4及测量单元 5；所述照明单元1用于发出照明光，所述照明光可依次穿过所述掩模单元2及投影物镜单元3，照射至所述物料承载单元承载4的物料41上；所述测量单元 5用于获取所述物料41表面的面型数据，所述掩模单元2、投影物镜单元3或所述物料承载单元4根据所述物料表面的面型数据垂向运动，以使所述物料41 的表面与所述投影物镜单元3的最佳焦面重合。
所述掩模单元2例如是包括掩模台22、掩模台垂向执行器23a和掩模台减震器23b，所述掩模台22用于承载掩模板21，在掩模台3远离掩模板2的一面，也就是掩模台3的底面分别设置有掩模台垂向执行器23a和掩模台减震器23b。所述掩模台垂向执行器23a可以是多个，多个所述掩模台3垂向执行器23a均匀布置在所述掩模台3的底面，以在需要时对所述掩模台3的垂向姿态进行调整。掩模台减震器23b优选设置于所述掩模台3的中心位置，以在所述掩模台3运动时可以更好的减震。
所述掩模单元2的数量可以是一个，也可以是两个以上。当采用多个掩模单元2时，每个所述掩模单元2可以相互独立工作。本实施例中，如图2所示，所述光刻装置具有两个掩模单元2，每个掩模单元2与下方的物料41上的一个曝光区域对应，形成一个曝光场。
所述投影物镜单元3设置于所述掩模单元2的下方。当所述光刻装置具有多个掩模单元2时，每个所述掩模单元2对应设置一个投影物镜单元3，且每个投影物镜单元3的位置皆对应放置在每个掩模单元2下方。所述投影物镜单元3 具有一镜片组，所述镜片组中的每个镜片均可以进行运动，以对所述物料41不同的曝光场进行曝光。当所述投影物镜单元3的数量为n时，所述投影物镜单元的最佳焦面优选为n个投影物镜单元3的最佳焦面的平均值。
所述物料承载单元4包括物料台42、物料台垂向执行器43a、物料台减震器43b及运动台44。所述物料台42用于承载物料41 ，本实施例中，所述物料可以为一玻璃基板，若基板面积较大，可划分为若干个相互独立的区域，每个区域使用掩模单元2光刻。在物料台42下底面设置有物料台垂向执行器43a以及物料台减震器43b。所述运动台44用于承载物料台42，并在背离所述物料台 42的一侧设置有导轨，所述运动台44可带动物料台42在平行于所述运动台44 的台面上作水平运动，所述运动台44的移动范围在投影物镜单元3的视场范围内，所述掩模台22、投影物镜单元3和物料台42垂向可同步运动、联合调整，以使扫描曝光狭缝区域物料41垂向与最佳焦面重合。
所述光刻装置还包括第一平台61和第二平台62，所述第一平台61和第二平台62之间设置有支撑的结构作为支撑。所述第一平台61、第二平台62相对设置并且与支撑结构一同作为所述光刻装置的整机框架，所述掩模单元2和所述照明单元1依次设置在第一平台61上方，所述投影物镜单元3从所述第一平台61上穿过并延伸至第一平台61下，与所述第二平台62相对，所述物料承载单元4设置于第二平台62上。
所述测量单元5用于测量所述物料41表面的面型数据，其可以包括若干个第一垂向测量传感器51和若干个第二垂向测量传感器52，若干个所述第一垂向测量传感器51设置于所述投影物镜单元3的侧面，若干个所述第二垂向测量传感器52与所述物料41的边缘相对，并且，所述第二垂向测量传感器52的测量范围较所述第一垂向测量传感器51的测量范围大，这样一来，所述第二垂向测量传感器52可以测量所述物料41的边缘的面型，由于其测量范围广，当所述物料台42运动时，可以测量整个物料41表面的面型，若干个所述第一垂向测量传感器51设置于所述投影物镜单元3的侧面，其能够测量物料41的部分表面的面型，将所述第一垂向测量传感器51和所述第二垂向测量传感器52配合使用，以更准确的测量所述物料41表面的面型。
进一步，若干个所述第一垂向测量传感器51设置在所述投影物镜单元3伸出所述第一平台61的部分的侧面上，用以测量投影物镜单元3下方物料41的面形，记其发出的光斑为P光斑，例如：所述第一垂向测量传感器51的数量为 3个，3个所述第一垂向测量传感器51环绕且均匀分布于所述投影物镜单元3 的侧面(即3个所述第一垂向测量传感器51位于投影物镜单元3同一周向上)，当然，所述第一垂向测量传感器51也可以是其他的数量和分布方式，例如是环绕于所述投影物镜单元3的侧面但并非是均匀环绕，本实施例不再一一举例。
若干个第二垂向测量传感器52分散部署在所述第一平台61上，通过所述物料台42在对准过程中的移动，第二垂向测量传感器52可以测量所述物料41 整个表面的面型，记其发出的光斑为G光斑。本实施例中，在所述物料台42在所述第一平台61的投影面的四角分别设置一个第二垂向测量传感器52，当然，所述第二垂向测量传感器52也可以设置于所述物料台42在所述第一平台61的投影面四边上(例如每个边的中点上)，其数量也不限于4个，可以是6个、8 个等，本发明不作限制。
本实施例中，第一垂向测量传感器测量量程相对更小，测量精度更高；第二垂向测量传感器测量量程相对更大，测量精度更低，由于所述第一垂向测量传感器51的精度较所述第二垂向测量传感器52的精度更高，所以所述G光斑较所述P光斑的尺寸更大，测量的范围更广，并且可以将所述第一垂向测量传感器51设置在距离所述物料较所述第二垂向测量传感器52更远的位置，其测量的范围也会进一步加大。所述第一垂向测量传感器51设置于所述投影物镜单元3伸出所述第一平台61部分的侧面，垂直方向上距离所述物料41更近，所以能够精确的测量所述投影物镜单元3下方的物料41的面型。所述第二垂向测量传感器52设置于所述第一平台61上，相比于所述第二垂向测量传感器52，所述第二垂向测量传感器52距离所述物料41更远，测量的范围更广，在对准的过程中，物料台42会移动到不同的对准位置，所述第二垂向测量传感器52 可以通过所述物料台42的移动，测量所述物料41表面的整体面型。
参阅图3，本实施例还提供了一种光刻装置的垂向控制方法，包括：
S1：并行使用第一垂向测量传感器和第二垂向测量传感器测量所述物料表面的面型，获取所述物料表面的面型数据；
S2：根据所述物料表面的面型数据获取所述物料表面的统计信息和空间频谱信息；
S3：根据所述物料表面的统计信息和空间频谱信息选择全局调平模式和拟合方式。
首先，请参阅图4，为了便于描述，以水平面作为XY平面，垂直于XY平面的轴作为Z轴，建立XYZ三维坐标系。在进行掩模板22和物料41的同轴对准和离轴对准过程中，采用测量单元5测量物料41表面的面形，即由第一垂向测量传感器51和第二垂向测量传感器52测量物料41表面的每个面形测量点的实际坐标得到物料41表面的面形数据。实际测量中，所述物料台42首先处于零位A，第二垂向测量传感器52可以测量到物料41边缘的面型，所述物料台 42接着会移动到例如对准位B1、对准位B2、对准位B3和对准位B4等其他对准位置，由于所述第二垂向测量传感器52测量的范围广，通过物料台42的移动，所述第二垂向测量传感器52可以测量到物料41的整个面型，但所述第一垂向测量传感器51在物料台42的移动过程中，也可以测到所述物料41表面的面型，并且由于其测量精度高，可以得到更精准的面型数据。总之，通过所述第一垂向测量传感器51和第二垂向测量传感器52配合可以精确的测量出所述物料41表面的面型，得到精确的面型数据。物料台42会设置一个参考物面，在后续的拟合过程中，测量单元5测量得到的实际的测量点的高度值是相对于此参考物面高度值。
接着请参阅图5，在物料41开始扫描曝光前，作全局调平，一般全局调平设有两种，一种为整体全局调平，另一种为逐场全局调平，在扫描曝光前既可仅作整体全局调平，又可仅作逐场全局调平，还可两者皆作。对物料41表面的数学描述方式有平面方程和曲面多项式两种，对应的拟合方式分别是平面拟合和曲面拟合，根据所述物料41表面的面型数据获取所述物料41表面的统计信息(例如PV值-面型数据中最高点与最低点的差值)和空间频谱信息，并且根据所述物料41表面的统计信息和空间频谱信息选择全局调平模式和拟合方式。
具体的，当所述物料41表面的面型数据的PV值小于阈值P0时，选择整体全局调平，当所述物料41表面的面型数据的PV值大于等于一阈值P0时，选择逐场全局调平模式。当所述物料41表面的面型数据的频率中的高频成分小于低频成分时(主要频谱成分为低频)，选择平面拟合方式。当所述物料41表面的面型数据的频率中的高频成分大于等于低频成分时(主要频谱成分为高频)，选择曲面拟合方式。不同的全局调平方式和拟合方式，至少可以组成四种全局调平方法。
综上，在本发明实施例提供的光刻装置、光刻装置的垂向控制方法及曝光方法中，所述测量单元获取所述物料表面的面型数据，所述掩模单元、投影物镜单元或所述物料承载单元根据所述物料表面的面型数据垂向运动，以使所述物料的表面与所述投影物镜单元的最佳焦面重合，提高了曝光的精度，并且可以在对准过程中进行测量，提高了光刻的效率，此外，还可以根据物料表面的面型不同智能的选择全局调平的模式和拟合方法，可以有效的适应各种物料的光刻。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种光刻装置，其特征在于，所述光刻装置包括：照明单元、掩模单元、投影物镜单元、物料承载单元及测量单元，所述照明单元用于发出照明光，所述照明光依次穿过所述掩模单元及投影物镜单元，照射至所述物料承载单元承载的物料上；
在扫描曝光前，所述测量单元用于获取所述物料表面的面型数据，所述掩模单元、投影物镜单元或所述物料承载单元根据所述物料表面的面型数据垂向运动，以使所述物料的表面与所述投影物镜单元的最佳焦面重合；
所述测量单元包括若干个第一垂向测量传感器和若干个第二垂向测量传感器，若干个所述第一垂向测量传感器设置于所述投影物镜单元的侧面，若干个所述第二垂向测量传感器与所述物料的边缘相对，且所述第二垂向测量传感器的测量范围较所述第一垂向测量传感器的测量范围大。
2.如权利要求1所述的光刻装置，其特征在于，所述光刻装置还包括相对设置的第一平台和第二平台，所述掩模单元和所述照明单元依次设置在所述第一平台上方，所述物料承载单元设置于所述第二平台上，所述投影物镜单元穿过所述第一平台与所述物料承载单元相对，所述第二垂向测量传感器设置于所述物料承载单元在所述第一平台的投影面上，所述第一垂向测量传感器设置于所述投影物镜单元伸出所述第一平台的部分的侧面上。
3.如权利要求2所述的光刻装置，其特征在于，所述第二垂向测量传感器设置于所述物料承载单元在所述第一平台的投影面的四角上。
4.如权利要求1所述的光刻装置，其特征在于，所述物料承载单元包括物料台及运动台，所述物料台用于承载所述物料，所述运动台能够带动所述物料台运动。
5.如权利要求4所述的光刻装置，其特征在于，所述物料台的底部还设置有物料台垂向执行器及物料台减震器，用于调节所述物料台的垂向位置。
6.如权利要求5所述的光刻装置，其特征在于，所述掩模单元包括掩模台、掩模台垂向执行器及掩模台减震器，所述掩模台用于承载掩模板，所述掩模台垂向执行器及掩模台减震器设置于所述掩模台的底部，用于调节所述掩模台的垂向位置。
7.如权利要求1所述的光刻装置，其特征在于，当所述投影物镜单元的数量为n且n>1时，所述投影物镜单元的最佳焦面为n个投影物镜单元的最佳焦面的平均值。
8.一种如权利要求1-7中任一项所述的光刻装置的垂向控制方法，其特征在于，所述光刻装置的垂向控制方法包括：
并行使用第一垂向测量传感器和第二垂向测量传感器测量所述物料表面的面型，获取所述物料表面的面型数据；
根据所述物料表面的面型数据获取所述物料表面的面型数据的统计信息及空间频谱信息；
根据所述物料表面的面型数据的统计信息和空间频谱信息选择全局调平模式和拟合方式。
9.如权利要求 8所述的光刻装置的垂向控制方法，其特征在于，所述测量单元测量所述物料表面的面型，获取所述物料表面的面型数据包括：
测量单元测量所述物料承载单元处于零位及不同的对准位时所述物料表面的面型，并获取所述物料表面的面型数据。
10.如权利要求 9所述的光刻装置的垂向控制方法，其特征在于，所述物料表面的面型数据的统计信息为PV值，当所述物料表面的面型数据的PV值小于一阈值时，选择整体全局调平；当所述物料表面的面型数据的PV值大于等于所述阈值时，选择逐场全局调平模式。
11.如权利要求 10所述的光刻装置的垂向控制方法，其特征在于，当所述物料表面的面型数据的空间频谱信息中的高频成分小于低频成分时，选择平面拟合方式；当所述物料表面的面型数据的空间频谱信息中的高频成分大于等于低频成分时，选择曲面拟合方式。
12.一种曝光方法，其特征在于，采用如权利要求8-11中任一项所述的光刻装置的垂向控制方法。
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