CN112051712B - 用于光刻设备的曝光补偿方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及光刻技术领域，具体涉及一种用于光刻设备的曝光补偿方法及系统。方法包括：系统自动获取光刻机汞灯光源的功率。在未满功率工作，系统不做补偿。在工作光源开始处于满功率工作状态时刻，获取工作光源的初始输出光能量；根据预光源输出光能量与工作时间之间的关系模型，确定实际需求曝光剂量与预存的目标曝光剂量之间的曝光剂量差值；根据曝光剂量差值调节光刻机扫描速率，使得对晶圆能够按照补偿后的曝光剂量进行光刻。系统包括：在光路上依次设置的光源、能量传感控制组件、曝光快门、透镜组件、反射镜和投影物镜，可以解决相关技术不能适应随着汞灯的使用时间的增长，其输出光的能量会逐渐减弱，CD均值不断变差的问题。

Description

用于光刻设备的曝光补偿方法及系统
技术领域
本申请涉及光刻技术领域，具体涉及一种用于光刻设备的曝光补偿方法及系统。
背景技术
光刻技术是一种精密的微细加工技术。目前，基于紫外线光源的光刻机大多以高压汞灯作为曝光光源，随着汞灯的使用时间的增长，其输出光的能量会逐渐减弱，即光强减弱，从而使得在光刻形成的图形关键尺寸(Critical Dimension，CD)偏差会逐渐增大，影响光刻精度，因此需要对光刻设备的曝光进行补偿。
在相关技术中，通常需要在曝光工艺之后对所形成的图形CD进行测量，依照所测量的图形CD值判断CD均值，根据CD均值来对曝光能量进行补偿，以使得下一批的晶圆关键尺寸值能够更接近目标值。
然而，由于随着汞灯的使用时间的增长，其输出光能量的减弱是动态的渐进式的，CD均值也是不断变差，因此若采用相关技术中的曝光补偿技术，则需要不断测量已形成图形的CD值，来校准下一次将要形成的图形，工作效率较低且还会导致图形CD均值仍旧较差。
发明内容
本申请提供了一种用于光刻设备的曝光补偿方法及系统，可以解决相关技术不能适应随着汞灯的使用时间的增长，其输出光的能量会逐渐减弱，CD均值不断变差的问题。
作为本申请的第一方面，提供一种用于光刻设备的曝光补偿方法，所述用于光刻设备的曝光补偿方法至少包括以下步骤：
在工作光源开始处于满功率工作状态时刻t0，获取所述工作光源的初始输出光能量Ev(t0)；
根据预存的光源输出光能量与工作时间之间的关系模型Ev(t)，确定从所述工作光源开始处于满功率工作状态时刻t0起，在一个曝光时间Tshot内的实际曝光剂量Hv；
确定所述实际曝光剂量Hv与预存的目标曝光剂量Hv0之间的曝光剂量差值Hvd；
根据所述曝光剂量差值Hvd调节光刻扫描速率，使得对晶圆能够按照补偿后的曝光剂量进行光刻。
可选的，所述根据预存的光源输出光能量Ev与工作时间t之间的关系模型Ev(t0，确定从所述工作光源开始处于满功率工作状态时刻t0起，在一个曝光时间Tshot内的实际曝光剂量Hv的步骤，包括：
通过计算公式：
Figure GDA0003771845260000021
计算得到在一个曝光时间Tshot内的实际曝光剂量Hv。
可选的，所述光源输出光能量Ev与工作时间t之间的关系模型Ev(t)为线性拟合函数。
可选的，在进行所述用于光刻设备的曝光补偿方法之前还进行曝光预操作，构建所述光源输出光能量Ev与工作时间t之间的关系模型Ev(t)，包括以下步骤：
提供与所述工作光源性能相同的光源作为测试光源；
使得所述测试光源满功率工作；
实时采集所述测试光源的输出光能量，确定若干组测试样本；每组所述测试样本中包括相对应的所述测试光源的输出光能量值，和，所述测试光源的工作时间；
根据若干组所述测试样本，构建并拟合出所述测试光源的输出光能量和工作时间的关系模型；
将所述测试光源的输出光能量和工作时间的关系模型，等效为光源输出光能量Ev与工作时间t之间的关系模型Ev(t)。
作为本申请的第二方面，提供一种用于光刻设备的曝光补偿系统，所述用于光刻设备的曝光补偿系统用于执行本申请第一方面所述的曝光补偿方法；
所述用于光刻设备的曝光补偿系统包括：在光路上依次设置的光源、能量传感控制组件、曝光快门、透镜组件、反射镜和投影物镜；
所述能量传感控制组件设于所述光源的光路出射端，用于采集该光源输出光的能量；
所述曝光快门设于所述能量传感控制组件光路出射端；
所述透镜组件设于所述曝光快门的光路出射端，允许从所述曝光快门中出射的光线穿过所述透镜组件；
所述反射镜设于所述透镜组件的光路出射端，用于反射从所述透镜组件中出射的光线；
所述投影物镜设于所述反射镜的光路出射端，用于接收该从所述反射镜反射的光线，并将所述光线聚焦投影在焦平面。
可选的，还包括计算控制单元；
所述计算控制单元用于获取若干组测试样本，每组所述测试样本中包括相对应的所述测试光源的输出光能量值，和，所述测试光源的工作时间；
用于根据若干组所述测试样本，构建并拟合出所述测试光源的输出光能量和工作时间的关系模型。
可选的，所述投影物镜由可移动镜片电机驱动在所述焦平面上进行扫描。
可选的，所述计算控制单元还能够根据所述曝光剂量差值Hvd控制所述可移动镜片电机，以调节光刻扫描速率，使得对晶圆能够按照补偿后的曝光剂量进行光刻。
本申请技术方案，至少包括如下优点：本申请通过预先测试得到的光源输出光能量与工作时间的关系模型，来对曝光过程进行补偿，能够针对随着光源的使用时间的增长，其输出光的能量会逐渐减弱，来补偿改善光刻图形CD均值。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例提供的用于光刻设备的曝光补偿系统结构原理图；
图2是本申请一实施例提供的用于光刻设备的曝光补偿方法流程图；
图3以额定功率为6500W的汞灯为例，示出了光源的输入功率随着其工作时间的变换关系图；
图4以额定功率为6500W的汞灯为例，示出了光源的输出光能量与其输入功率之间随光源工作时间的变化关系图；
图5以额定功率为6500W的汞灯为例，示出了其输出光能量Ev与该工作光源工作时间t之间为线性拟合关系；
图6是曝光预操作的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
图1为本申请一实施例提供的用于光刻设备的曝光补偿系统结构原理图，参照图1，其示出了用于光刻设备的曝光补偿系统包括在光路上依次设置的光源110、能量传感控制组件120、曝光快门130、透镜组件140、反射镜150和投影物镜160。
该光源110包括用以提供紫外线曝光光源汞灯，和用于给该汞灯供电的供电单元，可选的该汞灯的额定功率为6500W。
该能量传感控制组件120设于该光源110的光路出射端，用于采集该光源110输出光的能量，并能够对输出光的能量进行控制，例如该能量传感控制组件中可以包括偏振片。
该曝光快门130设于能量传感控制组件120光路出射端，能够根据快门控制器131的控制能够调节快门速度。
该透镜组件140设于该曝光快门130的光路出射端，允许从曝光快门130中出射的光线穿过该透镜组件140，穿过该透镜组件140光线的光束直径和发射角均产生改善，能够使得光线聚焦效果更好。
该反射镜150设于该透镜组件140的光路出射端，用于反射从该透镜组件140中出射的光线。
该投影物镜160设于该反射镜150的光路出射端，用于接收该从该反射镜150反射的光线，并将该光线聚焦投影在焦平面170上。
继续参照图1，该用于光刻设备的曝光补偿系统还包括计算控制单元190，该计算控制单元190用于供电单元100给光源110供电，用于接收能量传感控制组件120采集到的光源输出光的能量，并能够根据计算向能量传感控制组件120发送控制信号，使得该能量传感控制组件120对输出光的能量进行控制；该计算控制单元190还用于根据光源输出光的能量变化控制快门速度以调节曝光能量，还能够通过控制可移动镜片电机180来控制投影物镜160在该焦平面170上进行扫描的扫描速率。
基于图1所示曝光补偿系统，本申请提供了一种用于光刻设备的曝光补偿方法，该用于光刻设备的曝光补偿方法参照图2，包括以下步骤：
步骤S1：在工作光源开始处于满功率工作状态时刻t0，获取所述工作光源的初始输出光能量Ev(t0)。
图3以额定功率为6500W的汞灯为例，示出了光源的输入功率随着其工作时间的变换关系，从图3中可以看出，该光源的工作阶段包括工作初期阶段Ta0和工作正常阶段，图3中的Ta1指的是下一次新更换同种光源，其工作状态中的工作初期阶段Ta1。在光源的工作初期阶段，光源并非满功率工作。
可选的，通过计算控制单元控制供电单元提供给工作光源的电流电压，使得工作光源满功率工作，例如，对于额定功率为6500W的光源，其满功率工作为光源的输入功率持续达到6500W。在工作光源开始处于满功率工作状态时刻t0，通过能量传感控制组件获取所述工作光源的初始输出光能量Ev(t0)。
图4以额定功率为6500W的汞灯为例，示出了光源的输出光能量与其输入功率之间随光源工作时间的变化关系图，图4的横坐标为采样次数，其采样为以特定时间间隔进行采样，图4的左侧纵坐标表示的是光能量，单位为mW/cm2,图4的右侧纵坐标表示的是光功率，单位为W。其中，折线X表示光源输出光能量，对应图4的左侧纵坐标；折线Y表示光源输入功率，对应图4的右侧纵坐标。从图4中可以看出，在光源满功率工作时，即光源的输入功率均衡保持的6500W，随着采样次数的增大(即随时光源实用时间的延长)，光源的输出光能量的的趋势为逐渐降低，直至在光源使用过程中采样至第48次，进行更换光源操作，此后光源在一定时间段内为工作初期阶段，在此阶段中光源并非满功率工作。
步骤S2：根据预存的光源输出光能量Ev与工作时间t之间的关系模型Ev(t)，确定从工作光源开始处于满功率工作状态时刻t0起，在一个曝光时间Tshot内的实际曝光剂量Hv。
该光源输出光能量Ev与工作时间t之间的关系模型Ev(t)预存在计算控制单元中。
计算公式为：
Figure GDA0003771845260000061
其中函数Ev(t)为输出光能量Ev与该工作光源工作时间t之间的关系模型，根据曝光预操作可知，输出光能量Ev与该工作光源工作时间t之间为线性拟合关系，经过拟合后Ev(t)＝a*t+b，其中a和b均为常量。
步骤S3：确定实际曝光剂量Hv与预存的目标曝光剂量Hv0之间的曝光剂量差值Hvd，该曝光剂量差值Hvd即为需要该曝光系统需要补偿的曝光剂量。
步骤S4：曝光系统获取该曝光剂量差值Hvd，根据该曝光剂量差值Hvd调节光刻扫描速率，使得对晶圆能够按照补偿后的曝光剂量进行光刻。
可选的，通过计算控制单元根据曝光剂量差值Hvd控制可移动镜片电机，以调节光刻扫描速率，使得对晶圆能够按照补偿后的曝光剂量进行光刻。
在进行所述用于光刻设备的曝光补偿方法之前还进行步骤S0：曝光预操作，构建所述光源输出光能量Ev与工作时间t之间的关系模型Ev(t)，构件的关系模型Ev(t)预存在计算控制单元中，参照图6步骤S0包括以下步骤：
步骤S01：提供与所述工作光源性能相同的光源作为测试光源。通过使用对该测试光源进行以下测试所获得的光能量和工作时间的关系模型，能够代表与该测试光源相同的同种类其他光源的光能量和工作时间的关系。
步骤S02：使得所述测试光源满功率工作；可选的，通过计算控制单元控制供电单元提供给测试光源的电流电压，使得测试光源满功率工作，例如，对于额定功率为6500W的光源，其满功率工作为光源的输入功率持续达到6500W。
步骤S03：实时采集所述测试光源的输出光能量，确定若干组测试样本；每组所述测试样本中包括相对应的所述测试光源的输出光能量值，和，所述测试光源的工作时间。可选的，通过能量传感控制组件实时采集所述测试光源的输出光能量，获取图4所示的光源的输出光能量与其输入功率之间随光源工作时间的变化关系图。
步骤S04：根据若干组所述测试样本，构建并拟合出所述测试光源的输出光能量和工作时间的关系模型。
通过拟合归一法，将图4中述测试光源满功率工作阶段的光源的输出光能量拟合为图5中所示线性函数Ev(t)。
步骤S05：将所述测试光源的输出光能量和工作时间的关系模型，等效为光源输出光能量Ev与工作时间t之间的关系模型Ev(t)。由于通过使用对该测试光源进行以下测试所获得的光能量和工作时间的关系模型，能够代表与该测试光源相同的同种类其他光源的光能量和工作时间的关系。
本申请实施例通过预先测试得到的光源输出光能量与工作时间的关系模型，；哎对曝光过程进行补偿，能够针对随着光源的使用时间的增长，其输出光的能量会逐渐减弱，来补偿改善光刻图形CD均值。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种用于光刻设备的曝光补偿方法，其特征在于，所述用于光刻设备的曝光补偿方法至少包括以下步骤：
在工作光源开始处于满功率工作状态时刻t0，获取所述工作光源的初始输出光能量Ev(t0)；
根据预存的光源输出光能量与工作时间之间的关系模型Ev(t)，确定从所述工作光源开始处于满功率工作状态时刻t0起，在一个曝光时间Tshot内的实际曝光剂量Hv；
确定所述实际曝光剂量Hv与预存的目标曝光剂量Hv0之间的曝光剂量差值Hvd；
根据所述曝光剂量差值Hvd调节光刻扫描速率，使得对晶圆能够按照补偿后的曝光剂量进行光刻；
在进行所述用于光刻设备的曝光补偿方法之前还进行曝光预操作，构建所述光源输出光能量Ev与工作时间t之间的关系模型Ev(t)，包括以下步骤：
提供与所述工作光源性能相同的光源作为测试光源；
使得所述测试光源满功率工作；
实时采集所述测试光源的输出光能量，确定若干组测试样本；每组所述测试样本中包括相对应的所述测试光源的输出光能量值，和，所述测试光源的工作时间；
根据若干组所述测试样本，构建并拟合出所述测试光源的输出光能量和工作时间的关系模型；
将所述测试光源的输出光能量和工作时间的关系模型，等效为光源输出光能量Ev与工作时间t之间的关系模型Ev(t)；
其中，Ev(t)＝a*t+b，其中a和b均为常量。
2.如权利要求1所述的用于光刻设备的曝光补偿方法，其特征在于，所述根据预存的光源输出光能量Ev与工作时间t之间的关系模型Ev(t)，确定从所述工作光源开始处于满功率工作状态时刻t0起，在一个曝光时间Tshot内的实际曝光剂量Hv的步骤，包括：
通过计算公式：
Figure FDA0003771845250000021
计算得到在一个曝光时间Tshot内的实际曝光剂量Hv。
3.如权利要求2所述的用于光刻设备的曝光补偿方法，其特征在于，所述光源输出光能量Ev与工作时间t之间的关系模型Ev(t)为线性拟合函数。
4.一种用于光刻设备的曝光补偿系统，其特征在于，所述用于光刻设备的曝光补偿系统用于执行如权利要求1～3中任一项权利要求所述的曝光补偿方法；
所述用于光刻设备的曝光补偿系统包括：在光路上依次设置的光源、能量传感控制组件、曝光快门、透镜组件、反射镜和投影物镜；
所述能量传感控制组件设于所述光源的光路出射端，用于采集该光源输出光的能量；
所述曝光快门设于所述能量传感控制组件光路出射端；
所述透镜组件设于所述曝光快门的光路出射端，允许从所述曝光快门中出射的光线穿过所述透镜组件；
所述反射镜设于所述透镜组件的光路出射端，用于反射从所述透镜组件中出射的光线；
所述投影物镜设于所述反射镜的光路出射端，用于接收该从所述反射镜反射的光线，并将所述光线聚焦投影在焦平面；
还包括计算控制单元；
所述计算控制单元用于获取若干组测试样本，每组所述测试样本中包括相对应的测试光源的输出光能量值，和，所述测试光源的工作时间；
用于根据若干组所述测试样本，构建并拟合出所述测试光源的输出光能量和工作时间的关系模型。
5.如权利要求4所述的用于光刻设备的曝光补偿系统，其特征在于，所述投影物镜由可移动镜片电机驱动在所述焦平面上进行扫描。
6.如权利要求5所述的用于光刻设备的曝光补偿系统，其特征在于，所述计算控制单元还能够根据所述曝光剂量差值Hvd控制所述可移动镜片电机，以调节光刻扫描速率，使得对晶圆能够按照补偿后的曝光剂量进行光刻。
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