CN1818793A - 台架控制设备和方法，台架设备和曝光设备 - Google Patents

Abstract

一种用于控制在其上可放置并移动基片的台架的台架控制设备，其基于对应于基片表面不均匀性的基片表面位置信息产生与台架垂直方向相关的目标值，并基于所产生的目标值与测量的台架位置之间的偏差信号产生台架的驱动命令信号。基于由基片表面不均匀性所具有的空间频率决定目标频率。为了产生该驱动命令信号，使用通过放大偏差信号的目标频率的分量所获得的信号。

Description

台架控制设备和方法， 台架设备和曝光设备

技术领域

本发明涉及在半导体曝光设备等中使用的台架控制设备。

背景技术

图7是一流程图，表示使用普通的台架控制设备用来使晶片对准并用于在半导体曝光设备中曝光的顺序。将使用图7的流程图说明半导体曝光设备的曝光操作中普通的台架控制。

首先，晶片被带入到半导体曝光设备(步骤S601)。当晶片提供给XY台架并放置在其上时，在进行曝光之前晶片相对于掩模对准(执行对准处理)(步骤S602)。在这一对准处理中，首先初步进行晶片的近似对准，并然后测量晶片上每一闪光的坐标位置。

然后，掩模和晶片基于通过对准处理获得的每一闪光的坐标位置被对准，且掩模图案在晶片上曝光(步骤S603)。在这样曝光时，实时检测晶片在垂直方向的位移，并进行聚焦控制，使得掩模图案适当地向晶片转移。当晶片的曝光结束时，晶片从XY台架输送走(步骤S604)。这样，图7的顺序在普通的半导体曝光设备中按单个晶片台架被重复。

还有一种半导体曝光设备，其配有称为“双台架”的结构，该结构具有晶片可在其上放置和移动的两个可移动台架(参见日本专利申请公开No.2002-280283)。通过采用双台架，通过平行地执行上述顺序的部分能够改进生产量。例如，如果通过使用一个台架(以下称为“测量台架”)进行对准处理和聚焦测量，并使用另一台架(以下称为“曝光台架”)进行曝光处理，从而执行曝光处理，则能够改进设备的晶片处理总效率。其原因在于，在双台架的情形下，虽然处理一个晶片所需的时间延长了在台架之间移动晶片的时间量，但对准处理与聚焦测量所需的时间一般比移动晶片的时间长。此外，使用双台架，能够在曝光台架进行曝光处理时使用与事先由测量台架所测量的晶片表面的不均匀性相关的信息，这使得能够获得后续出色的聚焦。更具体来说，基于与由测量台架测量获得的晶片表面不均匀性相关的信息产生聚焦目标值，并基于这一聚焦目标值控制曝光台架沿光轴的位置，从而实现与晶片不均匀性相一致的聚焦跟踪。

具有双台架的普通曝光设备只使用聚焦目标值作为具有反馈系统的台架设备中的一个控制目标值。因而，如果晶片表面有很大的不均匀性，或使用的图案有大的高低差，则台架控制系统不能跟随，并有可能不能实现理想的聚焦能力。

发明内容

于是，本发明的目的是要实现一种台架控制，由此，即使晶片表面的不均匀性或图案的高低差大，台架仍然能够满意地对其跟随。

根据本发明的一个方面，提供了一种台架控制设备，用于控制在其上可放置和移动基片的第一台架，该设备包括：目标值产生装置，用于基于对应于基片表面不均匀性的基片表面位置信息产生与第一台架垂直方向相关的目标值；以及信号产生装置，用于基于由目标值产生装置产生的目标值与第一台架的测量位置之间的偏差信号，产生第一台架的一个驱动命令信号；其中信号产生装置获得一个目标频率，该频率已基于由基片表面不均匀性所拥有的空间频率决定，并使用通过放大偏差信号的目标频率分量获得的信号来产生该驱动命令信号。

根据本发明的另一方面，提供了一种台架控制方法，用于控制其上可放置和移动基片的第一台架，该方法包括：目标值产生步骤，用于基于对应于基片表面不均匀性的基片表面位置信息产生与第一台架垂直方向相关的目标值；以及信号产生步骤，用于基于在目标值产生步骤产生的目标值与第一台架的测量位置之间的偏差信号，产生第一台架的一个驱动命令信号；其中信号产生步骤获得一个目标频率，该频率已基于由基片表面不均匀性所具有的空间频率决定，并使用通过放大偏差信号的目标频率分量获得的信号来产生该驱动命令信号。

从以下结合附图进行的说明，本发明其它的特征和益处将明显可见，其中在所有的附图中相同的标号标记相同或类似的部件。

附图说明

引入并构成说明书一部分的附图表示本发明的实施例，并与描述部分一同用来解释本发明的原理。

图1是一示意图，表示根据本发明第一实施例的半导体曝光设备的结构的概貌；

图2是一示意图，表示根据第一和第二实施例的台架控制设备的聚焦控制系统的配置；

图3是一框图，表示根据第一实施例的曝光台架控制器的结构；

图4是一流程图，表示根据第一实施例的聚焦分析器的操作；

图5是一框图，表示根据第二实施例的曝光台架控制器的结构；

图6是一示意图，表示根据本发明第三实施例的台架控制设备的聚焦控制系统的配置；以及

图7是一流程图，表示普通半导体曝光设备中用于对准晶片及曝光的顺序。

具体实施方式

现将参照附图详细说明本发明的优选实施例。

<第一实施例>

图1是示意图，表示根据本发明第一实施例的半导体曝光设备的结构的概貌。如图1中所示，该第一实施例的曝光设备具有双台架，即测量台架系统1和曝光台架系统2。控制测量台架系统1的各组件101到104以及控制曝光台架系统2的各组件201到203，构成了台架控制器的至少一部分。

曝光台架系统2具有一个晶片台架(以下称为“曝光台架”)8，在其上放置并移动晶片，该台架带有用于使晶片曝光的结构。这一结构使得从光源3发射的曝光的光照射到已放置在刻线台架5上的刻线4。光学投射系统6使得通过刻线4的曝光的光(刻线图案光)按规定的倍率变窄，并把光投射到已放置在曝光台架8的晶片7上。这样，刻线模板的图像被投射到晶片7的光敏表面。投射器9和光感受器10形成一个聚焦传感器，并检测晶片7的光敏表面的位置。聚焦测量单元202从由聚焦传感器9，10输出的检测信号产生聚焦测量信号(晶片表面的垂直坐标值)，并输出该聚焦测量信号。位置传感器11测量曝光台架8的位置(例如沿X，Y和Z每一方向的位置)。位置测量单元201从由位置传感器11产生的检测信号产生测量的位置，并输出这一测量的位置信号。曝光台架系统2还具有一个对准机构，用于使刻线与晶片对准。然而由于这一机构的各组件是业内熟知的，不需要对此进行说明。

测量台架系统1具有一个晶片台架(以下称为“测量台架”)13，由投射器14和光感受器15构成的一个聚焦传感器(聚焦传感器14，15)，以及一个位置传感器16。光传感器检测晶片12的光敏表面的位置。位置传感器16测量测量台架13的位置(例如沿X，Y和Z每一方向的位置)。聚焦测量单元102从由聚焦传感器14，15输出的检测信号产生聚焦测量信号(晶片表面的垂直坐标值)，并输出该聚焦测量信号。位置测量单元101从由位置传感器16产生的检测信号产生测量的位置，并输出这一测量的位置信号。测量台架系统1还具有一个对准机构，用于进行闪光对准并测量闪光的坐标位置。然而，这一机构由于业内熟知其各组件因而不必对其进行表示和说明。应当注意，曝光台架8和测量台架13放置在台架面扳17上。台架8上被曝光的晶片从曝光设备卸载，并且下一个要曝光的晶片被移动装置(未示出)从测量台架13移动到曝光台架8。

以下将说明本实施例曝光设备中控制实现的概况。测量台架系统1使得测量台架控制单元103进行晶片12的对准并测量每一闪光的坐标位置。位置测量单元101输出测量台架13的垂直位置。聚焦测量单元102输出晶片12的光敏表面的位置。聚焦分析器104基于从单元101和102的那些输出产生一个聚焦目标值。从以下的说明将可清楚了解聚焦分析器104的细节。当已经过上述测量的晶片已移动到曝光台架8并被曝光时，由聚焦分析器104产生的聚焦目标值被提供给曝光台架控制单元203。

曝光台架控制单元203使已放置在曝光台架8上的晶片经受曝光处理，同时使用由聚焦分析器104产生的聚焦目标值执行聚焦方向控制。

以下将说明根据图1所示的曝光设备的聚焦控制系统的操作。图2示出从图1所示的曝光设备中的台架控制设备抽取出的与聚焦控制系统相关的组件。如图2所示，测量台架控制单元103具有一个测量台架控制器112，用于产生测量台架驱动信号，以及一个测量台架目标值产生器111，用于决定测量台架1沿垂直方向的目标位置。曝光台架控制单元203具有一个曝光台架控制器212，用于产生曝光台架驱动信号，以及一个曝光台架目标值产生器211，用于产生曝光台架沿垂直方向的目标位置。

应当注意，本实施例中，垂直方向是指运动的六个自由度中沿Z轴，θx轴，θy轴的三个自由度。本实施例中，根据本发明的台架控制用于所有这些三个自由度。然而，如果不需要沿θx轴和θy轴那样的精确性，则可采用只对Z轴施予控制的结构，以便简化系统。此外，六个自由度中其余三个水平指向轴，即X轴，Y轴和θz轴的控制系统，是通过熟知的PID控制器实现的。然而，为了简化这没有示出。以下将说明图2所示的聚焦控制系统的操作。

测量台架13沿垂直方向的位置由位置传感器16测量，且测量台架控制器112产生一个驱动命令信号，该信号跟随由测量台架目标值产生器111产生的目标位置。晶片13表面的垂直坐标值作为聚焦测量值从聚焦测量单元102输出。来自位置测量单元101的测量台架13的垂直位置与来自聚焦测量单元102的聚焦测量值之间的差，是表示晶片不均匀性的信息。本实施例中这一信息称为晶片的平整度。

聚焦分析器104基于来自聚焦测量单元102及位置测量单元101的测量值计算晶片的平整度。聚焦分析器104基于平整度计算目标位置的典型频率。目标位置的典型频率表示曝光台架8将跟随的目标位置的频率。聚焦分析器104从晶片的平整度获得晶片不均匀性的空间频率的峰值，使这一峰值位置的空间频率值乘以曝光时曝光台架8的速度。基于这样获得的目标位置的典型频率设置曝光台架控制器212的系数。

曝光台架目标值产生器211从由聚焦分析器104找出的晶片平整度及曝光台架8的聚焦测量值(来自聚焦测量单元202的输出值)，产生曝光台架的目标位置(沿垂直方向的位置)。曝光台架8沿垂直轴的位置由位置传感器11测量，并从位置测量单元201输出。基于从位置测量单元201获得的曝光台架8的垂直位置，曝光台架控制器212产生驱动命令信号，该信号跟随由曝光台架目标值产生器211产生的目标位置。

曝光台架控制器212的内部结构示于图3。图3所示的结构包括一个PID控制器214，一个补偿器213和算法单元215，216。算法单元215产生由曝光台架目标值产生器211产生的目标值(曝光台架沿垂直方向的位置的目标值)与由位置测量单元201测量的曝光台架8沿垂直方向的测量位置之间的偏差信号。该偏差信号提供给PID控制器214及补偿器213。来自PID控制器214和补偿器213的信号由算法单元216相加而获得曝光台架的驱动命令信号。偏差信号由在PID控制器214中熟知的PID控制进行处理。此外，补偿器213的特征由以下方程式(1)的传递函数表示。

$K_c\frac{{\mathrm{\&omega;}}^2}{s^2+{\mathrm{\&omega;}}^2}---\left(1\right)$

其中K_c表示预定的增益，而ω表示一个角频率值，该值是已由聚焦分析器104找出的目标位置的典型频率乘以2π的结果。

补偿器213具有频率等于目标位置的典型频率的正弦内部模型(方程式1)。偏差信号的目标位置频率值分量被放大，并由补偿器213添加到经PID处理的偏差信号。

将参照图4的流程图说明聚焦分析器104中计算目标位置的典型频率的过程。假设这一过程在曝光设备(台架控制器)中是作为CPU(未示出)的软件实现的。然而，这一处理的某些或全部也可由专用的硬件实现。

在步骤S301，晶片平整度从测量台架沿垂直方向的位置(从位置测量单元101获得)与聚焦测量位置(从聚焦测量单元102获得)之间的差计算，并存储在存储器104a中。在步骤S302，一个低通滤波器从平整度消除高频噪声分量。也可使用一个陷波滤波器(频带消除滤波器)从平整度去除包含机械共振频率的频率分量。结果，从由平整度表示的非均匀性的空间频率去除机械共振频率。在步骤S303进行FFT操作以获得FFT值为最大的空间频率值。在步骤S304，从曝光台架8的速度和在步骤S303找出的空间频率值获得由曝光台架8跟随的频率值，即目标位置的典型频率，并且该值被存储在存储器104a中。当被测量的晶片移动到曝光台架8并已施予曝光处理时，通过曝光台架控制单元203(曝光台架目标值产生器211)读出已存储在存储器104a中的目标位置的平整度和典型频率，并执行上述控制。

通过构成以上所述的控制系统，通过使用正弦内部模型能够实现一种聚焦控制系统，该系统可跟随晶片不均匀性中占最具支配性的空间频率的不均匀性。

虽然本实施例的测量台架13和曝光台架8是在单个基扳17上构成的，但也可采用在不同基扳上构成的分开的台架。此外，台架控制器112，212和目标值产生器111，211可通过CPU软件实现。

这样，根据上述的第一实施例，通过向PID控制器214添加补偿器213实现了曝光台架控制器212。结果，已具有PID控制系统的现有设备能够以简单的方式使其聚焦可控性得到改进。

<第二实施例>

图5是一框图，表示根据本发明第二实施例的曝光台架控制器212的结构。在第二实施例中，曝光台架控制器212的内部结构从图3所示的配置变为图5所示的配置。其它的方面与第一实施例相同，因而无须再说明。

图5的配置包括补偿器221，积分器222和状态补偿器223。第二实施例中，该配置使得补偿器221已添加到作为熟知的状态反馈伺服系统的控制系统。就是说，来自曝光台架目标值产生器211的目标值与从位置测量单元201输出的台架的垂直位置之间的偏差信号，从算法单元215提供给状态反馈伺服系统的积分器222和补偿器221。积分器222和状态补偿器223构成了反馈伺服系统，且积分器222和状态补偿器223的输出通过算法单元224组合。同时，来自补偿器221的输出也由算法单元224组合而产生用于曝光台架的驱动命令信号。这里，补偿器221的特征由以下方程式(2)的传递函数表示。

$K_{c1}\frac{{{\mathrm{\&omega;}}_1}^2}{s^2+{{\mathrm{\&omega;}}_1}^2}+K_{c2}\frac{{{\mathrm{\&omega;}}_2}^2}{s^2+{{\mathrm{\&omega;}}_2}^2}---\left(2\right)$

其中K_c1和K_c2表示预定的增益，而ω₁和ω₂表示作为使已由聚焦分析器104找出的各频率f₁，f₂乘以2π的结果。第二实施例的聚焦分析器104能够支持FFT操作的计算结果中两个峰值的空间频率。根据这一实施例，较大的峰值的频率(更具支配性的频率)假设为f₁。

应当注意，虽然通过如上所示(方程式2)两项的和实现补偿器221，但其也可如以下方程式(3)所示通过N项的和实现。

$\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{\mathrm{ci}}\frac{{{\mathrm{\&omega;}}_i}^2}{s^{2+{{\mathrm{\&omega;}}_i}^2}}---\left(3\right)$

根据以上描述，即使在晶片不均匀性中存在许多支配性空间频率的情形下，该聚焦控制系统也能够跟随不均匀性。可抽取数目为N的频率以便降低FFT结果的峰值。另外，可抽取对应于大于预定水平的峰值的数目为x(x≤N)的频率，以便降低频率。此外，当然可使用采用目标位置的两个或多个频率值的补偿器221作为第一实施例的补偿器213。类似地，可使用对应于目标值的单个频率的第一实施例的补偿器213作为第二实施例的补偿器221。

<第三实施例>

图6是一示意图，表示根据本发明第三实施例的半导体曝光设备中台架控制设备的聚焦控制系统的配置。在第一和第二实施例中，装设了测量台架系统1以便逐个晶片地测量平整度，并获得目标位置的空间频率值。在第三实施例中，每一晶片的目标位置的空间频率值保存在晶片数据库中，以便能够由曝光台架系统2使用，并使得能够去除图1所示的测量台架系统1。

图6中与图1和2中类似的组件由相同的标号标记，且不必再加以说明。图6的配置包括聚焦测量单元202，用于测量放置在台架上的晶片表面的垂直坐标值；晶片鉴别器61，用于鉴别放置在曝光台架8上的晶片，用于存储晶片信息的晶片数据库62；以及频率设置单元63，用于设置曝光台架控制器212的系数(目标位置的空间频率值)。曝光台架控制器212的内部结构如第一实施例中所示(图3)。此外，在晶片数据库62中已记录有与晶片相关的各自的信息(ID)同目标位置空间频率之间的对应关系的表62a。

基于从聚焦测量单元202获得的聚焦测量值，曝光台架目标值产生器211决定曝光台架8沿垂直方向的目标值，并把这一值提供给曝光台架控制器212。曝光台架控制器112跟随来自曝光台架目标值产生器211的目标值，并以下列方式产生曝光台架8的目标值，即，使得曝光光束将在晶片表面聚焦。

晶片鉴别器61读取已放置在曝光台架8上的晶片上所记录的各自的信息，并查询晶片数据库62。晶片数据库62参照表62a，并且如果存在晶片信息(目标位置的空间频率值)，则把符合这一曝光过程的不均匀性的频率值发送回晶片鉴别器61。晶片鉴别器61把这一频率值发送到频率设置单元63。频率设置单元63基于这一频率值改变曝光台架控制器212的系数[本实施例中方程式(1)中的ω]。

通过这样构成控制系统，能够很好地跟随对应于各晶片的曝光过程的晶片的不均匀性，而无须提供测量台架系统1。

这样，根据以上实施例的每一个，能够实现可跟随晶片不均匀性的聚焦控制系统。具体来说，因为不均匀性由于图案的高低差而常常是周期分布，在多曝光时能够实现出色的聚焦跟随。就是说，通过构成这样一种控制系统，其中台架能够跟随要被跟随的目标频率，能够抑制聚焦跟随误差。

这样，根据上述的本发明，即使晶片表面的不均匀性或图案的高低差大，台架也能够以满意的方式进行跟随。

由于在不背离其精神和范围之下能够做出本发明明显广泛不同的实施例，应当理解，本发明除了如所附权利要求定义之外不限于其特定实施例。

Claims (13)

1.一种台架控制设备，用于控制其上可放置并移动基片的第一台架，该控制设备包括：

目标值产生装置，用于基于对应于基片表面的不均匀性的基片表面位置信息，产生与第一台架的垂直方向相关的目标值；以及

信号产生装置，用于基于由所述目标值产生装置产生的目标值与第一台架的测量的位置之间的偏差信号，产生第一台架的驱动命令信号；

其中所述信号产生装置用于获得一个目标频率，该频率已基于基片表面的不均匀性所具有的空间频率被决定，并用于使用通过放大偏差信号的目标频率的分量而获得的信号来产生该驱动命令信号。

2.根据权利要求1的设备，其中所述信号产生装置借助于把通过使用PID控制器处理偏差信号获得的信号加上通过放大目标频率分量获得的信号来产生驱动命令信号。

3.根据权利要求1的设备，其中所述信号产生装置借助于把通过放大目标频率分量获得的信号加到在被施加偏差信号的状态反馈伺服系统的反馈系统中获得的信号来产生驱动命令信号。

4.根据权利要求1到3中任意之一的设备，还包括：

第一获取装置，用于通过测量与第一台架分开的第二台架上的基片的表面位置来获取基片表面位置信息并将其保存在存储器中，其中该基片可放置在所述第二台架上并由其移动；以及

第二获取装置，用于基于由所述第一获取装置获取的基片表面位置信息来获取目标频率并将该目标频率保存在存储器中；

其中所述目标值产生装置从存储器获取基片表面位置信息，并且所述信号产生装置从该存储器获取目标频率。

5.根据权利要求4的设备，其中所述第二获取装置从由基片表面位置信息表示的不均匀性的空间频率中消除包含第二台架的机械共振频率的频率分量，并基于消除所述频率分量之后的空间频率决定目标频率。

6.根据权利要求1的设备，其中所述信号产生装置使用等于目标频率的正弦内部模型来放大偏差信号的目标频率分量。

7.根据权利要求1的设备，其中存在两个或更多个目标频率，并且所述信号产生装置使用通过放大偏差信号中两个或更多个目标频率的分量所获得的信号来产生驱动命令信号。

8.根据权利要求1的设备，还包括：

存储装置，用于与每一基片的标识信息相对应地存储每一基片的目标频率；以及

测量装置，用于测量放置在第一台架上的基片的表面的垂直位置；

其中所述目标值产生装置使用已由所述测量装置测量的位置作为基片表面位置信息；以及

所述信号产生装置从基片读取基片的标识信息，并获取对应于从所述存储装置读取的标识信息的目标频率。

9.一种台架控制方法，用于控制其上可放置并移动基片的第一台架，该方法包括：

目标值产生步骤，用于基于对应于基片表面的不均匀性的基片表面位置信息，产生与第一台架的垂直方向相关的目标值；以及

信号产生步骤，用于基于在所述目标值产生步骤产生的目标值与第一台架的测量位置之间的偏差信号，产生第一台架的驱动命令信号；

其中所述信号产生步骤用于获得一个目标频率，该频率已基于基片表面的不均匀性所具有的空间频率被决定，并用于使用通过放大偏差信号的目标频率的分量所获得的信号来产生该驱动命令信号。

10.一种台架设备，包括：

权利要求1中所述的台架控制设备；以及

由所述台架控制设备控制的第一台架。

11.一种台架设备，包括：

权利要求4中所述的台架控制设备；以及

由所述台架控制设备控制的第一和第二台架。

12.根据权利要求11的台架设备，

其中第一和第二台架安排在同一台架面扳上。

13.一种曝光设备，其具有其上可放置并移动光敏基片的基片台架，该曝光设备包括：

目标值产生装置，用于在驱动基片台架以便使光敏基片经受曝光处理的过程中，基于对应于光敏基片的表面不均匀性的基片表面位置信息产生与第一台架的垂直方向相关的目标值；以及

信号产生装置，用于基于由所述目标值产生装置产生的目标值与第一台架的测量的位置之间的偏差信号，产生第一台架的驱动命令信号；

其中所述信号产生装置用于获得一个目标频率，该频率已基于基片表面的不均匀性所具有的空间频率被决定，并用于使用通过放大偏差信号的目标频率的分量所获得的信号来产生该驱动命令信号。

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