TWI584080B

TWI584080B - A large area static focusing leveling device and method for optical etching machine

Info

Publication number: TWI584080B
Application number: TW104132695A
Authority: TW
Inventors: jing-chao Qi; fei-biao Chen
Priority date: 2015-10-05
Filing date: 2015-10-05
Publication date: 2017-05-21
Also published as: TW201714021A

Description

光蝕刻機大面積靜態調焦調平裝置和方法

本發明有關於積體電路裝置製造技術領域，特別有關於一種光蝕刻機大面積靜態調焦調平的裝置和方法。

在光蝕刻機領域中整機的產率(Throughput)是光蝕刻機的核心指標之一，為提高產率，各光蝕刻機製造商不斷努力挖掘潛力，以ASML公司為首推出TwinScan系列雙工件台系統，其中在整機測量位置對矽片上16個對準標記進行精細對準，以提高對準精度。在公開日期為2001年10月4日、專利號為US 6327025B1的Nikon專利中，調焦調平感測器系統採用多個測量光斑，並且以位於中心位置的測量光斑為主的方法來檢測工件曝光面的垂直方向位置資訊，實現自動調焦調平目的。但調焦調平裝置仍需要對矽片邊緣的每個點位先後分別進行測量。

現有技術方案例如NIKON、ASML等系列的光蝕刻機，其逐場調平測量點的佈置如圖1所示，該測量過程中每次只能對一個曝光場的面形進行測量。單曝光場測量及曝光過程的流程如圖2所示，首先是上片及全域調平過程，再從規定的第一個曝光場開始，用調焦調平感測器對被測物進行測量，根據面形資訊(Z、Rx及Ry)移動運動台，使得被測物到達物鏡的最佳聚焦面再進行曝光，也即第一個場先後經過測量、調平及曝光流程。第一個場曝光結束後，運動台承載著被測物，使得被測物的第二個曝光場到達物鏡下方，調焦調平感測器再對第二個曝光場進行測量，其後為該曝光場的調平及曝光過程。按規劃好的順序對所有曝光場進行測量調平及曝光。現有技術方案的逐場測量調平曝光過程，測量環境時間長，場與場切換時不能一次運動到物鏡的最佳聚焦面處，逐場調平過程耗時多，影響整機的產率。

一種光蝕刻機調焦調平裝置，包括光源、照明鏡組、投影狹縫、投影鏡組、探測鏡組和探測器，該光源依次經過該照明鏡組、投影狹縫和該投影鏡組，將該投影狹縫的圖形成像在被測物上，經被測物反射後藉由該探測鏡組將投影狹縫的像成像在該探測器上；其中，該投影狹縫的圖形包括多組測量光斑，每組測量光斑包括多個測量光斑，且該多組測量光斑在被測物上所成的像覆蓋被測物的多個曝光場。

更進一步地，該多組測量光斑可以覆蓋被測物的至少二個曝光場。

更進一步地，該每組測量光斑的測量光斑數至少為三個。

本發明同時公開一種使用上述光蝕刻機調焦調平裝置進行矽片曝光的方法，包括如下步驟：(1)在運動台上載入被測物，並進行全域調平；(2)由探測器對被測物的多個曝光場同時進行面形測量；(3)從多個曝光場中的第一個曝光場開始，移動運動台使被測物到達物鏡的最佳聚焦面位置並進行曝光；以及 (4)由運動台承載著被測物，使被測物的多個曝光場中的下一個曝光場到達物鏡的最佳聚焦面位置，對該下一個曝光場進行曝光，持續執行此步驟直至該多個曝光場全部曝光完成。

本發明還公開一種使用上述光蝕刻機調焦調平裝置進行矽片曝光的方法，包括如下步驟：(1)在運動台上載入被測物，並進行全域調平；(2)由探測器對被測物的第一組多個曝光場同時進行面形測量；(3)從目前組多個曝光場中的第一個曝光場開始，移動運動台使被測物到達物鏡的最佳聚焦面位置並進行曝光；(4)由運動台承載著被測物，使被測物的目前組多個曝光場中的下一個曝光場到達物鏡的最佳聚焦面位置，對該下一個曝光場進行曝光，持續執行此步驟直至目前組多個曝光場全部曝光完成；(5)由探測器對被測物的第二組多個曝光場同時進行測量；以及(6)重複上述步驟(3)、(4)和(5)，直至被測物的所有曝光場全部曝光完成。

本發明提出的一種高效大面積靜態調焦調平裝置和方法，要求在曝光場劃分的x、y兩個相互垂直的水平方向均佈置能覆蓋兩個或兩個以上曝光場的測量點，可同時對多個曝光場進行測量。場切換時直接到達最佳聚焦面，減少了測量及逐場調平時間，提高整機的效率。

1‧‧‧投影物鏡

2‧‧‧矽片

3‧‧‧運動台

4‧‧‧探測器

5‧‧‧探測鏡組

6‧‧‧投影鏡組

7‧‧‧投影狹縫

8‧‧‧照明鏡組

9‧‧‧光源

關於本發明的優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

圖1是現有技術中逐場調平測量點佈置圖；圖2是現有技術中單曝光場測量及曝光過程的流程圖；圖3是本發明光蝕刻機曝光及調焦調平裝置結構示意圖；圖4是投影狹縫處的光斑佈置示意圖；圖5是矽片面的多場全覆蓋測量圖；圖6是多場全覆蓋調平及曝光流程圖；圖7為矽片面的多場部分覆蓋測量圖；以及圖8為多場部分覆蓋調平及曝光流程圖。

下面結合附圖詳細說明本發明的具體實施例。

圖3為本發明光蝕刻機曝光及調焦調平裝置結構示意圖。投影物鏡1將遮罩圖形曝光到矽片2上。矽片2即被測物，矽片2下方為運動台3，其承載著被測物在六個自由度方向移動，使得矽片曝光場到達物鏡的最佳聚焦平面。在矽片2及物鏡1的兩側為面形資訊測量的調焦調平裝置，左為探測分支，右為投影分支。調焦調平裝置實現對被測物目前位置的面形資訊：高度Z及旋轉Rx(繞x軸旋轉)、Ry(繞y軸旋轉)的測量。

調焦調平裝置採用三角測量法，光源9經過照明鏡組8和投影鏡組6將投影狹縫7的圖形成像在被測物上，經被測物反射後藉由探測鏡組5將狹縫的像成像在探測器4上。被測物的高度不同，投影狹縫7在探測器4上成像的位置就不同，被測物高度和探測器上的光斑成像位置是一一對應的。

圖4為投影狹縫處的光斑佈置示意圖，為一種至少能覆蓋四個場的光斑佈置圖，探測光斑分佈在30mm*30mm的範圍內。本技術方案提出的大面積靜態調焦調平策略，要求每個曝光場的測量光斑數至少為三個；一次能對至少二個曝光場進行測量；測量光斑x方向覆蓋兩個場，y方向覆蓋兩個場。

圖5為矽片面的多場全覆蓋測量圖。在本實施例中，測量光斑能覆蓋四個曝光場，則在測量過程中，可以得到四個曝光場的面形資訊。圖中實線表示的四個方形區域為需要的曝光場，調焦調平感測器如圖中所示可同時覆蓋四個曝光場。這種情況下，一次測量即可得到全部四個場的面形資訊，相應的測量、逐場調平及曝光流程如圖6所示。首先是上片及全域調平過程，再用調焦調平感測器對被測物進行測量，由於調焦調平感測器是多場全覆蓋，故一次測量即可得到全部曝光場的面形資訊。再從規定的第一個曝光場開始，移動運動台使得被測物到達物鏡的最佳聚焦面再進行曝光。第一個場曝光結束後，運動台承載著被測物，使得被測物的第二個曝光場到達物鏡的最佳聚焦面處，即可對第二個場進行曝光。從上一個場曝光結束到下一個場曝光開始，運動台都會根據調焦調平感測器已經測得的面形資訊直接承載被測物到達物鏡最佳聚焦面處，節省測量及調平的時間。

在本發明的另一個實施例中，圖7為矽片面的多場部分覆蓋測量圖。圖中實線表示的16個方形區域為需要的曝光場，調焦調平感測器如圖中所示可同時覆蓋四個曝光場。這種情況下，一次測量可得到四個場的面形資訊，先對這四個場進行逐場調平及曝光，再移動工件台到下一測量位置進行測量及逐場調平曝光，相應流程如圖8所示。首先是上片及全域調平過程，再從規定的第一個測量位置開始，用調焦調平感測器對被測物進行測量，可得到四個場的面形資訊，其後的調平及曝光過程與多場全覆蓋的情況相同。在第一個測量位置的四個場曝光結束後，再移動運動台到第二個測量位置，重複多場全覆蓋的測量、調平及曝光流程。按圖7所示的曝光場及調焦調平感測器覆蓋區域，圖8所示的流程圖中測量位置P=1,2,3,4，一次得到的面形數N=4，一次測量需要曝光場次序i=1,2,3,4。多場部分覆蓋的情況，同樣能節省面形測量及調平時間。

上述實施例中以調焦調平感測器的測量光斑可同時覆蓋4個曝光場，每一曝光場光斑個數以三個為例進行圖示說明，但本發明並非以此為限，本領域的技術人員得視實際設計需要將調焦調平感測器的測量光斑可同時覆蓋2個曝光場、3曝光場、5個以上曝光場，同時每個曝光場中的光斑數量亦可為3個或多於3個。

本說明書中所述的只是本發明的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對本發明的限制。凡本領域技術人員依本發明的構思藉由邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本發明的範圍之內。

Claims

一種光蝕刻機調焦調平裝置，包括一光源、一照明鏡組、一投影狹縫、一投影鏡組、一探測鏡組和一探測器，該光源依次經過該照明鏡組、該投影狹縫和該投影鏡組，將該投影狹縫的圖形成像在一被測物上，經該被測物反射後藉由該探測鏡組將該投影狹縫的像成像在該探測器上，其特徵在於：該投影狹縫的圖形包括多組測量光斑，每組測量光斑包括多個測量光斑，且該多組測量光斑在該被測物上所成的像覆蓋該被測物的多個曝光場。
如請求項1之光蝕刻機調焦調平裝置，其中，該多組測量光斑可以覆蓋該被測物的至少二個曝光場。
如請求項1之光蝕刻機調焦調平裝置，其中，該每組測量光斑的測量光斑數至少為三個。
一種使用請求項1至3中任一項之光蝕刻機調焦調平裝置進行曝光的方法，包括如下步驟：(1)在一運動台上載入一被測物，並進行全域調平；(2)由一探測器對該被測物的多個曝光場同時進行面形測量；(3)從多個曝光場中的第一個曝光場開始，移動該運動台使該被測物到達一物鏡的最佳聚焦面位置並進行曝光；以及(4)由該運動台承載著該被測物，使該被測物的多個曝光場中的下一個曝光場到達該物鏡的最佳聚焦面位置，對該下一個曝光場進行曝光，持續執行此步驟直至該多個曝光場全部曝光完成。
一種使用請求項1至3中任一項之光蝕刻機調焦調平裝置進行曝光的方法，包括如下步驟：(1)在一運動台上載入一被測物，並進行全域調平； (2)由一探測器對該被測物的第一組多個曝光場同時進行面形測量；(3)從目前組多個曝光場中的第一個曝光場開始，移動該運動台使該被測物到達一物鏡的最佳聚焦面位置並進行曝光；(4)由該運動台承載著該被測物，使該被測物的目前組多個曝光場中的下一個曝光場到達該物鏡的最佳聚焦面位置，對該下一個曝光場進行曝光，持續執行此步驟直至目前組多個曝光場全部曝光完成；(5)由該探測器對該被測物的第二組多個曝光場同時進行測量；以及(6)重複上述步驟(3)、(4)和(5)，直至該被測物的所有曝光場全部曝光完成。