用于投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平方法，其特征在于，包括：步驟一：對被測基底進行全局調(diào)焦調(diào)平，使基底上各個測量場均包含在調(diào)焦調(diào)平傳感器測量范圍之內(nèi)；步驟二：沿步進方向進行第一次掃描，獲取該各個測量場及各個測量點的第一調(diào)焦調(diào)平數(shù)據(jù)；步驟三：按一定角度旋轉(zhuǎn)該被測基底后進行第二次掃描，獲取該各個測量場及各個測量點的第二調(diào)焦調(diào)平數(shù)據(jù)；步驟四：對步驟三及步驟四中獲取的數(shù)據(jù)進行求和平均后獲得該各個測量點的Z向偏移距離，并根據(jù)該Z向偏移距離計算出各個測量場當(dāng)前位置與調(diào)焦調(diào)平傳感器本身零平面的Rx，Ry，Z值。
【專利說明】用于投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平方法
[0001] _
【技術(shù)領(lǐng)域】[0002]本發(fā)明屬于一種集成電路裝備制造領(lǐng)域，尤其涉及一種用于投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平方法。
【背景技術(shù)】
[0003]投影光刻機可以通過減小曝光波長和增大投影物鏡的數(shù)值孔徑提高光刻分辨率，但同時會導(dǎo)致可用焦深明顯下降，使硅片表面更容易發(fā)生離焦。為了解決因焦深減小帶來的離焦問題，高端投影光刻機均采用調(diào)焦調(diào)平技術(shù)實時控制硅片表面的高度和傾斜。調(diào)焦調(diào)平技術(shù)包括硅片表面的調(diào)焦調(diào)平測量技術(shù)和硅片表面位置的實時控制技術(shù)。硅片調(diào)焦調(diào)平測量技術(shù)對硅片表面的高度和傾斜進行測量，其測量數(shù)據(jù)用于動態(tài)反饋控制硅片表面相對于投影物鏡最佳焦平面之間的位置。
[0004]為了避免污染和損傷硅片表面上的圖形，硅片調(diào)焦調(diào)平測量必須采用非接觸式的測量技術(shù)，常用的硅片調(diào)焦調(diào)平傳感器技術(shù)方案有:(I)氣壓位置測量技術(shù)，特點是直接測量硅片的物理表面，不受光刻膠及硅片表面材料的影響；氣壓受環(huán)境影響比較大，精度不高；傳感器距離硅片較近，不能直接測量曝光場；(2)電容測量技術(shù)，特點是實現(xiàn)較為簡單；受被測硅片特性影響比較大；傳感器距離硅片較近，不能直接測量曝光場；(3)光學(xué)測量技術(shù)，特點是能夠直接測量曝光場，是目前主流的調(diào)焦調(diào)平技術(shù)方案，檢測精度較高，光機、控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但檢測精度受硅片表面反射率的影響較大。
[0005]隨著投影物鏡NA的增大，焦深越來越小，故對硅片上表面位置的測量精度要求越來越高，而硅片不同膜系的反射率不一樣，將會引起光斑區(qū)域內(nèi)反射率的不均勻性，由此引起的測量誤差可以達到微米量級，而這樣的測量誤差是投影光刻機所不能允許的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種用于投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平方法，能消除因硅片不同膜系的反射率不同所導(dǎo)致的測量誤差。
[0007]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開一種用于投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平方法，其特征在于，包括:步驟一:對被測基底進行全局調(diào)焦調(diào)平，使基底上各個測量場均包含在調(diào)焦調(diào)平傳感器測量范圍之內(nèi)；步驟二:沿步進方向進行第一次掃描，獲取該各個測量場及各個測量點的第一調(diào)焦調(diào)平數(shù)據(jù)；步驟三:按一定角度旋轉(zhuǎn)該被測基底后進行第二次掃描，獲取該各個測量場及各個測量點的第二調(diào)焦調(diào)平數(shù)據(jù)；步驟四:對步驟三及步驟四中獲取的數(shù)據(jù)進行求和平均后獲得該各個測量點的Z向偏移距離，并根據(jù)該Z向偏移距離計算出各個測量場當(dāng)前位置與調(diào)焦調(diào)平傳感器本身零平面的Rx，Ry, Z值。
[0008]更進一步地，該步驟三中的一定角度為180度。
[0009]更進一步地，該步驟三中的一定角度為90度。該步驟三中還包括:再按照90度旋轉(zhuǎn)后該被測基底后進行第三次掃描，獲取該各個測量場及各個測量點的第三調(diào)焦調(diào)平數(shù)據(jù)；再按照90度旋轉(zhuǎn)后該被測基底后進行第四次掃描，獲取該各個測量場及各個測量點的第四調(diào)焦調(diào)平數(shù)據(jù)。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的用于投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平方法，有效提高了調(diào)焦調(diào)平傳感器的工藝適應(yīng)性能力，大大降低了由于硅片表面不同膜系結(jié)構(gòu)或不同圖案引起的反射強度變化引起的光學(xué)調(diào)焦調(diào)平傳感器測量誤差。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進一步的了解。
[0012]圖1為光刻設(shè)備的投影物鏡曝光系統(tǒng)的示意圖之一；
圖2為光刻設(shè)備的投影物鏡曝光系統(tǒng)的示意圖之二 ；
圖3為實際調(diào)焦調(diào)平過程中由于反射率不均勻引起的調(diào)焦調(diào)平測量誤差圖；
圖4為一種典型的娃片表面膜系結(jié)構(gòu)不意圖；
圖5為硅片上一測量區(qū)域的示意圖；
圖6為測量區(qū)域的放大圖，圖上還有測量光斑的分布情況；
圖7為硅片旋轉(zhuǎn)180度測量區(qū)域的位置改變；
圖8為待測量區(qū)域旋轉(zhuǎn)前后時光斑位置的位置變化；
圖9為采用單次掃描測量光斑和綜合兩次掃描數(shù)據(jù)計算得到的質(zhì)心位置示意；
圖10為本發(fā)明所示出的第一實施方式的流程圖；
圖11為第二實施方式中下一個測量光斑的形象示意；
圖12為第二實施方式中處理測量光斑信號獲取質(zhì)心位置的過程示意；
圖13為本發(fā)明所示出的第二實施方式的流程圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的一種具體實施例的用于投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平方法。然而，應(yīng)當(dāng)將本發(fā)明理解成并不局限于以下描述的這種實施方式，并且本發(fā)明的技術(shù)理念可以與其他公知技術(shù)或功能與那些公知技術(shù)相同的其他技術(shù)組合實施。
[0014]在以下描述中，為了清楚展示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及工作方式，將借助諸多方向性詞語進行描述，但是應(yīng)當(dāng)將“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“內(nèi)”、“向外”、“向內(nèi)”、“上”、“下”等詞語理解為方便用語，而不應(yīng)當(dāng)理解為限定性詞語。此外，在以下描述中所使用的“X向”一詞主要指與水平向平行的方向'“Y向”一詞主要指與水平向平行，且與X向垂直的方向；“z向”一詞主要指與水平向垂直，且與X,Y向均垂直的方向；“RX向” 一詞主要指繞X向旋轉(zhuǎn)的方向；“Rz向” 一詞主要指繞Z向旋轉(zhuǎn)的方向。
[0015]圖1為投影物鏡曝光系統(tǒng)示意圖之一。由圖1可見，在照明系統(tǒng)100的照射下，照明系統(tǒng)100的光源通過投影物鏡310將掩模220上的圖像投影曝光到硅片420上。掩模220由掩模臺210支撐，硅片420由工件臺410支撐。在圖1中，投影物鏡310和硅片420之間有一個硅片調(diào)焦調(diào)平測量裝置500，該裝置與投影物鏡支撐300剛性相連，用于對硅片420表面的位置信息的測量，測量結(jié)果送往硅片表面位置控制系統(tǒng)560，經(jīng)過信號處理和調(diào)焦調(diào)平量的計算后，驅(qū)動調(diào)焦調(diào)平執(zhí)行器430對工件臺410的位置進行調(diào)整，完成硅片420的調(diào)焦調(diào)平。
[0016]除了硅片420，對準(zhǔn)基準(zhǔn)版440也是調(diào)焦調(diào)平測量裝置500的測量對象之一。在投影光刻機中，可能包括多個對準(zhǔn)基準(zhǔn)版440。圖2是投影物鏡曝光系統(tǒng)的示意圖之二，即調(diào)焦調(diào)平測量裝置500測量對準(zhǔn)基準(zhǔn)版440的示意圖，其他裝置的相對位置以及光路都和圖1中所介紹的一樣，唯一的區(qū)別就是圖1是測量硅片420，圖2是測量對準(zhǔn)基準(zhǔn)版440。
[0017]圖3為實際調(diào)焦調(diào)平過程中由于反射率不均勻引起的調(diào)焦調(diào)平測量誤差圖。在生產(chǎn)線上的工藝硅片，由于硅片表面分布有不同的膜系，不同膜系的反射率是不同的，反射率的變化引起光學(xué)測量調(diào)焦調(diào)平傳感器測量誤差。因此，調(diào)焦調(diào)平測量誤差主要是由于硅片表面反射率不均勻所引起。為了提高調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)工藝適應(yīng)性，就必須減少因硅片表面反射率不均勻而引起的測量誤差。
[0018]圖4是一種典型的娃片表面膜系結(jié)構(gòu)不意圖，由圖4中可以得知娃片表面分布若干種膜系，而每一種膜系的表面反射率均不相同。
[0019]圖5為硅片上一測量區(qū)域的示意圖。如圖5中所示，圖5對硅片I上一待調(diào)焦調(diào)平區(qū)域600進行了示意，后面將詳細講述如何改善調(diào)焦調(diào)平流程，從而達到小由于硅片表面反射率不均勻而引起的測量誤差的目的。
[0020]圖6為測量區(qū)域的放大圖，圖上還有測量光斑的分布情況。如圖6中所示將待調(diào)焦調(diào)平區(qū)域600的放大，其上分布了四個調(diào)焦調(diào)平測量光斑60認(rèn)，6024，6034，604八。該調(diào)焦調(diào)平區(qū)域600還包括一“R”字光斑605A，用于指示測量光斑是否處于倒像或鏡像，在實際硅片上一般并不能看到。
[0021]圖7為硅片旋轉(zhuǎn)180度測量區(qū)域的位置改變。如圖7中所示為為硅片I進行旋轉(zhuǎn)180度后，該待調(diào)焦調(diào)平區(qū)域600的位置改變。
[0022]圖8為待測量區(qū)域旋轉(zhuǎn)前后時光斑位置的位置變化。圖8為待調(diào)焦調(diào)平區(qū)域600上不同反射率區(qū)域的調(diào)焦調(diào)平測量光斑分布，其中601A，602A，603A，604A為旋轉(zhuǎn)之前的測量光斑，明暗變化表征光斑覆蓋區(qū)域上反射率有不同，而601B，602B，603B，604B為硅片旋轉(zhuǎn)180度后調(diào)焦調(diào)平區(qū)域上的測量光斑分布，同樣，明暗變化表征光斑覆蓋區(qū)域上反射率的不同，其中605A和605B用于指示兩種狀態(tài)下測量光斑是否處于倒像或鏡像，在實際硅片上一般并不能看到。
[0023]本發(fā)明公開了一種能夠減少因硅片表面反射率不均勻而導(dǎo)致的測量誤差的流程方法見圖10中所示。該提高調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)工藝適應(yīng)性的方法，包括:S101用調(diào)焦調(diào)平傳感器對被被測硅片進行全局調(diào)焦調(diào)平；S102用調(diào)焦調(diào)平傳感器沿步進掃描方向?qū)Ρ粶y硅片各曝光場各測量點的采集調(diào)焦調(diào)平信號，并存儲；S103工件臺將該被測硅片旋轉(zhuǎn)180度，沿步進掃描方向?qū)杵髌毓鈭龈鳒y量點采集調(diào)焦調(diào)平信號；S104接著對各測量點的未旋轉(zhuǎn)180度和旋轉(zhuǎn)180度以后的兩次測量信號進行求和平均操作，求出各測量點的Z向偏移距離，然后計算出各曝光場當(dāng)前位置與調(diào)焦調(diào)平傳感器本身零平面的Rx，Ry，Z值。圖9為采用單次掃描測量光斑和綜合兩次掃描數(shù)據(jù)計算得到的質(zhì)心位置示意。
[0024]在光學(xué)測量調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)中，通常通過掃描測量光斑獲取掃描光斑的質(zhì)心位置來確定該測量點的Z向位置。然而，由于各種工藝的影響，很多時候硅片表面的反射率并不均勻，經(jīng)過分析后發(fā)現(xiàn)，該種不均勻很多時候可用黑白階躍分布來表示。在圖8中，如果僅采用60IA或者60IB測量光斑來分析得到Z向位置(60IA和60IB光斑處不同的明暗灰度表示其測量光斑覆蓋區(qū)域的反射率并不相同，呈階躍變化)。
[0025]直接通過601A或601B測量光斑信號求得的測量光斑質(zhì)心位置X1，X2與測量光斑的理想幾何中心位置XO有所差別，此差別將帶來調(diào)焦調(diào)平測量誤差，也即硅片表面反射率不均勻引起調(diào)焦調(diào)平誤差。而若在計算時通過綜合硅片旋轉(zhuǎn)O度和180度后的數(shù)據(jù)來計算光斑601的質(zhì)心位置，則X3= (X1+X2)/2=X0,即計算得到的質(zhì)心位置X3與理論理想質(zhì)心位置XO重合，通過此方法可以減小因硅片表面反射率不均勻帶來的調(diào)焦調(diào)平測量誤差。
[0026]進一步的，在具體測量時可按照下面的處理流程進行，首先在硅片旋轉(zhuǎn)O度時對各個測量點的測量結(jié)果，即該測量點偏離調(diào)焦調(diào)平傳感器零位的值進行記錄，為c={cl,c2, c3,……，cn}，然后再將硅片旋轉(zhuǎn)180度后，重新對各個測量點偏離調(diào)焦調(diào)平傳感器零位的值進行記錄，為c’ ={c’ 1，c’2，c’3，……，c’η}，這里需要說明的是Cl和c’ I對應(yīng)的同一個測量點，只是前者硅片進行了 O度旋轉(zhuǎn)，而后者硅片進行了 180度旋轉(zhuǎn)，這樣通過這兩組數(shù)據(jù)可以校正部分因硅片表面反射率不同引起的測量誤差，將兩組數(shù)據(jù)相加并平均，即計算得到最終各測量點偏離調(diào)焦調(diào)平傳感器零位的值為D= (c+c’)/2={ (cl+c’l)/2，(c2+c’2)/2, (c3+c’3)/2,......，(cn+c’n)/2}。
[0027]為了更好地說明本發(fā)明所示出的技術(shù)方案，以下提供第二種較佳實施方式。第二實施例與第一實施例的不同之處在于，對硅片進行O度，90度，180度，270度四次旋轉(zhuǎn)后分別對各測量場進行調(diào)焦調(diào)平掃描。
[0028]圖11為第二實施方式中下一個測量光斑的形象示意。如圖11中所示，將測量點的測量光斑分成701A，701B, 701C, 701D四個區(qū)域，通過對比旋轉(zhuǎn)O度，90度，180度，270度對各個光斑的位置進行區(qū)別。
[0029]圖12為第二實施方式中處理測量光斑信號獲取質(zhì)心位置的過程示意。圖12將硅片旋轉(zhuǎn)O度和180度情況下，分成相同的四個區(qū)域，而將硅片旋轉(zhuǎn)90度和270度后的情況，分成了區(qū)別于O度和180度情況的四個區(qū)域；通過綜合處理O度，180度，90度和270度情況下的測量光斑信號，可計算獲得測量光斑質(zhì)心位置XL= (QX1+QX2)/2=QX0, YL= (QY1+QY2)/2=QY0，即計算得到的測量光斑質(zhì)心位置(XL，YL)與理想測量光斑質(zhì)心位置(QXO，QY0)完全重合，也即消除了由于測量光斑覆蓋位置反射率不同引起的調(diào)焦調(diào)平測量誤差。
[0030]圖13為本發(fā)明所示出的第二實施方式的流程圖。該調(diào)焦調(diào)平方法如下:S201對被測硅片進行全局調(diào)焦調(diào)平，使硅片上各個測量場均包含在調(diào)焦調(diào)平傳感器測量范圍之內(nèi)；S202沿光刻機步進掃描方向，對被測硅片進行一次預(yù)掃描，獲取各測量場各測量點位置的初步調(diào)焦調(diào)平信號，進行存儲；S203將硅片旋轉(zhuǎn)90度后對被測硅片再次進行調(diào)焦調(diào)平掃描；S204將硅片旋轉(zhuǎn)180度后對被測硅片再次進行調(diào)焦調(diào)平掃描；S205將硅片旋轉(zhuǎn)270度后對被測硅片再次進行調(diào)焦調(diào)平掃描；S206綜合上述四次掃描數(shù)據(jù)，求出各測量點的Z向偏移距離，然后計算出各曝光場當(dāng)前位置與調(diào)焦調(diào)平傳感器本身零平面的Rx，Ry, Z值。
[0031]本說明書中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平方法，其特征在于，包括: 步驟一:對被測基底進行全局調(diào)焦調(diào)平，使基底上各個測量場均包含在調(diào)焦調(diào)平傳感器測量范圍之內(nèi)； 步驟二:沿步進方向進行第一次掃描，獲取所述各個測量場及各個測量點的第一調(diào)焦調(diào)平數(shù)據(jù)； 步驟三:按一定角度旋轉(zhuǎn)所述被測基底后進行第二次掃描，獲取所述各個測量場及各個測量點的第二調(diào)焦調(diào)平數(shù)據(jù)； 步驟四:對步驟三及步驟四中獲取的數(shù)據(jù)進行求和平均后獲得所述各個測量點的Z向偏移距離，并根據(jù)所述Z向偏移距離計算出各個測量場當(dāng)前位置與調(diào)焦調(diào)平傳感器本身零平面的Rx，Ry，Z值。
2.如權(quán)利要求1所述的一種調(diào)焦調(diào)平方法，其特征在于，所述步驟三中的一定角度為180 度。
3.如權(quán)利要求1所述的一種調(diào)焦調(diào)平方法，其特征在于，所述步驟三中的一定角度為90度。
4.如權(quán)利要求3所述的一種調(diào)焦調(diào)平方法，其特征在于，所述步驟三中還包括:再按照90度旋轉(zhuǎn)后所述被測基底后進行第三次掃描，獲取所述各個測量場及各個測量點的第三調(diào)焦調(diào)平數(shù)據(jù)；再按照90度旋轉(zhuǎn)后所述被測基底后進行第四次掃描，獲取所述各個測量場及各個測量點的第四調(diào)焦調(diào)平數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G03F7/20GK103869627SQ201210528991
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月11日
【發(fā)明者】楊曉青, 張青云, 王帆 申請人:上海微電子裝備有限公司