本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及一種焦面檢測(cè)裝置、焦面標(biāo)定方法與硅片曝光方法。

背景技術(shù)：

在光刻機(jī)曝光過程中，為了獲得最佳曝光質(zhì)量，硅片上表面必須始終位于投影物鏡的最佳焦平面內(nèi)。如圖1所示，現(xiàn)有的技術(shù)手段通常是通過光刻機(jī)即調(diào)焦調(diào)平分系統(tǒng)(FLS，英文全稱：Focusing and leveling system)中的光探測(cè)器4對(duì)硅片2上表面的位置進(jìn)行測(cè)量，并利用調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)即運(yùn)動(dòng)臺(tái)3帶動(dòng)硅片2將其調(diào)整到已標(biāo)定好的投影物鏡1的最佳焦平面位置處。

但是上述測(cè)量方式面臨如下問題：由于投影物鏡1受到加工、裝配亦或溫度、氣壓等外界環(huán)境的影響，使實(shí)際焦面發(fā)生漂移，所以投影物鏡1最佳焦平面相對(duì)于FLS零平面總是存在一定的高度與傾斜偏差。因此，通常需要通過采用FEM(焦點(diǎn)曝光矩陣，英文全拼：Focus-Exposure-Matrix)曝光的方式對(duì)該焦面偏移量進(jìn)行測(cè)量以確定最佳焦平面位置，如圖2a所示，F(xiàn)EM曝光過程中，掩模始終保持在固定位置，在名義曝光劑量下，工件臺(tái)受FLS控制以一定的間隔沿垂向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)；硅片2在一定高度處曝光后，步進(jìn)到下一高度處進(jìn)行曝光時(shí)，為避免這次的曝光標(biāo)記覆蓋上次的曝光標(biāo)記，工件臺(tái)也同時(shí)在Y向移動(dòng)一定距離，曝光后硅片2上便形成了如圖2a所示的曝光矩陣圖樣6；經(jīng)顯影后，借助顯微鏡觀察該曝光矩陣圖樣6內(nèi)的掩模標(biāo)記圖樣7的成像質(zhì)量，如圖2b所示，即得到該標(biāo)記下的最佳成像位置。

由此可知，這類尋找最佳焦面的測(cè)量方式，操作和執(zhí)行起來步驟較多且必須通過多次工藝實(shí)驗(yàn)才能完成測(cè)校，故如何能夠快速且準(zhǔn)確的對(duì)最佳焦面偏移量進(jìn)行標(biāo)定和補(bǔ)償，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個(gè)技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種焦面檢測(cè)裝置、焦面標(biāo)定方法與硅片曝光方法，能夠快速且準(zhǔn)確的對(duì)最佳焦面偏移量進(jìn)行標(biāo)定和補(bǔ)償。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種焦面檢測(cè)裝置，包括：光源單元，用于對(duì)掩模板進(jìn)行照射產(chǎn)生成像光束，所述掩模板上帶有調(diào)焦圖形；成像單元，用于將調(diào)焦圖形成像在反射裝置和調(diào)焦圖像傳感器上；調(diào)焦驅(qū)動(dòng)單元，用于垂向調(diào)節(jié)投影物鏡或者運(yùn)動(dòng)臺(tái)單元以完成調(diào)焦；運(yùn)動(dòng)臺(tái)單元，其上設(shè)置有帶有反射標(biāo)記的反射裝置，用于將所述反射裝置移動(dòng)至投影物鏡的正下方；控制單元，用于對(duì)調(diào)焦圖像傳感器采集的圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并反饋控制調(diào)焦驅(qū)動(dòng)單元。

作為優(yōu)選，所述掩模板采用能夠生成調(diào)焦圖形的數(shù)字掩模或者自帶有調(diào)焦圖形的實(shí)體掩模板。

作為優(yōu)選，所述光源單元采用半導(dǎo)體激光器、固體激光器或者LED光源。

作為優(yōu)選，所述成像單元包括：準(zhǔn)直透鏡組、分束鏡、投影物鏡和調(diào)焦成像鏡頭；所述光源單元對(duì)掩模板進(jìn)行照射產(chǎn)生成像光束，經(jīng)準(zhǔn)直透鏡組準(zhǔn)直后經(jīng)分束鏡和投影物鏡將調(diào)焦圖形成像在反射裝置上同時(shí)光束反射，反射后的光束經(jīng)分束鏡反射至所述調(diào)焦成像鏡頭，將調(diào)焦圖形的像和反射裝置上的反射標(biāo)記成像在所述調(diào)焦圖像傳感器上。

作為優(yōu)選，所述調(diào)焦圖像傳感器采用面陣CCD或者CMOS。

作為優(yōu)選，所述反射裝置為帶有反射標(biāo)記的平面鏡或者裸硅片。

作為優(yōu)選，所述調(diào)焦驅(qū)動(dòng)單元為用于控制投影物鏡垂向移動(dòng)的壓電陶瓷傳感器或者是承載反射裝置的垂向位移調(diào)節(jié)臺(tái)。

一種焦面標(biāo)定的方法，采用所述的焦面檢測(cè)裝置，包括：調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)臺(tái)單元和調(diào)焦驅(qū)動(dòng)單元至反射標(biāo)記在調(diào)焦圖像傳感器上清晰成像，記錄此時(shí)反射裝置的第一垂向位置；下移反射裝置直至調(diào)焦圖形在調(diào)焦圖像傳感器上清晰成像，記錄此時(shí)反射裝置的第二垂向位置；根據(jù)反射原理，確定最佳曝光位置。

作為優(yōu)選，設(shè)定第一、第二垂向位置之間的間距為d，則最佳曝光位置為第二垂向位置下方d處。

作為優(yōu)選，所述反射標(biāo)記和調(diào)焦圖形在調(diào)焦圖像傳感器上的成像互不重疊。

一種硅片曝光方法，包括：步驟1：通過權(quán)利要求8-10任一項(xiàng)所述的焦面標(biāo)定方法，進(jìn)行焦面偏差的測(cè)定，得到第一、第二垂向位置Z₀、Z₁之間的間距d的值；步驟2：上片，打開光源單元，在全片進(jìn)行三點(diǎn)或更多的全局調(diào)焦調(diào)平以及傾斜量測(cè)定；步驟3：將傾斜量代入硅片上各曝光場(chǎng)的位置坐標(biāo)，計(jì)算出各曝光場(chǎng)的理論離焦量Fi(i＝0，1，2…)；步驟4：步進(jìn)至第i個(gè)曝光場(chǎng)，以Fi為掃描中心，進(jìn)行連續(xù)離焦并繪制掃描曲線，擬合出峰值強(qiáng)度位置作為初始最佳焦面位置Z_a，步驟5：該視場(chǎng)下的實(shí)際曝光最佳位置為Z_b＝Z_a+2d；步驟6：?jiǎn)⒂谜{(diào)焦裝置，步進(jìn)至Z_b位置，執(zhí)行曝光流程；步驟7：使i＝i+1，重復(fù)步驟4-6。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明通過數(shù)字化掩模技術(shù)生成調(diào)焦圖形，并通過在運(yùn)動(dòng)臺(tái)單元上安裝了帶有反射標(biāo)記的反光裝置，可以將調(diào)焦圖形直接成像在調(diào)焦圖像探測(cè)器上；

2、本發(fā)明通過設(shè)置帶有反射標(biāo)記的反光裝置，能夠在調(diào)焦圖像探測(cè)器上同時(shí)檢測(cè)到系統(tǒng)的焦面信息和投影物鏡的最佳焦面信息；

3、本發(fā)明通過調(diào)焦探測(cè)器獲取能夠快速測(cè)量出硅片面位置(即反射裝置所在位置)偏離曝光最佳焦面位置的偏差值，并且具有很好地測(cè)量精度和測(cè)量重復(fù)性。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中FLS原理示意圖；

圖2a為現(xiàn)有技術(shù)中硅片的示意圖；

圖2b為圖2a中A部放大圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中焦面檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中調(diào)焦圖形的示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中調(diào)焦圖形與反射標(biāo)記在投影圖像傳感器上的成像示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例1中反射標(biāo)記的成像原理圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例1中調(diào)焦圖形的成像原理圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例1中調(diào)焦曲線示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例2中焦面檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例3中焦面檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。需說明的是，本發(fā)明附圖均采用簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

實(shí)施例1

如圖3所示，本實(shí)施例提供一種焦面檢測(cè)裝置，包括：光源單元(圖中未示出)、成像單元、調(diào)焦驅(qū)動(dòng)單元109、運(yùn)動(dòng)臺(tái)單元107和控制單元110，其中，所述光源單元用于對(duì)掩模板101進(jìn)行照射產(chǎn)生成像光束，所述掩模板101上帶有調(diào)焦圖形101a；所述成像單元用于將調(diào)焦圖形101a成像在反射裝置108和調(diào)焦圖像傳感器106上；所述調(diào)焦驅(qū)動(dòng)單元109用于垂向調(diào)節(jié)投影物鏡104以完成調(diào)焦；所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)單元107上設(shè)置有帶有反射標(biāo)記108a的反射裝置108，用于將所述反射裝置108水平向和豎直方向移動(dòng)至投影物鏡104的正下方；所述控制單元110用于對(duì)調(diào)焦圖像傳感器106采集的圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并反饋控制調(diào)焦驅(qū)動(dòng)單元109。

具體地，所述掩模板101采用能夠生產(chǎn)調(diào)焦圖形101a的數(shù)字掩模，該調(diào)焦圖形101a如圖3所示，包括若干調(diào)焦點(diǎn)1011，所述調(diào)焦點(diǎn)1011沿X向和Y向均勻分布在所述調(diào)焦圖形邊界即曝光視場(chǎng)邊界1012內(nèi)，本實(shí)施例中等于但不局限于5×5個(gè)調(diào)焦點(diǎn)1011，具體可根據(jù)實(shí)際情況利用數(shù)字掩模生成合適的調(diào)焦圖形101a。

繼續(xù)參照?qǐng)D3，所述成像單元包括：用于準(zhǔn)直的準(zhǔn)直透鏡組102、分束鏡103、數(shù)值孔徑與曝光分辨率相匹配的投影物鏡104和具有良好的光學(xué)性能以及合適放大倍率的調(diào)焦成像鏡頭105。所述光源單元對(duì)掩模板101進(jìn)行照射產(chǎn)生成像光束，經(jīng)準(zhǔn)直透鏡組102將具有一定數(shù)值孔徑的成像光束轉(zhuǎn)化為平行光，該平行光經(jīng)分束鏡103和投影物鏡104后，將調(diào)焦圖形101a成像在反射裝置108上并發(fā)生反射，反射后的光束經(jīng)分束鏡103反射至所述調(diào)焦成像鏡頭105，所述調(diào)焦成像鏡頭105將調(diào)焦圖形101a和反射標(biāo)記108a成像在所述調(diào)焦圖像傳感器106 上。

較佳的，所述反射裝置108具有高反射率，其可以為帶有反射標(biāo)記的平面鏡或者裸硅片。所述調(diào)焦驅(qū)動(dòng)單元109為用于控制投影物鏡104垂向移動(dòng)的壓電陶瓷傳感器。

所述調(diào)焦圖像傳感器106的接收端與反射裝置108共軛，具體地，所述調(diào)焦圖像傳感器106采用面陣CCD或者CMOS，在調(diào)焦過程中同時(shí)顯示出數(shù)字掩模上的調(diào)焦圖形101a的像和反射標(biāo)記108a的像。

所述控制單元110用于成像數(shù)據(jù)的接收和處理，通常采用PC機(jī)，其集成了數(shù)據(jù)處理軟件，用于調(diào)用特定的調(diào)焦算法。進(jìn)一步的，所述調(diào)焦圖像傳感器106收集到圖形后，通過高速以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)導(dǎo)入控制單元110中，由控制單元110對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后將調(diào)焦信號(hào)傳遞給調(diào)焦驅(qū)動(dòng)單元109，調(diào)焦驅(qū)動(dòng)單元109根據(jù)調(diào)焦信號(hào)進(jìn)行移動(dòng)進(jìn)而完成調(diào)焦任務(wù)。

需要說明的是，所述反射標(biāo)記108a的圖形可以與所述調(diào)焦圖形101a相同，但兩者的像在所述調(diào)焦圖像傳感器106上的像互不重疊。具體如圖5所示，其中，淺色調(diào)焦點(diǎn)22為反射裝置108上表面的反射標(biāo)記108a在調(diào)焦圖像傳感器106上的像點(diǎn)，深色調(diào)焦點(diǎn)21為調(diào)焦圖形101a上的調(diào)焦點(diǎn)在調(diào)焦圖像傳感器106上的像點(diǎn)，兩者均在調(diào)焦圖像傳感器106的視場(chǎng)范圍23內(nèi)。通過分別將淺色調(diào)焦點(diǎn)22和深色調(diào)焦點(diǎn)21的灰度信息導(dǎo)入控制單元110，進(jìn)行算法分析并控制調(diào)焦驅(qū)動(dòng)單元109進(jìn)行垂向移動(dòng)，而先后使淺色調(diào)焦點(diǎn)22和深色調(diào)焦點(diǎn)21調(diào)整到最佳像面的位置，根據(jù)此過程中調(diào)焦驅(qū)動(dòng)單元109的垂向移動(dòng)量可以計(jì)算出最佳焦面位置。

本發(fā)明還提供一種焦面標(biāo)定方法，采用上述的焦面檢測(cè)裝置，其具體包括：

如圖6所示：調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)臺(tái)單元107和調(diào)焦驅(qū)動(dòng)單元109至反射標(biāo)記108a在調(diào)焦圖像傳感器106上清晰成像，記錄此時(shí)反射裝置108的第一垂向位置Z₀；

如圖7所示：下移反射裝置108直至調(diào)焦圖形101a在調(diào)焦圖像傳感器106上清晰成像，記錄此時(shí)反射裝置108的第二垂向位置Z₁；具體地，當(dāng)反射裝置108下移至第二垂向位置Z₁時(shí)，調(diào)焦圖形101a恰能清晰成像，設(shè)此時(shí)第二垂向位置Z₁與第一垂向位置Z₀的間距為d，此時(shí)調(diào)焦圖形101a的理論共軛像所在位置同樣在第一垂向位置Z₀處，但根據(jù)光的反射原理，調(diào)焦圖形101a的實(shí)際共軛 像的位置應(yīng)當(dāng)在第二垂向位置Z₁下方d距離處，即Z₂位置處為最佳曝光位置。

因此，在完成本次調(diào)焦后，根據(jù)反射原理，可確定最佳曝光位置Z₂為調(diào)焦圖形101a清晰成像時(shí)下方d距離的位置處。

本發(fā)明通過兩次針對(duì)不同物面(掩模板101和反射裝置108)的調(diào)焦，即可完成定期對(duì)漂移量Δf的標(biāo)定測(cè)量的目的，這與進(jìn)行FEM曝光實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)是一致的，但是大大縮短了測(cè)校時(shí)間，在無掩模光刻系統(tǒng)中更具可行性，另外漂移量Δf的標(biāo)定精度可完全由調(diào)焦算法精度保證，誤差小于300nm。

因此，基于上述焦面標(biāo)定方法，本發(fā)明還提供一種硅片曝光方法，具體包括以下步驟：

步驟1：通過上述焦面標(biāo)定方法，進(jìn)行焦面偏差的測(cè)定，得到第一、第二垂向位置Z₀、Z₁之間的間距d的值，通常為um量級(jí)；

步驟2：上片，打開光源單元，在全片進(jìn)行三點(diǎn)或更多的全局調(diào)焦調(diào)平以及傾斜量Rx，Ry測(cè)定；

步驟3：將傾斜量Rx，Ry代入硅片上各曝光場(chǎng)的位置坐標(biāo)，計(jì)算出各曝光場(chǎng)的理論離焦量Fi(i＝0，1，2…)；

步驟4：步進(jìn)至第i個(gè)曝光場(chǎng)，以Fi為掃描中心，進(jìn)行連續(xù)離焦并繪制如圖8所示的掃描曲線，擬合出峰值強(qiáng)度位置作為初始最佳焦面位置Z_a，

步驟5：該視場(chǎng)下的實(shí)際曝光最佳位置為Z_b＝Z_a+2d；

步驟6：?jiǎn)⒂谜{(diào)焦裝置，步進(jìn)至Z_b位置，執(zhí)行曝光流程；

步驟7：使i＝i+1，重復(fù)步驟4-6。

實(shí)施例2

如圖9所示，本實(shí)施例中的調(diào)焦驅(qū)動(dòng)單元109采用具有垂向調(diào)焦作用的垂向位移調(diào)節(jié)臺(tái)，所述控制單元110直接連接至所述垂向位移調(diào)節(jié)臺(tái)，將輸出調(diào)焦控制量直接賦予垂向位移調(diào)節(jié)臺(tái)，以垂向位移調(diào)節(jié)臺(tái)為執(zhí)行元件完成硅片垂向位置的精確位移動(dòng)作，換句話說，本實(shí)施例中的運(yùn)動(dòng)臺(tái)單元107僅將反射裝置108水平向移動(dòng)。

實(shí)施例3

如圖10所示，本實(shí)施例中采用實(shí)體掩模板代替實(shí)施例1中的數(shù)字掩模，該實(shí)體掩模板選用透射式或反射式掩模板101，由掩模臺(tái)101b進(jìn)行承載。所述實(shí)體掩模板上的調(diào)焦圖形101a為待曝光顯影的IC集成電路工藝圖形，此圖形可利用特定的控制單元110的調(diào)焦算法和圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。

綜上所述，本發(fā)明的焦面檢測(cè)裝置，包括：光源單元，用于對(duì)掩模板101進(jìn)行照射產(chǎn)生成像光束；成像單元，用于將掩模板101上的調(diào)焦圖形101a成像在調(diào)焦圖像傳感器106上；調(diào)焦驅(qū)動(dòng)單元109，用于垂向調(diào)節(jié)投影物鏡104或者運(yùn)動(dòng)臺(tái)單元107以完成調(diào)焦；運(yùn)動(dòng)臺(tái)單元107，其上設(shè)置有帶有反射標(biāo)記108a的反射裝置108，所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)單元107用于將所述反射裝置108移動(dòng)至投影物鏡104的正下方；控制單元110，用于對(duì)調(diào)焦圖像傳感器106采集的圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并反饋控制調(diào)焦驅(qū)動(dòng)單元109。本發(fā)明能夠快速且準(zhǔn)確的對(duì)最佳焦面偏移量進(jìn)行標(biāo)定和補(bǔ)償。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。