專利名稱：將光刻機(jī)中的硅片在線調(diào)節(jié)到最佳曝光位置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將光刻機(jī)中的硅片在線調(diào)節(jié)到最佳曝光位置的方法。
技術(shù)背景以前用于硅片曝光的光刻機(jī)硅片透鏡成像系統(tǒng)由一組共軸或者非共 軸的透鏡組成，其目的是為了將掩膜板上的圖形用光學(xué)的方法成像到帶有 光敏感的記錄介質(zhì)(如光刻膠)的硅片上。為了優(yōu)化成像質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)曝光 最佳，必須盡可能的讓硅片處在整個(gè)成像光路的焦平面上，且和主光軸垂 直，即令硅片處于最佳曝光位置，因此這就需要對硅片的水平位置和垂直 位置進(jìn)行測量和調(diào)整。如圖1所示，傳統(tǒng)的方法是通過額外引入一束離軸的探測光束，使其 入射到硅片表面，然后由一探測器探測該探測光束的反射光的位置來測量 硅片的水平和垂直的位置，然后通過一反饋控制儀系統(tǒng)來對硅片平臺(tái)的位 置進(jìn)行調(diào)整。這種方法的不足之處在于由于用于探測的光束并非曝光光 束，無法真實(shí)反映硅片在曝光光路中的位置，制約了探測的精度。而且隨 著工藝代的延伸，更小的關(guān)鍵尺寸使光刻的對焦深度大大縮小，這種方法 所能達(dá)到的精度已經(jīng)不能滿足工藝需求。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種將光刻機(jī)中的硅片在線調(diào)節(jié)到 最佳曝光位置的方法，該方法可利用光刻機(jī)自身的曝光光束，實(shí)時(shí)地測量
并調(diào)節(jié)硅片在實(shí)際曝光光路中的位置，從而可最大限度地提高光刻機(jī)控制 精度的可靠性，使光刻機(jī)能夠滿足更高要求的精度控制。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 (1 )通過一透鏡成像系統(tǒng)，將在匯聚到硅片平面上的掩膜板圖形的像， 成像到一焦平面空間像探測器陣列上并予以記錄；(2)調(diào)節(jié)硅片平臺(tái)，根 據(jù)像對比度的變化，計(jì)算出曝光區(qū)域上的每一點(diǎn)的最佳水平位置和最佳焦 距位置；(3) 判斷當(dāng)前的水平位置是否為最佳水平位置，若是則執(zhí)行步驟(5)， 否則執(zhí)行步驟(4);(4) 將測量結(jié)果反饋給硅片平臺(tái)，并通過調(diào)整硅片平臺(tái)的位置來對硅 片平臺(tái)的水平位置進(jìn)行調(diào)整，然后回到步驟(1);(5) 判斷當(dāng)前的焦距是否為最佳對焦位置，若是則開始進(jìn)行曝光，否 則執(zhí)行步驟(6);(6) 將測量結(jié)果反饋給硅片平臺(tái)，并通過調(diào)整硅片平臺(tái)在垂直方向上 的掃描來對硅片平臺(tái)的焦距進(jìn)行調(diào)整，然后回到步驟(5)。本發(fā)明由于采用了上述技術(shù)方案，具有這樣的有益效果，即提高了光 刻機(jī)對硅片水平位置和垂直位置控制的測量和調(diào)節(jié)精度，減少了返工率； 同時(shí)最大限度的提高光刻機(jī)的精度控制可靠性，使光刻機(jī)滿足更高要求的 精度控制，提高了光刻機(jī)的利用效率。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明 圖1是現(xiàn)有的硅片水平控制和自動(dòng)對焦系統(tǒng)的構(gòu)造示意圖； 圖2是本發(fā)明所述透鏡成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明所述焦平面探測器陣列中探測器的示例性結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明的對硅片位置進(jìn)行調(diào)節(jié)的流程圖。
具體實(shí)施方式
參考圖4，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明所述方法包括如下步驟(1) 通過一透鏡成像系統(tǒng)，將在匯聚到硅片平面上的掩膜板上的圖 案的像，通過45度角度分束板組中的下分束板，成像到一焦平面空間像 探測器陣列上并予以記錄。如圖2所示，所述透鏡成像系統(tǒng)，至少包括: 主透鏡組、傅立葉平面附近的45度角度分束板組、45度角度反光鏡組、 投影透鏡、焦平面空間像探測器陣列、電子控制光快門組。其中焦平面空間像探測器陣列中的每一個(gè)探測器，如圖3所示，至少包括放大透鏡和像傳感器。測量過程中，用于測量的掩膜板上的圖案，即可以通過對比整 個(gè)光刻板的圖像，也可以通過一些特定的測試圖案，例如孤立的線條、槽 或者通孔等。而透鏡組的數(shù)值孔徑可任意選擇，既可選取硅片曝光時(shí)所需 要的實(shí)際的數(shù)值孔徑，也可選用其他數(shù)值孔徑。(2) 根據(jù)光學(xué)共焦效應(yīng)，當(dāng)成像平面和焦平面平行時(shí)，反射光束才能通過原光路返回，而當(dāng)成像平面與焦平面間越偏離平行時(shí)，上述兩個(gè)平 面間的夾角就越大，反射光就越難通過原光路返回，結(jié)果像的對比度和強(qiáng) 度都會(huì)下降。由此可知硅片平臺(tái)曝光區(qū)域的位置與成像到其上的像對比度 和強(qiáng)度有關(guān)，當(dāng)硅片平臺(tái)的曝光區(qū)域處于最佳水平位置時(shí)，像的對比度最好且強(qiáng)度最強(qiáng)；當(dāng)偏離最佳水平位置時(shí)，像對比度和強(qiáng)度都會(huì)有所下降。因此，根據(jù)上述原理，通過執(zhí)行以下操作來確定曝光區(qū)域的最佳曝光位置:
步進(jìn)調(diào)節(jié)硅片平臺(tái)，根據(jù)像對比度的變化，計(jì)算出其曝光區(qū)域上的每一點(diǎn) 的最佳水平位置和最佳曝光位置。在進(jìn)行最佳水平位置的判斷時(shí)，由于三 點(diǎn)位置就可以確定一個(gè)平面，因此只需要抽樣測量至少三個(gè)曝光區(qū)域上的 點(diǎn)的像對比度，就可以一次性確定硅片的整體水平最佳位置。這時(shí)上述抽 樣測量時(shí)的至少三個(gè)的測量點(diǎn)，其對應(yīng)的焦平面上的探測器數(shù)量為大于或等于3個(gè)。其中，測量點(diǎn)和對應(yīng)的焦平面上的探測器的分布可根據(jù)實(shí)際需 要和算法來選取，即可以是均勻分布，也可以是隨機(jī)分布。在進(jìn)行最佳焦 距位置的判斷時(shí)，同最佳水平位置的判斷相似，只需抽樣測量至少三個(gè)曝 光區(qū)域上的點(diǎn)的像對比度，就可以一次性確定硅片的整體焦距最佳位置； 上述抽樣測量時(shí)的至少三個(gè)的測量點(diǎn)，對應(yīng)的焦平面上的探測器數(shù)量為大 于或等于3個(gè)。其中，測量點(diǎn)和對應(yīng)的焦平面上的探測器的分布可根據(jù)實(shí) 際需要和算法來選取，即可以是均勻分布，也可以是隨機(jī)分布。(3) 判斷當(dāng)前的水平位置是否為最佳水平位置，若是則執(zhí)行步驟(5)， 否則執(zhí)行步驟(4);(4) 將測量結(jié)果反饋給硅片平臺(tái)，并通過調(diào)整硅片平臺(tái)的位置來對 硅片平臺(tái)的水平位置進(jìn)行調(diào)整，然后回到步驟(3)。(5) 判斷當(dāng)前的焦距位置是否為最佳對焦位置，若是則開始進(jìn)行曝 光，否則執(zhí)行步驟(6);(6) 將測量結(jié)果反饋給硅片平臺(tái)，并通過調(diào)整硅片平臺(tái)在垂直方向 上的掃描來對硅片平臺(tái)的焦距進(jìn)行調(diào)整，然后回到步驟(5)。通過上述步驟，即可實(shí)現(xiàn)使硅片在曝光時(shí)，能夠達(dá)到最佳位置和焦距。 本發(fā)明所述的這種方法即可用于掃描式光刻機(jī)，又可用于非掃描式光
刻機(jī)。而其探測光源可以是曝光用的I線、G線、248nm、 193nm、 157nm，或者其他紫外波段波長的激光或?qū)捵V波源，也可以是常用的可見光波段的 探測光源。
權(quán)利要求
1、一種將光刻機(jī)中的硅片在線調(diào)節(jié)到最佳曝光位置的方法，其特征在于，包括下列步驟(1)通過一透鏡成像系統(tǒng)，將在匯聚到硅片平面上的掩膜板圖形的像，成像到一焦平面空間像探測器陣列上并予以記錄；(2)步進(jìn)調(diào)節(jié)硅片平臺(tái)，根據(jù)像對比度的變化，計(jì)算出曝光區(qū)域上的每一點(diǎn)的最佳水平位置和最佳焦距位置；(3)判斷當(dāng)前的水平位置是否為最佳水平位置，若是則執(zhí)行步驟(5)，否則執(zhí)行步驟(4)；(4)將測量結(jié)果反饋給硅片平臺(tái)，并通過調(diào)整硅片平臺(tái)的位置來對硅片平臺(tái)的水平位置進(jìn)行調(diào)整，然后回到步驟(3)；(5)判斷當(dāng)前的焦距是否為最佳對焦位置，若是則開始進(jìn)行曝光，否則執(zhí)行步驟(6)；(6)將測量結(jié)果反饋給硅片平臺(tái)，并通過調(diào)整硅片平臺(tái)在垂直方向上的掃描來對硅片平臺(tái)的焦距進(jìn)行調(diào)整，然后回到步驟(5)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的將光刻機(jī)中的硅片在線調(diào)節(jié)到最佳曝光位置的方法，其特征在于，所述透鏡成像系統(tǒng)至少包括主透鏡組、傅立葉平面附近的45度角度分束板組、45度角度反光鏡組、投影透鏡、焦平面空間 像探測器陣列、電子控制光快門組。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的將光刻機(jī)中的硅片在線調(diào)節(jié)到最佳曝光位 置的方法，其特征在于，在所述步驟(1)中，是通過所述透鏡成像系統(tǒng)中 45度角度分束板組中的下分束板，將在匯聚到硅片平面上的掩膜板圖形的 像成像到一焦平面空間像探測器陣列上的。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的將光刻機(jī)中的硅片在線調(diào)節(jié)到最佳曝光位置 的方法，其特征在于，測量時(shí)所述透鏡成像系統(tǒng)的透鏡組的數(shù)值孔徑可任 意選擇，即可選取硅片曝光時(shí)所需要的實(shí)際的數(shù)值孔徑，或選用其他數(shù)值 孔徑。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的將光刻機(jī)中的硅片在線調(diào)節(jié)到最佳曝光位置 的方法，其特征在于，在執(zhí)行所述步驟(2)時(shí)，通過對曝光區(qū)域上的點(diǎn)的 像對比度進(jìn)行抽樣測量， 一次性確定硅片的整體水平最佳位置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的將光刻機(jī)中的硅片在線調(diào)節(jié)到最佳曝光位置 的方法，其特征在于，在執(zhí)行所述步驟(2)時(shí)，通過對曝光區(qū)域上的點(diǎn)的 像對比度進(jìn)行抽樣測量， 一次性確定硅片的整體焦距最佳位置。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的將光刻機(jī)中的硅片在線調(diào)節(jié)到最佳曝光位 置的方法，其特征在于，進(jìn)行所述抽樣測量時(shí)至少測量三個(gè)測量點(diǎn)，而對 應(yīng)的焦平面上的探測器的數(shù)量為至少3個(gè)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的將光刻機(jī)中的硅片在線調(diào)節(jié)到最佳曝光位置 的方法，其特征在于，所述測量點(diǎn)和對應(yīng)的焦平面上的探測器的分布為均 勻分布或隨機(jī)分布。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的將光刻機(jī)中的硅片在線調(diào)節(jié)到最佳曝光位置 的方法，其特征在于，所述光刻機(jī)為掃描式光刻機(jī)或非掃描式光刻機(jī)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的將光刻機(jī)中的硅片在線調(diào)節(jié)到最佳曝光位 置的方法，其特征在于，所述光刻機(jī)的探測光源可為曝光用的I線、G線、 248nm、 193nm、 157nm，或者其他紫外波段波長的激光或?qū)捵V波源，或是可見光波段的探測光源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種將光刻機(jī)中的硅片在線調(diào)節(jié)到最佳曝光位置的方法，包括以下步驟通過一透鏡成像系統(tǒng)，將在匯聚到硅片平面上的掩膜板圖形的像，成像到一焦平面空間像探測器陣列上并予以記錄；調(diào)節(jié)硅片平臺(tái)，根據(jù)像對比度的變化，計(jì)算出曝光區(qū)域上的每一點(diǎn)的最佳水平位置和最佳焦距位置；通過反饋調(diào)整硅片平臺(tái)，使其達(dá)到最佳曝光位置。本發(fā)明可提高光刻機(jī)控制精度的可靠性，使光刻機(jī)能夠滿足更高要求的精度控制。
文檔編號(hào)G03F7/20GK101154050SQ20061011655
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月27日
發(fā)明者強(qiáng) 伍, 雷 王 申請人:上海華虹Nec電子有限公司