一種用於套刻精度的透鏡成像系統及其反饋和校準方法
2023-12-11 13:24:57 1
專利名稱：一種用於套刻精度的透鏡成像系統及其反饋和校準方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體製造設備中的投影光刻設備，尤其涉及一種用 於套刻精度的透鏡成像系統及其反饋和校準方法。
背景技術：
目前的光刻工藝在測量套刻精度(overlay)的時候，必須將矽片拿到 專門的機器上測量，在測量完之後將所得到的數據反饋給光刻機來補償下 個Lot(批次)的套刻數值，在測量套刻精度過程中，有可能光刻機又對其 他的Lot進行了曝光，這些Lot在曝光過程中並沒有獲得最新的套刻精度 測量值，因此，現有的套刻精度反饋系統反饋效率低下。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種用於套刻精度的透鏡成像系統 及其反饋和校準方法，可以提高套刻精度的反饋效率，降低產品的返工率。
為解決上述技術問題，本發明提出了一種用於套刻精度測量的透鏡成 像系統，包括主透鏡、傅立葉平面附近的分束板、反光鏡、投影透鏡、 焦平面空間像收集探測器陣列、附屬照明光源和計算模塊，該透鏡成像系 統可用於掃描式光刻機或非掃描式光刻機，且具有自我校準的能力或將在 其他設備上測量矽片的測量數據用於校準;分束板與通過主透鏡進入透鏡 成像系統的光路呈45度夾角，且分束板的反射面朝向被光刻器件的一側； 在經過分束板反射後與光刻光路相垂直的光路上設置有反射鏡，反射鏡的 法線與分束板的法線相平行，且反射鏡的反射面朝向分束板一側；在經過 反射鏡反射之後的光路上設置有焦平面空間像收集探測器陣列。可用於掃 描式光刻機或非掃描式光刻機;具有自我校準的能力或將在其他設備上測 量矽片的測量數據用於校準。
本發明還提出了 一種套刻精度的反饋和校準方法，可運用於上述的透 鏡成像系統，S卩首先將掩膜板平面上的套刻標記通過光刻機投影透鏡投
射到矽片表面，再通過矽片表面反射回來,並且通過所述45度角度分束板
投影到所述焦平面空間像探測器陣列上，同時將矽片平臺上的套刻標記的
像通過45度角度分束板投影到所述焦平面空間像探測器陣列上；然後由
計算模塊將上述兩組像的中心位置值進行比較，並計算得出套刻精度數據 即兩組像的中心位置差值。套刻精度反饋參量的解算可以按照行業中的常
規方法進行,如通過測量4到5個曝光區域的上述兩組圖像的中心位置差 值來解算出矽片範圍曝光區域之間(inter-field)的平移量，旋轉量，放大 率誤差，正交性誤差等參量以及曝光區域內(Intra-f ield)的旋轉量，放大 率誤差，正交性誤差等參量。
本發明由於使用上述新型的透鏡系統及新的套刻精度反饋和校準方 法，可以實時地測量套刻精度，及時將測量結果反饋給下一片矽片，提高 套刻精度的反饋效率，降低產品的返工率。
圖1是本發明套刻精度實時測量方法所依靠的透鏡成像系統的一種 構造示意圖，包括主透鏡、傅立葉平面附近的45度角度分束板、45度角 度反光鏡、投影透鏡、焦平面空間像收集探測器陣列、附屬照明光源等模 塊；
圖2是本發明系統透鏡中的焦平面探測器單元的一種實現方式示意 圖，包括放大透鏡、像傳感器和外殼； 圖3是本發明方法的流程示意圖4是本發明方法在測量和補正過程中，曝光前對每枚矽片直接進行 的流程示意圖5是圖4的替代方法，即直接使用前一矽片的測量值作為補正值， 並測量本枚矽片的對準精度以取得下一枚矽片的補正值的流程示意圖6是圖4的另一替代方法，即選擇第一和第n枚矽片進行精確測量， 而第2— (n-l)枚直接採用第一枚矽片的測量結果進行補正，從n+l枚 矽片則使用第一和第n枚矽片精確測量的結果進行補正的流程示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的說明。 本發明中的透鏡成像系統由主透鏡、傅立葉平面附近的45度角度分 束板、45度角度反光鏡、投影透鏡、焦平面空間像收集探測器陣列、附 屬照明光源等模塊組成。如圖1所示，是本發明套刻精度實時測量方法所 依靠的透鏡成像系統的一種構造示意圖，包括主透鏡、傅立葉平面附近的 45度角度分束板、45度角度反光鏡、投影透鏡、焦平面空間像收集探測 器陣列、附屬照明光源等模塊；圖2是本發明一個具體實施例中系統透鏡 的焦平面探測器單元的一種實現方式示意圖，包括放大透鏡、像傳感器、 和外殼。上述的透鏡成像系統中的傅立葉平面附近的45度角度分束板， 作用是矽片平面的光強分布投影到焦平面探測器陣列上。上述附屬照明光
源的作用在於將矽片平面上己經有的套刻測試圖形照亮，並且由所述下分 束板將圖像傳遞到焦平面探測器陣列上。 實施例
本發明透鏡的特徵是能夠及時將測量的數據反饋給光刻機系統。其一 種實施方式為:利用新型透鏡成像系統對每個Lot的第一枚先進行實時精 確測量和反饋，在接下來的矽片曝光時，直接使用前一矽片的測量解算值 作為補正值，同時測量本枚矽片的對準精度，以取得下一枚矽片的補正值。
基於上述透鏡成像系統，本發明還提出了一種套刻精度的反饋和校準 方法，其主要特徵是在新型透鏡成像系統中測量套刻精度後，及時將測量 結果反饋給下一片矽片，提高套刻精度測量數據的反饋效率。該方法具體 為 一方面，掩膜板平面上的套刻標記通過光刻機投影透鏡投射到矽片表 面,再通過矽片表面反射回來，並且通過所述45度角度分束板投影到所述 焦平面空間像探測器陣列上；另一方面，矽片平臺上的套刻標記的像通過
45度角度分束板投影到該焦平面空間像探測器陣列上。然後由計算模塊
將這兩組像的中心位置值進行比較，來計算得出光刻機透鏡系統的套刻精 度數據即兩組像的中心位置差值。套刻精度反饋參量的解算按照行業中的
常規方法進行，如通過測量4到5個曝光區域的上述兩組圖像的中心位 置差值來解算出矽片範圍曝光區域之間(inter-field)的平移量，旋轉量， 放大率誤差，正交性誤差等參量以及曝光區域內(Intra-field)的旋轉量， 放大率誤差，正交性誤差等參量，可參見流程圖3。
在測量和補正過程中，可以在曝光前對每枚矽片進行實時精確測量， 將測量結果直接補正到光刻機上，對本枚矽片直接進行補正，可參見流程圖4;也可以對每個Lot的第一枚先進行實時精確測量和反饋，在接下來 的矽片曝光時，直接使用前一矽片的測量值作為補正值，同時測量本枚矽 片的對準精度，以取得下一枚矽片的補正值，可參見流程圖5;還可以選
擇第一和第n枚矽片進行精確測量，其中本lot的第2— (n-1)枚直接 採用第一枚矽片的精確測量結果進行補正，從n+l枚矽片開始使用第一和 第n枚矽片精確測量的結果進行補正，可參見流程圖6。
需要指出，整個套刻精度測量系統的校準可以是將測試的矽片在其他 設備上測量，將測量數據用於對系統的校準，也可以將系統完善成具有自 我校準的能力，不需要藉助其他設備即可校準。本發明方法既可以用於掃 描式光刻機，又可以用於非掃描式光刻機。
根據實施例，本發明涉及的系統和套刻精度的反饋和校準方法適用於 各種尺寸的光刻設備，如8英寸、12英寸、18英寸、以及更加大尺寸的。
綜上所述，本發明提出的系統及方法可以實時地測量套刻精度，及時 將測量結果反饋給下一片矽片，提高套刻精度的反饋效率，降低產品的返 工率。
權利要求
1、一種用於套刻精度測量的透鏡成像系統，其特徵在於，包括主透鏡、傅立葉平面附近的分束板、反光鏡、投影透鏡、焦平面空間像收集探測器陣列、附屬照明光源和計算模塊，所述透鏡成像系統可用於掃描式光刻機或非掃描式光刻機；所述透鏡成像系統具有自我校準的能力或將在其他設備上測量矽片的測量數據用於校準；所述分束板與通過所述主透鏡進入所述透鏡成像系統的光路呈45度夾角，且所述分束板的反射面朝向被光刻器件的一側；在經過所述分束板反射後與光刻光路相垂直的光路上設置有所述反射鏡，所述反射鏡的法線與所述分束板的法線相平行，且所述反射鏡的反射面朝向所述分束板一側；在經過所述反射鏡反射之後的光路上設置有所述焦平面空間像收集探測器陣列。
2、 一種套刻精度的反饋和校準方法，可運用於根據權利要求1所述 的透鏡成像系統，其特徵在於，包括首先將掩膜板平面上的套刻標記通 過光刻機投影透鏡投射到矽片表面，再通過矽片表面反射回來，並且通過 所述45度角度分束板投影到所述焦平面空間像探測器陣列上，同時將矽 片平臺上的套刻標記的像通過所述45度角度分束板投影到所述焦平面空 間像探測器陣列上;然後由所述計算模塊將上述兩組像的中心位置值進行 比較，並計算得出套刻精度數據。
3、 根據權利要求2所述的套刻精度的反饋和校準方法，其特徵在於,所述比較是指按下列任一辦法進行測量和補正-可以在曝光前對每枚矽片進行實時精確測量，將測量結果直接補正到 光刻機上，對本枚矽片直接進行補正； 也可以對每個Lot的第一枚先進行實時精確測量和反饋，在接下來的 矽片曝光時，直接使用前一矽片的測量值作為補正值，同時測量本枚矽片 的對準精度，以取得下一枚矽片的補正值；還可以選擇第一和第n枚矽片進行精確測量，其中本lot的第2— (n-l)枚直接採用第一枚矽片的精確測量結果進行補正，從n+l枚矽片 開始使用第一和第n枚矽片精確測量的結果進行補正。
4、根據權利要求3所述的套刻精度的反饋和校準方法，其特徵在於， 所述套刻精度的反饋和校準方法可用於8英寸、12英寸、18英寸、以及 更加大尺寸的光刻設備。
全文摘要
本發明公開了一種用於套刻精度的透鏡成像系統及其反饋和校準方法，該系統包括主透鏡、傅立葉平面附近的45度角度分束板、45度角度反光鏡、投影透鏡、焦平面空間像收集探測器陣列、附屬照明光源、和計算模塊；該方法首先將掩膜板平面上的套刻標記通過光刻機投影透鏡投射到矽片表面，再通過矽片表面反射回來，並且通過所述45度角度分束板成像到所述焦平面空間像探測器陣列上，同時將矽片平臺上的套刻標記的像通過所述45度角度分束板成像到所述焦平面空間像探測器陣列上；然後由計算模塊將上述兩組像的中心進行比較，並計算得出套刻精度數據。本發明可以提高套刻精度的反饋效率，降低產品的返工率。
文檔編號G03F7/20GK101169591SQ20061011742
公開日2008年4月30日 申請日期2006年10月23日 優先權日2006年10月23日
發明者強 伍, 蔣運濤 申請人:上海華虹Nec電子有限公司