光刻機離軸水平和對焦探測控制系統及其實現方法

2023-06-17 09:50:01

專利名稱：光刻機離軸水平和對焦探測控制系統及其實現方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體製造設備，具體涉及一種光刻設備，尤其涉及 一種光刻機離軸水平和對焦探測控制系統，該系統適用於任何尺寸的需要 做離軸矽片預測量的光刻設備，也適用任何尺寸的雙矽片平臺的光刻設 備。此外，本發明還涉及該光刻機離軸水平和對焦探測控制系統的實現方 法。
背景技術：
現有的光刻機矽片平臺的水平和對焦探測和控制依靠對掠入射光在 矽片平面上的反射角度的探測來實現。如圖1所示，光刻機矽片平臺1上有待測矽片2，入射光6在光刻機矽片平臺1上反射後形成的反射光7， 由反射光位置探測器ll進行探測。圖1中入射光可以不止一根，而本圖 中為了示意，僅畫了一根。由於目前的掠入射角度通常為70到78度之間， 而在這個範圍中的上表面反射率只有17%到22%，也就是說仍然有大部分 入射光能量穿過矽片的最上表面而深入其中，如光刻膠。對後道工藝來講， 由於金屬間介質層的厚度不斷累加，用於探測上表面垂直位置的光可能深 入幾百納米甚至更深，表面位置探測就存在著很大誤差。經驗表明，這種 誤差可能引起最多幾百納米的垂直位置判斷誤差。發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種光刻機離軸水平和對焦探測控 制系統，該系統能夠可靠地探測到矽片上表面，以減小水平探測對矽片製造焦距的偏離。為此，本發明還提供上述光刻機離軸水平和對焦探測控制系統的實現方法。為解決上述技術問題，本發明提供一種光刻機離軸水平和對焦探測控制系統，該系統包括一組共焦光學探測器陣列，用於收集光強分布數據； 一個數據處理器，通過數據線與共焦光學探測器陣列相連接，用於收集共焦光學探測器陣列收集的光強分布數據並對該數據進行處理； 一個矽片平臺控制器，通過數據線與數據處理器相連接； 根據共焦光學探測器陣列的每一個探測器中反射光的相對強度來判定在該探測器位置的矽片平面是否在最佳焦距，在曝光時根據數據處理器收集到的數據對矽片平臺控制器發出指令，以補償差值，測量並反饋曝光區域矽片表面水平度的分布。所述的一組共焦光學探測器陣列由至少三個探測器組成。 所述的探測器包括高數值孔徑透鏡、單模光纖、光纖分束器、入射光耦合系統、反射光探測系統，所述的單模光纖在探測器中的端頭位於所述的高數值孔徑透鏡的後焦點，所述的高數值孔徑透鏡的前焦點與待測矽片平臺重合，所述的入射光耦合系統包含照明光源和聚焦透鏡，所述的反射光探測系統包含光強探測器。所述的入射光是可見光或非可見光，如紅外光或者紫外光，該入射光波長同所述的單模光纖規格相匹配。本發明還提供一種上述光刻機離軸水平和對焦探測控制系統的實現
方法，包括以下步驟首先，要取得每一個曝光區域的水平最佳焦距分布， 根據每一個探測器中反射光的相對強度來判定在該探測器位置的矽片平 面是否在最佳焦距；其次，數據處理器對所有探測器的光強進行處理；然 後，在曝光時根據數據處理器收集到的數據對矽片平臺控制器發出指令， 以補償差值。通過矽片平臺垂直步進掃描來取得所述的每一個曝光區域的水平最 佳焦距分布。所述的矽片平臺垂直步進掃描包括以下步驟步驟l，矽片平臺先運 動到相對遠離共焦光學探測器陣列的位置；步驟2，矽片平臺向著共焦光 學探測器陣列方向步進掃描步驟3，對每一個垂直方向的平臺位置，探 測器系統採集反射光強分布；步驟4，掃描完畢後，共焦光學探測器陣列 第一次遇到的反射光強極大位置對應系統的最上表面。步驟1中所述的位置離正常位置距離不小於系統最大對焦深度的兩倍。步驟2中所述的步進掃描，其中每一步不大於所需要的垂直方向的空 間解析度。和現有技術相比，本發明具有以下有益效果由於共焦方法具有靈敏 的垂直方向解析度，本發明能夠可靠地探測到矽片上表面，而不受深層下 表面反射的影響，以減小水平探測對矽片製造焦距的偏離，減小表面位置 探測的誤差，避免由這種誤差引起的垂直位置判斷誤差。


圖1是現有光刻機水平探測原理示意圖2是本發明光刻機離軸水平和對焦探測控制系統的裝置示意圖； 圖3是本發明的共焦光學探測器陣列的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明。
如圖2所示，本發明利用共焦探測方法具有很高垂直方向探測精度的原理，設計了一種不同於現有技術的光刻機離軸水平和對焦探測控制系統。這個探測控制系統包括一組共焦光學探測器陣列3， 一個數據處理器 15和一個矽片平臺控制器1 (其上有待測矽片2)，該矽片平臺控制器1 是現有光刻機上的矽片平臺控制器。其中，共焦光學探測器陣列3和數據 處理器15相連接，數據處理器15與矽片平臺控制器1通過數據線相連接， 共焦光學探測器陣列3收集到的光強分布數據經過數據傳輸總線14由數 據處理器15收集並且處理。
如圖3所示，共焦光學探測器陣列3中的每一個探測器由一個高數值 孔徑透鏡8和一根單模光纖4組成。此單模光纖4的一端處在上述高數值 孔徑透鏡的後焦點9上，上述高數值孔徑透鏡的前焦點10與矽片平臺控 制器1上的待測矽片2表面重合。上述單模光纖4後端連接一個光纖分束 器5，並由此光纖分束器5耦合另外兩根光纖。入射光6從照明光源和聚 焦透鏡模塊12由這兩根光纖中的一根進入該探測控制系統，經過上述高 數值孔徑透鏡8聚焦到矽片2表面。如果矽片2表面位置與上述高數值孔 徑透鏡的前焦點10重合，經過矽片2表面反射的光將按照原光路的反方 向重新進入上述單模光纖。我們便可以通過光纖分束器5的另一根光纖通 過光強探測器13測得反射光7的強度。如果矽片2平面不在上述高數值 孔徑透鏡的前焦點10位置，反射光7經過上述高數值孔徑透鏡8的投影 便不能在其後焦點9位置聚焦，因而不能最大限度地耦合進上述單模光纖 4中，我們將收集到減小的反射光7的信號。由於使用的共焦方法需要兩次經過同一光學孔徑，它的探測光強分布 隨空間的分布比通常的光學系統要緊，在垂直方向可以獲得很高的分辨 率。該系統使得探測光刻膠上表面而不受深層下表面反射的影響成為可 能。本發明通過對具備離軸做預測量光刻機加裝或者換裝共焦水平探測 器陣列來實現對矽片上表面的水平探測。其中一種實施方式如下在矽片平臺離軸的狀態下做水平探測，其基本流程如下 對每一個曝光區域(1) 矽片平臺運動到離探測器陣列最遠的垂直位置，此位置距離中 心焦距應該不小於系統最大對焦深度的兩倍。(2) 矽片平臺向著探測器陣列方向步進，探測器陣列測量並且記錄反射光強。(3) 當所有探測器都記錄到第一個光強極大值，矽片平臺停止掃描，該極大值對應矽片的上表面。(4) 數據處理器對所有探測器的光強進行處理，確定矽片平臺最佳垂直位置和傾斜角，並且反饋到光刻機矽片平臺控制器中。(5) 水平探測完成。
權利要求
1、 一種光刻機離軸水平和對焦探測控制系統，其特徵在於，該系統 包括一組共焦光學探測器陣列，用於收集光強分布數據； 一個數據處理器，通過數據線與共焦光學探測器陣列相連接，用於接收共焦光學探測器陣列收集的光強分布數據並對該數據進行處理； 一個矽片平臺控制器，通過數據線與數據處理器相連接； 根據共焦光學探測器陣列的每一個探測器中反射光的相對強度來判定在該探測器位置的矽片平面是否在最佳焦距，在曝光時根據數據處理器收集到的數據對矽片平臺控制器發出指令，以補償差值，測量並反饋曝光區域矽片表面水平度的分布。
2、 根據權利要求1所述的光刻機離軸水平和對焦探測控制系統，其 特徵在於，所述的一組共焦光學探測器陣列由至少三個探測器組成。
3、 根據權利要求1所述的光刻機離軸水平和對焦探測控制系統，其 特徵在於，所述的探測器包括高數值孔徑透鏡、單模光纖、光纖分束器、 入射光耦合系統、反射光探測系統，所述的單模光纖在探測器中的端頭位 於所述的高數值孔徑透鏡的後焦點，所述的高數值孔徑透鏡的前焦點與待 測矽片平面重合，所述的入射光耦合系統包含照明光源和聚焦透鏡，所述 的反射光探測系統包含光強探測器。
4、 根據權利要求1所述的光刻機離軸水平和對焦探測控制系統，其 特徵在於，所述的入射光是可見光或非可見光，該入射光波長同所述的單 模光纖規格相匹配。
5、 根據權利要求4所述的光刻機離軸水平和對焦探測控制系統，其特徵在於，所述的入射光是紅外光或者紫外光。
6、 一種權利要求1-5任一項所述的光刻機離軸水平和對焦探測控制 系統的實現方法，其特徵在於，包括以下步驟首先，要取得每一個曝光 區域的水平最佳焦距分布，根據每一個探測器中反射光的相對強度來判定 在該探測器位置的矽片平面是否在最佳焦距；其次，數據處理器對所有探 測器的光強進行處理；然後，在曝光時根據數據處理器收集到的數據對矽 片平臺控制器發出指令，以補償差值。
7、 根據權利要求6所述的光刻機離軸水平和對焦探測控制系統的實 現方法，其特徵在於，通過矽片平臺垂直步進掃描來取得所述的每一個曝 光區域的水平最佳焦距分布。
8、 根據權利要求7所述的光刻機離軸水平和對焦探測控制系統的實 現方法，其特徵在於，所述的矽片平臺垂直步進掃描包括以下步驟步驟 1，矽片平臺先運動到相對遠離共焦光學探測器陣列的位置；步驟2，矽 片平臺向著共焦光學探測器陣列方向步進掃描；步驟3，對每一個垂直方 向的平臺位置，探測器系統採集反射光強分布；步驟4，掃描完畢後，共 焦光學探測器陣列第一次遇到的反射光強極大位置對應系統的最上表面。
9、 根據權利要求8所述的光刻機離軸水平和對焦探測控制系統的實 現方法，其特徵在於，步驟1中所述的位置離正常位置距離不小於系統最 大對焦深度的兩倍。
10、 根據權利要求8所述的光刻機離軸水平和對焦探測控制系統的實 現方法，其特徵在於，步驟2中所述的步進掃描，其中每一步不大於所需要的垂直方向的空間解析度。
全文摘要
本發明公開了一種光刻機離軸水平和對焦探測控制系統，該系統包括一組共焦光學探測器陣列、一個數據處理器和一個矽片平臺控制器，根據共焦光學探測器陣列的每一個探測器中反射光的相對強度來判定在該探測器位置的矽片平面是否在最佳焦距，在曝光時根據數據處理器收集到的數據對矽片平臺控制器發出指令，以補償差值，測量並反饋曝光區域矽片表面水平度的分布。本發明還公開了上述系統的實現方法。本發明能夠可靠地探測到矽片上表面，以減小水平探測對矽片製造焦距的偏離。
文檔編號G03F7/20GK101122748SQ20061002977
公開日2008年2月13日 申請日期2006年8月7日 優先權日2006年8月7日
發明者強 伍, 雷 王 申請人:上海華虹Nec電子有限公司