一種光刻曝光劑量控制裝置與方法
2024-03-10 08:06:15
專利名稱：一種光刻曝光劑量控制裝置與方法
技術領域：
本發明涉及光刻裝置的技術領域，具體涉及光刻曝光劑量控制裝置及其方法。
背景技術：
光刻工藝技術是半導體生產過程中關鍵的 一個工藝環節，在光刻過程中， 投影到矽片表面的光刻劑量精度成為影響產品是否合格的關鍵因素之一。目前 光刻生產用到的準分子雷射器發射出的脈衝能量波動較大，如不加以控制，曝 光劑量精度達不到生產要求，最終會導致產品成為廢品。各光刻機廠家提供了 多種曝光劑量控制方法以保證劑量精度，儘量保證用戶使用高曝光劑量精度的
產品o
一種現有技術的情況(參見劉世元、吳小健於2006年發表於光學學報Vol. 26， No. 6，標題為"深紫外準分子雷射實時曝光劑量控制算法研究"文章)，提 出了逐個脈衝控制方法。該方法的原理在於測試每個脈衝能量，根據實測值， 推算下一個脈衝的能量值，控制雷射器根據推算值發射同等能量的脈衝。例如 實際需要的劑量50mJ/cm2，若單個脈沖能量為5mJ/cm2，共需要10個脈衝。但 是由于波動的原因實測得到第一個脈衝能量僅為4.5 mJ/cm2，那麼要求雷射器在 下一個脈衝發射5.5 mJ/cm2,用以補償上一個脈沖。依此類推，直到最後一個脈 衝。
另一種現有^t支術的情況(參見美國發明專利，申請號US20040239907、 US2005070613)，提出雙光源與衰減器進行劑量控制，該方法對單脈衝能量進行 控制，採用閉環伺服控制，由於對每個脈衝都進行閉環控制，因此採用這種方 法可以得到非常高的控制精度。
上述曝光劑量控制方法主要集中在對雷射器的控制上，即通過控制雷射器 脈衝能量，以達到控制劑量的目的。但是上述方法都無法實時地改變曝光窗口中光強分布不均勻而對劑量精度造成的影響。
曝光狹縫內的光強分布影響到劑量的精度，因此光刻機廠商會要求狹縫內 光強分布達到一定要求，稱為照明均勻性指標。但由於光學製造加工誤差以及 設備器件的物理性能限制，導致光強不可能絕對均勻，光強一般分布情況如圖1 所示，圖中X表示非掃描方向的物理坐標，t表示允許的偏差。由於狹縫內光強 分布並非絕對均勻，而正常工作時矽片勻速運動，所以光強較大的地方劑量就 大，光強較弱的地方劑量就小，因此導致矽片上的劑量分布不均。
本發明的目的在於提供一光刻曝光劑量控制裝置與方法，這種光刻曝光劑 量控制裝置可以提高曝光區域內矽片表面的光刻劑量精度和重複性，克服由於 非掃描方向光強分布不均造成的系統偏差，並且能極大地抑制由於設備老化造 成的系統偏差。本光刻曝光劑量控制方法無需增加提高光學均勻性的光學元件， 同時也不需要提高現有光學照明均勻化元件的性能，即可實現劑量的精密控制。
發明內容
本發明提出 一種光刻曝光劑量控制裝置與方法。光刻啄光劑量控制裝置包
括測量單元；控制單元以及承載單元。測量單元，用於實時測量光強分布， 並輸出實測信號。狹縫刀片組，耦接控制單元，接收控制信號，並依據控制信 號調整曝光區域大小。本發明提出的光刻曝光劑量控制裝置中，所迷裝置還包 括承載單元，耦接所述控制單元，接收所述控制信號，並依據所述控制信號調 整運動速度。
本發明提出的光刻曝光劑量控制裝置中，所述承載單元為掩模臺，用於承 載掩糹莫，並驅動所述掩糹莫運動。
本發明提出的光刻啄光劑量控制裝置中，所述承載單元為矽片臺，用於承 載矽片，並驅動所述矽片運動。
本發明提出的光刻曝光劑量控制裝置中，所述光強分布為光強分布輪廓。
本發明提出的光刻曝光劑量控制裝置中，所述裝置還包括雷射器，用於提 供雷射脈衝信號。
本發明提出的光刻曝光劑量控制裝置中，所述裝置還包括分光器，耦接所 述測量單元，用於分出部分的所述雷射脈衝信號，並投影到所述測量單元進行測量。
本發明提出的光刻曝光劑量控制方法，包括以下步驟實時測量光強分布
並獲取實測信號；接收實測信號，依據實測信號，進行運算並獲取控制信號；
以及接收控制信號，並依據控制信號調整曝光區域大小，以及在掃描過程中，
啟動刀片組進行掃描運動。。
本發明提出的光刻曝光劑量控制方法中，所迷方法還包括接收所述控制信
號，並依據所迷控制信號調整運動速度。
本發明提出的光刻曝光劑量控制方法中，所述光強分布為光強分布輪廓。 本發明提出的光刻曝光劑量控制方法中，所迷方法還包括採集雷射脈衝信號。
本發明提出的光刻曝光劑量控制方法中，所述方法還包括採集部分的所述 雷射脈衝信號，進行投影以實時測量光強分布。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配 合附圖，作詳細說明如下。
固1所示為根據本發明實際光強分布圖。
圖2所示為根據本發明一實施例的光刻曝光劑量控制裝置的示意圖。 圖3所示為根據本發明又一實施例的光刻曝光劑量控制裝置的示意圖。 圖4所示為根椐本發明一實施例的光刻曝光劑量控制方法的流程圖 圖5所示為根據本發明一實施例的光強分布圖。 圖6所示為根據本發明一實施例的曝光區域示意圖。
具體實施例方式
為了更了解本發明的技術內容，特舉具體實施例並配合所附圖式說明如下。 圖2所示為才艮據本發明一實施例的光刻曝光劑量控制裝置的示意圖。本實
施例所提供的光刻曝光劑量控制裝置l包括測量單元IO,分光器20，控制單元
30,曝光形成單元40以及承載單元50。
測量單元IO用於實時測量光強分布，並輸出實測信號。在本實施例中，測量單元10為一光強探測器，在其它實施例中，測量單元10亦可為傳感器CCD 或其它類型的獲取光強分布的探測器。
如圖2所述，分光器20用以接收雷射脈衝信號，耦4^測量單元10，且分出 部分的雷射脈衝信號，並投影到測量單元IO進行測量。控制單元30耦接測量 單元IO,接收實測信號，進行運算並輸出控制信號。舉例來說，當測量單元IO 獲取光強分布較強的實測信號時，控制單元30接收此實測信號，進行計算輸出 相對應的高電位控制信號；當測量單元IO獲取光強分布較弱的實測信號時，控 制單元30接收此實測信號，經過運算以輸出相對應的低電位控制信號。
上述曝光形成單元40耦接控制單元30，接收由控制單元30輸出的控制信 號，並依據控制信號調整曝光區域大小。在本實施例中，曝光形成單元40為狹 縫刀片組，在其他實施例中，曝光形成單元40亦可為光斥冊或其他等效物，本發 明並不對此做出限制。
圖2中的承載單元50耦接控制單元30，接收控制信號，並依據控制信號調 整運動速度。在本實施例中，承載單元50包括掩模臺501與矽片臺502。其中， 掩模臺501用於承載掩模，並驅動掩模運動。矽片臺502用於承載矽片，並驅 動矽片運動。
具體來說，當掩模臺501與矽片臺502接收控制單元30輸出的高電位控制 信號時，掩模臺501與矽片臺502帶動掩模及矽片加快運動速度，相反，當控 制單元30輸出低電位控制信號時掩模臺501與矽片臺502將減慢運動速度，這 樣，承載單元50在光強較強時加快運動速度，在光強較弱時減慢運動速度，使 掃描方向上的光強趨向均勻，消除由於光強分布不均對劑量造成的影響。
圖3所示為才艮據本發明又一實施例的光刻曝光劑量控制裝置的示意圖。圖3 中所示的光刻曝光劑量控制裝置與圖2所示的大部分相同，相同部分採用了相 同的標號。
本實施例所提供的光刻曝光劑量控制裝置1是由一系列模塊組成反饋控制 閉環迴路，包括雷射器60,光束導向單元70,照明模式設置單元80,反射器 90,測量單元IO,分光器20，控制單元30，曝光形成單元40，掩模臺501，投 影物鏡110,矽片臺502。
其中，雷射器60與光束導向單元70相互連接。雷射器60作為工藝生產的
7光源設備，提供雷射脈沖信號。光束導向單元70用於調節光束的位置和指向。 反射器90用於將光束反射到分光器20上。在其他實施例中，光刻曝光劑量控 制裝置l還可以包括光強勻化器(圖未示)，光強勻化器與分光器20相互連接， 用於將光強均勻化，4吏得一定面積中的光強保持均勻。
上述測量單元10和控制單元30相互連接，主要是用來測量由分光器20分 光出來的光強分布，並反饋脈衝能量信號於控制單元30。控制單元30主要用來 完成信號檢測，運算，以及發送控制信號，控制掩才莫臺501和矽片臺502的運 動。
圖3中的控制單元30採集測量單元10實時的光強信號，並根據光強輪廓 實時的調整曝光形成單元40，以形成與照明光強相符合的照明區域輪廓。在本 實施例中，曝光形成單元40為狹縫刀片組，控制單元30才艮據傳感器實測的光 強輪廓對狹縫刀片位置進行實時調整，形成不同的照明區域輪廓。
圖4為所示為根據本發明一實施例的光刻曝光劑量控制方法的流程圖，有 關詳細說明，敬請一併參照圖2。如圖4所示，流程步驟包括
步驟SIO，進ff曝光測試。
步驟S20,由測量單元10實時測量光強分布並獲取實測信號，圖5所示為 本實施例中的實際光強分布曲線。在本實施例中，光強分布為光強分布輪、郭。
步驟S30,藉由控制單元30接收實測信號，依據實測信號，進行運算並獲 取控制信號。
舉例來說，圖5所示光強分布曲線中，發現在該輪廓中間光強較強，其餘 兩塊區域光強類似，因此劃分為三個曝光區域，《、&、 &。按照光刻機裝置組 戒單元對劑量造成的影響，實際劑量計算公式可由劑量公式"-f/(0^①細 化為
公式②中為為不同曝光區域單位時間的光強(mj/s/cm2) ， LsCa ,為不同曝 光區域掃描方向(Y向)的視場輪廓寬度(cm), ^，為掃描速度。
針對不同劑量精度的要求，，可以將整個曝光區域分為多個不同的區域s", 精度要求越高則n取值越大，即S-ts" n>=2。 才艮據光強的分布強弱設定區域值，得到
其中，S為任意區域值，4，為不同曝光區域掃描方向的長度，附為非掃 描方向對應的寬度。
根據公式②和公式③，圖5中三個曝光區域，&、 &、 &，各區域的劑量相 等，且均為
D 二 /, *④ 一 r
'sc加
其中，^為區域內的&光強。在這裡，我們考慮曝光區域中光強的不均勻導 致曝光實際的劑量不均勻的情況，如果需要達到更高精度的劑量，可以通過調 節啄光區域的面積達到，即使得曝光區域&'的個數根據精度要求增加或減少， 從而使整個曝光場的劑量可以得到良好的控制。
在本實施例中，控制單元30根據實測的視場光強輪廓計算不同Lyom,,進 而計算出狹縫刀片組需要圍成區域的長度和寬度，並輸出相對應的控制信號。
步驟S40，接收所述控制信號,並依據所述控制信號調整和設置曝光區域的 個數和大小。
在本實施例中，狹縫刀片組接收控制單元30輸出的控制信號，驅動刀片圍
成3個區域S!， &， 如圖6所示。
步驟S50,接收所述控制信號，並依據所述控制信號調整矽片臺運動速度。 在本實施例中，掩模臺501與矽片臺502接收控制單元30輸出的控制信號，
在光強較強時加快運動速度，在光強較弱時減慢運動速度，使掃描方向上的光
強趨向均勻。
步驟60，完成本次計算，判斷是否結束整個流程，如果沒有結束則進入下 次曝光運算。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所 屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許 的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種光刻曝光劑量控制裝置，其特徵是，包括測量單元，用於實時測量光強分布，並輸出實測信號；控制單元，耦接所述測量單元，接收所述實測信號，進行運算並輸出控制信號；以及狹縫刀片組，耦接所述控制單元，接收所述控制信號，並依據所述控制信號調整曝光區域大小。
2. 根據權利要求1所述的光刻曝光劑量控制裝置，其特徵在於，所述裝置 還包括承載單元，耦接所述控制單元，接收所述控制信號，並依據所述控制信 號調整運動速度。
3. 根據權利要求2所述的光刻曝光劑量控制裝置，其特徵在於，所述承載 單元為掩衝莫臺，用於承載掩才莫，並驅動所述掩模運動。
4. 根據權利要求2所述的光刻曝光劑量控制裝置，其特徵在於，所述承載 單元為矽片臺，用於承載矽片，並驅動所述矽片運動。
5. 根據權利要求1所述的光刻曝光劑量控制裝置，其特徵在於，所述光強 分布為光強分布輪廓。
6. 根據權利要求1所述的光刻曝光劑量控制裝置，其特徵在於，所述裝置 還包括雷射器，用於提供雷射脈衝信號。
7. 根據權利要求6所述的光刻曝光劑量控制裝置，其特徵在於，所述裝置 還包括分光器，耦接所迷測量單元，用於分出部分的所述雷射脈衝信號，並投 影到所述測量單元進行測量。
8. —種光刻曝光劑量控制方法，其特徵是，包括以下步驟 實時測量光強分布並獲取實測信號；接收所迷實測信號，依據所述實測信號，進行運算並獲取控制信號；以及接收所述控制信號，並依據所述控制信號調整曝光區域大小，以及在掃 描過程中，啟動刀片組進行掃描運動。
9. 根據權利要求8所述的光刻曝光劑量控制方法，其特徵在於，所述方法 還包括接收所述控制信號，並依據所迷控制信號調整運動速度。
10. 根據權利要求8所述的光刻曝光劑量控制方法，其特徵在於，所述光強 分布為光強分布輪廓。
11. 根據權利要求8所述的光刻曝光劑量控制方法，其特徵在於，所述方法 還包括採集雷射脈沖信號。
12. 根據權利要求11所述的光刻曝光劑量控制方法，其特徵在於，所述方 法還包括採集部分的所述雷射脈沖信號，進行投影以實時測量光強分布。
全文摘要
本發明提出一種光刻曝光劑量控制裝置與方法。光刻曝光劑量控制裝置包括測量單元；控制單元以及承載單元。測量單元，用於實時測量光強分布，並輸出實測信號。控制單元，耦接測量單元，接收實測實測信號，進行運算並輸出控制信號。狹縫刀片組，耦接控制單元，接收控制信號，並依據控制信號調整曝光區域大小。本發明的光刻曝光劑量控制裝置與方法可以提高曝光區域內矽片表面的光刻劑量精度和重複性，克服由於非掃描方向光強分布不均造成的系統偏差，並且能極大地抑制由於設備老化造成的系統偏差。
文檔編號G03F7/20GK101561636SQ20091005154
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月19日 優先權日2009年5月19日
發明者文 徐, 潮 江, 聞 羅 申請人:上海微電子裝備有限公司