CN101533231A - 离轴对准***及其对准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种离轴对准***，用于光刻装置确定硅片与工件台的位置关系。离轴对准***包括：沿X向和Y向放置激光干涉仪，测量离轴光轴和工件台的位置；零位传感器，放置在工件台最大运动范围的边缘，提供激光干涉仪初始化信号；离轴光学***和其侧面的两个离轴反射面，与X、Y向分别垂直；以及工件台侧面两个工件台反射面，与X、Y轴分别垂直，所述离轴反射面和所述工件台反射面用来反射所述激光干涉仪发出的测量光束。本发明提供的离轴对准***中加入激光干涉仪，能够实时检测离轴对准***中离轴光轴的偏移，保证了硅片对准的精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种硅片对准的处理装置，且特别涉及一种离轴对准***，该离轴对准***的对准方法也一并涉及。
背景技术
投影扫描式光刻机的目的就是把掩模上图形清晰、正确地成像在涂有光刻胶的硅片上，离轴对准***在光刻机中的作用就是确定硅片在曝光时的位置。
在美国专利US7332732B2描述离轴***的布局和测量方法中，在工件台右下方固定一块有离轴标记的基准板。首先通过扫描工件台基准板上的离轴标记来捕获离轴光轴在工件台中的相对位置，然后再通过离轴***扫描硅片上的标记来建立硅片与工件台的关系。在这种结构和布局下的离轴***在每次硅片对准前都需要对基准标记进行扫描，确定离轴光轴的位置。
这种做法延长了整个对准的时间，影响了光刻机的产率。同时，在硅片标记扫描时，离轴光轴随主框架振动而无法精确的确定，造成硅片对准的误差。
发明内容
本发明提出一种离轴对准***及其对准方法，能够解决上述问题。
为了达到上述目的，本发明提供一种离轴对准***，用来在光刻装置中确定硅片与工件台的位置关系。离轴对准***包括：沿X向和Y向放置的激光干涉仪***；零位传感器，放置在工件台最大运动范围的边缘，用来当工件台移动到最大运动范围时，对所述激光干涉仪进行初始化；离轴光学***，侧面具有与X、Y轴分别垂直的两个离轴反射面；以及工件台侧面具有与X、Y轴分别垂直的两个工件台反射面，所述离轴反射面和所述工件台反射面用来反射所述激光干涉仪***发出的测量光束，来分别反映所述离轴光轴和所述工件台自身的位置。
可选的，还包括控制***，用来对位置数据的通讯进行补偿，其包括：
工件台位置测量数字信号处理(digital signal processing，DSP)板，用来处理工件台位置测量数据；
离轴光轴位置测量DSP板，用来处理离轴光轴位置测量数据；
同步时钟控制板，时钟信号连接至工件台位置测量DSP板和离轴光轴位置测量DSP板，用来提供统一的时钟信号至工件台位置测量DSP板和离轴光轴位置测量DSP板；
离轴分***控制***，电气连接至所述离轴光轴位置测量DSP板；
工件台分***控制***，电气连接至所述工件台位置测量DSP板；以及
SUN工作站主控***，电气连接至所述离轴分***控制***和所述工件台分***控制***。
可选的，其中所述工件台位置测量DSP板与所述工件台分***控制***之间、所述离轴光轴位置测量DSP板与所述离轴分***控制***之间，采用高速通讯光纤来互相通讯，所述离轴分***控制***、所述工件台分***控制***与所述SUN工作站主控***之间采用工业以太网进行数据通讯。
本发明还提供一种使用权利要求1所述的离轴对准***的对准方法，包括以下步骤：
驱动工件台至零位传感器位置时，初始化激光干涉仪***的数值，并将上述位置设置为离轴光轴初始位置；
在离轴对准过程中，上述激光干涉仪***实时测量离轴光轴位置和工件台位置；
利用上述离轴光轴位置补偿上述工件台位置得到工件台对准位置；以及
利用上述工件台对准位置参与硅片对准过程。
可选的，其中利用上述离轴光轴位置补偿上述工件台位置得到工件台对准位置这一步骤，其公式为Lnew＝L-(P1-P0)，其中Lnew为上述工件台对准位置，L为上述工件台位置，P1为上述离轴光轴位置，P0为上述离轴光轴初始位置。
可选的，还包括以下步骤：
计算工件台位置测量总延迟时间Tstage-total；
计算离轴光轴位置测量总延迟时间TOA-total；
把上述工件台位置测量总延迟时间Tstage-total、上述离轴光轴位置测量总延迟时间TOA-total分别补偿到上述工件台位置测量DSP板、上述离轴光轴位置测量DSP板中。
可选的，其中计算工件台位置测量总延迟时间这一步骤包括：
工件台沿Y向正方向，以恒定的速度进行扫描曝光得到硅片上的一排位置标记；
在X方向上移动工件台微小距离；
工件台沿Y向负方向，以同样恒定的速度进行扫描曝光得到硅片上的一排位置标记；
离线测量硅片上标记位置在Y向的偏差，统计得到正反向曝光标记位置的Y向的平均偏差dy，根据曝光的速度v，就可以统计出工件台位置测量的总延迟时间：Tstage-total＝dy/(2*v)；
可选的，其中计算离轴光轴位置测量总延迟时间的步骤包括：
计算离轴光轴位置测量软件延迟时间TOA-soft；
计算工件台位置测量软件延迟时间Tstage-soft；
计算工件台位置测量硬件延迟时间Tstage-hard＝Tstage-total-Tstage-soft；以及
计算离轴光轴位置测量总延迟时间TOA-total＝Tstage-hard+TOA-soft。
本发明通过在离轴对准***中加入激光干涉仪来准确的测量出离轴光轴位置的实时变化，能够实时检测离轴对准***中离轴光轴的偏移，保证了硅片对准的精度。另外，激光干涉仪的加入也改进了对准过程，不需要再进行工件台基准板上的标记扫描。
附图说明
图1所示为本发明较佳实施例中具有离轴对准***的光刻装置结构示意图；
图2所示为本发明较佳实施例中离轴对准***的控制***方块图；
图3所示为本发明较佳实施例中的位置测量算法流程图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图示说明如下。
图1所示为本发明较佳实施例中具有离轴对准***的光刻装置结构示意图。
本发明通过激光干涉仪实时监测离轴光轴在对准时刻的相对变化，并补偿到硅片标记扫描位置上，建立起硅片和工件台坐标间的关系，快速实现硅片对准。包括：离轴测量***的结构布局、测量***的误差校正、补偿算法和离轴***对准算法三个部分。
图1所示的具有离轴对准***的光刻装置包括：投影物镜1、硅片2、工件台3、离轴光学***4、工件台反射面、X、Y向激光干涉仪***、工件台零位传感器11。其中，离轴光学***还包括离轴反射面和透射孔6。图1中仅描绘出了Y向离轴反射面5、Y向工件台反射面10和激光干涉仪***中的X向激光干涉仪9。X向激光干涉仪9发出第一测量光束7到上述Y向工件台反射面10上，发出第二测量光束8到上述Y向离轴反射面5上。
硅片2放置在工件台3上，投影物镜1用来实现对硅片的对准和曝光。
离轴光学***4的作用是产生离轴对准光源并对离轴对准光源进行聚焦，它包括激光器和镜片等部件。透射孔6用来透射离轴光学***4产生的离轴对准光源。离轴光学***4在本实施例中作为一个整体来运作，其具体结构在此不再赘述。
激光干涉仪是以激光波长为已知长度，利用迈克耳逊干涉***测量位移的通用长度测量工具。本实施例在离轴对准***中加入X、Y向激光干涉仪，用来分别沿X向和Y向测量工件台3和离轴光学***4光轴的位置。图1中仅描绘出了X向激光干涉仪9，本领域中具有通常知识者根据上述描述和图1能够得知Y向激光干涉仪的位置和其测量光束的方向。
以下以X向激光干涉仪9为例进行说明，X向激光干涉仪9发出第一测量光束7、第二测量光束8分别用来测量工件台、离轴光学***4的光轴即离轴光轴的位置。
工件台3侧面包括与X、Y轴分别垂直的两个工件台反射面，即Y向工件台反射面10和X向工件台反射面(图中未示)，离轴光学***4侧面镀锌或其他材料形成与X、Y轴分别垂直的两个离轴反射面，即Y向反射面5和X向反射面(图中未示)。Y向工件台反射面10和Y向离轴反射面5分别反射第一测量光束7、第二测量光束8至X向激光干涉仪9中，以反映自身的X向位置。
Y向激光干涉仪的作用类似与X向激光干涉仪，用来测量工件台3和离轴光轴的Y向位置。
零位传感器11位于工件台最大运动范围的边缘，用来对位置测量进行初始化。当工件台3按着指令移动到零位传感器11处，可以强制性设置工件台的位置(X，Y，Z，Rx，Ry和Rz)和离轴光轴的水平位置为初始状态，即激光干涉仪测量数值清零，以达到测量前激光干涉仪的初始化。
图2所示为本发明较佳实施例中离轴对准***的控制***方块图。
离轴对准***的控制***包括：同步时钟控制板12、工件台位置测量数字信号处理(digital signal processing，DSP)板13、离轴光轴位置测量DSP板14、离轴分***控制***16、工件台分***控制***17和SUN工作站主控***18。工件台位置测量DSP板13与工件台分***控制***17之间、离轴光轴位置测量DSP板14与离轴分***控制***16之间，可以采用高速通讯光纤15来互相通讯。离轴分***控制***16、工件台分***控制***17与SUN工作站主控***18之间可以采用工业以太网19进行数据通讯。
离轴对准***的控制***用来同步工件台3和离轴光学***光轴位置的测量和各种算法的实现，分为三个等级，激光干涉仪信号处理的DSP板、分***控制***和SUN工作站***，
同步时钟控制板12提供统一的时钟信号，协调不同的分***间进行多个位置的同步测量，它连接到各个DSP板13、14和分***控制***16、17。
工件台位置测量DSP板13的作用就是对工作台3六自由的位置进行测量，并进行测量延时补偿和位置数据的通讯。
离轴光轴位置测量DSP板14的作用就是对离轴***水平向位置进行测量，并进行测量延时补偿和位置数据的通讯。
离轴分***控制***16和工件台分***控制***17使用实时操作***，在本实施例中主要的作用就是进行位置数据的通讯和分***间同步补偿。补偿后的扫描位置，通讯到SUN工作站18处理，实现硅片对准算法。
因为本实施例增加了X、Y向激光干涉仪***，所以在技术方案上，延伸出如下问题：1.对激光干涉仪测量延时的补偿问题。2.激光干涉仪测量离轴光轴变化的补偿问题。
图3所示为本发明较佳实施例中的位置测量算法流程图。
针对测量延时的补偿，本实施例提供以下方案。
应用DSP板进行位置测量时有延时误差，可分为两个部分：激光干涉仪测量***的硬件***延时和处理测量信号的软件延时。因为激光干涉仪测量位置采用的相同的硬件，所以可以认为硬件延时是一致的。软件方面，对测量对象补偿算法不同，故分***间的软件延时不同。对位置测量延时参数的校正步骤如下：
1，工件台沿Y向正方向，以恒定的速度进行扫描曝光得到硅片2上的一排位置标记；
2，在X方向上移动工件台2个标记宽度的距离；
3，工件台沿Y向负方向，以同样恒定的速度进行扫描曝光得到硅片2上的一排位置标记；
4，重复上面1-3步骤10次(步骤S20)，以减少随机误差；
5，离线测量硅片上标记位置在Y向的偏差，统计得到正反向曝光标记位置的Y向的平均偏差dy(步骤S21)，根据曝光的速度v，就可以统计出工件台激光干涉仪信号处理***测量位置的延迟时间：Tstage-total＝dy/(2*v)(步骤S22)；
对同一位置进行两次相反的扫描曝光，两个标记间的位置应该在同一位置的，但是，由于测量的延时，造成这两标记的曝光不在同一位置，引起了位置的偏差dy。所以，这个位置偏差dy包含两个部分：正向扫描位置偏差和负向扫描的位置偏差，我们可以认为对于位置测量的延时是一样的，所以，时间＝路程/速度。如上述公式，得到工件台位置测量总延迟时间Tstage-total。
6，通过分析DSP指令执行时间和条数，可以确定DSP算法运算的位置测量软件延迟时间Tstage-soft(步骤S23)；
7，通过5和6步骤，可以求出工件台位置测量DSP板的硬件延时时间：Tstage-hard＝Tstage-total-Tstage-soft(步骤S25)；
8，通过分析测量离轴光轴水平向的DSP软件算法指令和条数，可得到软件延迟时间TOA-soft(步骤S24)；
9，由于工件台位置测量DSP板与离轴光轴位置测量DSP板的硬件相同，这样，通过7和8步骤，分析出测量离轴光轴测量位置的延迟时间TOA-total＝Tstage-hard+TOA-soft(步骤S26)；
10，把校正得到不同分***位置测量延时时间补偿到离轴对准***、工件台位置测量DSP板中(步骤S27)(步骤S28)；
由于在对准过程中，光刻装置会产生震动，因此，离轴光轴可能会因为震动而造成偏移。针对扫描硅片标记的位置校正和补偿，本实施例提出以下方案：
1，在开启光刻机或光刻机处于测校模式下时，控制工件台3运动到工件台零位传感器11处，记录离轴光轴的初始水平位置P0(步骤S29)；
2，对扫描硅片标记进行对准时，实时测量工件台水平位置L和离轴光轴的水平位置P1，所以，补偿后的工件台对准位置为Lnew＝L-(P1-P0)(步骤S30)；
3，补偿后的工件台对准位置参与硅片对准过程(步骤S31)；
硅片对准过程(步骤S31)的算法具体包括以下步骤：
1，在开启光刻机或光刻机出于测校模式下时，工件台3被驱动到零位传感器11位置，此时初始化激光干涉仪9的数值，并作为离轴光轴初始位置；
2，在光刻机上载新硅片后，进行离轴对准；
3，采用激光干涉仪9测量工件台3和离轴光轴的位置时，在DSP板测量位置时进行测量延时补偿；
4，在扫描硅片标记位置时，在分***控制***中进行扫描位置算法的补偿；
5，重复3和4步，得到一系列硅片标记的扫描位置；
6，利用最小二乘法，求得工件台3和硅片2的坐标间的位置关系，实现硅片的快速对准。
本发明通过在离轴对准***中加入激光干涉仪来准确的测量出离轴光轴位置的实时变化，能够实时检测离轴对准***中离轴光轴的偏移，保证了硅片对准的精度。另外，激光干涉仪的加入也改进了对准过程，不需要再进行工件台基准板上的标记扫描。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (8)
1.一种离轴对准***，用于光刻装置中确定硅片与工件台的位置关系，其特征在于，离轴对准***包括：
激光干涉仪***，分别测量工件台和离轴光轴的X、Y向位置；
零位传感器，放置在工件台最大运动范围的边缘，提供所述激光干涉仪初始化信号；
离轴光学***，侧面具有与X、Y轴分别垂直的两个离轴反射面；以及
位于工件台侧面与X、Y轴分别垂直的两个工件台反射面，所述离轴反射面和所述工件台反射面用来反射所述激光干涉仪***发出的测量光束，以确定所述离轴光轴和所述工件台的位置。
2.根据权利要求1所述的离轴对准***，其特征在于，还包括控制***，用来对位置数据的通讯进行补偿，其包括：
工件台位置测量数字信号处理(digital signal processing，DSP)板，用来处理工件台位置测量数据；
离轴光轴位置测量DSP板，用来处理离轴光轴位置测量数据；
同步时钟控制板，时钟信号连接至工件台位置测量DSP板和离轴光轴位置测量DSP板，用来提供统一的时钟信号至工件台位置测量DSP板和离轴光轴位置测量DSP板；
离轴分***控制***，电气连接至所述离轴光轴位置测量DSP板；
工件台分***控制***，电气连接至所述工件台位置测量DSP板；以及
SUN工作站主控***，电气连接至所述离轴分***控制***和所述工件台分***控制***。
3.根据权利要求2所述的离轴对准***，其特征在于，其中所述工件台位置测量DSP板与所述工件台分***控制***之间、所述离轴光轴位置测量DSP板与所述离轴分***控制***之间，采用高速通讯光纤来互相通讯，所述离轴分***控制***、所述工件台分***控制***与所述SUN工作站主控***之间采用工业以太网进行数据通讯。
4.一种使用权利要求1所述的离轴对准***的对准方法，其特征在于，包括以下步骤：
驱动工件台至零位传感器位置时，初始化激光干涉仪***的数值，并将上述位置设置为离轴光轴初始位置；
进行离轴对准，上述激光干涉仪***实时测量离轴光轴位置和工件台位置；
利用实时测量得到的上述离轴光轴位置补偿上述工件台位置得到工件台对准位置；以及
利用上述工件台对准位置参与硅片对准过程。
5.根据权利要求4所述的对准方法，其特征在于，其中利用上述离轴光轴位置补偿上述工件台位置得到工件台对准位置这一步骤，其公式为Lnew＝L-(P1-P0)，其中Lnew为上述工件台对准位置，L为上述工件台位置，P1为上述离轴光轴位置，P0为上述离轴光轴初始位置。
6、根据权利要求4所述的对准方法，应用该对准方法的离轴对准***还包括：
工件台位置测量数字信号处理(digital signal processing，DSP)板，用来处理工件台位置测量数据；
离轴光轴位置测量DSP板，用来处理离轴光轴位置测量数据；
同步时钟控制板，时钟信号连接至工件台位置测量DSP板和离轴光轴位置测量DSP板，用来提供统一的时钟信号至工件台位置测量DSP板和离轴光轴位置测量DSP板；
离轴分***控制***，电气连接至所述离轴光轴位置测量DSP板；
工件台分***控制***，电气连接至所述工件台位置测量DSP板；以及
SUN工作站主控***，电气连接至所述离轴分***控制***和所述工件台分***控制***；
其特征在于，还包括以下步骤：
计算工件台位置测量总延迟时间Tstage-total；
计算离轴光轴位置测量总延迟时间TOA-total；
把上述工件台位置测量总延迟时间Tstage-total、上述离轴光轴位置测量总延迟时间TOA-total分别补偿到上述工件台位置测量DSP板、上述离轴光轴位置测量DSP板中。
7.根据权利要求6所述的对准方法，其特征在于，其中计算工件台位置测量总延迟时间这一步骤包括：
工件台沿Y向正方向，以恒定的速度进行扫描曝光得到硅片上的一排位置标记；
在X方向上移动工件台一定的距离；
工件台沿Y向负方向，以同样恒定的速度进行扫描曝光得到硅片上的一排位置标记；
离线测量硅片上标记位置在Y向的偏差，统计得到正反向曝光标记位置的Y向的平均偏差dy，根据曝光的速度v，就可以统计出工件台位置测量的总延迟时间：Tstage-total＝dy/(2*v)。
8.根据权利要求6所述的对准方法，其特征在于，其中计算离轴光轴位置测量总延迟时间这一步骤包括：
计算离轴光轴位置测量软件延迟时间TOA-soft；
计算工件台位置测量软件延迟时间Tstage-soft；
计算工件台位置测量硬件延迟时间Tstage-hard＝Tstage-total-Tstage-soft；以及
计算离轴光轴位置测量总延迟时间TOA-total＝Tstage-hard+TOA-soft。
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| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 201203 Zhangjiang High Tech Park, Shanghai, Zhang Dong Road, No. 1525 Patentee after: Shanghai microelectronics equipment (Group) Limited by Share Ltd Address before: 201203 Zhangjiang High Tech Park, Shanghai, Zhang Dong Road, No. 1525 Patentee before: Shanghai Micro Electronics Equipment Co., Ltd. |