CN107544213B - 光刻机动态调平调焦方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光刻机动态调平调焦方法，工件台在交接位承载工件，并向对准位开始步进；在工件台匀速运动过程中，采用动态调平调焦装置对工件的垂向高度进行扫描测量，所述动态调平调焦装置安置于工件台交接位与对准位之间的直线匀速段；通过信号处理器处理上述扫描信息，同时获得工件的表面水平信息和焦面信息；对工件台上的工件进行调平调焦。本发明中，所述工件从交接位运动至动态调平调焦装置，再运动至对准位，其中动态调平调焦装置安置于交接位到对准位的直线位置上，减小了运动台从交接位到对准位的移动距离，并在运动台运动过程中的匀速段进行多次位置测量并最终实现工件位置调平。

Description

光刻机动态调平调焦方法
技术领域
本发明涉及光刻机领域，特别涉及一种光刻机动态调平调焦方法。
背景技术
当前的光刻设备中，具有精密定位性能的工件台***是其配备的关键分***之一。精密定位工件台的主要功能是实现快速步进、精度定位和行程运动。一台高性能的精密工件台，首先必须保证足够高的定位精度，以实现高精度的图形曝光；其次必须有快速移动能力，以提高曝光效率。
如图1和图2所示，工件在曝光之前首先在交接位A完成工件(硅片或玻璃基板)的交接，然后加减速运动到全局调平调焦位置B，在静止的状态下，采用FLS(调平调焦测量***)测量工件上各测点的位置，进而利用测量数据拟合计算工件所在的位置平面，然后驱动工件台垂向调整机构把工件移动到基准平面，完成工件调平调焦工作，最后工件台再次加减速运动到对准位置C，进行工件台和整机框架的位置标定。当前的静态调平调焦方法虽然过程简单，但是调平调焦时间长，定位精度低，仅在全局静态调平调焦工位进行了数据采集和调平调焦工作，未再考虑其它曝光区域面型，随着工件尺寸的增大，曝光精度会越来越低。
发明内容
本发明提供一种光刻机动态调平调焦方法，可以对不同尺寸的工件实现快速调平调焦。
为解决上述技术问题，本发明提供一种光刻机动态调平调焦方法，包括：
工件台在交接位承载工件，并向对准位开始步进；
在工件台匀速运动过程中，采用动态调平调焦装置对工件的垂向高度进行扫描测量；
通过信号处理器处理上述扫描信息，同时获得工件的表面水平信息和焦面信息；
对工件台上的工件进行调平调焦。
作为优选，所述动态调平调焦装置安置于工件台交接位与对准位之间。所述工件台在匀速运动至稳定后，再由动态调平调焦装置进行扫描测量。
作为优选，对所述工件设置至少3个扫描光斑，所述扫描光斑的排列的方向垂直于工件台的运动方向。
作为优选，所述动态调平调焦装置沿与工件台运动方向相反的方向对工件进行光斑扫描，获得扫描信息。
作为优选，所述信号处理器根据扫描信息中被测点的坐标值拟合理想工件的垂向姿态。
作为优选，根据平面方程式(1)计算得到方程组式(2)：
Z＝-Ryx+Rxy+Z0(1)
其中，(Xi，Yi，Zi)为被测点坐标值，i≥3；
采用最小二乘法求解方程组式(2)，得到拟合的工件垂向姿态PFLS，并根据式(3)求得被测点的位置坐标PP-Ws：
Pp-Ws＝PFOCUS-PFLS (3)
其中，PFOCUS为焦平面的位置，坐标值为(Z1，Rx1，Ry1)。
作为优选，所述工件台垂向电机根据所述工件位置姿态PP-Ws，驱动工件完成垂向位置的全局调平调焦运动。
作为优选，所述动态调平调焦装置包括：实时调平调焦测量传感器和沿所述实时调平调焦测量传感器对称布置的两个垂向测量传感器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明中，所述工件从交接位运动至动态调平调焦装置，再运动至对准位，其中动态调平调焦装置安置于交接位到对准位的直线位置上，减小了运动台从交接位到对准位的移动距离，并在运动台运动过程中的匀速段进行多次位置测量并最终实现工件位置调平。由于运动台实际曝光过程处于运动状态，且运动台的曝光范围很大，且其测量是在运动台实际中得到的动态数据，更加接近于实际工况，工件台的测量范围也得到极大的扩展，即可以适应大尺寸测量。
2、考虑到运动台加速过程结束后运动台存在扰动，本发明在运动台运动至稳定后，才对运动台位置进行测量，保证了数据的可靠性，该段所需的稳定时间可以通过仿真得到；
3、本发明在现有的实时调平调焦测量传感器的基础上，额外对称布置两个垂向测量传感器，这样可以实现工件多工位面型测量。
附图说明
图1为现有技术中静态全局调平调焦示意图；
图2为现有技术中静态全局调平调焦过程简图；
图3为本发明中光刻机模块简图；
图4为本发明中动态调平调焦示意图；
图5为本发明中动静态全局调平调焦法用时对比图；
图6为本发明中动态全局调焦调平测量装置示意图；
图7为本发明中光刻机动态调平调焦流程图；
图8a～8c为本发明中动态测量原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图3所示，本发明的光刻机动态调平调焦方法应用于光刻机中，该光刻机包括掩模台100，掩模支架80，曝光***90，调平调焦测量***(FLS)70，主基板60，吊框支撑50，减振器40，以及由第一、第二、第三运动块10、20、30组成的工件台，其中，工件台***设置在主基板60与吊框支撑50形成的支架中，曝光***90设置在主基板60上，掩模台100通过掩模支架80安装在所述曝光***90上方。所述工件台可以实现X、Y、Z、Rx、Ry、Rz六个自由度方向的运动，其中，第三运动块30实现水平Y向粗动，第二运动块20用于实现水平X向粗动，第一运动块10用于实现Z、Rx、Ry、Rz的微调。工件11(硅片或玻璃基板)置于第一运动块10上，在曝光前通过调平调焦测量***(FLS)70对工件11进行位置测量和调平。较佳的，本发明的调平调焦测量***70采用动态调平调焦装置。
如图4和图7所示，本发明提供的光刻机动态调平调焦方法，包括：
工件台在交接位承载工件11，并向对准位开始步进，其先加速到一定速度后，以该速度向对准位匀速移动；
在工件台匀速运动过程中，采用动态调平调焦装置对工件11的垂向高度进行扫描测量；具体地，所述动态调平调焦装置布置在运动台交接位和对准位的连线上，即工件台沿着最短路径从交接位运动到对准位的中途上进行工件台全局调平，如图5所示，本发明的动态调平调焦方法相对于现有技术的静态调平调焦方法，用时大大减少。
接着，通过信号处理器处理上述扫描信息，同时获得工件的表面水平信息和焦面信息；
对工件台上的工件11进行调平调焦。
需要说明的是，工件台首先在交接位完成工件11的交接，然后开始步进，加速到一定速度后，以该速度向对准位匀速移动一段时间τ，其中τ称为稳定时间，数值由结构仿真确定；再进入测量区域，动态调平调焦装置开始扫描工件11垂向高度，工件11继续匀速向前移动，直至终止测量，根据各个被测点产生的一系列测量值，拟合最理想的工件垂向姿态，工件台垂向电机驱动工件11完成全局垂向调平调焦，最后运动台减速步进到对准位。由于工件垂向位置测量和调平调焦过程中，工件台始终处于匀速运动，因此该过程不会因运动台速度变化产生额外的扰动，保证了运动台全局调焦调平的精度。
进一步的，本发明的动态调平调焦装置包括：实时调平调焦测量传感器和沿所述实时调平调焦测量传感器对称布置的两个垂向测量传感器。本发明通过在实时调平调焦传感器两侧再额外布置两个垂向位置测量传感器，可以实现工件大范围面型测量。
请重点参照图6，本发明对所述工件11设置至少3个扫描光斑12，所述扫描光斑12的排列的方向垂直于工件台的运动方向，且所述动态调平调焦装置沿与工件台运动方向相反的方向对工件进行光斑扫描，因此，工件11在通过动态调平调焦装置所在工位时，会产生一系列测量值。
具体地，所述信号处理器根据扫描信息中被测点的坐标值拟合理想工件的垂向姿态，如图8a至图8c所示，本实施例以3个光斑，9个位置为例，描述了实际测量过程中工件的几个工位(具体为1号工位～9号工位)。根据这一系列测点坐标值(Xi，Yi，Zi)(i≥3)拟合理想工件垂向姿态。
其中，根据平面方程式(1)得到方程组式(2)：
Z＝-Ryx+Rxy+Z0 (1)
接着，采用最小二乘法求解方程组式(2)，得到拟合的工件垂向姿态PFLS(Z0，Rx，Ry)，由于FLS测量的工件垂向值是相对焦平面(FOCUS)的距离，而焦平面的位置PFOCUS为(Z1，Rx1，Ry1)，因此测点位置PP-Ws可按式(3)求得。
Pp-Ws＝PFOCUS-PFLS (3)
根据公式(3)得到的工件位置姿态PP-Ws，工件台垂向电机驱动工件完成垂向位置全局调平调焦运动。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种光刻机动态调平调焦方法，其特征在于，包括：
工件台在交接位承载工件，并向对准位开始步进；
在工件台匀速运动过程中，采用动态调平调焦装置对工件的垂向高度进行扫描测量，所述动态调平调焦装置安置于工件台交接位与对准位之间；
通过信号处理器处理上述扫描信息，同时获得工件的表面水平信息和焦面信息；
对工件台上的工件进行调平调焦。
2.如权利要求1所述的光刻机动态调平调焦方法，其特征在于，所述工件台在匀速运动至稳定后，再由动态调平调焦装置进行扫描测量。
3.如权利要求1所述的光刻机动态调平调焦方法，其特征在于，对所述工件设置至少3个扫描光斑，所述扫描光斑的排列的方向垂直于工件台的运动方向。
4.如权利要求3所述的光刻机动态调平调焦方法，其特征在于，所述动态调平调焦装置沿与工件台运动方向相反的方向对工件进行光斑扫描，获得扫描信息。
5.如权利要求4所述的光刻机动态调平调焦方法，其特征在于，所述信号处理器根据扫描信息中被测点的坐标值拟合理想工件的垂向姿态。
6.如权利要求5所述的光刻机动态调平调焦方法，其特征在于，根据平面方程式(1)计算得到方程组式(2)：
Z＝-Ryx+Rxy+Z0 (1)
其中，(Xi，Yi，Zi)为被测点坐标值，i≥3；
采用最小二乘法求解方程组式(2)，得到拟合的工件垂向姿态PFLS(Z0，Rx，Ry)，并根据式(3)求得被测点处的工件位置姿态PP-Ws：
Pp-Ws＝PFOCUS-PFLS (3)
其中，PFOCUS为焦平面的位置，坐标值为(Z1，Rx1，Ry1)。
7.如权利要求6所述的光刻机动态调平调焦方法，其特征在于，所述工件台垂向电机根据所述工件位置姿态PP-Ws，驱动工件完成垂向位置的全局调平调焦运动。
8.如权利要求1所述的光刻机动态调平调焦方法，其特征在于，所述动态调平调焦装置包括：实时调平调焦测量传感器和沿所述实时调平调焦测量传感器对称布置的两个垂向测量传感器。
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