TW202036182A - 光刻裝置、光刻裝置的垂向控制方法及曝光方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種光刻裝置、光刻裝置的垂向控制方法及曝光方法，該測量單元獲取該物料表面的面型數據，包括第一垂向測量感測器和第二垂向測量感測器，該第一垂向測量感測器設置於該投影物鏡單元的側面，第二垂向測量感測器與該物料的邊緣相對。提高了曝光的精度，並且可以在對準過程中進行測量，提高了光刻的效率，此外，還可以根據物料表面的面型不同智能的選擇全域調平的模式和擬合方法，可以有效的適應各種物料的光刻。

Description

光刻裝置、光刻裝置的垂向控制方法及曝光方法
本發明係關於半導體製造領域，尤其是關於一種光刻裝置、光刻裝置的垂向控制方法及曝光方法
在現有的光刻系統中，一般使用光刻機對物料進行光刻，物料表面通常具有起伏，為了適應物料表面的面形，在光刻時，通常是使用垂向控制方法使曝光區域整體上與最佳焦面重合，以提高光刻精度。
現有的垂向控制方法，通常採用三點全域調平方法，即在物料上選取三個點（例如A、B、C三點），此三個點可組成一個等邊三角形，測量A、B、C三點的Z向位置，並進行擬和得到物料上表面高度Z以及傾斜Rx、Ry，之後根據Z、Rx、Ry對物料進行調整。在曝光場掃描曝光過程中，不再對單個曝光場進行調整。但是現有的垂向控制方法在邊緣場曝光時，往往容易出現離焦的現象。而且，當物料尺寸較大時，現有的垂向控制方法誤差大、精度低。
本發明的目的在於提供一種光刻裝置、光刻裝置的垂向控制方法及曝光方法，以解決現有的光刻裝置及垂向控制方法誤差大、精度低等問題。
為了達到上述目的，本發明提供了一種光刻裝置，包括：照明單元、遮罩承載單元、投影物鏡單元、物料承載單元及測量單元，所述照明單元用於發出照明光，所述照明光依次穿過所述遮罩承載單元及投影物鏡單元，照射至所述物料承載單元承載的物料上； 所述測量單元用於獲取所述物料表面的面型數據，包括第一垂向測量感測器和第二垂向測量感測器，所述第一垂向測量感測器設置於所述投影物鏡單元的側面，第二垂向測量感測器與所述物料的邊緣相對。
可選的，所述測量單元包括複數個第一垂向測量感測器和複數個第二垂向測量感測器，每個所述第二垂向測量感測器的測量範圍較每個所述第一垂向測量感測器的測量範圍大。
可選的，所述光刻裝置還包括相對設置的第一平台和第二平台，所述遮罩承載單元和所述照明單元依次設置在所述第一平台上方，所述物料承載單元設置於所述第二平台上，所述投影物鏡單元穿過所述第一平台與所述物料承載單元相對，複數個所述第二垂向測量感測器設置於所述物料承載單元在所述第一平台的投影面上，複數個所述第一垂向測量感測器設置於所述投影物鏡單元伸出所述第一平台的部分的側面上。
可選的，複數個所述第二垂向測量感測器設置於所述物料承載單元在所述第一平台的投影面的角上。
可選的，所述物料承載單元包括物料台及運動台，所述物料台用於承載所述物料，所述運動台能夠帶動所述物料台運動。
可選的，所述物料承載單元還包括物料台垂向執行器及物料台減震器，所述物料台的底部設置有所述物料台垂向執行器及所述物料台減震器，所述物料台垂向執行器用於調節所述物料台的垂向位置，所述物料台減震器用於對所述物料台進行減震。
可選的，所述遮罩承載單元包括遮罩台、遮罩台垂向執行器及遮罩台減震器，所述遮罩台用於承載遮罩板，所述遮罩台垂向執行器及遮罩台減震器設置於所述遮罩台的底部，所述遮罩台垂向執行器用於調節所述遮罩台的垂向位置，所述遮罩台減震器用於對所述遮罩台進行減震。
可選的，當所述投影物鏡單元的數量為n，且n>1時，所有所述投影物鏡單元的最佳焦面為n個所述投影物鏡單元的最佳焦面的平均值。
可選的，所述遮罩承載單元、投影物鏡單元或所述物料承載單元根據所述物料表面的所述面型數據進行垂向運動，以使所述物料表面與所述投影物鏡單元的最佳焦面重合。
本發明還提供了一種所述光刻裝置的垂向控制方法，所述光刻裝置的垂向控制方法包括：
並行使用第一垂向測量感測器和第二垂向測量感測器測量所述物料表面的面型，獲取所述物料表面的面型數據；
根據測得的所述物料表面的面型數據獲取所述物料表面的面型數據的統計資訊及空間頻譜資訊；
根據所述物料表面的面型數據的統計資訊和空間頻譜資訊選擇全域調平模式和擬合方式。
可選的，測量所述物料表面的面型，獲取所述物料表面的面型數據包括：
分別測量所述物料承載單元處於零位及不同的對準位時所述物料表面的面型，並獲取所述物料表面的相應的面型數據。
可選的，所述物料表面的面型數據的統計資訊為PV值，當所述物料表面的面型數據的PV值小於一閾值時，選擇整體全域調平；當所述物料表面的面型數據的PV值大於或等於所述閾值時，選擇逐場全域調平模式。
可選的，當所述物料表面的面型數據的空間頻譜資訊中的高頻成分小於低頻成分時，選擇平面擬合方式；當所述物料表面的面型數據的空間頻譜資訊中的高頻成分大於或等於低頻成分時，選擇曲面擬合方式。
本發明還提供了一種曝光方法，採用所述光刻裝置的垂向控制方法。
與現有技術相比，本發明的有益效果包括：
1、通過在所述光刻裝置中布局測量單元，所述測量單元能夠獲取所述物料表面的面型，根據所述面型數據調整物料的垂向姿態，補償曝光區域面形，以提高曝光的精度；
2、根據所述物料表面的面型數據能夠智能的選擇全域調平模式和擬合的方式，提高了效率；
3、測量所述物料表面的面型數據和對準過程可以並行完成，提高了光刻裝置的產率。
下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
請參閱圖1，其為本發明實施例提供的一光刻裝置的示意圖，所述光刻裝置包括：照明單元1、遮罩承載單元2、投影物鏡單元3、物料承載單元4及測量單元5；所述照明單元1用於發出照明光，所述照明光可依次穿過所述遮罩承載單元2及投影物鏡單元3，照射至所述物料承載單元承載4的物料41上；所述測量單元5用於獲取所述物料41表面的面型數據，所述遮罩承載單元2、投影物鏡單元3或所述物料承載單元4根據所述物料表面的面型數據進行垂向運動，以使所述物料41的表面與所述投影物鏡單元3的最佳焦面重合。
所述遮罩承載單元2例如是包括遮罩台22、遮罩台垂向執行器23a和遮罩台減震器23b，所述遮罩台22用於承載遮罩板21，在遮罩台22遠離遮罩板21的一面，也就是遮罩台22的底面分別設置有遮罩台垂向執行器23a和遮罩台減震器23b。所述遮罩台垂向執行器23a可以是複數個，複數個所述遮罩台垂向執行器23a均勻布置在所述台22的底面，以在需要時對所述遮罩台22的垂向姿態進行調整。遮罩台減震器23b優選設置於所述遮罩台22的中心位置，以在所述遮罩台22運動時可以更好的減震。
所述遮罩承載單元2的數量可以是一個，也可以是兩個以上。當採用複數個遮罩承載單元2時，每個所述遮罩承載單元2可以相互獨立工作。本實施例中，如圖2所示，所述光刻裝置具有兩個遮罩承載單元2，每個遮罩承載單元2與下方的物料41上的一個曝光區域對應，形成一個曝光場。
所述投影物鏡單元3設置於所述遮罩承載單元2的下方。當所述光刻裝置具有複數個遮罩承載單元2時，每個所述遮罩承載單元2對應設置一個投影物鏡單元3，且每個投影物鏡單元3的位置皆對應放置在每個遮罩承載單元2下方。所述投影物鏡單元3具有一鏡片組，所述鏡片組中的每個鏡片均可以進行運動，以對所述物料41不同的曝光場進行曝光。當所述投影物鏡單元3的數量為n時，所有所述投影物鏡單元的最佳焦面優選為n個投影物鏡單元3的最佳焦面的平均值。
所述物料承載單元4包括物料台42、物料台垂向執行器43a、物料台減震器43b及運動台44。所述物料台42用於承載物料41，本實施例中，所述物料可以為一玻璃基板，若基板面積較大，可劃分為複數個相互獨立的區域，每個區域使用遮罩承載單元2光刻。在物料台42下底面設置有物料台垂向執行器43a以及物料台減震器43b。所述運動台44用於承載物料台42，並在背離所述物料台42的一側設置有導軌，所述運動台44可帶動物料台42在平行於所述運動台44的檯面上作水平運動，所述運動台44的移動範圍在投影物鏡單元3的視場範圍內，所述遮罩台22、投影物鏡單元3和物料台42垂向可同步運動、聯合調整，以使掃描曝光狹縫區域物料41垂向與最佳焦面重合。
所述光刻裝置還包括第一平台61和第二平台62，所述第一平台61和第二平台62之間設置有支撐的結構作為支撐。所述第一平台61、第二平台62相對設置並且與支撐結構一同作為所述光刻裝置的整機框架，所述遮罩承載單元2和所述照明單元1依次設置在第一平台61上方，所述投影物鏡單元3從所述第一平台61上穿過並延伸至第一平台61下，與所述第二平台62相對，所述物料承載單元4設置於第二平台62上。
所述測量單元5用於測量所述物料41表面的面型數據，其可以包括複數個第一垂向測量感測器51和複數個第二垂向測量感測器52，複數個所述第一垂向測量感測器51設置於所述投影物鏡單元3的側面，複數個所述第二垂向測量感測器52與所述物料41的邊緣相對，並且，所述第二垂向測量感測器52的測量範圍較所述第一垂向測量感測器51的測量範圍大，這樣一來，所述第二垂向測量感測器52可以測量所述物料41的邊緣的面型，由於其測量範圍廣，當所述物料台42運動時，可以測量整個物料41表面的面型，複數個所述第一垂向測量感測器51設置於所述投影物鏡單元3的側面，其能夠測量物料41的部分表面的面型，將所述第一垂向測量感測器51和所述第二垂向測量感測器52配合使用，以更準確的測量所述物料41表面的面型。
進一步，複數個所述第一垂向測量感測器51設置在所述投影物鏡單元3伸出所述第一平台61的部分的側面上，用以測量投影物鏡單元3下方物料41的面形，記其發出的光點為P光點，例如：所述第一垂向測量感測器51的數量為3個，3個所述第一垂向測量感測器51環繞且均勻分布於所述投影物鏡單元3的側面（即3個所述第一垂向測量感測器51位於投影物鏡單元3同一周向上），當然，所述第一垂向測量感測器51也可以是其他的數量和分布方式，例如是環繞於所述投影物鏡單元3的側面但並非是均勻環繞，本實施例不再一一舉例。
複數個第二垂向測量感測器52分散部署在所述第一平台61上，通過所述物料台42在對準過程中的移動，第二垂向測量感測器52可以測量所述物料41整個表面的面型，記其發出的光點為G光點。本實施例中，所述物料台42在所述第一平台61的投影面的四角分別設置一個第二垂向測量感測器52，當然，所述第二垂向測量感測器52也可以設置於所述物料台42在所述第一平台61的投影面四邊上（例如每個邊的中點上），其數量也不限於4個，可以是6個、8個等，本發明不作限制。
本實施例中，第一垂向測量感測器測量量程相對更小，測量精度更高；第二垂向測量感測器測量量程相對更大，測量精度更低，由於所述第一垂向測量感測器51的精度較所述第二垂向測量感測器52的精度更高，所以所述G光點較所述P光點的尺寸更大，測量的範圍更廣，並且可以將所述第一垂向測量感測器51設置在距離所述物料較所述第二垂向測量感測器52更遠的位置，其測量的範圍也會進一步加大。所述第一垂向測量感測器51設置於所述投影物鏡單元3伸出所述第一平台61部分的側面，垂直方向上距離所述物料41更近，所以能夠精確的測量所述投影物鏡單元3下方的物料41的面型。所述第二垂向測量感測器52設置於所述第一平台61上，相比於所述第二垂向測量感測器52，所述第二垂向測量感測器52距離所述物料41更遠，測量的範圍更廣，在對準的過程中，物料台42會移動到不同的對準位置，所述第二垂向測量感測器52可以通過所述物料台42的移動，測量所述物料41表面的整體面型。
參閱圖3，本實施例還提供了一種光刻裝置的垂向控制方法，包括：
S1：並行使用第一垂向測量感測器和第二垂向測量感測器測量所述物料表面的面型，獲取所述物料表面的面型數據；
S2：根據所述物料表面的面型數據獲取所述物料表面的統計資訊和空間頻譜資訊；
S3：根據所述物料表面的統計資訊和空間頻譜資訊選擇全域調平模式和擬合方式。
首先，請參閱圖4，為了便於描述，以水平面作為XY平面，垂直於XY平面的軸作為Z軸，建立XYZ三維坐標系。在進行遮罩板22和物料41的同軸對準和離軸對準過程中，採用測量單元5測量物料41表面的面形，即由第一垂向測量感測器51和第二垂向測量感測器52測量物料41表面的每個面形測量點的實際坐標得到物料41表面的面形數據。實際測量中，所述物料台42首先處於零位A，第二垂向測量感測器52可以測量到物料41邊緣的面型，所述物料台42接著會移動到例如對準位B1、對準位B2、對準位B3和對準位B4等其他對準位置，由於所述第二垂向測量感測器52測量的範圍廣，通過物料台42的移動，所述第二垂向測量感測器52可以測量到物料41的整個面型，但所述第一垂向測量感測器51在物料台42的移動過程中，也可以測到所述物料41表面的面型，並且由於其測量精度高，可以得到更精準的面型數據。總之，通過所述第一垂向測量感測器51和第二垂向測量感測器52配合可以精確的測量出所述物料41表面的面型，得到精確的面型數據。物料台42會設置一個參考物面，在後續的擬合過程中，測量單元5測量得到的實際的測量點的高度值是相對於此參考物面高度值。
接著請參閱圖5，在物料41開始掃描曝光前，作全域調平，一般全域調平設有兩種，一種為整體全域調平，另一種為逐場全域調平，在掃描曝光前既可僅作整體全域調平，又可僅作逐場全域調平，還可兩者皆作。對物料41表面的數學描述方式有平面方程和曲面多項式兩種，對應的擬合方式分別是平面擬合和曲面擬合，根據所述物料41表面的面型數據獲取所述物料41表面的統計資訊（例如PV值-面型數據中最高點與最低點的差值）和空間頻譜資訊，並且根據所述物料41表面的統計資訊和空間頻譜資訊選擇全域調平模式和擬合方式。
具體的，當所述物料41表面的面型數據的PV值小於閾值P0時，選擇整體全域調平，當所述物料41表面的面型數據的PV值大於或等於所述閾值P0時，選擇逐場全域調平模式。當所述物料41表面的面型數據的頻率中的高頻成分小於低頻成分時（主要頻譜成分為低頻），選擇平面擬合方式。當所述物料41表面的面型數據的頻率中的高頻成分大於或等於低頻成分時（主要頻譜成分為高頻），選擇曲面擬合方式。不同的全域調平方式和擬合方式，至少可以組成四種全域調平方法。
綜上，在本發明實施例提供的光刻裝置、光刻裝置的垂向控制方法及曝光方法中，所述測量單元獲取所述物料表面的面型數據，所述遮罩承載單元、投影物鏡單元或所述物料承載單元根據所述物料表面的面型數據垂向運動，以使所述物料的表面與所述投影物鏡單元的最佳焦面重合，提高了曝光的精度，並且可以在對準過程中進行測量，提高了光刻的效率，此外，還可以根據物料表面的面型不同智能的選擇全域調平的模式和擬合方法，可以有效的適應各種物料的光刻。
上述僅為本發明的優選實施例而已，並不對本發明起到任何限制作用。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明的技術方案的範圍內，對本發明揭露的技術方案和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發明的技術方案的內容，仍屬於本發明的保護範圍之內。
1:照明單元 2:遮罩承載單元 21:遮罩板 22:遮罩台 22a:遮罩台垂向執行器 23b:遮罩台減震器 3:投影物鏡單元 4:物料承載單元 41:物料 42:物料台 43a:物料台垂向執行器 43b:物料台減震器， 44:運動台 5:測量單元 51:第一垂向測量感測器 52:第二垂向測量感測器 61:第一平台 62:第二平台 A:零位 B1:對準位1 B2:對準位2 B3:對準位3 B4:對準位4 G:光點 P:光點
圖1為本發明實施例提供的一光刻裝置的示意圖。 圖2為本發明實施例提供的又一光刻裝置的示意圖。 圖3為本發明實施例提供的光刻裝置的垂向控制方法的流程圖。 圖4為本發明實施例提供的光刻裝置在不同對準位時的示意圖。 圖5為本發明實施例提供的判斷全域調平模式及擬合方式的流程圖。
1:照明單元
2:遮罩承載單元
21:遮罩板
22:遮罩台
22a:遮罩台垂向執行器
23b:遮罩台減震器
3:投影物鏡單元
4:物料承載單元
41:物料
42:物料台
43a:物料台垂向執行器
43b:物料台減震器
44:運動台
51:第一垂向測量感測器
52:第二垂向測量感測器
61:第一平台
62:第二平台

Claims (14)

  1. 一種光刻裝置，其特徵在於所述光刻裝置包括：照明單元、遮罩承載單元、投影物鏡單元、物料承載單元及測量單元，所述照明單元用於發出照明光，所述照明光依次穿過所述遮罩承載單元及投影物鏡單元，照射至所述物料承載單元承載的物料上； 所述測量單元用於獲取所述物料表面的面型數據，包括第一垂向測量感測器和第二垂向測量感測器，所述第一垂向測量感測器設置於所述投影物鏡單元的側面，第二垂向測量感測器與所述物料的邊緣相對。
  2. 如請求項1所述的光刻裝置，其中所述測量單元包括複數個第一垂向測量感測器和複數個第二垂向測量感測器，每個所述第二垂向測量感測器的測量範圍較每個所述第一垂向測量感測器的測量範圍大。
  3. 如請求項2所述的光刻裝置，其中所述光刻裝置還包括相對設置的第一平台和第二平台，所述遮罩承載單元和所述照明單元依次設置在所述第一平台上方，所述物料承載單元設置於所述第二平台上，所述投影物鏡單元穿過所述第一平台與所述物料承載單元相對，複數個所述第二垂向測量感測器設置於所述物料承載單元在所述第一平台的投影面上，複數個所述第一垂向測量感測器設置於所述投影物鏡單元伸出所述第一平台的部分的側面上。
  4. 如請求項3所述的光刻裝置，其中複數個所述第二垂向測量感測器設置於所述物料承載單元在所述第一平台的投影面的角上。
  5. 如請求項1所述的光刻裝置，其中所述物料承載單元包括物料台及運動台，所述物料台用於承載所述物料，所述運動台能夠帶動所述物料台運動。
  6. 如請求項5所述的光刻裝置，其中所述物料承載單元還包括物料台垂向執行器及物料台減震器，所述物料台的底部設置有所述物料台垂向執行器及所述物料台減震器，所述物料台垂向執行器用於調節所述物料台的垂向位置，所述物料台減震器用於對所述物料台進行減震。
  7. 如請求項1所述的光刻裝置，其中所述遮罩承載單元包括遮罩台、遮罩台垂向執行器及遮罩台減震器，所述遮罩台用於承載遮罩板，所述遮罩台垂向執行器及遮罩台減震器設置於所述遮罩台的底部，所述遮罩台垂向執行器用於調節所述遮罩台的垂向位置，所述遮罩台減震器用於對所述遮罩台進行減震。
  8. 如請求項1所述的光刻裝置，其中當所述投影物鏡單元的數量為n，且n>1時，所有所述投影物鏡單元的最佳焦面為n個所述投影物鏡單元的最佳焦面的平均值。
  9. 如請求項1至8中任一項所述的光刻裝置，其中所述遮罩承載單元、投影物鏡單元或所述物料承載單元根據所述物料表面的所述面型數據進行垂向運動，以使所述物料表面與所述投影物鏡單元的最佳焦面重合。
  10. 一種如請求項1至9中任一項所述的光刻裝置的垂向控制方法，其特徵在於所述光刻裝置的垂向控制方法包括： 並行使用第一垂向測量感測器和第二垂向測量感測器測量所述物料表面的面型，獲取所述物料表面的面型數據； 根據測得的所述物料表面的面型數據獲取所述物料表面的面型數據的統計資訊及空間頻譜資訊； 根據所述物料表面的面型數據的統計資訊和空間頻譜資訊選擇全域調平模式和擬合方式。
  11. 如請求項10所述的光刻裝置的垂向控制方法，其中測量所述物料表面的面型，獲取所述物料表面的面型數據包括： 分別測量所述物料承載單元處於零位及不同的對準位時所述物料表面的面型，並獲取所述物料表面的相應的面型數據。
  12. 如請求項11所述的光刻裝置的垂向控制方法，其中所述物料表面的面型數據的統計資訊為PV值，當所述物料表面的面型數據的PV值小於一閾值時，選擇整體全域調平；當所述物料表面的面型數據的PV值大於或等於所述閾值時，選擇逐場全域調平模式。
  13. 如請求項12所述的光刻裝置的垂向控制方法，其中當所述物料表面的面型數據的空間頻譜資訊中的高頻成分小於低頻成分時，選擇平面擬合方式；當所述物料表面的面型數據的空間頻譜資訊中的高頻成分大於或等於低頻成分時，選擇曲面擬合方式。
  14. 一種曝光方法，其特徵在於採用如請求項10至13中任一項所述的光刻裝置的垂向控制方法。
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