光刻机拼接照明系统及其调整方法与流程

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种光刻机拼接照明系统及其调整方法。

背景技术：

在平板显示领域，基板面积按世代不断扩大，光刻机需提供大的曝光视场以保证高产率。大曝光视场可由多个较小的单元物镜视场组合拼接而成，通过掩模图像与涂胶基板的同步扫描运动实现曝光。与之对应地，照明系统也存在多个单元照明及照明拼接的方案需求，拼接的方案往往带来单元照明间的光强均匀性问题，影响最终曝光线宽的一致性，在相邻两个单元视场的拼接区域，此问题尤为严重。因此为保证拼接照明均匀性，也需要设计测量和补偿的方法。

关于视场拼接方式，尼康公司在公开号为us5729331的美国专利中提出了一种照明结构：多个单元物镜拼接，每个单元物镜分为两层，每层为dyson或offner形式的光学设计。照明部分的结构见图1，其具有如下特点：首先，光源102为一个或多个，光源出射光线可由分离传导光路103传送至各单元照明；各光线分别经匀光器件105后，在掩模面8形成面积较大的照明视场111，基板面视场光阑可置于投影镜头的双层结构之间，设计为拼接梯形、六边形或其它可拼接的形状；基板面视场可通过偏置平板等光学结构(102-107)调整。

然而，这种设计存在未明确单元照明之间的光强差异如何处理，而基板面视场位置的测量方法未做表述，调整也未做到成像与照明的分离。

因此，尼康提出了照明光强控制的细节，主要思路为：由能量传感器依次测量基板面各单元视场光强，由信号处理单元进行补充量计算和发出调整命令；由电源控制单元和过滤衰减器件做出光强调整，能量传感器在调整过程中参与闭环控制；基板面光强以某种目标值(例如：以某个视场为基准，或采用各视场采样光强平均值等)为调整方向，强调各视场拼接处光强值相等。

技术实现要素：

本发明提供一种光刻机拼接照明系统及其调整方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光刻机拼接照明系统，包括：沿光传播方向依次设置的照明单元、多个光强透过率调节器件、多组单元物镜、视场光阑以及安装在基板运动台上的光强测量传感器，所述视场光阑为可调视场光阑。

作为优选，所述照明单元包括光源、光纤和匀光单元，所述光源发出的光束由光纤分为多个光束后分别经匀光单元匀光进入到各光强透过率调节器件中。

作为优选，所述光源与光纤之间还设置有光源能量监测传感器。

作为优选，所述可调视场光阑由电机驱动，用于调节基板运动台上的可拼接的视场。

作为优选，所述可调视场光阑设置于所述单元物镜的上层结构与下层结构之间。

作为优选，所述基板运动台的六自由度信息由位置测量系统给出。

作为优选，所述位置测量系统为干涉仪或编码尺。

作为优选，所述视场光阑为矩形、梯形或者六边形。

本发明还提供一种光刻机拼接照明系统调整方法，采用所述的光刻机拼接照明系统，包括：

步骤1：利用电机调整视场光阑的位置从而调节基板运动台上的可拼接视场；

步骤2：通过光强测量传感器的测量值调节光强透过率调节器件，从而调整可拼接视场中每个单元视场的光强。

作为优选，所述步骤1包括：

步骤11：采用光强测量传感器对可拼接视场中每个单元视场的明暗边界位置进行搜索，获取各单元视场的边界位置信息；

步骤12：根据所述各单元视场的边界位置信息和各单元视场的目标位置信 息，计算并获取每个视场光阑的调整量，根据各所述调整量完成每个单元视场位置的补偿调整。

作为优选，所述步骤11中，采用二分法搜索各单元视场的明暗边界位置。

作为优选，所述二分法包括：先整体测量定位所述各单元视场边界的位置范围，再分别对所述各单元视场搜索边界位置并逐步收敛，最终确定所述单元视场的边界位置信息。

作为优选，步骤11中：对可拼接视场中每个单元视场的明暗边界位置进行搜索的步骤包括：对可拼接视场进行整体扫描采样，并对扫描采样获得的光强和位置数据进行插值计算，得到所述各单元视场的边界位置信息。

作为优选，步骤12包括：对所述各单元视场的边界位置信息和目标位置信息进行最小二乘法计算，从而获取各单元视场的平移、旋转参数；接着，利用信息处理单元将所述各单元视场的平移、旋转参数转换为对应各视场光阑的调整量。

作为优选，所述步骤2包括：

步骤21：利用所述光强测量传感器测量各单元视场内的光强；

步骤22：通过各单元视场的光强结合每个单元视场的光强目标值，以及光强透过率调节器件的透过率，计算获取每个单元视场的透过率设定值；

步骤23：根据所述透过率设定值，控制光强透过率调节器件运动，完成每个单元视场的透过率补偿。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明使用光强能量传感器扫描视场的边界，可以确保视场位置的拼接准确性，另一方面也确保了单元视场间光强一致性；

2、本发明通过使用电机控制视场光阑位置而不需要调整任何参与成像的镜片，进而实现多镜头光刻机基板面的视场位置的调整，操作方便，调节快速；

3、本发明通过使用位于基板运动台上的光强能量传感器做闭环控制传感器，使用光源能量监测传感器直接监测光源能量状态，改进了光强拼接的算法。

附图说明

图1为现有技术中尼康公司照明结构示意图；

图2为本发明中光刻机拼接照明系统的结构示意图；

图3为本发明中视场光阑的形状与分布示意图；

图4为本发明中光强测量传感器与视场内光强测量点的位置关系图；

图5为本发明中单元视场位置边界扫描示意图；

图6为本发明中视场位置测量与调整的流程示意图；

图7为本发明中光强均匀性调整流程图；

图8a～8c为本发明中的光强调整效果图。

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2所示，本发明的光刻机拼接照明系统，包括光源100、光源能量监测传感器200、光纤300、匀光单元400、光强透过率调节器件500、单元物镜、视场光阑800和安装在基板运动台上的光强测量传感器110，所述单元物镜包括上层结构700和下层结构900，其中，所述视场光阑800位于的单元物镜的上层结构700与下层结构900之间，所述视场光阑800由电机驱动调整，所述视场光阑800的形状构成基板面上的可拼接的视场，每个视场光阑800对应基板上的一个单元视场。也即是说，本发明在进行视场位置调整时，直接使用电机控制视场光阑800的位置即可实现，而无需调整任何参与成像的镜片，调节快速，易于实现。

具体地，本实施例以2个光源、6个照明光路为例，详细说明本发明的光刻机拼接照明系统。继续参照图2，光源100设置有两组，两组光源100发出光束由光源能量监测传感器200检测后进入到多入多出的光纤300中，并分为6束光路后分别进入到6个匀光单元400中，每束光经匀光单元400匀光后再由光强透过率调节器件500进行透过率调节，投射到掩模600上，载有掩模600信息的光束进入到单元物镜的上层结构700，经可由电机驱动的视场光阑800进入到单元物镜的下层结构900，并投射到基板面上，位于基板运动台上的光强测量 传感器110测量由视场光阑800形成的单元视场的拼接处的光强。

所述视场光阑800的形状可以为矩形、梯形或六边形，各图形可以拼接为一整体。以图3中所示的等腰梯形为例，该等腰梯形的底角为45°，即基板上的视场由6个等腰梯形拼接成一整体，其中，等腰梯形的两侧是三角形拼接区域。具体为，所述6个视场光阑800呈两行排列且相互对应。具体为，第一、第三、第五视场光阑801、803、805成一行排列，第一视场光阑801与第三视场光阑803之间的间隔区域与第二视场光阑802相匹配，第三、第五视场光阑803、805之间的间隔区域与第四视场光阑804相匹配，第六视场光阑806与第五视场光阑805对应设置。

更具体地，如图4所示，光强测量传感器110设置有7个，所述的7个光强测量传感器110与视场光阑800形成的视场的位置相对应。所述光强测量传感器110可随基板运动台一起运动至第一、第三、第五视场光阑801、803、805所形成的视场处，同时测量6个拼接区域的光强数据，然后步进至第二、第四、第六视场光阑802、804、806所形成的视场处，再同时测量剩余6个拼接区域的光强数据。其中，基板运动台的六自由度位置信息可以由位置测量系统如干涉仪、编码尺给出。

请参照图5至图8c，本发明还提供一种光刻机拼接照明系统调整方法，包括：步骤1即视场位置的测量与调整步骤：利用电机调整视场光阑800的位置从而调节基板运动台上的可拼接视场；步骤2即视场光强的测量与调整步骤：通过光强测量传感器110的测量值调节光强透过率调节器件500，从而调整可拼接视场中每个单元视场的光强。

请参照图6，所述步骤1也即是视场位置的测量与调整步骤包括：

步骤11：采用光强测量传感器110对可拼接视场中每个单元视场的明暗边界位置进行搜索，获取各单元视场的边界位置信息；

步骤12：根据所述各单元视场的边界位置信息和各单元视场的目标位置信息，计算并获取每个视场光阑的调整量，根据各所述调整量完成每个单元视场位置的补偿调整。

所述步骤11中有两种方法获取单元视场的边界位置信息，一种是采用二分法搜索各单元视场的明暗边界位置，所述二分法包括：先整体测量定位所述各 单元视场边界的位置范围，再分别对所述各单元视场搜索边界位置并逐步收敛，最终确定所述单元视场的边界位置信息。

另一种方法是：对可拼接视场中每个单元视场的明暗边界位置进行搜索的步骤包括：对可拼接视场进行整体扫描采样，并对扫描采样获得的光强和位置数据进行插值计算，得到所述各单元视场的边界位置信息。

当然，由于本发明视场光阑800成两行排列，因此，在实际操作过程中，可以先将所述光强测量传感器110移动至第一、第三、第五视场光阑801、803、805所形成的视场处，同时扫描三个单元视场的明暗边界，得到各单元视场的边界位置信息；再将光强测量传感器110移动至第二、第四、第六视场光阑802、804、806所形成的视场处，获取另外三个单元视场的边界位置信息。

接着，进行视场位置调整即所述步骤12包括：根据从上述步骤中获取的各单元视场的边界位置信息和目标位置信息，计算获取视场光阑的调整量，完成视场位置的补偿调整。具体可以对各单元视场的边界位置信息和目标位置信息进行最小二乘法计算获取各单元视场的平移、旋转参数；并利用信息处理单元将各单元视场的平移、旋转参数转换为视场光阑800的调整量。

如图5所示，对于某个单元视场，其边界位置信息具体为单元视场边界四个测量点在水平面上的位置坐标，四个测量点具体表示为p1～p4，设其目标位置为(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)，(x4,y4)，测量得到的边界位置为(x1′,y1′)，(x2′,y2′)，(x3′,y3′)，(x4′,y4′)。

因此，需要计算该单元视场实际位置(x1′,y1′)，(x2′,y2′)，(x3′,y3′)，(x4′,y4′)相对于目标位置(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)，(x4,y4)的平移与旋转参数，表达为x向平移参数tx、y向平移参数ty和旋转参数rz。

具体使用最小二乘优化算法，其方程为：

结合公式(1)至公式(5)，即可获得该单元视场的x向平移参数tx、y向平移参数ty和旋转参数rz，接着，再利用信息处理单元将视场的平移、旋转参数转换为视场光阑800的调整量，由电机控制视场光阑800运动，便可以完成视场位置的补偿调整。

如图7至图8c所示，所述步骤2即视场光强测量与调整步骤包括：

步骤21：利用所述光强测量传感器110测量各单元视场内的光强；

步骤22：通过各单元视场的光强结合每个单元视场的光强目标值，以及光强透过率调节器件500的透过率，计算获取每个单元视场的透过率设定值；

步骤23：根据所述透过率设定值，控制光强透过率调节器件500运动，完成每个单元视场的透过率补偿。

具体地，设光强目标值为iref，光强透过率调节器件500的透过率当前值为t1～t6。

使用基板面的光强测量传感器110测量第一、第三、第五视场光阑801、803、805形成的各单元视场内的光强，记录6个测量点的光强数据，i1、i1’、i3、i3’、i5、i5’。

类似地，使用光强测量传感器110测量第二、第四、第六视场光阑802、804、 806形成的各单元视场内的光强，记录6个测量点光强数据，i2、i2’、i4、i4’、i6、i6’。

那么，使用以下计算式获得各个光强透过率调节器件500的透过率设定值ti’：

控制光强透过率调节器件500的运动，完成透过率的补偿调整。

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。