一种接近式光刻机实时调平系统及调平方法与流程

本发明属于微细结构制作设备中光刻机的调平技术领域，具体涉及一种接近式光刻机的实时调平系统及调平方法。

背景技术：

光学光刻一直作为大规模集成电路工业制造技术的基础，随着高集成度电路以及相关器件的研发，ic特征尺寸越来越小，高分辨率光刻技术得到了长足的发展。由于传统光学系统无法传输倏逝波，因此其分辨力受限于衍射极限，只能达到入射光波长的一半。sp光刻技术由于激发倏逝波，从而达到了实现突破衍射极限的目的。但是，倏逝波随着掩模与样片间的工作距而急速减弱，因而，必须要保证样片处于sp倏逝波工作范围内。如果掩模与样片的面平行度不满足要求将直接影响特性尺寸，影响曝光图形的一致性，精密调平技术对于sp等接近式光刻装置核心指标的实现具有非常重要的作用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于白光干涉绝对间隙测量的实时调平系统及调平方法，通过光谱仪采集白光光源入射到掩模下底面与基片上表面反射的白光干涉条纹，计算掩模与基片上的3个点的间隙数据，计算机根据3个点的间隙值，计算基片与掩模的偏差角度，调平系统根据计算的偏差角，控制基片下方的运动台，实现基片与掩模的平行度调整。

本发明所采用的技术方案是：一种接近式光刻机实时调平系统，包括工件运动台，基片，预留检测窗口的掩模，准直镜筒，准直透镜，光纤耦合单元，半透半反镜组，光源准直透镜，白光光源，投影光阑，光谱仪，调平控制板，准直镜架，真空吸附盘和计算机；光源经光源准直透成为平行光束，经过半透半反镜照射后耦合后经光纤传输，经掩模上方的准直镜准直为平行光，垂直照射到掩模的预留检测口上，从掩模下表面与基片上表面的反射光相互发生干涉，干涉信号经原光路返回，最后进入光谱仪；控制板定时通过usb传输线采集光谱仪的光谱数据，信号处理模块对光谱信号数字处理后，间隙检测模块分别计算各检测点的掩模与基片间隙，控制模块根据3组间隙值，计算基片x-y方向的偏角，运动控制模块控制基片下方的运动台，实时调平基片，保证曝光时基片的平整性要求，调平控制板通过usb口同计算机通信，计算机可以对控制板进行初始化配置以及相关控制命令的交互通信。

一种接近式光刻机实时调平方法，利用上述的接近式光刻机的实时调平系统，该方法的步骤如下：

步骤1、计算机对控制板进行初始化配置，并下发调平控制精度、采样时间等控制参数，为后续的调平控制做好准备；

步骤2、光源经准直透镜成为平行光束，经过半透半反镜组经光纤照射到准直透镜上，经准直镜成为平行光垂直照射到掩模预留孔上，光进一步照射到掩模下表面与基片上表面，经掩模下表面的反射光与基片上表面反射的白光发生干涉，干涉信号经准直透镜耦合进入光纤，经半透半反镜透射后经成像透镜耦合进入光谱仪；

步骤3、调平控制板定时采集3组光谱仪的光谱数据，信号处理模块对光谱信号进行相应的处理，然后间隙检测模块计算出3组间隙值；

步骤4、最后根据公式：θx＝zm2/d-zm3/d和分别计算基片相对于掩模的x-y方向的偏摆角度，然后控制基片下方的驱动器，调整基片的姿态，使基片与掩模的平行度符合曝光工艺的要求。

其中，所述步骤2中的多层膜结构的白光干涉光谱信号检测，所述光源为白光光源。

其中，所述步骤3中的通过3组间隙值计算基片偏摆角度的方法。

其中，所述步骤4中根据计算出的基片的偏摆角度，不限于调整基片，也可以调整掩模，最终实现掩模与基片的精密调平方法。

本发明的原理在于：

本发明公开了基于白光干涉测距的光刻机实时调平系统及调平方法，该方法首先是在透明基底上通过纳米加工方法得到预留观察孔的掩模；通过平坦化工艺实现基片面层结构的平坦化；然后使用白光作为光源，光谱仪采集掩模、空气隙与基片间的白光干涉信号，控制系统采集光谱信号并通过干涉信号匹配的方法，计算出掩模与基片之间的间隙；然后，调平系统根据布置在掩模上方的3组间隙值，计算出基片与掩模之间的偏角，最后调平系统通过基片台下执行机构，实现掩模或基片的姿态控制。本发明采用白光关涉测距方法，从而实现基片与掩模的调平操作，可满足光刻机掩模与基片的调平需求。

本发明与现有的技术相比具有以下优点：

1、传统的间隙测量或者投影光刻中的检焦技术主要采用狭缝投影测量等方法。主要在掩模上设置狭缝，光路通过基片底面的反射，将基片垂直位移量转化为探测器像面上个狭缝光斑的平移，然后该方法主要应用于早期的较低分辨力光刻，精度提高的程度有限。

2、本发明将调平控制算法集成在调平控制板中，充分利用可编程逻辑器件的高速并行特性，有效的提高了光刻机工作中的实时调平效率，提高了光刻机工作效率。

3、本发明将大量的数据处理过程放在调平控制板处理，计算机只进行初始化设置等相关的简单操作，减轻了上位计算机的负荷。

附图说明

图1为本发明的接近式光刻机的实时调平系统结构原理图，其中，1样片运动台，2为基片，3为预留检测口的掩模，4准直镜筒，5为准直透镜，6为光纤耦合单元，7为半透半反镜组，8为光源准直镜，9为白光光源，10为成像投影，11为光谱仪，12为调平控制板，13为计算机，15为准直镜架，16为真空吸附装置。

图2为光刻机调平装置简化图，其中，图2(a)为基片相对于掩模坐标系偏转角示意图，图2(b)为基片绕y轴偏转角度计算示意图。

图3为控制板的调平控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。但本发明的保护范围并不仅限于以下实例，应包含权利要求书中的全部内容。

为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图做进一步的详细描述。如图1所示的一种适用接近式光刻机的实时调平系统，包括1样片运动台，2为基片，3为预留检测口的掩模，4准直镜筒，5为准直透镜，6为光纤耦合单元，7为半透半反镜组，8为光源准直镜，9为白光光源，10为成像投影，11为光谱仪，12为调平控制板，13为计算机，15为准直镜架，16为真空吸附装置。由白光光源9经准直透镜成为平行光束，经过半透半反镜照射后耦合后经光纤传输，经掩模上方的准直透镜5准直为平行光，垂直照射到掩模的预留检测口上，从掩模下表面与基片上表面的反射光相互发生干涉，干涉信号经相反的光路，最后进入光谱仪；控制板定时通过usb传输线采集光谱数据，光谱数据经信号处理后，计算出掩模与基片之间的间隙，进而计算出基片的偏转角，通过控制基片下方的驱动器，实时调平基片台，保证曝光时基片与掩模的平整度符合要求。

图2为光刻机调平装置简化图，其中，图2(a)为基片相对于掩模坐标系偏转角示意图，图2(b)为基片绕y轴偏转角度计算示意图。其中三个检测点之间的边长相等，以掩模台的质心为中心，建立如图2所示的坐标系统，假定三组检测值分别为zm1，zm2，zm3。根据间隙值，可以计算出基片偏离掩模平行位置的绕x方向的偏角θx和绕y方向的偏角θy。

实施例1，一种适用于投影光刻机的实时调平系统的调平方法，具体步骤如下：

步骤1、计算机对控制板进行初始化配置，并下发调平控制精度、采样时间等控制参数，为后续调平控制做好准备；

步骤2、白光光源9经准光源直透镜8成为平行光束，经过半透半反镜组7经光纤照射到准直透镜5上，经准直透镜5成为平行光垂直照射到掩模预留孔上，并进一步照射到掩模下表面与基片上表面，经掩模下表面的反射光与基片上表面反射的光发生干涉，干涉信号经过准直透镜5进入光纤，经半透半反镜透射后经成像投影10进入光谱仪11；

步骤3、调平控制板定时采集3组光谱仪的光谱信息，并对光谱信号进行相应的处理，然后计算得出3组间隙值：zm1，zm2，zm3；

步骤4、最后根据公式：θx＝zm2/d-zm3/d和计算出基片相对于掩模的x、y方向的偏摆角度θx和θy，然后控制基片下方的驱动器，调整基片的姿态，使基片的平整度符合曝光工艺的要求。

本发明所述的适用接近式光刻机的实时调平系统，检测精度高，实时性好，结构简洁，能有效的提高光刻工艺的质量与效率。