专利名称：一种调焦调平分系统及其调整方法
技术领域：
本发明涉及光刻领域 ，尤其涉及一种应用于投影光刻机的调焦调平分系统及其调整方法。
背景技术：
投影光刻机是一种把掩模上的图案通过投影物镜投影到硅片表面的设备。为了使硅片表面位于指定的曝光位置，必须有自动调焦调平分系统进行精确控制。由于机械安装精度的影响，光刻机投影物镜最佳焦平面相对于自动调焦调平分系统最佳零平面总是存在一定的高度与倾斜偏差，且受温度和气压等因素影响，调焦调平分系统零平面与最佳焦面相对位置会发生漂移，从而影响硅片上的曝光质量。利用FEM(焦面曝光矩阵)曝光方法可检测最佳焦平面相对于调焦调平分系统零平面的高度与倾斜。图I是通常实现光刻机FEM曝光方法的流程图，可以得出调焦调平分系统最佳零平面相对于投影物镜最佳焦平面的位置(Z，Rx，Ry)。其步骤为在初始化整机各分系统、上载FEM掩模、上载硅片后，进入FEM测校流程(图中虚线框所示)，主要是通过移动工件台到与FEM掩模相对应的各预定曝光位置，对硅片进行曝光，直到所有曝光场曝光完成，然后再下载硅片、下载FEM掩模、硅片显影、用光学显微镜读取最佳曝光剂量与曝光矩阵数值、调焦调平分系统最佳零平面模型计算、得出当前最佳零平面的Z、Rx、Ry值。采用这样的FEM曝光方法仅能检测出光刻机投影物镜最佳焦平面相对于自动调焦调平分系统最佳零平面的高度与倾斜，而不能作调整。为了实现对该高度与倾斜的进一步调整，有必要结合调焦调平分系统对FEM曝光方法进行改进，并且结合调焦调平分系统自身的结构调整，使得光刻机投影物镜最佳焦平面与自动调焦调平分系统最佳零平面两者处于同一平面内。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种以调焦调平分系统作为反馈的光刻机FEM测校方法，包括以下步骤步骤一，初始化整机各分系统；步骤二，上载FEM掩模，上载硅片；步骤三，进行FEM测校流程；步骤四，判断FEM测校流程得出的调焦调平分系统当前最佳零平面的Z值是否在其机器常数中设定的ZO范围内，若在，则进入步骤五，若不在则将当前最佳零平面的Z、Rx、Ry值与其机器常数中设定的Z0、Rx0、Ry0值对应相加，作为其更新后的机器常数设定值，重新执行步骤三；步骤五，以调焦调平分系统当前最佳零平面的Z、Rx、Ry值代替其机器常数中设定的Z0、RxO, RyO值，并结束本发明的FEM曝光方法。实现上述方法的调焦调平分系统，依次具有照明单元；
投影狭缝；投影镜组，包括投影前组镜头和投影后组镜头；成像镜组，包括成像后组镜头和成像前组镜头；探测狭缝；光电探测器；以及，设置于投影前组镜头和投影后组镜头之间的投影反射镜和设置于成像后组镜头和成像前组镜头之间的成像反射镜；从照明单元出射的光经投影狭缝后入射至投影镜组，从投影前组镜头出射的光经投影反射镜反射后入射至投影后组镜头，然后由硅片表面反射后入射至成像镜组，从成像镜组后组镜头出射的光经成像反射镜反射后入射至成像前组镜头，再穿过探测狭缝成像于 光电探测器上；所述投影反射镜和所述成像反射镜可被各自对应的电机驱动器驱动，从而实现调焦调平分系统最佳零平面的调整。其中，单独调节所述成像反射镜。其中，同时调节所述投影反射镜和成像反射镜。其中，在成像镜组后方还具有一成像透镜。实现上述方法的调焦调平分系统，依次具有照明单元；投影狭缝；投影镜组，包括投影前组镜头和投影后组镜头；成像镜组，包括成像后组镜头和成像前组镜头；探测狭缝；光电探测器；以及，设置于成像镜组后方的偏置平板；从照明单元出射的光经投影狭缝后入射至投影镜组，然后由硅片表面反射后入射至成像镜组，再穿过偏置平板、探测狭缝成像于光电探测器上；所述偏置平板可被电机驱动器驱动，从而实现调焦调平分系统最佳零平面的调
難
iF. O其中，在偏置平板后方还具有一成像透镜。其中，在投影前组镜头和投影后组镜头之间设置有投影反射镜，在成像后组镜头和成像前组镜头之间设置有成像反射镜。本发明旨在基于FEM曝光方法检测出的光刻机投影物镜最佳焦平面相对于自动调焦调平分系统最佳零平面的高度与倾斜的基础上，以调焦调平分系统作为反馈，并结合调焦调平分系统自身的结构调整，实现对该高度与倾斜的调整，使得光刻机投影物镜最佳焦平面相对于自动调焦调平分系统最佳零平面两者处于同一平面内。在调整投影物镜最佳焦平面与调焦调平分系统最佳零平面两者一致性的过程中，本发明使用了以平面反射镜为主的调整机构，以及以透射型偏置平板为主的调整结构，可以在本发明的FEM曝光方法中实现对自动调焦调平分系统最佳零平面的调整。
图I为通常实现光刻机FEM曝光方法的流程图；图2为以调焦调平分系统作为反馈的光刻机FEM测校流程图；图3为根据本发明的第一实施方式的调焦调平分系统离焦量与位置偏差原理图；图4为根据本发明的第一实施方式的调焦调平分系统位置调整原理图。图5为根据本发明的第二实施方式的调焦调平分系统离焦量与位置偏差原理图；图6为根据本发明的第二实施方式的调焦调平分系统位置调整原理图。附图中，I为掩模，2为投影物镜，3为硅片，4为工件台，5为光源，6为第一反射镜， 7为投影狭缝，80为投影镜组的前组镜头，81为投影镜组的后组镜头，90为第二反射镜，91为第二反射镜的电机驱动器(水平向驱动)，100为第三反射镜，101为第三反射镜的电机驱动器(水平向驱动)，110为成像镜组的后组镜头，111为成像镜组的前组镜头，12为第四反射镜，13为成像透镜，14为探测狭缝，15为光电探测器，16为透射型偏置平板。
具体实施例方式下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。为了便于描述和突出显示本发明，附图中省略了现有技术中已有的相关部件，并将省略对这些公知部件的描述。图2所示为以调焦调平分系统作为反馈的光刻机FEM测校流程图。步骤一，初始化整机各分系统；步骤二，上载FEM掩模，上载硅片；步骤三，进行FEM测校流程；步骤四，判断FEM测校流程得出的调焦调平分系统当前最佳零平面的Z值是否在其机器常数中设定的ZO范围内，若在，则进入步骤五，若不在则将当前最佳零平面的Z、Rx、Ry值与其机器常数中设定的Z0、Rx0、Ry0值对应相加，作为其更新后的机器常数设定值，重新执行步骤三；步骤五，以调焦调平分系统当前最佳零平面的Z、Rx、Ry值代替其机器常数中设定的Z0、RxO, RyO值，并结束本发明的FEM曝光方法。在FEM测校流程中，在移动工件台到与FEM掩模相对应的各预定曝光位置之前，需要先按调焦调平分系统当前最佳零平面的设定值zo、RxO, RyO调整调焦调平分系统当前最佳零平面，使其与投影物镜最佳焦平面的位置(Z，Rx，Ry)相一致。图3为根据本发明的第一实施方式的调焦调平分系统离焦量与位置偏差原理图。调整调焦调平分系统最佳零平面的位置为调整硅片3的上表面位置。当硅片3的上表面位置与投影物镜最佳焦平面位置(图中硅片3上方水平虚线所示)重合时，硅片3的反射光线路径如图3中的虚线所示，投影狭缝7在光电探测器15上成像。当硅片3的上表面位置与投影物镜最佳焦平面位置(图中硅片3上方水平虚线所示)的垂向高度偏差为ΛΖ时，投影狭缝7在光电探测器15上所成的像在Z向的位置改变量Ae为Ae =2β I · β 2 · ΛΖ · sin Θ，式中的β I为成像镜组(包括后组镜头110与前组镜头111)的放大率，β 2为成像透镜13的放大率，Θ为光束在硅片3上的入射角。如图4所示，可以单独调整第三反射镜的电机驱动器101，实现对整第三反射镜100的位置的调整；也可以联合调整第二反射镜的电机驱动器91、第三反射镜的电机驱动器101，实现对整第二反射镜90、第三反射镜100的位置的调整，由此实现对上述Ae的调整(由光电探测器15的输出判断硅片3的上表面是否已达到调焦调平分系统最佳零平面与投影物镜最佳焦平面相一致的位置)，从而实现对Λ Z的调整。图5为根据本发明的第二实施方式的调焦调平分系统离焦量与位置偏差原理图。调整调焦调平分系统最佳零平面的位置即为调整硅片3的上表面位置。当硅片3的上表面位置与投影物镜最佳焦平面位置(图中硅片3上方水平虚线所示)重合时，硅片3的反射光线路径如图5中的虚线所示，投影狭缝7在光电探测器15上成像。当硅片3的上表面位置与投影物镜最佳焦平面位置(图中硅片3上方水平虚线所示)的垂向高度偏差为ΛΖ时，投影狭缝7在光电探测器15上所成的像在Z向的位置改变为Ae为Ae =2β I · β 2 · ΛΖ · sin θ，式中的β I为成像镜组(包括后组镜头110与前组镜头111)的放大率，β 2为成像透镜13的放大率，Θ为光束在硅片3上的入射角。如图4所示，可以转动透射型偏置平板16，实现对上述Ae的调整(由光电探测器15的输出判断硅片3的上表面是否已达到调焦调平分系统最佳零平面与投影物镜最佳 焦平面相一致的位置)，也即实现了对Λ Z的调整。本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种以调焦调平分系统作为反馈的光刻机FEM测校方法，包括以下步骤 步骤一，初始化整机各分系统； 步骤二，上载FEM掩模，上载硅片； 步骤三，进行FEM测校流程； 步骤四，判断FEM测校流程得出的调焦调平分系统当前最佳零平面的Z值是否在其机器常数中设定的ZO范围内，若在，则进入步骤五，若不在则将当前最佳零平面的Z、Rx、Ry值与其机器常数中设定的Z0、Rx0、Ry0值对应相加，作为其更新后的机器常数设定值，重新执行步骤三； 步骤五，以调焦调平分系统当前最佳零平面的Z、Rx、Ry值代替其机器常数中设定的Z0、RxO, RyO值，并结束本发明的FEM曝光方法。
2.实现权利要求I所述的方法的调焦调平分系统，该系统依次具有 照明单元； 投影狭缝； 投影镜组，包括投影前组镜头和投影后组镜头； 成像镜组，包括成像后组镜头和成像前组镜头； 探测狭缝； 光电探测器； 以及，设置于投影前组镜头和投影后组镜头之间的投影反射镜和设置于成像后组镜头和成像前组镜头之间的成像反射镜； 从照明单元出射的光经投影狭缝后入射至投影镜组，从投影前组镜头出射的光经投影反射镜反射后入射至投影后组镜头，然后由硅片表面反射后入射至成像镜组，从成像镜组后组镜头出射的光经成像反射镜反射后入射至成像前组镜头，再穿过探测狭缝成像于光电探测器上； 所述投影反射镜和所述成像反射镜可被各自对应的电机驱动器驱动，从而实现调焦调平分系统最佳零平面的调整。
3.如权利要求2所述的系统，其中，单独调节所述成像反射镜。
4.如权利要求2所述的系统，其中，同时调节所述投影反射镜和成像反射镜。
5.如权利要求2-4中任意一个所述的系统，其中，在成像镜组后方还具有一成像透镜。
6.实现权利要求I所述的方法的调焦调平分系统，该系统依次具有 照明单元； 投影狭缝； 投影镜组，包括投影前组镜头和投影后组镜头； 成像镜组，包括成像后组镜头和成像前组镜头； 探测狭缝； 光电探测器； 以及，设置于成像镜组后方的偏置平板； 从照明单元出射的光经投影狭缝后入射至投影镜组，然后由硅片表面反射后入射至成像镜组，再穿过偏置平板、探测狭缝成像于光电探测器上； 所述偏置平板可被电机驱动器驱动，从而实现调焦调平分系统最佳零平面的调整。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，在偏置平板后方还具有一成像透镜。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，在投影前组镜头和投影后组镜头之间设置有投影反射镜，在成像后组镜头和成像前组镜头之间设置有成像反射镜。
全文摘要
调焦调平分系统，依次具有照明单元；投影狭缝；投影镜组，包括投影前组镜头和投影后组镜头；成像镜组，包括成像后组镜头和成像前组镜头；探测狭缝；光电探测器；以及，设置于投影前组镜头和投影后组镜头之间的投影反射镜和设置于成像后组镜头和成像前组镜头之间的成像反射镜；从照明单元出射的光经投影狭缝后入射至投影镜组，从投影前组镜头出射的光经投影反射镜反射后入射至投影后组镜头，然后由硅片表面反射后入射至成像镜组，从成像镜组后组镜头出射的光经成像反射镜反射后入射至成像前组镜头，再穿过探测狭缝成像于光电探测器上；投影反射镜和成像反射镜可被各自对应的电机驱动器驱动，从而实现调焦调平分系统最佳零平面的调整。
文档编号G03F7/20GK102768469SQ20111011357
公开日2012年11月7日 申请日期2011年5月3日 优先权日2011年5月3日
发明者张冲, 陈飞彪, 魏礼俊 申请人:上海微电子装备有限公司