一种可校正物料起伏的光刻装置及方法与流程

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种可校正物料起伏的光刻装置及方法。
背景技术：
：物料起伏，包括光刻机掩模版因重力变形导致的面形和基板表面高低不平引起的面形。其中，基板面形可分为整体面形和局部面形。整体面形描述的是基板上表面整体变化趋势，对应着基板面形中的低阶量；局部面形描述的是在曝光视场局部范围内，基板上表面不规则的高低起伏，对应着基板面形中的高阶量。掩模版重力变形会造成像面弯曲，导致像面偏离名义位置。基板面形会造成曝光场上表面与曝光焦面不重合，发生离焦。两种面形均会对实际曝光效果产生不利影响。尼康公司专利CN1379286A、CN101375372A、CN102346378A中，通过调整物镜阵列各镜头垂向高度补偿掩模版重力变形造成的像面弯曲。上述方法主要目的是为了校正掩模版重力变形，没有综合考虑掩模版重力变形和大尺寸基板面形对曝光效果的影响。技术实现要素：为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种可校正物料起伏的光刻装置及方法。为了实现上述发明目的，本发明公开一种可校正物料起伏的光刻装置，其特征在于，包括：照明系统，用于提供一光刻光束；掩模台，用于承载掩模；掩模台垂向传感器，用于探测并控制一掩模台的垂向位置；掩模调焦调平系统，用于测量掩模的面形；工件台，用于承载基板运动，补偿掩模和基板面形的低阶量；基板调焦调平系统，用于测量基板的面形；工件台垂向传感器，用于探测并控制一工件台的垂向位置；物镜阵列，由多个单物镜组成的两列物镜，单物镜包括上方可动镜片和下方可动镜片，所述上方可动镜片和下方可动镜片具有垂向调整功能，上方可动镜片用于补偿掩模局部面形高阶量，下方可动镜片用于补偿基板局部面形高阶量；掩模调焦调平系统和基板调焦调平系统位于两列物镜之间，掩模调焦调平系统位于基板调焦调平系统的正上方。更进一步地，上方可动镜片、下方可动镜片和工件台的运动轨迹为Legendre多项式或其它正交多项式轨迹。本发明同时公开一种测量并校正物料起伏的方法，包括如下步骤：步骤一、掩模台垂向传感器控制掩模台高度及倾斜不变，使用掩模调焦调平传感器测量掩模面形；步骤二、工件台垂向传感器控制工件台垂向位置不变，使用基板调焦调平传感器测量基板面形；步骤三、基于掩模面形补偿模型，将掩模面形拆分为低阶量和高阶量部分，得到补偿掩模面形的工件台调整量和上方物镜调整量；步骤四、基于基板面形补偿模型，将基板面形拆分为低阶量和高阶量部分，得到补偿基板面形的工件台调整量和下方物镜调整量；步骤五、对补偿掩模面形的工件台调整量和补偿基板面形的工件台调整量合并，进行拟合以获得工件台运动轨迹；根据上方物镜调整量和下方物镜调整量，进行拟合以获得上方可动镜片及下方可动镜片的运动轨迹；步骤六、调整上方物镜、下方物镜和工件台联合补偿掩模和基板面形。更进一步地，所述拟合为采用Legendre多项式拟合，或其他正交多项式拟合。与现有技术相比较，本发明采用工件台和物镜可动镜片联合调整的方式，将掩模版重力变形和基板面形进行拆分补偿。扫描曝光过程中，通过实时调整镜头上半部分可动机构，补偿掩模面形高阶量；通过实时调整镜头下半部分可动机构，补偿基板面形高阶量；通过实时调整工件台，补偿掩模面形和基板面形中的低阶量。通过采用6个小视场物镜拼接组成大曝光场，以此减少曝光时间，降低制造难度和成本。本发明提高了TFT光刻机曝光分辨率和产率等系统性能指标。附图说明关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。图1是本发明所提供的可校正物料起伏的光刻装置的结构示意图；图2是可动镜片调整原理示意图之一；图3是可动镜片调整原理示意图之二；图4是掩模台垂向位置示意图；图5是光斑测量值示意图；图6是平面拟合示意图；图7是本发明所提供的可校正物料起伏的光刻方法的流程图。具体实施方式下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。针对现有技术中存在的缺陷，为了分别补偿两种面形对曝光效果的不利影响，本技术方案设计了一套光刻装置，通过实时调整工件台和物镜上下两部分可动镜片，校正掩模版重力变形和基板面形，使曝光过程中曝光场上表面与曝光焦面重合。本发明中，采用工件台和物镜可动镜片联合调整的方式，将掩模版重力变形和基板面形进行拆分补偿。扫描曝光过程中，通过实时调整镜头上半部分可动机构，补偿掩模面形高阶量；通过实时调整镜头下半部分可动机构，补偿基板面形高阶量；通过实时调整工件台，补偿掩模面形和基板面形中的低阶量。针对目前大尺寸的基板，为了保证产率，本技术方案采用拼接镜头方法，通过6个小视场物镜拼接组成一个矩形大视场。以下将结合附图1-7，详细说明本发明所提供的可校正物料起伏的光刻装置及方法的实现方式。图1示意示出了根据本发明的一个实施例1的光刻装置。根据本发明的实施例，提供一种光刻装置，其包括：照明系统1，掩模版2，掩模台3，掩模台垂向传感器4，掩模调焦调平系统5，基板调焦调平系统6，物镜阵列7，基板8，工件台9，工件台垂向传感器、执行器10。除此之外，该光刻装置还包括：掩模调焦调平系统测量光斑11，基板调焦调平系统测量光斑12。各分系统功能及相互关系为：离线Mapping(面行测量)过程中，掩模调焦调平系统5和基板调焦调平系统6分别测量掩模2下表面和基板8上表面面形。扫描曝光过程中，照明系统1发射照明光束，照射到掩模2上，经过物镜阵列7成像到基板面8上，掩模台垂向传感器4控制掩模台3垂向运动，掩模调焦调平系统5测量掩模面形，工件台垂向传感器10控制工件台9载着基板8垂向运动，基板调焦调平系统6进行基板面形测量。与现有技术相比较，本发明的物镜阵列7由多个镜头组成，其视场由多个镜头组成，镜头采用折反原理。其中每一个镜头都包括上部分可动镜片和下部分可动镜片，两部分为独立可调整机构。拼接视场由两列物镜(物镜阵列7)，共6个单物镜视场组成。掩模调焦调平系统5和基板调焦调平系统6位于两列物镜7之间，基板调焦调平系统6位于掩模调焦调平系统5正下方。本发明通过上部分可动镜片和下部分可动镜片，将掩模面形拆分为低阶量和高阶量，工件台调整量补偿掩模面形低阶量，每个物镜上部分可动镜片补偿掩模局部面形高阶量，工件台和物镜上部分可动镜片联合调节补偿掩模面形。将基板面形拆分为低阶量和高阶量，工件台调整量补偿基板面形低阶量，每个物镜下部分可动镜片补偿基板局部面形高阶量，工件台和物镜下部分可动镜片联合调节补偿基板面形。可动镜片调整可通过如下两种方式实现：方式一：垂向调整透镜21，实现垂向调整物镜焦面22，如图2所示。方式二：水平向调整可动镜片组镜片21，实现垂向调整物镜焦面22，如图3所示。图4是掩模台垂向位置示意图。如图4所示，掩模台垂向传感器4测量掩模台3高度，掩模调焦调平5测量掩模面形2和掩模基准板标记高度。本发明还提供一种测量物料起伏的方法，包括以下步骤：第一步、掩模台垂向传感器控制掩模台垂向位置，使用掩模调焦调平系统测量掩模面形；第二步、工件台垂向传感器控制工件台垂向位置，使用基板调焦调平系统测量基板面形；第三步、基于掩模面形补偿模型，将掩模面形拆分为工件台调整量和物镜上部分调整量；第四步、基于基板面形补偿模型，将基板面形拆分为工件台调整量和物镜下部分调整量；第五步、对各部分调整量使用Legendre多项式拟合，计算Legendre多项式系数(C0,C1,C2,C3,C4)，下发给工件台和物镜上下部分可动镜片，控制扫描曝光过程中工件台和物镜上下部分可动镜片运动轨迹。基于掩模面形补偿模型，将掩模面形拆分为工件台调整量和物镜上部分调整量具体如下：如图4所示，掩模台垂向传感器4测量掩模台高度，掩模调焦调平系统5测量掩模面形和掩模基准板标记高度。掩模面形补偿模型，计算工件台调整量掩模面形为相对掩模台基准板面形，计算公式如式(1)所示：Δzreticle(xi,yi)＝((zFLS_spot-zENC(xi,yi))-(Zplate+Rxplate*yi-Ryplate*xi)………(1)上式各量物理含义为：1)zENC(x,y)为测量掩模面形过程中掩模台垂向传感器的读数；2)Zplate、Rxplate、Ryplate，基准板的高度及倾斜值；3)zFLS_spot为掩模调焦调平系统每个光斑的测量高度值；4)Δzreticle为掩模面形相对掩模台基准板的面形差；5)xi,yi为掩模上的每个测量点水平位置。将掩模面形对应到像面后，对应的x,y,z表达式为：Δz(x,y)=Δzreticle(x,y)*M2x=xws+xreticle_i*My=yws+yreticle_i*M...(2)]]>上式各量物理含义为：1)x,y为转换到像面后的测量点位置；2)xws，yws为曝光场中心位置；3)Δz为掩模面形相对掩模台基准板的差值；4)xreticle_i，yreticle_i为掩模坐标系测量点水平位置；5)M为镜头倍率。使用静态视场滑动平均，计算x向沿曝光中心一系列y位置处的拟合面设定值。每一个拟合面设定值Z(y),Rx(y),Ry(y)，利用当前Slit(静态视场)中所有点线性拟合得到：zi＝axi+byi+c……………………(3)其中，xi,yi,zi代表掩模mapping测量点转到像面后，每个y位置处Slit中所有的掩模mapping测量点。如图6所示，Slit滑动过程中，用Slit内掩模mapping测量点(转到像面后，见式(2)做平面拟合，得到拟合面设定值Z(y),Rx(y),Ry(y)。拟合面高度及倾斜表达式为：z_sreticle(y)=a*xcenter+b*y+cRx_sreticle(y)=bRy_sreticle(y)=-a...(4)]]>上式中各量物理含义如下：z_sreticle(y)、Rx_sreticle(y)、Ry_sreticle(y)：为仅补偿掩模面形，每个y位置对应静态视场工件台垂向设定值；y是沿y向扫描的位置，y属于[ystart,yend],ystart是开始曝光位置，yend是结束曝光位置。计算物镜上部分调整量具体包括：计算单物镜下所有测量点平均值：z‾i=Σj=1nzijn...(5)]]>上式各物理量含义如下：1)zij为第i个镜头下所有掩模mapping测量值；2)为第i个镜头下j个点的z的平均值。单镜头调整量：dzi(y)=z‾i-z_si(y)...(6)]]>上式各物理量含义如下：1)dzi为单个镜头的调整量；2)z_si(y)为第i个镜头中心的在整个静态视场拟合面的高度值。z_si(y)＝a*xi+b*yi+c……………………(7)上式各物理量含义如下：1)a,b,c为掩模调焦调平5的六光斑测量值在不同y位置处拟合的平面系数；2)xi，yi为每个镜头中心位置。基板面形补偿模型，计算工件台调整量具体如下：如图5所示，各光斑原始测量值转换到光轴下的高度为：zspot_FLS(x,y)＝zspot_raw+RyBF*xspot-RxBF*yspot……………………(8)上式各量物理含义如下：1)xspot、yspot为光斑的水平位置；2)zspot_raw为各光斑的原始测量值；3)zspot_FLS为各光斑转换后的高度值；4)RxBF、RyBF为最佳曝光焦面的倾斜值。各光斑测量点对应的工件台垂向传感器测量值为：z_sspot_IFM(x,y)＝z_s-Ry_s*xspot+Rx_s*yspot……………………(9)上式各量物理含义如下：1)xspot、yspot为光斑的水平位置；2)z_s、Rx_s、Ry_s为当前工件台的高度及倾斜，其值等于工件台垂向传感器的测量值；3)z_sspot_IFM为各光斑测量位置在光轴下时对应的工件台垂向传感器测量值。基板面形表达式为：zwafer_map(x,y)＝z_sspot_IFM(x,y)+Z_BF-zspot_FLS(x,y)……………………(10)上式各量物理含义如下：1)zspot_FLS为各光斑转换后的高度值；2)z_sspot_IFM为各光斑测量位置在光轴下时对应的工件台垂向传感器测量值；3)Z_BF为最佳曝光焦面的高度值；4)zwafer_map为原始的基板面形。使用静态视场滑动平均，计算x向沿曝光中心一系列y位置处的拟合面设定值。每一个拟合面设定值Z(y),Rx(y),Ry(y)，利用当前Slit(静态视场)中所有点线性拟合得到：zi＝axi+byi+c……………………(11)其中，xi,yi,zi代表每个y位置处Slit中所有的基板面形mapping测量点。如图6所示，Slit滑动过程中，用Slit内基板面形mapping测量点做平面拟合，得到拟合面设定值Z(y),Rx(y),Ry(y)。拟合面高度及倾斜表达式为：z_splate(y)=a*xcenter+b*y+cRx_splate(y)=bRy_splate(y)=-a...(12)]]>上式中各量物理含义如下：z_splate(y)、Rx_splate(y)、Ry_splate(y)：为仅补偿基板面形，每个y位置对应静态视场工件台垂向设定值；y是沿y向扫描的位置，y属于[ystart,yend],ystart是开始曝光位置，yend是结束曝光位置。计算物镜下部分调整量计算单物镜下所有测量点平均值：z‾i=Σj=1nzijn...(13)]]>上式各物理量含义如下：1)zij为第i个镜头下所有基板mapping测量值；2)为第i个镜头下j个点的z的平均值。单镜头调整量：dzi(y)=z‾i-z_si(y)...(14)]]>上式各物理量含义如下：1)dzi为单个镜头的调整量；2)z_si(y)为第i个镜头中心的在整个静态视场拟合面的高度值。z_si(y)＝a*xi+b*yi+c……………………(15)上式各物理量含义如下：1)a,b,c为基板基板调焦调平系统6的六光斑测量值在不同y位置处拟合的平面系数；2)xi，yi为每个镜头中心位置。Legendre多项式拟合工件台调整量多项式拟合补偿掩模面形，工件台调整量z_sreticle(y)、Rx_sreticle(y)、Ry_sreticle(y)；补偿基板面形，工件台调整量z_splate(y)、Rx_splate(y)、Ry_splate(y)；对补偿掩模面形时，工件台调整量做Legendre多项式拟合，可得式(16)Legendre多项式：freticle(x)=Σi=1mkiLi(x),m≤5,x∈[-1,1]...(16)]]>对补偿基板面形时，工件台调整量做Legendre多项式拟合，可得式(17)Legendre多项式：fplate(x)=Σi=1mk′iLi(x),m≤5,x∈[-1,1]...(17)]]>最终的工件台调整量Legendre多项式见式(18)：g(x)=Σi=1m(ki+k′i)Li(x),m≤5,x∈[-1,1]...(18)]]>单物镜调整量多项式拟合单物镜调整量dzi(y)，相应的Legendre多项式如下：h(x)=Σi=1mk′′iLi(x),m≤5,x∈[-1,1]...(19)]]>图7是本发明所提供的可校正物料起伏的光刻方法的流程图。其中701至714是基于基板面形补偿模型，将基板面形拆分为工件台调整量和物镜下部分调整量的具体流程。801至814是基于掩模面形补偿模型，将掩模面形拆分为工件台调整量和物镜上部分调整量。对各部分调整量使用Legendre多项式拟合，计算Legendre多项式系数(C0,C1,C2,C3,C4)，下发给工件台和物镜上下部分可动镜片，控制扫描曝光过程中工件台和物镜上下部分可动镜片运动轨迹。具体的各调整量的计算方式如上文所述。本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，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。当前第1页1 2 3