[发明专利]一种曝光装置及其调焦调平方法

说明书

技术领域

本发明涉及光刻领域，尤其涉及投影光刻机中的扫描曝光设备及调焦调平测量方法。

背景技术

投影光刻机是一种把掩模上的图案通过物镜投影到硅片上表面的装置。在投影曝光设备中，必须有自动调焦控制系统把硅片面精确带入到指定的曝光位置，实现该系统有多种不同的技术方案。目前比较常用是非接触式光电测量技术，其中NIKON、CANON等公司的调焦技术最具代表性。这些技术中通常会用一套光学系统产生多个光斑覆盖整个曝光场进行测量，在边缘场位置时，会出现部分测量光斑落在硅片外部而导致光斑无效的情况，此时需要计算当前位置光斑阵列的有效性情况，利用仍然有效的光斑的测量值进行调焦调平控制。NIKON公司于2002年4月30日公开的美国专利US6381004中提供了一种根据当前曝光场位置，逐一判断光斑阵列中每个光斑的有效性，然后选择有效的光斑进行测量，该方法可以解决边缘场测量的问题，但是存在光斑有效性判断计算量大，光斑选择和切换过程复杂等缺陷。

发明内容

本发明提出了一种投影曝光设备，具有掩模、投影物镜、工件台、硅片、光源、投影单元、探测单元、信号处理单元、主控制器，投影物镜用于将掩模的图案投影到位于工件台上的硅片的上表面，光源发出的光线经投影单元入射到硅片上，经由硅片的上表面反射后，被探测单元接收，信号处理单元对接收到的光信号进行处理并获得硅片上表面在当前测量区域的位姿信息，并将该信息传送给主控制器，其中，所述投影曝光设备在硅片上布置有多个测量光斑，有多个测量点布置在曝光场外部，在曝光场外部周围布置有若干测量光斑。

其中，在曝光场内部也布置有若干测量光斑。

其中，利用干涉仪测量硅片上表面的位姿信息。

本发明还提出了一种前述投影曝光设备进行调焦调平的测量方法，具有以下步骤：

步骤一、根据工件台的水平位置，判断调焦调平的测量光斑哪些在硅片上，再根据硅片的运动方向，从位于硅片上的测量光斑中选取位于曝光场外、与硅片运动方向相反的一侧的光斑作为有效光斑来进行调焦调平单点的测量光斑。

步骤二、记录每次采样时调焦调平的单点测量高度值Hi_FLS和工件台的位置高度Hi_IF，计算两者之差Hi， 

                          （公式1）；

步骤三、将步骤一中得到的Hi按照测量位置的坐标进行缓存；

步骤四、将前面的若干个周期的缓存结果进行最小二乘法拟合，得到拟合的高度和倾斜度，拟合公式为

                 （公式2）

其中X_NM、Y_NM、H_NM分别为前面第N个时刻，第M个测量点的X、Y坐标以及单点测量高度，单点测量高度H_NM为步骤二中的缓存结果；

步骤五，根据公式3计算最终测量结果，并将计算结果作为调焦调平的最终测量结果发送给工件台，

                        （公式3）

其中，（Z、Rx、Ry）为调焦调平的最终测量结果，（Z_FLS、Rx_FLS、Ry_FLS）为步骤三中得到的调焦调平的拟合测量结果，（Z_IF、Rx_IF、Ry_IF）为硅片的当前位姿信息。

利用上述测量方法测得的位姿信息确定待曝光区域是否位于最佳焦平面，并驱动工件台，调整高度和倾斜度，使得待曝光区域位于最佳焦平面。

本发明提出的投影曝光装置给出了一种探测光斑的布置方案，与目前主流的有效探测光斑均布置在曝光场内部不同，本发明的曝光装置中将有效探测光斑布置在曝光场周围。这样，一方面在硅片未进入曝光区域前就可以获得硅片待曝光区域上表面的位置高度，从而大大提高边缘场曝光时的测量精度；另一方面，有效测量光斑数目较少，从而减少边缘场光斑有效性判断及切换时间，可提高时间性能。并且，此方案同样适用于内场曝光的情况。

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所示为本发明所用的扫描曝光设备的结构示意图；

图2所示为曝光场和探测光斑阵列位置关系示意图；

图3-图6所示为实际测量时，硅片扫描方向与有效测量光斑的关系示意图；