CN115128914A - 一种应用于全场曝光机的调平对位方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于半导体光刻机技术领域，具体涉及一种应用于全场曝光机的调平对位方法，采用三组测距传感器，首先测量晶圆与掩膜版之间的三个间距，基于三个间距设计公式计算晶圆相对于掩膜版的倾斜角，基于所测的倾斜角数值调整运动台使晶圆与圆模板平行；之后基于景深相机拍摄掩膜版与晶圆上的对准标记，基于对准标记调整运动台使晶圆与掩模板完成完全对准。本发明的调平对位方法以掩膜版为基准，通过运动台配合位置传感器进行主动调节，更可根据实际的光刻效果进行定量补偿。相比被动的楔形误差补偿方式具有更高的精度和可操作性。

Description

一种应用于全场曝光机的调平对位方法

技术领域

本发明属于半导体光刻机技术领域，具体涉及一种应用于全场曝光机的调平对位方法。

背景技术

通常掩膜版装夹或者吸附固定于全场曝光机机台上，晶圆吸附于掩膜版下方的吸盘上。由于零件加工误差，安装误差，预对准精度，上片时滑片等问题的存在，可以认为当晶圆吸附于吸盘上之后，晶圆相对于掩膜版在 X-Y-RX-RY-RZ五个自由度上都存在较大的偏差，且在Z方向上需要精密调节两者的间距。因此，在进行光刻之前，必须进行以上六个自由度的微调。

即微调装置需要调整晶圆相对于掩膜版的平行和间距(即俯仰&摇摆&高度，RX-RY-Z)来保证刻蚀的均匀性；同时调整晶圆相对掩膜版在面内的位置(即X-Y-RZ)。现有技术中不具有一种精度高、效率高的调平方法以保证掩膜版与晶圆之间的精确对准。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于全场曝光过程中对掩模板和晶圆进行调平行对位方法，采用三组测距传感器，首先测量晶圆与掩膜版之间的三个间距，基于三个间距设计公式计算晶圆相对于掩膜版的倾斜角，基于所测的倾斜角数值调整运动台使晶圆与圆模板平行；之后基于景深相机拍摄掩膜版与晶圆上的对准标记，基于对准标记调整运动台使晶圆与掩模板完成完全对准。本发明的调平对位方法以掩膜版为基准，通过运动台配合位置传感器进行主动调节，更可根据实际的光刻效果进行定量补偿。相比被动的楔形误差补偿方式具有更高的精度和可操作性。

为了实现上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：

一种应用于全场曝光机的调平对位方法所述调平对位方法基于调平对位装置完成，所述调平对位装置包括带动用于安装晶圆的晶圆吸盘进行X、Y、 Z、RX、RY以及RZ方向运动的运动台；所述曝光机上相对所述晶圆吸盘设置有掩膜版安装台以及安装在所述晶圆吸盘上朝向所述掩膜版安装位的三组测距传感器；

所述调平对位方法包括以下步骤：

S101:调整所述运动台，带动所述晶圆吸盘上的晶圆靠近所述掩膜版安装台上的掩膜版；至所述晶圆处于各所述测距传感器的量程中；

S102:读取所述晶圆与所述掩膜版之间的三组间距读数记为d1、d2以及 d3；则所述晶圆所要调整的角度Rx和Ry基于以下公式计算：

Ry＝arctan(0.5*(d3+d2)-d1)/1.5r)

S103:根据所述Rx和Ry，控制所述运动台对所述晶圆吸盘进行RX方向和RY方向的运动，至所述d1、d2和d3的差值达到预设目标；

S104:控制所述运动台带动所述晶圆吸盘进行Z方向的运动，调整所述晶圆与所述掩膜版的间距至曝光工作距离；

S105:控制所述运动台带动所述晶圆吸盘进行X轴、Y轴及Z轴方向的运动，使安装在掩膜版安装台上的掩膜版的对准标记以及晶圆上的对准标记处于所述曝光机的对准相机的景深中，基于对准相机拍摄所述掩膜版上的对准标记及所述晶圆上的对准标记，得出所述掩膜版的位置参数以及晶圆的位置参数，计算所述掩膜版的位置参数以及晶圆的位置参数之间的差值；

S106:控制所述运动台带动所述晶圆吸盘进行X、Y及RZ方向的运动，消除或减少所述差值。

进一步的，所述S101之前还包括测距传感器标定：设置理想平面标定板，将所述理想平面标定板安装在所述晶圆安装台上，基于三组所述测距传感器测量所述理想平面标定板并将三组所述测距传感器的读数置零。

进一步的，所述运动台带动所述晶圆吸盘在X、Y以及Z方向的运动精度为±0.5微米。

进一步的，所述运动台带动所述晶圆吸盘在RX、RY以及RZ旋转轴的位置精度为±0.002°。

进一步的，三组所述测距传感器均安装在所述晶圆吸盘上。

进一步的，三组所述测距传感器在所述晶圆吸盘上的安装位置的连线构成一个等边三角形。

进一步的，所述测距传感器为激光测距传感器、接触式测距传感器、电容式测距传感器或电涡流式传感器。

进一步的，所述对准相机安装在对准模组上，光轴垂直于安装在所述掩膜版安装台上的掩膜版；所述对准模组用于带动所述对准相机进行与所述运动台处于同一坐标下的X、Y以及Z方向的运动。

进一步的，所述对准相机为两组，分别安装在两组所述对准模组上。

进一步的，所述S101之前还包括测两组对准相机的坐标系映射：基于两组所述对准相机分别拍摄同一组所述掩膜版上的对准标识；基于两个拍摄结果将两组所述对准相机映射至同一坐标系中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明具体实施方式中调平对位装置的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式中三组测距传感器的分布位置关系示意图；

图3为本发明具体实施方式中晶圆与掩膜版处于曝光位置的状态示意图；

图4为本发明具体实施方式中对准相机工作状态示意图；

图5为本发明具体实施方式中S106消除差值前对准相机拍摄的标识场景图；

图6为本发明具体实施方式中S106消除差值后对准相机拍摄的标识场景图；

其中：1、运动台；2、晶圆吸盘；3、对准模组；4、对准相机；5、掩膜版；6、测距传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

在本发明的一个实施例中，提出一种应用于全场曝光机的调平对位方法，基于调平对位装置完成，如图1所示，调平对位装置包括带动用于安装晶圆的晶圆吸盘2进行X、Y、Z、RX、RY以及RZ方向运动的运动台1；曝光机上相对晶圆吸盘2设置有掩膜版5安装台以及安装在晶圆吸盘2上朝向掩膜版安装位的三组测距传感器6；

调平对位方法包括以下步骤：

S101:调整运动台1，带动晶圆吸盘2上的晶圆靠近掩膜版5安装台上的掩膜版5；至晶圆处于各测距传感器6的量程中；如图3所示；

S102:读取晶圆与掩膜版5之间的三组间距读数记为d1、d2以及d3；则晶圆所要调整的角度Rx和Ry基于以下公式计算：

Ry＝arctan(0.5*(d3+d2)-d1)/1.5r)S103:根据Rx和Ry，控制运动台1对晶圆吸盘2进行RX方向和RY方向的运动，至d1、d2和d3的差值达到预设目标；

S104:控制运动台1带动晶圆吸盘2进行Z方向的运动，调整晶圆与掩膜版5的间距至曝光工作距离；

S105:控制运动台1带动晶圆吸盘2进行X轴、Y轴及Z轴方向的运动，使安装在掩膜版5安装台上的掩膜版5的对准标记以及晶圆上的对准标记处于曝光机的对准相机4的景深中，基于对准相机4拍摄掩膜版5上的对准标记及晶圆上的对准标记，得出掩膜版5的位置参数以及晶圆的位置参数，计算掩膜版5的位置参数以及晶圆的位置参数之间的差值；

S106:控制运动台1带动晶圆吸盘2进行X、Y以及RZ方向的运动，消除或减少差值，结果如图6所示。

在一个实施例中，S101之前还包括测距传感器6标定：设置理想平面标定板，将理想平面标定板安装在晶圆安装台上，基于三组测距传感器6测量理想平面标定板并将三组测距传感器6的读数置零。

在一个实施例中，运动台1带动晶圆吸盘2在X、Y以及Z方向的运动精度为±0.5微米；运动台1带动晶圆吸盘2在RX、RY以及RZ旋转轴的位置精度为±0.002°

在一个实施例中，如图1所示，三组测距传感器6均安装在晶圆吸盘2 上。

在一个实施例中，如图2所示，三组测距传感器6在晶圆吸盘2上的安装位置的连线构成一个等边三角形。

在一个实施例中，测距传感器6为激光测距传感器6、接触式测距传感器 6、电容式测距传感器6或电涡流式传感器。

在一个实施例中，对准相机4安装在对准模组3上，光轴垂直于安装在掩膜版5安装台上的掩膜版5；对准模组3用于带动对准相机4进行与运动台1 处于同一坐标下的X、Y以及Z方向的运动。

在一个实施例中，S101之前还包括测两组对准相机4的坐标系映射：基于两组对准相机4分别拍摄同一组掩膜版5上的对准标识；基于两个拍摄结果将两组对准相机4映射至同一坐标系中。

在本实施例中，对准模组3为两组，均包含并联的X,Y,Z三轴，X,Y方向的独立控制可以适应对位标记在掩膜版5上的任意位置，Z方向的独立控制可以保证两对准光路的对准相机4在景深足够大时同时看到掩膜版5和晶圆上的 Mark(对位标识)，或者在景深不足时，调整高度，先后采集到mark的位置。为了达到足够的对位精度，三轴的定位精度要求在±1微米。

本实施例的X-Y-Z-RX-RY-RZ运动台1是由并联的六轴运动台1组成，每个自由度均可进行单独控制，直线轴的位置精度要求在±0.5微米，旋转轴的位置精度要求在±0.002°。

在一个实施例中，特别地，在模组调试完毕之后，需要首先对相隔120 度安装于吸盘上的三个测距传感器6进行校准。三个位置传感器可以是激光测距或接触式或电容式或电涡流式传感器，要求有足够的量程(一般要有3mm)和微米以下(0.5微米)的测量精度。在校准时，可以将足够平的校准板吸附于吸盘上，将此时三传感器的测量值统一置零。此后，再经三传感器测量得到的数值，即可认为是被侧面相对于吸盘平面的实际值。

在一个实施例中，特别地，在模组调试完毕之后，还需要将对准光路A 和B进行坐标系的映射，可以通过A,B两坐标系寻找晶圆上同一个或一组mark 的形式，建立起两坐标系之间的映射关系，此后再通过找掩膜版5和晶圆上对称位置上的一组mark的坐标，即可快速的计算出晶圆相对掩膜版5的在 X-Y-RZ三个自由度上的偏差。

本实施例首先进行调平操作，只有保证调平之后才能保证在XY平面之内进行对位时有足够的精度。因此，调平、对位过程如下：

1、运动台1Z轴带动晶圆靠近位置固定的掩膜版5，至其间的间距在三个测距传感器6的量程之内的设定值，三组三组测距传感器6的探测位置关系如图2所示，该设定值需要根据根据晶圆及掩膜版5的厚度不同进行增减；传感器读取三间距读数d1，d2，d3，对于如下的传感器分布，可粗略计算将晶圆相对掩膜版5调平行时，所需调整角度Rx，Ry

Ry＝arctan(0.5*(d3+d2)-d1)/1.5r)

2、根据以上计算角度，控制运动台1的RX,RY运动轴进行调平行操作，后继续读取传感器读数，若仍有较大偏差则继续上述过程，直至三传感器读数几乎相等，控制运动台1的Z轴，调整晶圆与掩膜版5的间距大小，至工作面，通常间距控制在几十微米。此处位置关系如图3所示。

3、在此基础上，接着进行对准操作，两对准模组3根据设定值，分别控制X,Y,Z轴运动到Mark的对应位置，并微调对准光路的高度，保证在CCD 相机(对准相机4)的景深范围之内同时看到掩膜版5和晶圆上的mark，通常两者上的mark分别为十字和与之匹配的方框。根据两组mark的坐标，分别计算出在XY平面内的，掩膜版5的位置参数(x1，y1，θ1)和晶圆的位置参数(x2，y2，θ2)，进而计算出两者的差值。此时相对位置关系如图4所示。

4、根据以上计算值，控制运动台1的X-Y-RZ轴进行对位调整，对位前后，对准相机4采集到两组mark示意如图5所示。对位完成后对准相机4拍摄结果如图6所示；之后将对位光路复位，即可开启UV光，进行全场曝光。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种应用于全场曝光机的调平对位方法，其特征在于，所述调平对位方法基于调平对位装置完成，所述调平对位装置包括带动用于安装晶圆的晶圆吸盘进行X、Y、Z、RX、RY以及RZ方向运动的运动台；所述曝光机上相对所述晶圆吸盘设置有掩膜版安装台以及安装在所述晶圆吸盘上朝向所述掩膜版安装位的三组测距传感器；

所述调平对位方法包括以下步骤：

S101:调整所述运动台，带动所述晶圆吸盘上的晶圆靠近所述掩膜版安装台上的掩膜版；至所述晶圆处于各所述测距传感器的量程中；

S102:读取所述晶圆与所述掩膜版之间的三组间距读数记为d1、d2以及d3；则所述晶圆所要调整的角度Rx和Ry基于以下公式计算：

Ry＝arctan(0.5*(d3+d2)-d1)/1.5r)

S103:根据所述Rx和Ry，控制所述运动台对所述晶圆吸盘进行RX方向和RY方向的运动，至所述d1、d2和d3的差值达到预设目标；

S104:控制所述运动台带动所述晶圆吸盘进行Z方向的运动，调整所述晶圆与所述掩膜版的间距至曝光工作距离；

S105:控制所述运动台带动所述晶圆吸盘进行X轴、Y轴及Z轴方向的运动，使安装在掩膜版安装台上的掩膜版的对准标记以及晶圆上的对准标记处于所述曝光机的对准相机的景深中，基于对准相机拍摄所述掩膜版上的对准标记及所述晶圆上的对准标记，得出所述掩膜版的位置参数以及晶圆的位置参数，计算所述掩膜版的位置参数以及晶圆的位置参数之间的差值；

S106:控制所述运动台带动所述晶圆吸盘进行X、Y及RZ方向的运动，消除或减少所述差值。

2.根据权利要求1所述的调平对位方法，其特征在于，所述S101之前还包括测距传感器标定：设置理想平面标定板，将所述理想平面标定板安装在所述晶圆安装台上，基于三组所述测距传感器测量所述理想平面标定板并将三组所述测距传感器的读数置零。

3.根据权利要求1所述的调平对位方法，其特征在于，所述运动台带动所述晶圆吸盘在X、Y以及Z方向的运动精度为±0.5微米。

4.根据权利要求1所述的调平对位方法，其特征在于，所述运动台带动所述晶圆吸盘在RX、RY以及RZ旋转轴的位置精度为±0.002°。

5.根据权利要求1所述的调平对位方法，其特征在于，三组所述测距传感器均安装在所述晶圆吸盘上。

6.根据权利要求5所述的调平对位方法，其特征在于，三组所述测距传感器在所述晶圆吸盘上的安装位置的连线构成一个等边三角形。

7.根据权利要求1、5、6之任一项所述的调平对位方法，其特征在于，所述测距传感器为激光测距传感器、接触式测距传感器、电容式测距传感器或电涡流式传感器。

8.根据权利要求1所述的调平对位方法，其特征在于，所述对准相机安装在对准模组上，光轴垂直于安装在所述掩膜版安装台上的掩膜版；所述对准模组用于带动所述对准相机进行与所述运动台处于同一坐标下的X、Y以及Z方向的运动。

9.根据权利要求8所述的调平对位方法，其特征在于，所述对准相机为两组，分别安装在两组所述对准模组上。

10.根据权利要求9所述的调平对位方法，其特征在于，所述S101之前还包括测两组对准相机的坐标系映射：基于两组所述对准相机分别拍摄同一组所述掩膜版上的对准标识；基于两个拍摄结果将两组所述对准相机映射至同一坐标系中。

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