專利名稱：自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)中自動(dòng)增益環(huán)節(jié)的閉環(huán)反饋控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于投影光刻機(jī)調(diào)焦調(diào)平傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種具有自適 應(yīng)能力的調(diào)焦調(diào)平傳感器的自動(dòng)增益環(huán)節(jié)的閉環(huán)反々貴控制方法。
背景技術(shù)：
光刻機(jī)是將掩模上的圖形以一定的比例轉(zhuǎn)移到要加工的對(duì)象上(如硅 片等)的曝光裝置。請(qǐng)參閱圖1,在投影光刻機(jī)中，曝光光束照明刻有集 成電路圖形的掩模18,掩模18經(jīng)過(guò)投影物鏡5成像在加工對(duì)象硅片6上 使力。工對(duì)象上涂有的光刻膠曝光，從而將掩;f莫圖樣復(fù)制到加工對(duì)象上。在 這種曝光裝置中，需要使被曝光的對(duì)象的被曝光表面保持在曝光裝置中的 投影物鏡的焦深范圍之內(nèi)，這就需要利用調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)10來(lái)測(cè)量 加工對(duì)象的上表面相對(duì)于投影物鏡最佳焦平面的相對(duì)位置。隨著集成電路的集成度的急劇增加，要曝光的線條也越來(lái)越細(xì)越來(lái)越密，投影物鏡的分 辨率不斷提高，焦深也在不斷減少，要想使要曝光對(duì)象的相應(yīng)表面保持在 焦深內(nèi)，對(duì)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)的測(cè)量精度和穩(wěn)定性也提出了越來(lái)越高的 要求。
目前，各大光刻機(jī)廠商釆用的調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)一般都是基于光電測(cè)量的調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)如美國(guó)專利US4153341、 US4441808、 US4477183等，其只采用的曝光狹縫內(nèi)測(cè)量光斑進(jìn)行測(cè)量或者在曝光狹縫內(nèi)外均布有 完全相同的測(cè)量光斑，這樣的調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)的測(cè)量不可避免具有一定的缺 陷。首先，對(duì)不同類型的測(cè)量對(duì)象，調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)的測(cè)量誤差是不 同的，我們稱之為調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)的工藝相關(guān)性。由調(diào)焦調(diào)平傳感器 系統(tǒng)的工藝相關(guān)性所帶來(lái)的影響有時(shí)候會(huì)很嚴(yán)重，如10nm測(cè)量精度的基 于光能量探測(cè)的調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)對(duì)不同工藝條件下的測(cè)量對(duì)象(即不 同類的測(cè)量對(duì)象)的測(cè)量誤差有時(shí)甚至?xí)_(dá)到pm量級(jí)。引起調(diào)焦調(diào)平傳 感器系統(tǒng)工藝相關(guān)性的因素很多，如當(dāng)作為測(cè)量對(duì)象的硅片的基底、涂層 及光刻膠的參數(shù)不同時(shí)，其測(cè)量誤差便不同。由于目前各大光刻機(jī)廠商所 使用的調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)沒(méi)有工藝適應(yīng)能力，故而每當(dāng)工藝條件改變 時(shí)，都必須要對(duì)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和校準(zhǔn)。同時(shí)，現(xiàn)有的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)還不能對(duì)其本身提供的數(shù)據(jù)的可信度 作自我判斷。請(qǐng)參閱圖2，圖2(a)為光刻機(jī)中承載硅片的工件臺(tái)垂向傳感 器結(jié)構(gòu)示意圖，硅片6被吸附在工件臺(tái)16上，工件臺(tái)垂向運(yùn)動(dòng)的測(cè)量傳 感器有調(diào)焦調(diào)平傳感器15和位置傳感器17，其中調(diào)焦調(diào)平傳感器15測(cè) 量硅片曝光狹縫區(qū)域處的硅片6上表面的Z, Rx， Ry信息，位置傳感器 17則布置在工件臺(tái)的背面，其同樣測(cè)量工件臺(tái)的垂向信息，只是其是從 工件臺(tái)16的背面進(jìn)行測(cè)量。將要被曝光的硅片根據(jù)涂膠后的平整度和整 個(gè)調(diào)焦調(diào)平測(cè)量區(qū)域的大小被分為內(nèi)場(chǎng)、交接場(chǎng)和外場(chǎng)三個(gè)區(qū)域。請(qǐng)參閱
圖7，圖7為內(nèi)場(chǎng)、交接場(chǎng)和外場(chǎng)的區(qū)域范圍示意圖。如圖7所示，Rl 是現(xiàn)有技術(shù)中人為劃分的調(diào)焦調(diào)平傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)可信性分界線。大于 Rl的區(qū)域光刻膠的表面平整度很差，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)認(rèn)為調(diào)焦調(diào)平傳感器 所提供的數(shù)據(jù)是不可靠的；而在小于R1的區(qū)域內(nèi)調(diào)焦調(diào)平的測(cè)量數(shù)據(jù)則 是完全可靠的。對(duì)于單個(gè)光斑測(cè)量點(diǎn)來(lái)說(shuō)，當(dāng)其整個(gè)光斑100%完全處在 Rl以內(nèi)的區(qū)域時(shí)，認(rèn)為該光斑點(diǎn)的測(cè)量值有效，當(dāng)光斑點(diǎn)有任何一部分 處在Rl之外的區(qū)域的時(shí)候就認(rèn)為該光斑點(diǎn)的測(cè)量值是無(wú)效的。當(dāng)每一個(gè) 的調(diào)焦調(diào)平曝光狹縫內(nèi)的測(cè)量點(diǎn)N1 N8都完全在小于Rl的區(qū)域內(nèi)時(shí)， 是為內(nèi)場(chǎng)即小于R2的區(qū)域?yàn)閮?nèi)場(chǎng)，在內(nèi)場(chǎng)的時(shí)候，認(rèn)為調(diào)焦調(diào)平可以給 出準(zhǔn)確的硅片上表面的位置信息，這時(shí)候工件臺(tái)的垂向運(yùn)動(dòng)控制釆用調(diào)焦 調(diào)平的信息，正如圖2(b)所示，這時(shí)候閉環(huán)的控制選擇開(kāi)關(guān)與調(diào)焦調(diào) 平相連。而/人測(cè)量光斑點(diǎn)N1 N8中有任何一個(gè)點(diǎn)超越Rl，到N1 N8中 剛好只剩下一個(gè)測(cè)量光斑點(diǎn)完全處于Rl之內(nèi)，其它點(diǎn)都全部或部分處于 Rl之外，這中間的區(qū)域?yàn)榻唤訄?chǎng)，也即圖R2和R3之間的區(qū)域是為交接 場(chǎng)；大于R3的區(qū)域?yàn)橥鈭?chǎng)。在外場(chǎng)，硅片的光刻膠表面平整度很差，這 時(shí)候調(diào)焦調(diào)平的測(cè)量精度等性能也變得惡化和不可靠，而在交接場(chǎng)中，只 有部分測(cè)量光斑點(diǎn)的測(cè)量信息是可靠的，不可靠光斑點(diǎn)測(cè)量出的信息須被 棄用以免影響整個(gè)調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，故需確定出具體可靠 的測(cè)量光斑點(diǎn)。目前做法是事先對(duì)某一類硅片或一類硅片的不同加工層的 不同位置進(jìn)行調(diào)焦調(diào)平測(cè)量的可信性測(cè)試，根據(jù)測(cè)量結(jié)果的統(tǒng)計(jì)規(guī)律對(duì)該 類硅片從幾何上統(tǒng)一人為地劃定一個(gè)調(diào)焦調(diào)平測(cè)量可信性分界線，也即前 面的Rl,然后再根據(jù)調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)測(cè)量光斑的幾何信息從幾何上劃定出對(duì)于該類硅片的內(nèi)場(chǎng)(即當(dāng)調(diào)焦調(diào)平測(cè)量區(qū)域位于此區(qū)域時(shí)，認(rèn)為所有的 測(cè)量光斑點(diǎn)的測(cè)量值是有效的)、交接場(chǎng)(部分測(cè)量光斑點(diǎn)測(cè)量值是有效 的)和外場(chǎng)(所有的測(cè)量光斑的測(cè)量都是無(wú)效的)，即在整個(gè)硅片范圍內(nèi) 都釆用光斑切換表的方法，但采用事先確定光斑切換表的做法存在著很大 的弊端。首先，客戶需要根據(jù)具體調(diào)焦調(diào)平的特性，和具體的每一類硅片 和一類硅片的不同層都要做出相應(yīng)的光斑切換表，而且在具體工作中需要 把這些信息輸入到光刻機(jī)中，這不但需要有大量的工藝實(shí)驗(yàn)，而且在工作 過(guò)程中需要輸入大量的工作定義數(shù)據(jù)內(nèi)容，這些都增加了整個(gè)光刻機(jī)的使用成本和使用難度，同時(shí)也降低了該光刻機(jī)的生產(chǎn)效率；其次，采用光斑 切換表也會(huì)使掃描控制復(fù)雜化，調(diào)焦調(diào)平數(shù)據(jù)處理復(fù)雜化；再次，由于不 同硅片或同 一硅片中不同位置上光刻膠平整度的惡化區(qū)域和惡化程度等 特性并不完全遵循事先劃定的內(nèi)場(chǎng)、交接場(chǎng)和外場(chǎng)的幾何界線，對(duì)一類硅 片或硅片的某一層統(tǒng)一劃定可靠性分界線的做法可能會(huì)導(dǎo)致調(diào)焦調(diào)平采 用了本來(lái)不可靠的信息或者將本來(lái)可靠的信息被丟棄,這樣在一定程度上 增加了曝光失敗率和廢品率。對(duì)于基于光電探測(cè)的調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)中的電子元器件溢出問(wèn)題，現(xiàn)有技 術(shù)也是采用首先進(jìn)行工藝試驗(yàn)和測(cè)量，然后人工輸入信號(hào)處理電路中相應(yīng) 的自動(dòng)增益因子的方法，其缺點(diǎn)也是在生產(chǎn)過(guò)程中需要做大量的工藝試 驗(yàn)，操作者也需輸入相應(yīng)選擇數(shù)據(jù)，從而使整個(gè)光刻機(jī)的使用難度較大， 生產(chǎn)效率低。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種自適應(yīng)智能化調(diào)焦調(diào)平傳感器 系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有工藝自舉應(yīng)能力和對(duì)其測(cè)量數(shù)據(jù)的可信度進(jìn)行自我判斷 的能力，并且該系統(tǒng)還可對(duì)光強(qiáng)或增益環(huán)節(jié)進(jìn)行反4貴控制。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)，包括光源模塊、照明光學(xué)模塊、光 斑掩模、投影模塊、投影物鏡、測(cè)量對(duì)象、探測(cè)光學(xué)模塊、探測(cè)器光學(xué)模塊和光電#:測(cè)器，光斑掩才莫具有形成在測(cè)量對(duì)象水平上^t更影物鏡曝光狹縫 內(nèi)測(cè)量光斑的通光孔,從光源模塊發(fā)出的光經(jīng)過(guò)照明光學(xué)模塊進(jìn)行光束整 形后照明光斑掩模產(chǎn)生光斑，從光斑掩模出射的光束經(jīng)過(guò)投影模塊投射到 測(cè)量對(duì)象上，被測(cè)量對(duì)象反射后的光束進(jìn)入探測(cè)光學(xué)模塊，從探測(cè)光學(xué)模 塊出射的光束經(jīng)過(guò)探測(cè)器光學(xué)模塊后被光電探測(cè)器所探測(cè)，光電探測(cè)器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后即得到被測(cè)對(duì)象的位置形貌信息，其特征在于 所述光斑掩模還具有形成位于曝光狹縫之外的預(yù)測(cè)光斑的通光孔，其所成 預(yù)測(cè)光斑分布于曝光狹縫的兩側(cè)，預(yù)測(cè)光斑點(diǎn)在垂直于掃描方向的x方向 上的分布長(zhǎng)度至少能夠覆蓋測(cè)量光斑點(diǎn)在曝光狹縫內(nèi)覆蓋區(qū)域長(zhǎng)度。緊鄰 曝光狹縫的預(yù)測(cè)光斑與距離其最近的測(cè)量光斑在掃描方向y方向上的距 離D由控制系統(tǒng)^v處理預(yù)測(cè)光斑的測(cè)量信息到將處理結(jié)果應(yīng)用到曝光狹 縫內(nèi)測(cè)量光斑所需的時(shí)間周期P和工件臺(tái)的掃描速度V來(lái)確定，即 PxV。上述預(yù)測(cè)光斑在垂直于掃描方向的x方向上的位置和個(gè)數(shù)與x方向上 測(cè)量光斑的位置和個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)。上述述預(yù)測(cè)光斑同測(cè)量光斑在垂直于掃描 方向的x方向上的長(zhǎng)度相等，預(yù)測(cè)光斑在掃描方向y方向的長(zhǎng)度盡可能的 小。
一種自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)自適應(yīng)工藝變化的方法，其特征在于包括以下步驟(1) 對(duì)所要加工的各種不同類型的測(cè)量對(duì)象進(jìn)行測(cè)試，得到其對(duì)調(diào) 焦調(diào)平光探針的反射率和其所引起調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)測(cè)量工藝相關(guān)性誤差及 誤差修正因子；(2) 將測(cè)量對(duì)象類型、測(cè)試所得的測(cè)量對(duì)象對(duì)調(diào)焦調(diào)平光探針的反 射率及其引起的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量工藝相關(guān)性誤差修正因子做成數(shù)據(jù)字典存 放在自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模塊中；(3 )利用在掃描過(guò)程中預(yù)先到達(dá)測(cè)量對(duì)象位置Xj處的預(yù)測(cè)光斑測(cè)量 在曝光過(guò)程中所使用的測(cè)量對(duì)象對(duì)光探針的反射率信息；(4)將預(yù)測(cè)光斑測(cè)量得到的測(cè)量對(duì)象對(duì)光探針的反射率信息反饋給 調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模塊，由數(shù)據(jù)處理模塊識(shí)別測(cè)量對(duì)象的類型并得 出相應(yīng)的工藝相關(guān)性誤差的修正因子；(5 )對(duì)在預(yù)測(cè)光斑之后掃描曝光的測(cè)量光斑的測(cè)量所得數(shù)據(jù)自動(dòng)加 載相應(yīng)的工藝相關(guān)性誤差的修正因子進(jìn)行修正。上述步驟(3 )中所述測(cè)量對(duì)象對(duì)光探針?lè)瓷渎实挠?jì)算公式為Rm。= V (Ii*T),其中Rm。為測(cè)量對(duì)象對(duì)光探針的反射率，1。為探測(cè)器探測(cè)得到的 被測(cè)量對(duì)象上表面反射的光斑的光強(qiáng)值，Ii為光源模塊發(fā)出的光的光強(qiáng) 值，T是一個(gè)機(jī)器常數(shù)，代表調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)(測(cè)量對(duì)象除外)對(duì)光 探針的總的透過(guò)率。對(duì)于差分測(cè)量系統(tǒng)上述步驟(3)中所述測(cè)量對(duì)象對(duì)光探針?lè)瓷渎实?計(jì)算公式也可為Rs。=Is。*Roo/I。。，其中Rs。為測(cè)量對(duì)象對(duì)光探針的反射率，I。。和Is。分別為利用光電探測(cè)器實(shí)時(shí)測(cè)量所得的被投影物鏡下表面所反射的光斑的光強(qiáng)值和被測(cè)量對(duì)象上表面反射的光斑的光強(qiáng)值，Ro。為已知的 投影物鏡下表面的反射率。上述自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)光斑掩才莫所成的光斑中，位于曝光狹 縫外的緊鄰曝光狹縫的預(yù)測(cè)光斑與距離其最近的曝光狹縫內(nèi)的測(cè)量光斑 在掃描方向y方向上的距離D由調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)從對(duì)曝光狹縫之外的預(yù)測(cè) 光斑點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行分析開(kāi)始一直到完成對(duì)曝光狹縫內(nèi)測(cè)量光斑點(diǎn)的工藝 相關(guān)性誤差補(bǔ)償所需要的時(shí)間周期PI和工件臺(tái)的相應(yīng)掃描速度V來(lái)決 定，即D不小于VxPl。一種自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)中自動(dòng)增益環(huán)節(jié)的閉環(huán)反饋控制方 法，其特征在于包括以下步驟(1 )利用預(yù)測(cè)光斑測(cè)量在曝光過(guò)程中所使用的測(cè)量對(duì)象在位置Xi處 對(duì)光探針的反射率信息；(2 )利用預(yù)測(cè)光斑測(cè)量所得的測(cè)量對(duì)象對(duì)光探針的反射率信息計(jì)算 從探測(cè)器直接輸出的原始信號(hào)C;(3) 利用原始信號(hào)C計(jì)算自動(dòng)增益因子G;(4) 當(dāng)測(cè)量光斑到達(dá)位置Xj處時(shí)利用自動(dòng)增益因子對(duì)光源模塊輸出 的光強(qiáng)或信號(hào)處理電路中的自動(dòng)增益環(huán)節(jié)進(jìn)4亍反^t責(zé)控制，同時(shí)預(yù)測(cè)光斑在 位置Xi+1處開(kāi)始步驟(1 )至(3 ),在測(cè)量光斑到達(dá)位置Xi+1前并行得出 位置Xw處的自動(dòng)增益因子。上述步驟(1 )中所述測(cè)量對(duì)象對(duì)光探針?lè)瓷渎实挠?jì)算公式為Rm。=I。/ (Ii，T),其中Rm。為測(cè)量對(duì)象對(duì)光探針的反射率，1。為探測(cè)器探測(cè)得到的
被測(cè)量對(duì)象上表面反射的光斑的光強(qiáng)值，Ii為光源模塊發(fā)出的光的光強(qiáng) 值。對(duì)于差分測(cè)量系統(tǒng)上述步驟(1)中所述測(cè)量對(duì)象對(duì)光4笨針?lè)瓷渎实挠?jì)算公式也可為R^I^IC/1。。，其中R^為測(cè)量對(duì)象對(duì)光探針的反射率， I。。和Is。分別為利用光電探測(cè)器實(shí)時(shí)測(cè)量所得的被投影物鏡下表面所反射 的光斑的光強(qiáng)值和被測(cè)量對(duì)象上表面反射的光斑的光強(qiáng)值，Ro。為已知的 投影物鏡下表面的反射率。上述步驟(2 )中所述原始信號(hào)C的計(jì)算公式為C= K*Ii*R*T,其中K 為已知的比例因子，Ij為從光源模塊的發(fā)出的光強(qiáng)，R為測(cè)量對(duì)象對(duì)光探 針的反射率，T為除測(cè)量對(duì)象外調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)其他部分的總透射率。上述步驟(2)中所述原始信號(hào)C也可由調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)探測(cè)器的直接 輸出值而得。上述步驟(3)中所述自動(dòng)增益因子G的計(jì)算公式為G=C/Cr,其中 C為原始電流信號(hào)，Cr為額定工作電流。上述自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)光斑掩模所成的光斑中，位于曝光狹 縫外的緊鄰曝光狹縫的預(yù)測(cè)光斑與距離其最近的曝光狹縫內(nèi)的測(cè)量光斑 在掃描方向y方向上的距離D需由工件臺(tái)的掃描速度V和控制系統(tǒng)從處 理預(yù)測(cè)量點(diǎn)的反射率信息或直接記錄探測(cè)器輸出的原始信號(hào)C值到生成 該位置處的自動(dòng)增益因子的時(shí)間周期P3來(lái)確定，即D^P3xV。一種自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)自我判斷測(cè)量數(shù)據(jù)可信度的方法，其 特征在于包括以下步驟(1 )通過(guò)工藝試驗(yàn)確定出針對(duì)不同類型的測(cè)量對(duì)象測(cè)量光斑有效時(shí)
其從探測(cè)器輸出的對(duì)應(yīng)于光強(qiáng)的信號(hào)閾值A(chǔ)mi,將此值寫(xiě)入調(diào)焦調(diào)平的 主控制系統(tǒng)；(2 )調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)根據(jù)得到的測(cè)量對(duì)象的類型確定其所對(duì)應(yīng)的閾值A(chǔ)mi;(3 )測(cè)量預(yù)測(cè)光斑到達(dá)測(cè)量對(duì)象位置Xi處時(shí)光強(qiáng)探測(cè)器的輸出值， 判斷其是否大于或等于閾值A(chǔ)ml，若是，則在此位置測(cè)量得到的信息為 不可信信息，若否，則在此位置測(cè)量得到的信息為可信信息；或才艮據(jù)探測(cè) 到的實(shí)時(shí)光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)與閾值A(chǔ)mi之間的差別大小來(lái)確定出該測(cè) 量點(diǎn)的測(cè)量可信度值，這個(gè)值在完全可信(100%)到完全不可信(0%) 區(qū)間內(nèi)變化。(4 )當(dāng)測(cè)量光斑到達(dá)位置Xi時(shí)才艮據(jù)預(yù)測(cè)光斑先前所得的此位置的測(cè)量凄t據(jù)的可信性判斷測(cè)量光斑在此位置測(cè)量it據(jù)的可信性，同時(shí)預(yù)測(cè)光斑并行在位置Xw處重復(fù)步驟(3)判斷位置Xw處測(cè)量信息的可信性。上述自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)光斑掩^t所成的光斑中，位于曝光狹 縫外的緊鄰曝光狹縫的預(yù)測(cè)光斑與距離其最近的曝光狹縫內(nèi)的測(cè)量光斑 在掃描方向y方向上的距離D需由工件臺(tái)的掃描速度V和控制系統(tǒng)從處 理預(yù)測(cè)光斑的測(cè)量信息到將其應(yīng)用到曝光狹縫內(nèi)的測(cè)量光斑對(duì)其測(cè)量信 息的可靠性做出判斷的時(shí)間周期P2來(lái)確定，即D^P2xV。上述一種自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)自我判斷測(cè)量數(shù)據(jù)可信度的方 法也可將由于釆用非同一個(gè)探測(cè)器等所造成的預(yù)測(cè)光斑和測(cè)量光斑的測(cè) 量性能差異校正后作為^/L器常數(shù)輸入至調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)中，進(jìn)一步精確對(duì)測(cè) 量光斑的可信性判斷。
本方明通過(guò)對(duì)基于光電測(cè)量的調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)的改進(jìn)使得該調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)通過(guò)一定的方法具有了 l)對(duì)工藝的自適應(yīng)能力，解決了調(diào)焦調(diào)平 系統(tǒng)測(cè)量誤差的工藝相關(guān)性問(wèn)題；2)對(duì)其本身測(cè)量點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)的可信度 進(jìn)行自我判斷能力，使其具有更多的智能；3)對(duì)光強(qiáng)或增益環(huán)節(jié)進(jìn)行反 饋控制，降低了由于光強(qiáng)引起的測(cè)量誤差和系統(tǒng)失效風(fēng)險(xiǎn)。所有的這些大 大提高了調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)的可用性及生產(chǎn)效率和成品率，減少了工藝實(shí)驗(yàn)的 工作量，節(jié)約了使用成本，提高了調(diào)焦調(diào)平的測(cè)量性能和工件臺(tái)的工作性 能，并最終也提高了整個(gè)光刻機(jī)的工作性能。


圖1為曝光裝置(光刻^/l)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 (a)為光刻機(jī)中承載硅片的工件臺(tái)垂向傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；(b)為光刻機(jī)中承載硅片的工件臺(tái)垂向運(yùn)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為基于光電測(cè)量的調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為投影物鏡曝光狹縫在硅片水平上相對(duì)于硅片的掃描方向示意圖； 圖5為自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器的探測(cè)光斑在被測(cè)對(duì)象上的分布實(shí)施例 示意圖；圖6為不同類型的硅片與其對(duì)調(diào)焦調(diào)平光探針?lè)瓷渎?、調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)測(cè)量的工藝相關(guān)性誤差(誤差修正因子)三者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖； 圖7為內(nèi)場(chǎng)、交接場(chǎng)和外場(chǎng)的區(qū)域范圍示意圖；圖8(a)為涂光刻膠后硅片面的粗糙程度示意圖；(b)為硅片不同位置測(cè)量信號(hào)的振蕩振幅變化情況示意圖；圖9為預(yù)測(cè)光斑測(cè)量硅片反射率、獲得自動(dòng)增益因子和測(cè)量光斑測(cè)量
硅片位置形貌信息三者間的時(shí)序和位置關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。請(qǐng)參閱圖3，圖3是一種基于光電測(cè)量的調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 如圖3所示，從光源模塊1發(fā)出的光經(jīng)過(guò)照明光學(xué)模塊2進(jìn)行光束整形后， 通過(guò)照明光斑掩模3產(chǎn)生光斑。光斑掩模3是根據(jù)需要投射到測(cè)量對(duì)象(硅 片或投影物鏡下表面)上的光斑形狀和分布、以及從光斑掩模到測(cè)量對(duì)象 的投影關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)的，保證在測(cè)量對(duì)象上可以產(chǎn)生所需光斑分布。從光 斑掩模3出射的光束經(jīng)過(guò)投影模塊4后投射到測(cè)量對(duì)象上，測(cè)量對(duì)象可以 單獨(dú)是硅片6上表面，也可以同時(shí)是投影物鏡5下表面和硅片6上表面。 當(dāng)測(cè)量對(duì)象同時(shí)是5下表面和6上表面時(shí)即為差分測(cè)量系統(tǒng)。被測(cè)量對(duì)象 反射后的光束進(jìn)入探測(cè)光學(xué)模塊7,這時(shí)候光束中已包含了測(cè)量對(duì)象的表 面形貌和位置信息，即Z, Rx， Ry信息。從探測(cè)光學(xué)模塊7出射的光束經(jīng) 過(guò)探測(cè)器光學(xué)模塊8后被光電探測(cè)器9所探測(cè)，光電探測(cè)器9輸出的信號(hào) 經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后可以得到被測(cè)對(duì)象的Z, Rx， Ry信息，而光電探測(cè)器9還 可以用來(lái)測(cè)量打到其上光斑的光強(qiáng)。在本發(fā)明以下所述的實(shí)施例中測(cè)量對(duì) 象均以硅片為例。本發(fā)明的自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)中光斑掩模所成光斑包含位于 曝光狹縫之內(nèi)的測(cè)量光斑和位于曝光狹縫之外的預(yù)測(cè)光斑。請(qǐng)參閱圖4， 圖4為投影物鏡曝光狹縫在硅片水平上相對(duì)于硅片的掃描方向示意圖。如 圖4所示，當(dāng)硅片沿硅片坐標(biāo)系XOY的Y負(fù)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，曝光狹縫相對(duì) 于硅片沿Y正向掃描，此時(shí)需要調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)對(duì)曝光狹縫內(nèi)硅片的上表 面位置進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量，并與執(zhí)行系統(tǒng)一起使該要曝光的硅片區(qū)域在掃描 過(guò)程中一直處在投影物鏡的最佳焦平面之內(nèi)。因此,調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)對(duì)硅片 的實(shí)時(shí)測(cè)量由位于曝光狹縫內(nèi)的測(cè)量光斑來(lái)保證，而位于曝光狹縫之外的 預(yù)測(cè)光斑則用以輔助曝光狹縫內(nèi)的測(cè)量光斑的測(cè)量，進(jìn)一步提高其測(cè)量精 度，幫助調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)具備工藝自適應(yīng)能力和測(cè)量數(shù)據(jù)的可信度判斷能 力，并且利用曝光狹縫之外的預(yù)測(cè)光斑的測(cè)量進(jìn)行自動(dòng)增益的反饋控制。請(qǐng)參閱圖5,圖5是本發(fā)明的自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器的探測(cè)光斑在被測(cè) 對(duì)象上的分布實(shí)施例示意圖。如圖5所示，N1 N8為曝光狹縫內(nèi)的測(cè)量光 斑點(diǎn)(以下簡(jiǎn)稱測(cè)量光斑點(diǎn))，E1 E8則為曝光狹縫之外的預(yù)測(cè)光斑點(diǎn)(以 下筒稱預(yù)測(cè)光斑點(diǎn))。L、 W分別為投影物鏡曝光狹狹縫在硅片面水平上沿 x方向和y方向上的長(zhǎng)度。預(yù)測(cè)光斑點(diǎn)分布于曝光狹縫的兩側(cè)，其在曝光 狹縫兩側(cè)y方向上的列數(shù)不定，本實(shí)施例為曝光狹縫兩側(cè)各一列，其在x 方向上的位置和個(gè)數(shù)與x方向上測(cè)量光斑的位置和個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)。緊鄰曝光狹 縫的預(yù)測(cè)光斑與距離其最近的測(cè)量光斑在y方向上的距離D由控制系統(tǒng)從 處理預(yù)測(cè)光斑的測(cè)量信息到將處理結(jié)果應(yīng)用到曝光狹縫內(nèi)測(cè)量光斑所需的 時(shí)間周期P和工件臺(tái)的掃描速度V來(lái)確定，即PxV。預(yù)測(cè)光斑點(diǎn)El、 E2、 E3、 E4或E5、 E6、 E7、 E8在垂直于掃描方向的x方向上的分布長(zhǎng)度 應(yīng)該至少能夠覆蓋測(cè)量光斑點(diǎn)Nl、 N2、 N3、 N4或N5、 N6、 N7、 N8在 曝光狹縫內(nèi)覆蓋區(qū)域長(zhǎng)度。x方向上預(yù)測(cè)光斑的寬度和測(cè)量光斑的寬度可 對(duì)應(yīng)相同，如本實(shí)施例中的均為S， ^f旦預(yù)測(cè)量點(diǎn)沿掃描方向上的寬度T則 應(yīng)盡可能的小，這樣可以更詳細(xì)地樸捉預(yù)測(cè)區(qū)域的表面形貌和位置信息的 變化?？紤]到光學(xué)系統(tǒng)的口徑及光刻機(jī)內(nèi)部調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)的可用機(jī)械空間 等因素，所有的點(diǎn)在滿足功能要求的同時(shí)盡可能布置在半徑為R0的圓中， R0盡可能小。請(qǐng)參閱圖6，圖6為不同類型的硅片與其對(duì)調(diào)焦調(diào)平光4笨針?lè)瓷渎省?br> 調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)測(cè)量的工藝相關(guān)性誤差(誤差修正因子)三者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果可知，不同類型的硅片對(duì)700nm 1100nm波段的光 的反射率是不同的，即硅片的類型和其對(duì)這一波段的反射率之間是一一對(duì) 應(yīng)關(guān)系，而不同類型的硅片與其引起的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量的工藝相關(guān)性誤差 (對(duì)應(yīng)一定的誤差修正因子)之間也是——對(duì)應(yīng)關(guān)系，因而如圖6所示， 不同類型的硅片所引起的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量的工藝相關(guān)性誤差與其對(duì)調(diào)焦調(diào) 平光探針的反射率之間也就建立了——對(duì)應(yīng)關(guān)系，因而也可以說(shuō)針對(duì)不同 類型硅片的所得的誤差修正因子與此類硅片對(duì)調(diào)焦調(diào)平光探針的反射率 之間具有——對(duì)應(yīng)關(guān)系，而一般調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)的光探針正處在700nrn 1100nm的波段內(nèi)。為了使該調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)具有應(yīng)對(duì)工藝變化的自適應(yīng)能力，本發(fā) 明中，首先，對(duì)所要加工的各種不同類型的硅片進(jìn)行測(cè)試，得到其對(duì)調(diào)焦 調(diào)平光探針的反射率和其所引起調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)測(cè)量工藝相關(guān)性誤差(誤差 修正因子)；其次，將硅片類型、測(cè)試所得的硅片對(duì)調(diào)焦調(diào)平光探針的反 射率及其引起的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量工藝相關(guān)性誤差修正因子做成數(shù)據(jù)字典存 放在調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模塊中；再次，利用預(yù)先到達(dá)硅片位置Xi 處的預(yù)測(cè)光斑測(cè)量在曝光過(guò)程中所使用的硅片對(duì)光探針的反射率信息，將 預(yù)測(cè)光斑測(cè)量所得的硅片對(duì)光探針的反射率信息反饋給調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)處理模塊，由數(shù)據(jù)處理模塊識(shí)別硅片的類型并得出相應(yīng)的工藝相關(guān)性 誤差的修正因子；此時(shí)由于圖5中預(yù)測(cè)光斑與距離其最近的測(cè)量光斑在掃 描方向y方向上的距離D由調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)乂人對(duì)曝光狹縫之外的預(yù)測(cè)光斑 點(diǎn)E1 E8的信號(hào)進(jìn)行分析開(kāi)始一直到完成對(duì)曝光狹縫內(nèi)測(cè)量光斑點(diǎn)N1 N8的工藝相關(guān)性誤差補(bǔ)償所需要的時(shí)間周期P1和工件臺(tái)的相應(yīng)掃描 速度V來(lái)決定，即D不小于VxPl，這樣，當(dāng)測(cè)量光斑掃描測(cè)量時(shí)，預(yù) 測(cè)光斑已經(jīng)測(cè)量得到硅片對(duì)光探針的反射率并且系統(tǒng)已經(jīng)完成了對(duì)預(yù)測(cè) 光斑測(cè)量數(shù)據(jù)的處理，得到了該處位置的工藝相關(guān)性誤差補(bǔ)償因子，從而， 當(dāng)測(cè)量光斑到達(dá)該位置時(shí)，就可以利用該位置的工藝相關(guān)性誤差補(bǔ)償因 子，對(duì)該位的測(cè)量光斑的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差修正，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量硅片反射率 與對(duì)測(cè)量光斑測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)牟⑿小Ｒ虼?，無(wú)論對(duì)于何種測(cè)量對(duì) 象，曝光狹縫內(nèi)的測(cè)量光斑點(diǎn)N1 N8都能以統(tǒng)一的預(yù)先設(shè)定的精度提供 測(cè)量數(shù)據(jù)。這樣該調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)就具有了對(duì)工藝的自適應(yīng)能力。以下闡述通過(guò)預(yù)測(cè)點(diǎn)E1 E8來(lái)測(cè)量硅片對(duì)光探針的反射率信息的較 佳實(shí)施例。請(qǐng)結(jié)合參閱圖3，從光斑掩模3出射的光斑經(jīng)過(guò)投影模塊4后 被投射到測(cè)量對(duì)象上，測(cè)量對(duì)象可以是硅片6上表面，也可以同時(shí)是投影 物鏡5下表面和硅片6上表面。當(dāng)測(cè)量對(duì)象同時(shí)是投影物鏡5下表面和硅 片6上表面時(shí)即為差分測(cè)量系統(tǒng)。此時(shí)預(yù)測(cè)光斑E1 E8通過(guò)l殳影物4竟5 下表面或硅片6上表面的反射已得到了其相應(yīng)的光強(qiáng)信息。由于在光源模 塊1中有光強(qiáng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或者光源模塊1發(fā)出的光強(qiáng)是確定的，也即，從光 源模塊發(fā)出的光強(qiáng)Ij是一個(gè)已知的值，并且除測(cè)量對(duì)象外其它光學(xué)系統(tǒng) 的透射率T是一個(gè)已知的機(jī)器常數(shù),從而探測(cè)器9探測(cè)到預(yù)測(cè)光斑E1 E8 的光強(qiáng)值I。后可得出1。/ Ii=Rm。*T，從而測(cè)量對(duì)象(硅片上表面或投影物 鏡下表面)的反射率Rm。= V (Ii"T)。在差分測(cè)量系統(tǒng)中，由于投影物 鏡是不變的，投影物鏡下表面對(duì)于調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)光源波段的反射率是一個(gè) 機(jī)器常數(shù)，是恒定不變的，本發(fā)明中也可以用這個(gè)機(jī)器常數(shù)實(shí)時(shí)標(biāo)定調(diào)焦
調(diào)平系統(tǒng)對(duì)硅片反射率的測(cè)量。利用光電探測(cè)器9實(shí)時(shí)測(cè)量的來(lái)自投影物 鏡下表面光斑的光強(qiáng)1。。和來(lái)自硅片上光斑的光強(qiáng)L。以及已知的投影物鏡 下表面的反射率Ro。和除測(cè)量對(duì)象外的光學(xué)系統(tǒng)的透射率T，可有I產(chǎn)IJ (Ro/T) =IS0/(R^T)，其中Rs。為硅片的反射率，從而得到硅片的反射"^" Rso—Iso*^oo/Iooo本發(fā)明的自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)中的預(yù)測(cè)光斑點(diǎn)E1 E8在掃描 曝光測(cè)量的同時(shí)還具有對(duì)其測(cè)量數(shù)據(jù)的可信度進(jìn)行自我判斷的能力，從而 使該調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)具備了智能性的選擇出可靠測(cè)量數(shù)據(jù)的功能。請(qǐng)參閱圖8，圖8(a)為涂有光刻膠后硅片面的粗糙程度情況示意圖， 如其所示，離硅片中心越遠(yuǎn)硅片面越粗糙；圖8 (b)為測(cè)量光斑點(diǎn)E1 E8 的測(cè)量信號(hào)隨硅片位置的振蕩振幅變化情況示意圖，如其所示，離硅片中 心越遠(yuǎn)測(cè)量信號(hào)振幅越大。綜合圖8 (a)和圖8 (b)可看出，測(cè)量光斑 點(diǎn)從其相應(yīng)的探測(cè)器輸出的信號(hào)隨測(cè)量對(duì)象表面粗糙程度的變化而變化， 即當(dāng)硅片的邊緣區(qū)域由于光刻膠等原因，粗糙度變大時(shí)，預(yù)測(cè)量點(diǎn)探測(cè)器 輸出信號(hào)的振蕩也力口劇，振幅也在增大。當(dāng)其振幅增大到一定程度如Ami 時(shí)，即認(rèn)為此預(yù)測(cè)光斑的測(cè)量數(shù)據(jù)已經(jīng)不可靠了，此時(shí)該預(yù)測(cè)光斑點(diǎn)離珪 片中心的距離為Rl。即Rl成為調(diào)焦調(diào)平傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)的可信性分界 線。對(duì)于不同類型的硅片來(lái)說(shuō)，其閾值A(chǔ)ml是不同的機(jī)器常數(shù)。本發(fā)明中，首先，通過(guò)工藝試驗(yàn)確定出針對(duì)不同類型的硅片測(cè)量光斑 有效時(shí)其從探測(cè)器輸出的對(duì)應(yīng)于光強(qiáng)的信號(hào)的閾值A(chǔ)ml，將此值寫(xiě)入調(diào) 焦調(diào)平的主控制系統(tǒng)；其次，系統(tǒng)才艮據(jù)得到的硅片的類型確定其所對(duì)應(yīng)的 閾值A(chǔ)ml，測(cè)量預(yù)測(cè)光斑到達(dá)硅片位置Xi處時(shí)光強(qiáng)探測(cè)器的輸出值，判斷其是否大于或等于閾值A(chǔ)ml，若是則在此位置測(cè)量得到的信息為不可 信信息，若否則在此位置測(cè)量得到的信息為可信信息，當(dāng)測(cè)量光斑到達(dá)位 置Xi時(shí)根據(jù)預(yù)測(cè)光斑先前所得的此位置的測(cè)量數(shù)據(jù)的可信性判斷測(cè)量光 斑在此位置測(cè)量數(shù)據(jù)的可信性，此時(shí)預(yù)測(cè)光斑已到達(dá)位置Xi+1處并開(kāi)始利 用上述方法并行判斷硅片位置X1+1處測(cè)量信息的可信性。由于此時(shí)圖5 中預(yù)測(cè)光斑與距離其最近的測(cè)量光斑在掃描方向y方向上的距離D由工 件臺(tái)的掃描速度V和控制系統(tǒng)從處理預(yù)測(cè)量點(diǎn)的信息到對(duì)曝光狹縫內(nèi)的 測(cè)量光斑的測(cè)量信息做出有效性判斷的時(shí)間周期P2來(lái)確定，即P2xV， 這樣，保證了在掃描過(guò)程中，當(dāng)測(cè)量光斑到達(dá)硅片Xi位置時(shí)，預(yù)測(cè)光斑 已經(jīng)經(jīng)過(guò)該處位置并且系統(tǒng)已經(jīng)完成了對(duì)預(yù)測(cè)光斑測(cè)量數(shù)據(jù)的處理，做出 了在該處位置測(cè)量數(shù)據(jù)的可信性判斷，從而得到該處位置測(cè)量光斑測(cè)量數(shù) 據(jù)的可信性判斷，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量數(shù)據(jù)可信性判斷與測(cè)量光斑進(jìn)行高精度測(cè)量 的并行。
由于預(yù)測(cè)光斑和測(cè)量光斑所使用的探測(cè)器等的個(gè)體差異性，預(yù)測(cè)光斑 和測(cè)量光斑在同一位置的測(cè)量性能可能會(huì)有所差異，作為對(duì)本發(fā)明的改 進(jìn)，這種差異同樣也可以在校正后作為機(jī)器常數(shù)輸入至調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)中， 這樣，用戶只需輸入硅片的類型，調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)對(duì)應(yīng)此類型硅片 的Ami值智能地完成所有的光斑切換工作，而不再需要客戶的定義和繁 瑣的操作。若同時(shí)利用此自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的工藝相關(guān) 性誤差補(bǔ)償，則此時(shí)本發(fā)明的自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)本身已可以自己判斷硅 片的類型，因此，其不再需要用戶輸入硅片的類型，所有的工作都是由本 發(fā)明的自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器智能地完成，直到最終給出理想精度的測(cè)量 數(shù)據(jù)。本發(fā)明中，利用預(yù)測(cè)光斑測(cè)量所得的硅片對(duì)調(diào)焦調(diào)平光探針的反射率 也可對(duì)處理電路中的自動(dòng)增益環(huán)節(jié)進(jìn)行閉環(huán)反饋控制。從探測(cè)器直接輸出的原始電流信號(hào)C-K.1。，其中K為已知的比例因子，1。為打到〗笨測(cè)器上 的光斑的光強(qiáng)，而打到探測(cè)器上的光斑的光強(qiáng)I。=Ii R T,其中Ii為從光 源模塊的發(fā)出的光強(qiáng)，R為硅片對(duì)光探針的反射率，T為除硅片外調(diào)焦調(diào) 平系統(tǒng)其他部分的總透射率。由于額定工作電流Cr對(duì)應(yīng)一定的打到探測(cè) 器上的額定光強(qiáng)I。r,故在一定的硅片反射率R下就對(duì)應(yīng)一定的理想光源 模塊輸出光強(qiáng)Ii，則根據(jù)一定的硅片反射率R就可利用自動(dòng)增益因子對(duì)光 源模塊輸出光強(qiáng)進(jìn)行閉環(huán)反饋控制，以解決當(dāng)光信號(hào)過(guò)強(qiáng)時(shí)，轉(zhuǎn)化成的電 信號(hào)過(guò)強(qiáng)而導(dǎo)致電子元器件溢出的問(wèn)題。本發(fā)明中，首先利用預(yù)測(cè)光斑測(cè)量在曝光過(guò)程中所使用的硅片在位置 X,處對(duì)光探針的反射率信息；其次，利用預(yù)測(cè)光斑測(cè)量所得的硅片對(duì)光 探針的反射率信息計(jì)算從探測(cè)器直接輸出的原始電流信號(hào)C,其計(jì)算公式 為C-K'Ii，R.T,其中K為已知的比例因子，Ij為從光源模塊的發(fā)出的光 強(qiáng)，R為硅片對(duì)光探針的反射率，T為除硅片外調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)其他部分的 總透射率；再次，計(jì)算自動(dòng)增益因子G,其計(jì)算公式為G= C/ Cr，其中 Cr為額定工作電流；最后，當(dāng)測(cè)量光斑到達(dá)位置Xi處時(shí)利用自動(dòng)增益因 子對(duì)光源模塊輸出的光強(qiáng)進(jìn)行反饋控制，同時(shí)預(yù)測(cè)光斑已到達(dá)位置X1+1 處并開(kāi)始并行測(cè)量Xw處的反射率并計(jì)算其自動(dòng)增益因子。由于此時(shí)圖5 中預(yù)測(cè)光斑與距離其最近的測(cè)量光斑在掃描方向y方向上的距離D需由工件臺(tái)的掃描速度V和控制系統(tǒng)^v處理預(yù)測(cè)量點(diǎn)的反射率信息到生成該
位置處的自動(dòng)增益因子的時(shí)間周期P3來(lái)確定，即D^P3xV,這樣，保證 了系統(tǒng)內(nèi)利用預(yù)測(cè)光斑的反射率信息生成自動(dòng)增益因子的反饋控制過(guò)程 與測(cè)量光斑的正常測(cè)量過(guò)程并行。請(qǐng)參閱圖9，圖9為預(yù)測(cè)光斑測(cè)量硅 片反射率、獲得自動(dòng)增益因子和測(cè)量光斑測(cè)量硅片位置形貌三者間的時(shí)序 和位置關(guān)系示意圖。如圖9所示，Ri、 R2、 R3…I^分別是系統(tǒng)通過(guò)預(yù)測(cè) 光斑采集到的在硅片的水平面位置Xt、 X2、 X3...Xn處的反射率；Gj、G2…GnM分別為根據(jù)測(cè)量光斑測(cè)量所得的反射率得出的處于X!、 X2...Xn-!位置處的自動(dòng)增益因子；I！、 12. ..V!分別為測(cè)量光斑在相應(yīng)X,、 X2...Xn-,位置處測(cè)量所得的位置形貌信息；t,、 t2…tn為得到R廣Rn、 G廣Gn-!、Ii~ Im時(shí)的時(shí)序。圖9中^到t2為系統(tǒng)從處理Xi處預(yù)測(cè)點(diǎn)的反射率信息到生成該位置處的自動(dòng)增益因子G！的時(shí)間，由于預(yù)測(cè)光斑與其最近的測(cè)量光斑間的距離為D,故X！處預(yù)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量時(shí)間比到達(dá)X！處的測(cè)量光 斑的測(cè)量時(shí)間早D/V，其中V為工件臺(tái)的掃描速度，同時(shí)由于D^P3xV， 其中P3控制系統(tǒng)從處理預(yù)測(cè)量點(diǎn)的反射率信息到生成該位置處的自動(dòng)增 益因子的時(shí)間周期，V為工件臺(tái)的掃描速度，從而圖9中需要保證 t2SD/V，故當(dāng)測(cè)量光斑到達(dá)Xi處并開(kāi)始處理其測(cè)量信息時(shí)，系統(tǒng)已經(jīng)生 成了該位置狹縫內(nèi)點(diǎn)的自動(dòng)增益因子Gp而同時(shí)系統(tǒng)在并行地處理X2 處的預(yù)測(cè)光斑所采集到的X2處的反射率信息，從而使得系統(tǒng)內(nèi)利用預(yù)測(cè) 光斑的反射率信息生成自動(dòng)增益因子的反4f控制過(guò)程與測(cè)量光斑的正常 測(cè)量過(guò)程并行，從而可使調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)不受反射率變化的影響始終保持正 常的工作狀態(tài)，提高了生產(chǎn)效率。利用預(yù)測(cè)光斑可分別實(shí)現(xiàn)上述三種功能之一或同時(shí)實(shí)現(xiàn)其中任意兩 種功能，亦可同時(shí)實(shí)現(xiàn)此三種功能。當(dāng)利用預(yù)測(cè)光斑同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種功能時(shí)，圖5中同側(cè)的預(yù)測(cè)光斑與測(cè)量光斑在y方向上的距離D取前述實(shí)現(xiàn)每種 功能時(shí)所需D值的最大值。以上介紹的僅僅是基于本發(fā)明的幾個(gè)較佳實(shí)施例，并不能以此來(lái)限定 本發(fā)明的范圍。任何對(duì)本發(fā)明的裝置作本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)熟知的部件的替換、 組合、分立，以及對(duì)本發(fā)明實(shí)施步驟作本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)熟知的等同改變或替 換均不超出本發(fā)明的揭露以及保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)中自動(dòng)增益環(huán)節(jié)的閉環(huán)反饋控制方法，其特征在于包括以下步驟(1)利用預(yù)測(cè)光斑測(cè)量在曝光過(guò)程中所使用的測(cè)量對(duì)象在位置Xi處對(duì)光探針的反射率信息；(2)利用預(yù)測(cè)光斑測(cè)量所得的測(cè)量對(duì)象對(duì)光探針的反射率信息計(jì)算從探測(cè)器直接輸出的原始信號(hào)C；(3)利用原始信號(hào)C計(jì)算自動(dòng)增益因子G；(4)當(dāng)測(cè)量光斑到達(dá)位置Xi處時(shí)利用自動(dòng)增益因子對(duì)光源模塊輸出的光強(qiáng)或信號(hào)處理電路中的自動(dòng)增益環(huán)節(jié)進(jìn)行反饋控制，同時(shí)預(yù)測(cè)光斑在位置Xi+1處開(kāi)始步驟(1)至(3)，在測(cè)量光斑到達(dá)位置Xi+1前并行得出位置Xi+1處的自動(dòng)增益因子。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)中自動(dòng)增 益環(huán)節(jié)的閉環(huán)反饋控制方法，其特征在于步驟(l)中所述測(cè)量對(duì)象對(duì)光 探針?lè)瓷渎实挠?jì)算公式為Rm。= V (IfT)，其中R，為測(cè)量對(duì)象對(duì)光探 針的反射率，I。為探測(cè)器探測(cè)得到的被測(cè)量對(duì)象上表面反射的光斑的光強(qiáng) 值，Ii為光源模塊發(fā)出的光的光強(qiáng)值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)中自動(dòng)增 益環(huán)節(jié)的閉環(huán)反饋控制方法，其特征在于對(duì)于差分測(cè)量系統(tǒng)步驟(1)中 所述測(cè)量對(duì)象對(duì)光探針?lè)瓷渎实挠?jì)算公式為Rs。=Is。*RwI。。，其中Rs。為測(cè) 量對(duì)象對(duì)光探針的反射率，1。。和L。分別為利用光電探測(cè)器實(shí)時(shí)測(cè)量所得的被投影物鏡下表面所反射的光斑的光強(qiáng)值和被測(cè)量對(duì)象上表面反射的光斑的光強(qiáng)值，Ro。為已知的投影物鏡下表面的反射率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)中自動(dòng)增 益環(huán)節(jié)的閉環(huán)反饋控制方法，其特征在于步驟(2)中所述原始信號(hào)C的 計(jì)算公式為OK>Ii R T,其中K為已知的比例因子，Ii為從光源模塊的 發(fā)出的光強(qiáng)，R為測(cè)量對(duì)象對(duì)光探針的反射率，T為除測(cè)量對(duì)象外調(diào)焦調(diào) 平系統(tǒng)其他部分的總透射率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)中自動(dòng)增 益環(huán)節(jié)的閉環(huán)反饋控制方法，其特征在于步驟(2)中所述原始信號(hào)C也 可由調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)探測(cè)器的直接輸出值而得。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)中自動(dòng)增 益環(huán)節(jié)的閉環(huán)反饋控制方法，其特征在于步驟(3)中所述自動(dòng)增益因子 G的計(jì)算公式為G=C/Cr，其中C為原始電流信號(hào)，Cr為額定工作電流。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)中自動(dòng)增 益環(huán)節(jié)的閉環(huán)反饋控制方法，其特征在于所述自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng) 光斑掩^t所成的光斑中，位于曝光狹縫外的預(yù)測(cè)光斑與距離其最近的曝光 狹縫內(nèi)的測(cè)量光斑在掃描方向y方向上的距離D需由工件臺(tái)的掃描速度 V和控制系統(tǒng)從處理預(yù)測(cè)量點(diǎn)的反射率信息或直接記錄探測(cè)器輸出的原 始信號(hào)C值到生成該位置處的自動(dòng)增益因子的時(shí)間周期P3來(lái)確定，即 P3xV。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)中自動(dòng)增 益環(huán)節(jié)的閉環(huán)反饋控制方法，其特征在于所述自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng) 包括光源模塊、照明光學(xué)模塊、光斑掩模、投影模塊、投影物鏡、測(cè)量對(duì) 象、探測(cè)光學(xué)模塊、探測(cè)器光學(xué)模塊和光電探測(cè)器，光斑掩模具有形成在 測(cè)量對(duì)象水平上投影物鏡曝光狹縫內(nèi)測(cè)量光斑的通光孔,從光源模塊發(fā)出 的光經(jīng)過(guò)照明光學(xué)模塊進(jìn)行光束整形后照明光斑掩模產(chǎn)生光斑，從光斑掩 模出射的光束經(jīng)過(guò)投影模塊投射到測(cè)量對(duì)象上，被測(cè)量對(duì)象反射后的光束 進(jìn)入探測(cè)光學(xué)模塊,從探測(cè)光學(xué)模塊出射的光束經(jīng)過(guò)探測(cè)器光學(xué)模塊后被 光電探測(cè)器所探測(cè)，光電探測(cè)器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后即得到被測(cè)對(duì)象的位置形貌信息，其特征在于所述光斑掩模還具有形成位于曝光狹縫 之外的預(yù)測(cè)光斑的通光孔，其所成預(yù)測(cè)光斑分布于曝光狹縫的兩側(cè)，預(yù)測(cè) 光斑點(diǎn)在垂直于掃描方向的x方向上的分布長(zhǎng)度至少能夠覆蓋測(cè)量光斑 點(diǎn)在曝光狹縫內(nèi)覆蓋區(qū)域長(zhǎng)度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)中自動(dòng)增 益環(huán)節(jié)的閉環(huán)反饋控制方法，其特征在于所述預(yù)測(cè)光斑在垂直于掃描方向 的x方向上的位置和個(gè)數(shù)與x方向上測(cè)量光斑的位置和個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)中自動(dòng)增 益環(huán)節(jié)的閉環(huán)反饋控制方法，其特征在于所述預(yù)測(cè)光斑同測(cè)量光斑在垂直 于掃描方向的x方向上的長(zhǎng)度相等，預(yù)測(cè)光斑在掃描方向y方向的長(zhǎng)度取 最小值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平傳感器系統(tǒng)及應(yīng)用方法，其特征在于光斑掩模還具有形成位于曝光狹縫之外的預(yù)測(cè)光斑的通光孔，利用所成的曝光狹縫外的預(yù)測(cè)光斑使本發(fā)明的自適應(yīng)調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝的自適應(yīng)，對(duì)其本身測(cè)量點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)的可信度進(jìn)行自我判斷，對(duì)光強(qiáng)或增益環(huán)節(jié)進(jìn)行反饋控制。本發(fā)明的有益效果是大大提高了調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)的可用性及生產(chǎn)效率和成品率，減少了工藝實(shí)驗(yàn)的工作量，節(jié)約了使用成本，提高了調(diào)焦調(diào)平的測(cè)量性能和工件臺(tái)的工作性能，并最終也提高了整個(gè)光刻機(jī)的工作性能，降低了其使用成本和使用難度。
文檔編號(hào)G03F7/20GK101398635SQ20081017615
公開(kāi)日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2006年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月17日
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