專利名稱：一種光刻系統(tǒng)中實(shí)時(shí)控制照明劑量的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種光刻系統(tǒng)中實(shí)時(shí)測(cè)量與精確控制照明劑量的裝置及方法。
背景技術(shù)：
一般說(shuō)來(lái)，在光刻機(jī)系統(tǒng)中，有兩個(gè)和劑量控制相關(guān)的光能量傳感器，一個(gè)在工件臺(tái)上，稱為點(diǎn)能量傳感器(Energy Spot knsor)，簡(jiǎn)稱ESS，用來(lái)非曝光時(shí)候測(cè)量視場(chǎng)輪廓和劑量，一個(gè)在照明系統(tǒng)內(nèi)部，稱為能量傳感器(Energy Detector)，簡(jiǎn)稱ED。一般的激光器脈沖間的能量差異比較大，所以采用能量傳感器ED實(shí)時(shí)測(cè)量光束能量，進(jìn)而基于測(cè)量值對(duì)劑量進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋控制，如圖1所示。用能量傳感器ED進(jìn)行反饋控制劑量的方法是，用能量傳感器ED測(cè)量激光器出射的光強(qiáng)，其值乘以能量傳感器ED到硅平面光學(xué)系統(tǒng)的透過(guò)率，簡(jiǎn)稱為ED后透過(guò)率，將激光器出射的光強(qiáng)轉(zhuǎn)化為硅平面的光強(qiáng)。如果脈沖能量過(guò)高，則通過(guò)劑量控制器控制激光器降低下一個(gè)脈沖的控制高壓期望能量，反之則反，或者用同樣的方法控制掃描速度或曝光時(shí)間，這樣硅平面多個(gè)脈沖掃描曝光的曝光場(chǎng)內(nèi)劑量均勻性變好。該方法存在一個(gè)問(wèn)題，就是假設(shè)了能量傳感器ED后透過(guò)率為機(jī)器常數(shù)，在248nm 以前的光刻機(jī)中，能量傳感器ED后透過(guò)率隨時(shí)間的變化不大，劑量均勻性要求也不高，所以能量傳感器ED后透過(guò)率被當(dāng)作機(jī)器常數(shù)處理對(duì)整機(jī)性能影響不大，但是在193nm的光刻機(jī)中，由于材料的因素和其吸收率大，能量傳感器ED后透過(guò)率隨時(shí)間的變化較大，這種效應(yīng)嚴(yán)重影響劑量準(zhǔn)確性，即隨著時(shí)間的漂移，能量傳感器ED后透過(guò)率顯著變化，而能量傳感器ED無(wú)法監(jiān)測(cè)，仍然把它當(dāng)機(jī)器常數(shù)處理，從而使得曝光場(chǎng)之間，硅片之間和批次之間的劑量顯著漂移。如果每隔一段時(shí)間用點(diǎn)能量傳感器ESS測(cè)量硅片平面的能量，進(jìn)而校正能量傳感器ED漂移和ED后透過(guò)率，則需要頻繁測(cè)量，嚴(yán)重影響產(chǎn)率，而且兩次能量傳感器 ED測(cè)校的時(shí)間間隔內(nèi)，劑量的準(zhǔn)確性無(wú)法保證。因此，背景技術(shù)中有一個(gè)方案就是，建立模型預(yù)測(cè)能量傳感器ED后透過(guò)率的變化，用點(diǎn)能量傳感器ESS在硅平面測(cè)量，模擬不同曝光工況包括照明模式、激光頻率和曝光時(shí)間等進(jìn)行曝光，用能量傳感器ED和點(diǎn)能量傳感器ESS的測(cè)量值的比值來(lái)測(cè)校該模型的參數(shù)，然后通過(guò)該模型預(yù)測(cè)不同的照明模式、激光頻率和曝光時(shí)間下的ED后透過(guò)率的變化， 進(jìn)而利用預(yù)測(cè)的ED后透過(guò)率實(shí)時(shí)控制激光器的能量或工件臺(tái)的掃描速度，從而使得硅平面的劑量保持準(zhǔn)確。該方法有顯著的缺點(diǎn)，其一，能量傳感器ED后的光學(xué)系統(tǒng)十分復(fù)雜，包括勻光系統(tǒng)和物鏡等，難以建立正確的模型；其二，模型參數(shù)的測(cè)校中，不能把所有曝光工況都測(cè)試，這些測(cè)試耗費(fèi)大量時(shí)間，而且得到的模型參數(shù)和實(shí)際曝光的情況有些許差異；其三，就是兩次測(cè)校之間，系統(tǒng)的變化十分復(fù)雜，系統(tǒng)存在漂移，系統(tǒng)曝光時(shí)間的間隔不等，依靠一個(gè)前饋模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，其準(zhǔn)確性難以長(zhǎng)期保證
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種在曝光的同時(shí)能進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量劑量，從而不影響產(chǎn)率，同時(shí)，不需要復(fù)雜的透過(guò)率預(yù)測(cè)模型，簡(jiǎn)單換算后測(cè)量結(jié)果就為硅平面的準(zhǔn)確能量，通過(guò)該結(jié)果對(duì)曝光場(chǎng)之間進(jìn)行劑量控制，從而改善了劑量準(zhǔn)確性。本發(fā)明提出一種實(shí)時(shí)控制照明劑量的裝置，包括沿光軸依次設(shè)置的光源，照明系統(tǒng)，掩模臺(tái)，物鏡，工件臺(tái)，其中在照明系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置一第一光能量傳感器，實(shí)時(shí)測(cè)量光束能量；在工件臺(tái)設(shè)置一第二光能量傳感器，用來(lái)非曝光時(shí)候測(cè)量視場(chǎng)輪廓和劑量；其特征在于，在第一和第二光能量傳感器之間的光路中還具有一第三光能量傳感器，在曝光的同時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)量照明劑量。優(yōu)選地，所述第三光能量傳感器位于掩模臺(tái)掃描方向的軸線上，與掩模相鄰。優(yōu)選地，在物鏡光路最后一片鏡片前增加一分光鏡，所述第三光能量傳感器對(duì)分光鏡分出光束進(jìn)行測(cè)量。優(yōu)選地，在物鏡外遠(yuǎn)離焦面處設(shè)置分光鏡，所述第三光能量傳感器對(duì)分光鏡分出光束進(jìn)行測(cè)量。其中，所述分光鏡也可以是反射鏡或光纖。其中，所述光源為激光器或汞燈。本發(fā)明的裝置可以在曝光的同時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)量照明劑量，不影響產(chǎn)率，此外，該第三光能量傳感器在第一傳感器后方，不受第一光能量傳感器后和第三光能量傳感器前光學(xué)器件透過(guò)率變化的影響，因此，不需要第一光能量傳感器和第三光能量傳感器之間復(fù)雜的透過(guò)率預(yù)測(cè)模型，簡(jiǎn)單換算后測(cè)量結(jié)果就為硅平面的準(zhǔn)確能量，通過(guò)該結(jié)果對(duì)曝光場(chǎng)之間進(jìn)行照明劑量控制，從而改善了照明劑量準(zhǔn)確性。


附圖1為背景技術(shù)中光刻系統(tǒng)照明劑量控制裝置示意圖；附圖2為本發(fā)明光刻系統(tǒng)中實(shí)時(shí)控制照明劑量裝置第一實(shí)施例示意圖；附圖3為本發(fā)明光刻系統(tǒng)中實(shí)時(shí)控制照明劑量裝置第二實(shí)施例示意圖；附圖4為本發(fā)明光刻系統(tǒng)中實(shí)時(shí)控制照明劑量裝置第三實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施例。實(shí)施例1在背景技術(shù)闡述的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在光刻系統(tǒng)物鏡上方的掩模臺(tái)增加一個(gè)能量傳感器ED2，稱為第三光能量傳感器，背景技術(shù)中提到的點(diǎn)能量傳感器ESS和能量傳感器 ED，分別稱為第二光能量傳感器和第一光能量傳感器。如圖2，能量傳感器ED2安裝在掩模臺(tái)掃描方向中線上，在掩模的一側(cè)，與掩模相鄰。每次掃描曝光的時(shí)候，照明系統(tǒng)中同步掃描的可變狹縫打開(kāi)的時(shí)間更早，或關(guān)閉時(shí)間更晚，使得照明光在掃描掩模之前或之后也掃描了能量傳感器ED2 ；每次掃描到能量傳感器ED2，能量傳感器ED2測(cè)量脈沖的能量，將能量傳感器ED2測(cè)量的脈沖能量乘以掩模平均透過(guò)率和物鏡透過(guò)率，可以計(jì)算出硅平面的脈沖能量°實(shí)施例1進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和劑量控制的步驟如下
1.采用能量傳感器ED實(shí)時(shí)測(cè)量激光器的脈沖能量，記錄并換算為硅平面能量。2.曝光時(shí)候，采用能量傳感器ED所測(cè)硅平面能量乘以能量傳感器ED校正因子 (默認(rèn)為1)作為反饋值，采用移動(dòng)平均的算法控制激光脈沖能量。該方法就是，計(jì)算前若干脈沖的平均能量，如果和設(shè)定值有偏差，則下個(gè)脈沖能量設(shè)定值加上該偏差進(jìn)行補(bǔ)償。3.每次掃描曝光，都同步掃描能量傳感器ED2，記錄并換算為硅平面能量。4.如果發(fā)現(xiàn)同一個(gè)脈沖，能量傳感器ED2所測(cè)量獲得的硅平面能量和能量傳感器 ED所測(cè)量獲得的硅平面能量的比值和1的差超出一個(gè)閥值，比如正負(fù)1%，那么，在曝光下個(gè)場(chǎng)前，劑量控制器調(diào)整能量傳感器ED校正因子為該比值。5.如果發(fā)現(xiàn)同一個(gè)脈沖，能量傳感器ED2所測(cè)量獲得的硅平面能量和能量傳感器 ED所測(cè)量獲得的硅平面能量的比值和1的差超出另外一個(gè)閥值，比如正負(fù)2%，那么，在曝光下個(gè)場(chǎng)前，劑量控制器調(diào)整脈沖平均能量或脈沖頻率或掃描速度或可變衰減器，對(duì)曝光場(chǎng)能量進(jìn)行微調(diào)，從而保證曝光場(chǎng)能量不漂移。6.繼續(xù)曝光和實(shí)時(shí)測(cè)量。實(shí)施例2在背景技術(shù)闡述的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在光刻系統(tǒng)物鏡內(nèi)部增加一個(gè)能量傳感器 ED2，稱為第三光能量傳感器，背景技術(shù)中提到的點(diǎn)能量傳感器ESS和能量傳感器ED，分別稱為第二光能量傳感器和第一光能量傳感器。如圖3，能量傳感器ED2安裝在物鏡內(nèi)部最后鏡片上方一側(cè)，物鏡內(nèi)部有一個(gè)分光鏡，將物鏡內(nèi)部的衍射光反射到能量傳感器ED2上。因?yàn)榉止忡R只分解光瞳很小一部分的光，因此不影響成像，對(duì)像質(zhì)的影響很小。無(wú)論照明設(shè)置如何變化，掩模的衍射光始終能照射到分光鏡上，并且被分光鏡反射到能量傳感器ED2上。實(shí)施例2進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和劑量控制的步驟如下1.采用能量傳感器ED實(shí)時(shí)測(cè)量激光器的脈沖能量，記錄并換算為硅平面能量。2.曝光時(shí)候，采用能量傳感器ED所測(cè)硅平面能量乘以能量傳感器ED校正因子 (默認(rèn)為1)作為反饋值，采用移動(dòng)平均的算法控制激光脈沖能量。該方法就是，計(jì)算前若干脈沖的平均能量，如果和設(shè)定值有偏差，則下個(gè)脈沖能量設(shè)定值加上該偏差進(jìn)行補(bǔ)償。3.每個(gè)脈沖曝光，能量傳感器ED2都同步測(cè)量脈沖所照射的能量，并被記錄和換算為硅平面能量。4.如果發(fā)現(xiàn)同一個(gè)脈沖，ED2所測(cè)量獲得的硅平面能量和ED所測(cè)量獲得的硅平面能量的比值和1的差超出一個(gè)閥值，比如正負(fù)1%，那么，在曝光下一個(gè)脈沖或下一個(gè)場(chǎng)前， 劑量控制器調(diào)整能量傳感器ED校正因子為該比值。5.如果發(fā)現(xiàn)同一個(gè)脈沖，能量傳感器ED2所測(cè)量獲得的硅平面能量和能量傳感器 ED所測(cè)量獲得的硅平面能量的比值和1的差超出另外一個(gè)閥值，比如正負(fù)2%，那么，在曝光下個(gè)場(chǎng)或硅片前，劑量控制器調(diào)整脈沖平均能量或脈沖頻率或掃描速度或可變衰減器， 對(duì)曝光場(chǎng)能量進(jìn)行微調(diào)，從而保證劑量控制準(zhǔn)確性。6.繼續(xù)曝光和實(shí)時(shí)測(cè)量。實(shí)施例3在背景技術(shù)闡述的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在光刻系統(tǒng)物鏡下方遠(yuǎn)離焦面處增加一個(gè)能量傳感器ED2，稱為第三光能量傳感器，背景技術(shù)中提到的點(diǎn)能量傳感器ESS和能量傳感器ED，分別稱為第二光能量傳感器和第一光能量傳感器。如圖4，能量傳感器ED2安裝在物鏡內(nèi)部最后鏡片下方一側(cè)，物鏡下方遠(yuǎn)離焦面處有一個(gè)分光鏡，將物鏡下方的衍射光反射到能量傳感器ED2上。因?yàn)榉止忡R只分解遠(yuǎn)離焦面的光很小一部分的光，因此不影響成像， 對(duì)像質(zhì)的影響很小。無(wú)論照明設(shè)置如何變化，掩模的衍射光始終能照射到分光鏡上，并且能被分光鏡反射到能量傳感器ED2上。實(shí)施例3進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和劑量控制的步驟和實(shí)施例2相同。實(shí)施例1和2中，能量傳感器ED2可實(shí)時(shí)測(cè)量，不需要額外的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，因此， 不影響產(chǎn)率。實(shí)施例2和3，能量傳感器ED2在硅片的上方物鏡的下方，不僅可實(shí)時(shí)測(cè)量，還可以取消點(diǎn)能量傳感器ESS每過(guò)一段時(shí)間校正能量傳感器ED的漂移的過(guò)程，直接用能量傳感器ED2實(shí)時(shí)校正能量傳感器ED或直接校正劑量，從而節(jié)約了時(shí)間，提高了產(chǎn)率。實(shí)施例1和2和3，都減少了能量傳感器ED和點(diǎn)能量傳感器ESS之間光學(xué)器件透過(guò)率漂移對(duì)劑量準(zhǔn)確性的影響，因此起到了改善劑量準(zhǔn)確性的作用。需要說(shuō)明的是，實(shí)施例2和實(shí)施例3中，將分光鏡換為反射鏡或光纖，或直接用能量傳感器測(cè)量，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇。實(shí)施例1中，增加分光鏡或反射鏡或光纖，將能量傳輸給能量傳感器，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇。實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3中，光源從激光器更改為汞燈，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇。本說(shuō)明書(shū)中所述的只是本發(fā)明的幾種較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過(guò)邏輯分析、 推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光刻系統(tǒng)中實(shí)時(shí)控制照明劑量的裝置，包括沿光軸依次設(shè)置的光源，照明系統(tǒng)， 掩模臺(tái)，物鏡，工件臺(tái)，其中在照明系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置一第一光能量傳感器，實(shí)時(shí)測(cè)量光束能量； 在工件臺(tái)設(shè)置一第二光能量傳感器，用來(lái)非曝光時(shí)候測(cè)量視場(chǎng)輪廓和劑量；其特征在于，在第一和第二光能量傳感器之間的光路中還具有一第三光能量傳感器，在曝光的同時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)量照明劑量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻系統(tǒng)中實(shí)時(shí)控制劑量的裝置，其特征在于所述第三光能量傳感器位于掩模臺(tái)掃描方向軸線上，與掩模相鄰。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻系統(tǒng)中實(shí)時(shí)控制劑量的裝置，其特征在于在物鏡光路最后一片鏡片前增加一分光鏡，所述第三光能量傳感器對(duì)分光鏡分出光束進(jìn)行測(cè)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻系統(tǒng)中實(shí)時(shí)控制劑量的裝置，其特征在于在物鏡下方遠(yuǎn)離焦面處設(shè)置分光鏡，所述第三光能量傳感器對(duì)分光鏡分出光束進(jìn)行測(cè)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的光刻系統(tǒng)中實(shí)時(shí)控制劑量的裝置，其特征在于所述分光鏡也可以是反射鏡或光纖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻系統(tǒng)中實(shí)時(shí)控制劑量的裝置，其特征在于所述光源為激光器或汞燈。
全文摘要
本發(fā)明提出一種實(shí)時(shí)控制照明劑量的裝置，包括沿光軸依次設(shè)置的光源，照明系統(tǒng)，掩模臺(tái)，物鏡，工件臺(tái)，其中在照明系統(tǒng)內(nèi)部及工件臺(tái)分別設(shè)置有第一和第二光能量傳感器，對(duì)硅平面照明劑量進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋控制，其特征在于在第一和第二光能量傳感器之間的光路中還具有一第三光能量傳感器，在曝光的同時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)量照明劑量。本發(fā)明的裝置可以在曝光的同時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)量第一和第二光能量傳感器之間的光強(qiáng)，不影響產(chǎn)率，此外，該能量傳感器在第一和第二光能量傳感器之間，不受第一傳感器和第三傳感器之間光學(xué)器件透過(guò)率變化的影響，因此，不需要復(fù)雜的透過(guò)率預(yù)測(cè)模型，簡(jiǎn)單換算后測(cè)量結(jié)果就為硅平面的準(zhǔn)確能量，通過(guò)該測(cè)量結(jié)果對(duì)曝光場(chǎng)之間進(jìn)行劑量控制，從而改善了劑量準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G03F7/20GK102253602SQ201010177508
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者張俊 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司