專利名稱：一種光刻曝光劑量控制裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻裝置的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及光刻曝光劑量控制裝置及其方法。
背景技術(shù)：
光刻工藝技術(shù)是半導(dǎo)體生產(chǎn)過程中關(guān)鍵的 一個工藝環(huán)節(jié)，在光刻過程中， 投影到硅片表面的光刻劑量精度成為影響產(chǎn)品是否合格的關(guān)鍵因素之一。目前 光刻生產(chǎn)用到的準(zhǔn)分子激光器發(fā)射出的脈沖能量波動較大，如不加以控制，曝 光劑量精度達不到生產(chǎn)要求，最終會導(dǎo)致產(chǎn)品成為廢品。各光刻機廠家提供了 多種曝光劑量控制方法以保證劑量精度，盡量保證用戶使用高曝光劑量精度的
產(chǎn)品o
一種現(xiàn)有技術(shù)的情況(參見劉世元、吳小健于2006年發(fā)表于光學(xué)學(xué)報Vol. 26， No. 6，標(biāo)題為"深紫外準(zhǔn)分子激光實時曝光劑量控制算法研究"文章)，提 出了逐個脈沖控制方法。該方法的原理在于測試每個脈沖能量，根據(jù)實測值， 推算下一個脈沖的能量值，控制激光器根據(jù)推算值發(fā)射同等能量的脈沖。例如 實際需要的劑量50mJ/cm2，若單個脈沖能量為5mJ/cm2，共需要10個脈沖。但 是由于波動的原因?qū)崪y得到第一個脈沖能量僅為4.5 mJ/cm2，那么要求激光器在 下一個脈沖發(fā)射5.5 mJ/cm2,用以補償上一個脈沖。依此類推，直到最后一個脈 沖。
另一種現(xiàn)有^t支術(shù)的情況(參見美國發(fā)明專利，申請?zhí)朥S20040239907、 US2005070613)，提出雙光源與衰減器進行劑量控制，該方法對單脈沖能量進行 控制，采用閉環(huán)伺服控制，由于對每個脈沖都進行閉環(huán)控制，因此采用這種方 法可以得到非常高的控制精度。
上述曝光劑量控制方法主要集中在對激光器的控制上，即通過控制激光器 脈沖能量，以達到控制劑量的目的。但是上述方法都無法實時地改變曝光窗口中光強分布不均勻而對劑量精度造成的影響。
曝光狹縫內(nèi)的光強分布影響到劑量的精度，因此光刻機廠商會要求狹縫內(nèi) 光強分布達到一定要求，稱為照明均勻性指標(biāo)。但由于光學(xué)制造加工誤差以及 設(shè)備器件的物理性能限制，導(dǎo)致光強不可能絕對均勻，光強一般分布情況如圖1 所示，圖中X表示非掃描方向的物理坐標(biāo)，t表示允許的偏差。由于狹縫內(nèi)光強 分布并非絕對均勻，而正常工作時硅片勻速運動，所以光強較大的地方劑量就 大，光強較弱的地方劑量就小，因此導(dǎo)致硅片上的劑量分布不均。
本發(fā)明的目的在于提供一光刻曝光劑量控制裝置與方法，這種光刻曝光劑 量控制裝置可以提高曝光區(qū)域內(nèi)硅片表面的光刻劑量精度和重復(fù)性，克服由于 非掃描方向光強分布不均造成的系統(tǒng)偏差，并且能極大地抑制由于設(shè)備老化造 成的系統(tǒng)偏差。本光刻曝光劑量控制方法無需增加提高光學(xué)均勻性的光學(xué)元件， 同時也不需要提高現(xiàn)有光學(xué)照明均勻化元件的性能，即可實現(xiàn)劑量的精密控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出 一種光刻曝光劑量控制裝置與方法。光刻啄光劑量控制裝置包
括測量單元；控制單元以及承載單元。測量單元，用于實時測量光強分布， 并輸出實測信號。狹縫刀片組，耦接控制單元，接收控制信號，并依據(jù)控制信 號調(diào)整曝光區(qū)域大小。本發(fā)明提出的光刻曝光劑量控制裝置中，所迷裝置還包 括承載單元，耦接所述控制單元，接收所述控制信號，并依據(jù)所述控制信號調(diào) 整運動速度。
本發(fā)明提出的光刻曝光劑量控制裝置中，所述承載單元為掩模臺，用于承 載掩纟莫，并驅(qū)動所述掩纟莫運動。
本發(fā)明提出的光刻啄光劑量控制裝置中，所述承載單元為硅片臺，用于承 載硅片，并驅(qū)動所述硅片運動。
本發(fā)明提出的光刻曝光劑量控制裝置中，所述光強分布為光強分布輪廓。
本發(fā)明提出的光刻曝光劑量控制裝置中，所述裝置還包括激光器，用于提 供激光脈沖信號。
本發(fā)明提出的光刻曝光劑量控制裝置中，所述裝置還包括分光器，耦接所 述測量單元，用于分出部分的所述激光脈沖信號，并投影到所述測量單元進行測量。
本發(fā)明提出的光刻曝光劑量控制方法，包括以下步驟實時測量光強分布
并獲取實測信號；接收實測信號，依據(jù)實測信號，進行運算并獲取控制信號；
以及接收控制信號，并依據(jù)控制信號調(diào)整曝光區(qū)域大小，以及在掃描過程中，
啟動刀片組進行掃描運動。。
本發(fā)明提出的光刻曝光劑量控制方法中，所迷方法還包括接收所述控制信
號，并依據(jù)所迷控制信號調(diào)整運動速度。
本發(fā)明提出的光刻曝光劑量控制方法中，所述光強分布為光強分布輪廓。 本發(fā)明提出的光刻曝光劑量控制方法中，所迷方法還包括采集激光脈沖信號。
本發(fā)明提出的光刻曝光劑量控制方法中，所述方法還包括采集部分的所述 激光脈沖信號，進行投影以實時測量光強分布。
為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配 合附圖，作詳細說明如下。


固1所示為根據(jù)本發(fā)明實際光強分布圖。
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的光刻曝光劑量控制裝置的示意圖。 圖3所示為根據(jù)本發(fā)明又一實施例的光刻曝光劑量控制裝置的示意圖。 圖4所示為根椐本發(fā)明一實施例的光刻曝光劑量控制方法的流程圖 圖5所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的光強分布圖。 圖6所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的曝光區(qū)域示意圖。
具體實施例方式
為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。 圖2所示為才艮據(jù)本發(fā)明一實施例的光刻曝光劑量控制裝置的示意圖。本實
施例所提供的光刻曝光劑量控制裝置l包括測量單元IO,分光器20，控制單元
30,曝光形成單元40以及承載單元50。
測量單元IO用于實時測量光強分布，并輸出實測信號。在本實施例中，測量單元10為一光強探測器，在其它實施例中，測量單元10亦可為傳感器CCD 或其它類型的獲取光強分布的探測器。
如圖2所述，分光器20用以接收激光脈沖信號，耦4^測量單元10，且分出 部分的激光脈沖信號，并投影到測量單元IO進行測量?？刂茊卧?0耦接測量 單元IO,接收實測信號，進行運算并輸出控制信號。舉例來說，當(dāng)測量單元IO 獲取光強分布較強的實測信號時，控制單元30接收此實測信號，進行計算輸出 相對應(yīng)的高電位控制信號；當(dāng)測量單元IO獲取光強分布較弱的實測信號時，控 制單元30接收此實測信號，經(jīng)過運算以輸出相對應(yīng)的低電位控制信號。
上述曝光形成單元40耦接控制單元30，接收由控制單元30輸出的控制信 號，并依據(jù)控制信號調(diào)整曝光區(qū)域大小。在本實施例中，曝光形成單元40為狹 縫刀片組，在其他實施例中，曝光形成單元40亦可為光斥冊或其他等效物，本發(fā) 明并不對此做出限制。
圖2中的承載單元50耦接控制單元30，接收控制信號，并依據(jù)控制信號調(diào) 整運動速度。在本實施例中，承載單元50包括掩模臺501與硅片臺502。其中， 掩模臺501用于承載掩模，并驅(qū)動掩模運動。硅片臺502用于承載硅片，并驅(qū) 動硅片運動。
具體來說，當(dāng)掩模臺501與硅片臺502接收控制單元30輸出的高電位控制 信號時，掩模臺501與硅片臺502帶動掩模及硅片加快運動速度，相反，當(dāng)控 制單元30輸出低電位控制信號時掩模臺501與硅片臺502將減慢運動速度，這 樣，承載單元50在光強較強時加快運動速度，在光強較弱時減慢運動速度，使 掃描方向上的光強趨向均勻，消除由于光強分布不均對劑量造成的影響。
圖3所示為才艮據(jù)本發(fā)明又一實施例的光刻曝光劑量控制裝置的示意圖。圖3 中所示的光刻曝光劑量控制裝置與圖2所示的大部分相同，相同部分采用了相 同的標(biāo)號。
本實施例所提供的光刻曝光劑量控制裝置1是由一系列模塊組成反饋控制 閉環(huán)回路，包括激光器60,光束導(dǎo)向單元70,照明模式設(shè)置單元80,反射器 90,測量單元IO,分光器20，控制單元30，曝光形成單元40，掩模臺501，投 影物鏡110,硅片臺502。
其中，激光器60與光束導(dǎo)向單元70相互連接。激光器60作為工藝生產(chǎn)的
7光源設(shè)備，提供激光脈沖信號。光束導(dǎo)向單元70用于調(diào)節(jié)光束的位置和指向。 反射器90用于將光束反射到分光器20上。在其他實施例中，光刻曝光劑量控 制裝置l還可以包括光強勻化器(圖未示)，光強勻化器與分光器20相互連接， 用于將光強均勻化，4吏得一定面積中的光強保持均勻。
上述測量單元10和控制單元30相互連接，主要是用來測量由分光器20分 光出來的光強分布，并反饋脈沖能量信號于控制單元30?？刂茊卧?0主要用來 完成信號檢測，運算，以及發(fā)送控制信號，控制掩才莫臺501和硅片臺502的運 動。
圖3中的控制單元30采集測量單元10實時的光強信號，并根據(jù)光強輪廓 實時的調(diào)整曝光形成單元40，以形成與照明光強相符合的照明區(qū)域輪廓。在本 實施例中，曝光形成單元40為狹縫刀片組，控制單元30才艮據(jù)傳感器實測的光 強輪廓對狹縫刀片位置進行實時調(diào)整，形成不同的照明區(qū)域輪廓。
圖4為所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的光刻曝光劑量控制方法的流程圖，有 關(guān)詳細說明，敬請一并參照圖2。如圖4所示，流程步驟包括
步驟SIO，進ff曝光測試。
步驟S20,由測量單元10實時測量光強分布并獲取實測信號，圖5所示為 本實施例中的實際光強分布曲線。在本實施例中，光強分布為光強分布輪、郭。
步驟S30,藉由控制單元30接收實測信號，依據(jù)實測信號，進行運算并獲 取控制信號。
舉例來說，圖5所示光強分布曲線中，發(fā)現(xiàn)在該輪廓中間光強較強，其余 兩塊區(qū)域光強類似，因此劃分為三個曝光區(qū)域，《、&、 &。按照光刻機裝置組 戒單元對劑量造成的影響，實際劑量計算公式可由劑量公式"-f/(0^①細 化為
公式②中為為不同曝光區(qū)域單位時間的光強(mj/s/cm2) ， LsCa ,為不同曝 光區(qū)域掃描方向(Y向)的視場輪廓寬度(cm), ^，為掃描速度。
針對不同劑量精度的要求，，可以將整個曝光區(qū)域分為多個不同的區(qū)域s", 精度要求越高則n取值越大，即S-ts" n>=2。 才艮據(jù)光強的分布強弱設(shè)定區(qū)域值，得到
其中，S為任意區(qū)域值，4，為不同曝光區(qū)域掃描方向的長度，附為非掃 描方向?qū)?yīng)的寬度。
根據(jù)公式②和公式③，圖5中三個曝光區(qū)域，&、 &、 &，各區(qū)域的劑量相 等，且均為
D 二 /, *④ 一 r
'sc加
其中，^為區(qū)域內(nèi)的&光強。在這里，我們考慮曝光區(qū)域中光強的不均勻?qū)?致曝光實際的劑量不均勻的情況，如果需要達到更高精度的劑量，可以通過調(diào) 節(jié)啄光區(qū)域的面積達到，即使得曝光區(qū)域&'的個數(shù)根據(jù)精度要求增加或減少， 從而使整個曝光場的劑量可以得到良好的控制。
在本實施例中，控制單元30根據(jù)實測的視場光強輪廓計算不同Lyom,,進 而計算出狹縫刀片組需要圍成區(qū)域的長度和寬度，并輸出相對應(yīng)的控制信號。
步驟S40，接收所述控制信號,并依據(jù)所述控制信號調(diào)整和設(shè)置曝光區(qū)域的 個數(shù)和大小。
在本實施例中，狹縫刀片組接收控制單元30輸出的控制信號，驅(qū)動刀片圍
成3個區(qū)域S!， &， 如圖6所示。
步驟S50,接收所述控制信號，并依據(jù)所述控制信號調(diào)整硅片臺運動速度。 在本實施例中，掩模臺501與硅片臺502接收控制單元30輸出的控制信號，
在光強較強時加快運動速度，在光強較弱時減慢運動速度，使掃描方向上的光
強趨向均勻。
步驟60，完成本次計算，判斷是否結(jié)束整個流程，如果沒有結(jié)束則進入下 次曝光運算。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所 屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許 的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種光刻曝光劑量控制裝置，其特征是，包括測量單元，用于實時測量光強分布，并輸出實測信號；控制單元，耦接所述測量單元，接收所述實測信號，進行運算并輸出控制信號；以及狹縫刀片組，耦接所述控制單元，接收所述控制信號，并依據(jù)所述控制信號調(diào)整曝光區(qū)域大小。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻曝光劑量控制裝置，其特征在于，所述裝置 還包括承載單元，耦接所述控制單元，接收所述控制信號，并依據(jù)所述控制信 號調(diào)整運動速度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光刻曝光劑量控制裝置，其特征在于，所述承載 單元為掩沖莫臺，用于承載掩才莫，并驅(qū)動所述掩模運動。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光刻曝光劑量控制裝置，其特征在于，所述承載 單元為硅片臺，用于承載硅片，并驅(qū)動所述硅片運動。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻曝光劑量控制裝置，其特征在于，所述光強 分布為光強分布輪廓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻曝光劑量控制裝置，其特征在于，所述裝置 還包括激光器，用于提供激光脈沖信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光刻曝光劑量控制裝置，其特征在于，所述裝置 還包括分光器，耦接所迷測量單元，用于分出部分的所述激光脈沖信號，并投 影到所述測量單元進行測量。
8. —種光刻曝光劑量控制方法，其特征是，包括以下步驟 實時測量光強分布并獲取實測信號；接收所迷實測信號，依據(jù)所述實測信號，進行運算并獲取控制信號；以及接收所述控制信號，并依據(jù)所述控制信號調(diào)整曝光區(qū)域大小，以及在掃 描過程中，啟動刀片組進行掃描運動。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光刻曝光劑量控制方法，其特征在于，所述方法 還包括接收所述控制信號，并依據(jù)所迷控制信號調(diào)整運動速度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光刻曝光劑量控制方法，其特征在于，所述光強 分布為光強分布輪廓。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光刻曝光劑量控制方法，其特征在于，所述方法 還包括采集激光脈沖信號。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的光刻曝光劑量控制方法，其特征在于，所述方 法還包括采集部分的所述激光脈沖信號，進行投影以實時測量光強分布。
全文摘要
本發(fā)明提出一種光刻曝光劑量控制裝置與方法。光刻曝光劑量控制裝置包括測量單元；控制單元以及承載單元。測量單元，用于實時測量光強分布，并輸出實測信號?？刂茊卧?，耦接測量單元，接收實測實測信號，進行運算并輸出控制信號。狹縫刀片組，耦接控制單元，接收控制信號，并依據(jù)控制信號調(diào)整曝光區(qū)域大小。本發(fā)明的光刻曝光劑量控制裝置與方法可以提高曝光區(qū)域內(nèi)硅片表面的光刻劑量精度和重復(fù)性，克服由于非掃描方向光強分布不均造成的系統(tǒng)偏差，并且能極大地抑制由于設(shè)備老化造成的系統(tǒng)偏差。
文檔編號G03F7/20GK101561636SQ20091005154
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者文 徐, 潮 江, 聞 羅 申請人:上海微電子裝備有限公司