专利名称：离轴对准系统及其对准方法
技术领域：
本发明涉及一种硅片对准的处理装置，且特别涉及一种离轴对准系统，该 离轴对准系统的对准方法也一并涉及。
背景技术：
投影扫描式光刻机的目的就是把掩模上图形清晰、正确地成像在涂有光刻 胶的硅片上，离轴对准系统在光刻机中的作用就是确定硅片在曝光时的位置。
在美国专利US7332732B2描述离轴系统的布局和测量方法中，在工件台右 下方固定一块有离轴标记的基准板。首先通过扫描工件台基准板上的离轴标记 来捕获离轴光轴在工件台中的相对位置，然后再通过离轴系统扫描硅片上的标 记来建立硅片与工件台的关系。在这种结构和布局下的离轴系统在每次硅片对 准前都需要对基准标记进行扫描，确定离轴光轴的位置。
这种做法延长了整个对准的时间，影响了光刻机的产率。同时，在硅片标 记扫描时，离轴光轴随主框架振动而无法精确的确定，造成硅片对准的误差。
发明内容
本发明提出一种离轴对准系统及其对准方法，能够解决上述问题。 为了达到上述目的，本发明提供一种离轴对准系统，用来在光刻装置中确 定硅片与工件台的位置关系。离轴对准系统包括沿X向和Y向放置的激光干 涉仪系统；零位传感器，放置在工件台最大运动范围的边缘，用来当工件台移 动到最大运动范围时，对所述激光干涉仪进行初始化；离轴光学系统，侧面具 有与X、 Y轴分别垂直的两个离轴反射面；以及工件台侧面具有与X、 Y轴分别 垂直的两个工件台反射面，所述离轴反射面和所述工件台反射面用来反射所述 激光干涉仪系统发出的测量光束，来分别反映所述离轴光轴和所述工件台自身 的位置。可选的，还包括控制系统，用来对位置数据的通讯进行补偿，其包括 工件台位置测量数字信号处理(digital signal processing, DSP)板，用来处理工
件台位置测量翁:据；
离轴光轴位置测量DSP板，用来处理离轴光轴位置测量数据；
同步时钟控制板，时钟信号连接至工件台位置测量DSP板和离轴光轴位置
测量DSP板，用来提供统一的时钟信号至工件台位置测量DSP板和离轴光轴位
置测量DSP板；
离轴分系统控制系统，电气连接至所述离轴光轴位置测量DSP板； 工件台分系统控制系统，电气连接至所述工件台位置测量DSP板；以及 SUN工作站主控系统，电气连接至所述离轴分系统控制系统和所述工件台 分系统控制系统。
可选的，其中所述工件台位置测量DSP板与所述工件台分系统控制系统之 间、所述离轴光轴位置测量DSP板与所述离轴分系统控制系统之间，采用高速 通讯光纤来互相通讯，所述离轴分系统控制系统、所述工件台分系统控制系统 与所述SUN工作站主控系统之间采用工业以太网进行数据通讯。
本发明还提供一种使用权利要求1所述的离轴对准系统的对准方法，包括 以下步骤
驱动工件台至零位传感器位置时，初始化激光干涉仪系统的数值，并将上 述位置设置为离轴光轴初始位置；
在离轴对准过程中，上述激光干涉仪系统实时测量离轴光轴位置和工件台 位置；
利用上述离轴光轴位置补偿上述工件台位置得到工件台对准位置；以及 利用上述工件台对准位置参与硅片对准过程。
可选的，其中利用上述离轴光轴位置补偿上述工件台位置得到工件台对准 位置这一步骤，其公式为Lnew-L-(P1-P0),其中L歸为上述工件台对准位置， L为上述工件台位置，Pl为上述离轴光轴位置，PO为上述离轴光轴初始位置。
可选的，还包括以下步骤
计算工件台位置测量总延迟时间Tstage_t。tal;
计算离轴光轴位置测量总延迟时间ToA-t。ta!;把上述工件台位置测量总延迟时间Tstage-total、上述离轴光轴位置测量总延迟 时间ToA_total分别补偿到上述工件台位置测量DSP板、上述离轴光轴位置测量 DSP板中。
可选的，其中计算工件台位置测量总延迟时间这一步骤包括 工件台沿Y向正方向，以恒定的速度进行扫描曝光得到硅片上的一排位置 标记；
在X方向上移动工件台微小距离；
工件台沿Y向负方向，以同样恒定的速度进行扫描曝光得到硅片上的一排 位置标记；
离线测量石圭片上标记位置在Y向的偏差，统计得到正反向曝光标记位置的 Y向的平均偏差dy，根据曝光的速度v,就可以统计出工件台位置测量的总延 迟时间Tstage-total =dy/(2*v);
可选的，其中计算离轴光轴位置测量总延迟时间的步骤包括
计算离轴光轴位置测量软件延迟时间T0A.s。ft;
计算工件台位置测量软件延迟时间Tstage.s。ft;
计算工件台位置测量硬件延迟时间Tstage_hard= Tstage_totai -Tstage-S。ft;以及 计算离轴光轴位置测量总延迟时间T0A.total= Tstage.hard+T0A.s。ft。 本发明通过在离轴对准系统中加入激光干涉仪来准确的测量出离轴光轴位 置的实时变化，能够实时检测离轴对准系统中离轴光轴的偏移，保证了硅片对 准的精度。另外，激光干涉仪的加入也改进了对准过程，不需要再进行工件台 基准板上的标记扫描。
图1所示为本发明较佳实施例中具有离轴对准系统的光刻装置结构示意图； 图2所示为本发明较佳实施例中离轴对准系统的控制系统方块图； 图3所示为本发明较佳实施例中的位置测量算法流程图。
具体实施例方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图示说明如下。图1所示为本发明较佳实施例中具有离轴对准系统的光刻装置结构示意图。 本发明通过激光干涉仪实时监测离轴光轴在^"准时刻的相对变化，并补偿 到硅片标记扫描位置上，建立起硅片和工件台坐标间的关系，快速实现硅片对
准。包括离轴测量系统的结构布局、测量系统的误差校正、补偿算法和离轴 系统对准算法三个部分。
图1所示的具有离轴对准系统的光刻装置包括投影物镜l、硅片2、工件 台3、离轴光学系统4、工件台反射面、X、 Y向激光干涉仪系统、工件台零位 传感器11。其中，离轴光学系统还包括离轴反射面和透射孔6。图1中仅描绘 出了 Y向离轴反射面5、 Y向工件台反射面IO和激光干涉仪系统中的X向激光 干涉仪9。 X向激光干涉仪9发出第一测量光束7到上述Y向工件台反射面10 上，发出第二测量光束8到上述Y向离轴反射面5上。
硅片2放置在工件台3上，投影物镜1用来实现对硅片的对准和曝光。 离轴光学系统4的作用是产生离轴对准光源并对离轴对准光源进行聚焦， 它包括激光器和镜片等部件。透射孔6用来透射离轴光学系统4产生的离轴对 准光源。离轴光学系统4在本实施例中作为一个整体来运作，其具体结构在此 不再赘述。
激光干涉仪是以激光波长为已知长度，利用迈克耳逊干涉系统测量位移的 通用长度测量工具。本实施例在离轴对准系统中加入X、 Y向激光干涉仪，用 来分别沿X向和Y向测量工件台3和离轴光学系统4光轴的位置。图1中仅描 绘出了 X向激光干涉仪9，本领域中具有通常知识者根据上述描述和图1能够 得知Y向激光干涉仪的位置和其测量光束的方向。
以下以X向激光干涉仪9为例进行说明，X向激光干涉仪9发出第一测量 光束7、第二测量光束8分别用来测量工件台、离轴光学系统4的光轴即离轴光 轴的位置。
工件台3侧面包括与X、 Y轴分别垂直的两个工件台反射面，即Y向工件 台反射面IO和X向工件台反射面(图中未示)，离轴光学系统4侧面镀锌或其 他材料形成与X、 Y轴分别垂直的两个离轴反射面，即Y向反射面5和X向反 射面(图中未示)。Y向工件台反射面10和Y向离轴反射面5分别反射第一测 量光束7、第二测量光束8至X向激光干涉仪9中，以反映自身的X向位置。Y向激光干涉仪的作用类似与X向激光干涉仪，用来测量工件台3和离轴 光轴的Y向位置。
零位传感器ll位于工件台最大运动范围的边缘，用来对位置测量进行初始 化。当工件台3按着指令移动到零位传感器11处，可以强制性设置工件台的位 置(X， Y, Z, Rx, Ry和Rz)和离轴光轴的水平位置为初始状态，即激光干 涉仪测量数值清零，以达到测量前激光干涉仪的初始化。
图2所示为本发明较佳实施例中离轴对准系统的控制系统方块图。
离轴对准系统的控制系统包括同步时钟控制板12、工件台位置测量数字 信号处理(digital signal processing, DSP)板13、离轴光轴位置测量DSP板14、离 轴分系统控制系统16、工件台分系统控制系统17和SUN工作站主控系统18。 工件台位置测量DSP板13与工件台分系统控制系统17之间、离轴光轴位置测 量DSP板14与离轴分系统控制系统16之间，可以采用高速通讯光纤15来互相 通讯。离轴分系统控制系统16、工件台分系统控制系统17与SUN工作站主控 系统18之间可以采用工业以太网19进行数据通讯。
离轴对准系统的控制系统用来同步工件台3和离轴光学系统光轴位置的测 量和各种算法的实现，分为三个等级，激光干涉仪信号处理的DSP板、分系统 控制系统和SUN工作站系统，
同步时钟控制板12提供统一的时钟信号，协调不同的分系统间进行多个位 置的同步测量，它连接到各个DSP板13、 14和分系统控制系统16、 17。
工件台位置测量DSP板13的作用就是对工作台3六自由的位置进行测量， 并进行测量延时补偿和位置数据的通讯。
离轴光轴位置测量DSP板14的作用就是对离轴系统水平向位置进行测量， 并进行测量延时补偿和位置数据的通讯。
离轴分系统控制系统16和工件台分系统控制系统17使用实时操作系统， 在本实施例中主要的作用就是进行位置数据的通讯和分系统间同步补偿。补偿 后的扫描位置，通讯到SUN工作站18处理，实现硅片对准算法。
因为本实施例增加了 X、 Y向激光干涉仪系统，所以在技术方案上，延伸 出如下问题1.对激光干涉仪测量延时的补偿问题。2.激光干涉仪测量离轴光 轴变化的补偿问题。图3所示为本发明较佳实施例中的位置测量算法流程图。 针对测量延时的补偿，本实施例提供以下方案。
应用DSP板进行位置测量时有延时误差，可分为两个部分激光干涉仪测 量系统的硬件系统延时和处理测量信号的软件延时。因为激光干涉仪测量位置 采用的相同的硬件，所以可以认为硬件延时是一致的。软件方面，对测量对象 补偿算法不同，故分系统间的软件延时不同。对位置测量延时参数的校正步骤 如下
1, 工件台沿Y向正方向，以恒定的速度进行扫描曝光得到硅片2上的一 排位置标记；
2，在X方向上移动工件台2个标记宽度的距离；
3, 工件台沿Y向负方向，以同样恒定的速度进行扫描曝光得到硅片2上 的一排位置标记；
4, 重复上面1-3步骤10次(步骤S20)，以减少随机误差；
5, 离线测量硅片上标记位置在Y向的偏差，统计得到正反向曝光标记位 置的Y向的平均偏差dy (步骤S21)，根据曝光的速度v，就可以统计出工件台 激光干涉仪信号处理系统测量位置的延迟时间Tstage.t。tardy/(2 )(步骤S22);
对同一位置进行两次相反的扫描曝光，两个标记间的位置应该在同一位置 的，但是，由于测量的延时，造成这两标记的曝光不在同一位置，引起了位置 的偏差dy。所以，这个位置偏差dy包含两个部分正向扫描位置偏差和负向扫 描的位置偏差，我们可以认为对于位置测量的延时是一样的，所以，时间=路程 /速度。如上述公式，得到工件台位置测量总延迟时间Tstage.total。
6, 通过分析DSP指令执行时间和条数，可以确定DSP算法运算的位置 测量软件延迟时间1^辟-滅(步骤S23);
7，通过5和6步骤，可以求出工件台位置测量DSP板的硬件延时时间
Tstage-hard= Tstage-t0tal _Tstage_soft (步膝S25);
8, 通过分析测量离轴光轴水平向的DSP软件算法指令和条数，可得到软 件延迟时间ToA-s础(步骤S24);
9, 由于工件台位置测量DSP板与离轴光轴位置测量DSP板的硬件相同， 这样，通过7和8步骤，分析出测量离轴光轴测量位置的延迟时间T0A.total=Tstage-hard+T。A-soft(步骤S26);
10， 把校正得到不同分系统位置测量延时时间补偿到离轴对准系统、工件
台位置测量DSP板中(步骤S27)(步骤S28);
由于在对准过程中，光刻装置会产生震动，因此，离轴光轴可能会因为震 动而造成偏移。针对扫描硅片标记的位置校正和补偿，本实施例提出以下方案
1,在开启光刻机或光刻机处于测校模式下时，控制工件台3运动到工件台 零位传感器11处，记录离轴光轴的初始水平位置P0 (步骤S29);
2，对扫描^f圭片标记进行对准时，实时测量工件台水平位置L和离轴光轴的 水平位置Pl,所以，补偿后的工件台对准位置为Lnew-L- (P1-P0)(步骤S30);
3，补偿后的工件台对准位置参与硅片对准过程(步骤S31);
硅片对准过程(步骤S31)的算法具体包括以下步骤
1,在开启光刻机或光刻机出于测校模式下时，工件台3被驱动到零位传感 器11位置，此时初始化激光干涉仪9的数值，并作为离轴光轴初始位置；
2,.在光刻机上载新硅片后，进行离轴对准；
3，采用激光干涉仪9测量工件台3和离轴光轴的位置时，在DSP板测量位 置时进行测量延时补偿；
4，在扫描硅片标记位置时，在分系统控制系统中进行扫描位置算法的补偿；
5,重复3和4步，得到一系列硅片标记的扫描位置；
6，利用最小二乘法，求得工件台3和硅片2的坐标间的位置关系，实现硅 片的快速对准。
本发明通过在离轴对准系统中加入激光干涉仪来准确的测量出离轴光轴位 置的实时变化，能够实时检测离轴对准系统中离轴光轴的偏移，保证了硅片对 准的精度。另外，激光干涉仪的加入也改进了对准过程，不需要再进行工件台 基准板上的标记扫描。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明 所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各 种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1. 一种离轴对准系统，用于光刻装置中确定硅片与工件台的位置关系，其特征在于，离轴对准系统包括激光干涉仪系统，分别测量工件台和离轴光轴的X、Y向位置；零位传感器，放置在工件台最大运动范围的边缘，提供所述激光干涉仪初始化信号；离轴光学系统，侧面具有与X、Y轴分别垂直的两个离轴反射面；以及位于工件台侧面与X、Y轴分别垂直的两个工件台反射面，所述离轴反射面和所述工件台反射面用来反射所述激光干涉仪系统发出的测量光束，以确定所述离轴光轴和所述工件台的位置。
2. 根据权利要求1所述的离轴对准系统，其特征在于，还包括控制系统， 用来对位置数据的通讯进行补偿，其包括工件台位置测量数字信号处理(digital signal processing, DSP)板，用来处理工件台位置测量数据；离轴光轴位置测量DSP板，用来处理离轴光轴位置测量数据；同步时钟控制板，时钟信号连接至工件台位置测量DSP板和离轴光轴位置测量DSP板，用来提供统一的时钟信号至工件台位置测量DSP板和离轴光轴位置测量DSP板；离轴分系统控制系统，电气连接至所述离轴光轴位置测量DSP板； 工件台分系统控制系统，电气连接至所述工件台位置测量DSP板；以及 SUN工作站主控系统，电气连接至所述离轴分系统控制系统和所述工件台 分系统控制系统。
3. 根据权利要求2所述的离轴对准系统，其特征在于，其中所述工件台位 置测量DSP板与所述工件台分系统控制系统之间、所述离轴光轴位置测量DSP 板与所述离轴分系统控制系统之间，采用高速通讯光纤来互相通讯，所述离轴 分系统控制系统、所述工件台分系统控制系统与所述SUN工作站主控系统之间 采用工业以太网进行数据通讯。
4. 一种使用权利要求1所述的离轴对准系统的对准方法，其特征在于，包括以下步骤驱动工件台至零位传感器位置时，初始化激光干涉仪系统的数值，并将上 述位置设置为离轴光轴初始位置；进行离轴对准，上述激光干涉仪系统实时测量离轴光轴位置和工件台位置；利用实时测量得到的上述离轴光轴位置补偿上述工件台位置得到工件台对 准位置；以及利用上述工件台对准位置参与硅片对准过程。
5. 根据权利要求4所述的对准方法，其特征在于，其中利用上述离轴光轴 位置补偿上述工件台位置得到工件台对准位置这一步骤，其公式为Lnew=L-(P1-P0)，其中Lnew为上述工件台对准位置，L为上述工件台位置，Pl为上述 离轴光轴位置，PO为上述离轴光轴初始位置。
6、 根据权利要求4所述的对准方法，应用该对准方法的离轴对准系统还包括工件台位置测量数字信号处理(digital signal processing, DSP)板，用来处理工件台位置测量数据；离轴光轴位置测量DSP板，用来处理离轴光轴位置测量数据；同步时钟控制板，时钟信号连接至工件台位置测量DSP板和离轴光轴位置测量DSP板，用来提供统一的时钟信号至工件台位置测量DSP板和离轴光轴位置测量DSP板；离轴分系统控制系统，电气连接至所述离轴光轴位置测量DSP板； 工件台分系统控制系统，电气连接至所述工件台位置测量DSP板；以及 SUN工作站主控系统，电气连接至所述离轴分系统控制系统和所述工件台 分系统控制系统；其特征在于，还包括以下步骤 计算工件台位置测量总延迟时间Tstage.total; 计算离轴光轴位置测量总延迟时间T0A.t。tal;把上述工件台位置测量总延迟时间Tstage.total、上述离轴光轴位置测量总延迟 时间ToA-t。ta！分别补偿到上述工件台位置测量DSP板、上述离轴光轴位置测量 DSP板中。
7. 根据权利要求6所述的对准方法，其特征在于，其中计算工件台位置测 量总延迟时间这一步骤包括工件台沿Y向正方向，以恒定的速度进行扫描曝光得到硅片上的一排位置 标记；在X方向上移动工件台一定的距离；工件台沿Y向负方向，以同样恒定的速度进行扫描曝光得到硅片上的一排 4立置才示^己;离线测量硅片上标记位置在Y向的偏差，统计得到正反向曝光标记位置的 Y向的平均偏差dy,根据曝光的速度v，就可以统计出工件台位置测量的总延 迟时间Tstage-total =dy/(2*v)。
8. 根据权利要求6所述的对准方法，其特征在于，其中计算离轴光轴位置 测量总延迟时间这一步骤包括计算离轴光轴位置测量软件延迟时间TOA.s。ft;计算工件台位置测量软件延迟时间Tstage."计算工件台位置测量硬件延迟时间T一e插d-Tstage_total-Tstage.s。ft;以及 计算离轴光轴位置测量总延迟时间ToA.total= Tstage_hard+TOA-soft-
全文摘要
本发明提供一种离轴对准系统，用于光刻装置确定硅片与工件台的位置关系。离轴对准系统包括沿X向和Y向放置激光干涉仪，测量离轴光轴和工件台的位置；零位传感器，放置在工件台最大运动范围的边缘，提供激光干涉仪初始化信号；离轴光学系统和其侧面的两个离轴反射面，与X、Y向分别垂直；以及工件台侧面两个工件台反射面，与X、Y轴分别垂直，所述离轴反射面和所述工件台反射面用来反射所述激光干涉仪发出的测量光束。本发明提供的离轴对准系统中加入激光干涉仪，能够实时检测离轴对准系统中离轴光轴的偏移，保证了硅片对准的精度。
文档编号G03F9/00GK101533231SQ20091004864
公开日2009年9月16日 申请日期2009年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者刚 孙, 立 方 申请人:上海微电子装备有限公司