具有旋转交换双工件台的光刻装置的曝光方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造光刻设备技术领域，特别是涉及一种具有旋转交换双工件台的光刻装置的曝光方法。

背景技术

为了提高产能，现有的光刻机一般是采用如同荷兰ASML公司的双工件台技术，或者是采用日本Nikon公司的串列工件台技术。

荷兰ASML公司的双工件台光刻机在测量工位和曝光工位上各设有一个工件台，每个工件台上分别放置一个硅片，位于测量工位上的硅片进行坐标对准和调平的同时，位于曝光工位上的硅片进行掩模版对准并曝光；之后，两个工件台通过水平移动方式交换工位，然后，交换到测量工位上的经过曝光后的硅片进行坐标对准和调平，同时，交换到曝光工位上的经过坐标对准和调平的硅片进行掩模版对准并曝光。所述水平移动方式使得经过曝光的硅片经历两次坐标对准和调平，节拍较慢。

日本Nikon公司的串列工件台光刻机设置一个工件台和一个测量台。其中，在工件台上进行硅片的上下片和预对准；测量台先后移动至曝光工位和对准工位，完成掩模版对准。然后，对工件台上的硅片进行对准和调平，之后，对硅片进行曝光，所述串列工件台的曝光工位和对准工位为单独作业，节拍更慢。

因此，提高双工件台的运行效率是目前光刻机技术发展的目标之一，换台效率对双工件台的运行效率以及光刻机产率产生直接影响，有必要减少曝光之外的待机时间，以进一步提高产能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供具有旋转交换双工件台的光刻装置的曝光方法。

为实现上述目的，本发明提供一种具有旋转交换双工件台的光刻装置的曝光方法，所述光刻装置包括曝光单元，所述曝光单元包括测量工位和曝光工位，双工件台包括对应分设于所述测量工位和所述曝光工位下方的第一及第二工件台，所述第一及第二工件台分设于旋转部两侧，且对称设置，所述旋转部带动所述第一及第二工件台相对于所述旋转部旋转；所述测量工位执行步骤包括第一测量步骤和第二测量步骤；所述曝光工位执行步骤包括第一曝光步骤和第二曝光步骤；其中，所述第一测量步骤包括测量所述待处理晶圆相对于第一或第二工件台的位置和方向；所述第二测量步骤包括测量所述待处理晶圆的形变量；所述第一曝光步骤包括曝光前准备、所述第一或第二工件台的对准；所述第二曝光步骤包括对所述待处理晶圆执行曝光工艺；所述第一及第二工件台并行作业，同步执行所述第一测量步骤与所述第一曝光步骤；或，同步执行所述第二测量步骤与所述第二曝光步骤。

优选地，所述测量工位顶部设有测量支架，所述测量支架上设有相对的两个调平传感器、以及位于所述调平传感器之间的硅片对准传感器；所述调平传感器垂直向下面向所述待处理晶圆的外缘，所述硅片对准传感器垂直向下面向所述待处理晶圆的圆心。

优选地，所述第一及第二工件台上分别设有测控片，所述测控片位于所述第一及第二工件台的外缘；所述测控片还设于所述旋转部上；所述测控片上设有第一相位移光栅和第二相位移光栅。

优选地，所述第一及第二工件台的上方分设有3个零位干涉仪，所述零位干涉仪沿所述待处理晶圆周边设置；所述待处理晶圆上设有对准标记；光掩模上设有掩模基准光栅，所述光掩模设置在掩模平台上，所述掩模平台上还设有能量传感器和第一基准光栅，所述能量传感器分设于所述光掩模的两侧，所述第一基准光栅设于所述光掩模的上侧，所述光掩模的下侧自上而下还分设有第二基准光栅、第三基准光栅和第四基准光栅。

优选地，所述第一或第二工件台的对准包括工件台初始零位对准、以及工件台精对位；所述工件台初始零位对准通过所述零位干涉仪获得所述待处理晶圆的初始位置；所述工件台精对位包括所述第一基准光栅对准所述第一相位移光栅，所述第二基准光栅对准所述第二相位移光栅。

优选地，在工件台初始零位对准之后，所述第一曝光步骤还包括镜面像差测量，通过所述第三基准光栅调整曝光工艺中的像差参数。

优选地，所述第一或第二工件台的对准之后，所述第一曝光步骤还包括曝光能量修正，所述曝光能量修正通过所述第四基准光栅测量曝光工艺中已曝光晶圆的曝光狭缝均匀性，并校准待处理晶圆的曝光狭缝均匀性。

优选地，在所述第一曝光步骤之前，所述曝光工位执行步骤还包括曝光能量校准步骤，且在所述旋转部带动所述第一及第二工件台相对于所述旋转部旋转的过程中执行所述曝光能量校准步骤。

优选地，所述第一及第二工件台上还设有掩模测量光栅；所述曝光能量校准步骤通过所述掩模基准光栅、掩模测量光栅和所述能量传感器，设定曝光工艺中的光源功率。

优选地，所述光刻装置还包括传送单元，所述传送单元用于传送所述第一或第二工件台上已曝光晶圆至后工位；或，自前工位传送待处理晶圆至所述第一或第二工件台，并定位所述待处理晶圆以及生成定位参数。

从上述技术方案可以看出，本发明提供一种具有旋转交换双工件台的光刻装置的曝光方法，通过第一及第二工件台并行作业，同步执行所述第一测量步骤与所述第一曝光步骤；或，同步执行所述第二测量步骤与所述第二曝光步骤，提高曝光精度及优化产能瓶颈。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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他的附图。

图1为本发明实施例的测量支架、第一及第二工件台的示意图；

图2为本发明实施例的第一及第二工件台的示意图；

图3为本发明实施例的光掩模平台的示意图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面进一步结合附图进行说明，图1为本发明实施例的测量支架、第一及第二工件台的示意图；图2为本发明实施例的第一及第二工件台的示意图；图3为本发明实施例的光掩模平台的示意图。

本发明的光刻装置包括传送单元和曝光单元。所述传送单元用于传送所述第一或第二工件台上已曝光晶圆至后工位；或，自前工位传送待处理晶圆至所述第一或第二工件台，并定位所述待处理晶圆以及生成定位参数。所述传送单元包括电机械手臂，本实施例中，所述曝光单元与显影单元相连接，所述传送单元位于所述曝光单元与所述显影单元之间，所述电机械手臂用于传送所述第一或第二工件台上已曝光晶圆至所述显影单元的待显影工位，或自所述显影单元的待光刻工位传送待处理晶圆至所述第一或第二工件台。所述电机械手臂由无刷永磁伺服电机及闭环控制电路控制，且具有两个以上的自由度，所述电机械手臂防止因测量或曝光时间过长，传输信号滞后及中断而造成的待处理晶圆积压或等待时间过长。在另一实施例中，所述已曝光晶圆经所述传送单元再次传送至所述第一或第二工件台进行再次曝光处理，具体前工位和后工位依生产实际情况而定，在此不做限定。

所述曝光单元包括测量工位和曝光工位，双工件台包括对应分设于所述测量工位和所述曝光工位下方的第一及第二工件台，所述第一及第二工件台分设于旋转部两侧，且对称设置。所述旋转部带动所述第一及第二工件台相对于所述旋转部旋转。在另一实施例中，所述第一及第二工件台(短程平台)共同设置在一个旋转平台(长程平台)的两端上。旋转平台可通过水平旋转，带动所述第一及第二工件台在测量工位和曝光工位之间交换位置。所述第一及第二工件台上分别均设有测控片，所述测控片位于所述第一及第二工件台的外缘，所述测控片上设有第一相位移光栅和第二相位移光栅。

如图1所示，发明实施例的分设在左侧的第一工件台1和右侧的第二工件台2，中间是连接所述第一工件台1和第二工件台2的旋转部，在所述第一工件台1的左右两侧，以及所述第二工件台2的右侧分设有测控片，其中，位于所述第一工件台1的右侧的测控片设在所述旋转部上。本实施例中，以第一工件台1对于测量工位，第二工件台2对应曝光工位进行说明，所述第一及第二工件台在完成针对各自放置的待处理晶圆的操作后，通过作相对水平旋转，实现在所述测量工位和所述曝光工位之间的位置交换，在此不做限定。

所述测量工位顶部设有测量支架，所述测量支架上设有相对的两个调平传感器、以及位于所述调平传感器之间的硅片对准传感器；所述调平传感器垂直向下面向第一工件台1上的待处理晶圆的外缘、硅片对准传感器垂直向下面向所述待处理晶圆的圆心。通过所述调平传感器对应量测所述测控片，获得所述第一或第二工件台相对于所述测量支架的垂直距离；通过所述硅片对准传感器量测所述测控片，获得所述第一或第二工件台相对于所述测量支架的水平方向的位置。

所述第一及第二工件台的上方分别均设有3个零位干涉仪，所述零位干涉仪沿所述待处理晶圆周边设置。

如图2所示，在所述第一及第二工件台的外缘的两个边角上方的分设有两个零位干涉仪，在与旋转部相连的内缘的一个边角上方设有第三个零位干涉仪，所述第三个零位干涉仪可设置在与所述旋转部相连的内缘的两个边角中的任意一个边角的上方。所述第一及第二工件台上分别均设有掩模测量光栅，所述掩模测量光栅用于对应掩膜平台上的光掩模上的掩模基准光栅，从而实现曝光对准，本实施例中，在所述第一及第二工件台的一侧的零位干涉仪与所述待处理晶圆之间设有掩模测量光栅，所述掩模测量光栅包括小孔光强传感器和曝光缝传感器测量光栅中的一种或两种组合。如图2所示，在所述第一及第二工件台的一侧的零位干涉仪与所述待处理晶圆之间还设有透射图像传感器测量光栅。在本实施例中，所述旋转部上设有光瞳像差传感器测量光栅，如图2所示，所述光瞳像差传感器测量光栅设于邻近所述第三个零位干涉仪的一侧，用于所述旋转部的对准。

光掩模上设有掩模基准光栅，所述掩模基准光栅用于对准所述测控片，以使得光掩模平台相对所述第一或第二工件台粗定位。所述光掩模设置在掩模平台上，所述掩模平台上还设有能量传感器和第一基准光栅，所述能量传感器分设于所述光掩模的两侧，所述第一基准光栅设于所述光掩模的上侧，所述光掩模的下侧自上而下还分设有第二基准光栅、第三基准光栅和第四基准光栅。

如图3所示，光掩模通过静电吸附在所述掩模平台上，位于所述光掩模左右两侧各分设有能量传感器，位于所述光掩模的上部设有第一基准光栅，所述光掩模平台自上而下分设有第二基准光栅、第三基准光栅和第四基准光栅，本实施例中，如图3所示，所述第二基准光栅包括TIS基准光栅2，所述第三基准光栅包括成像基准光栅，所述第四基准光栅包括光斑及狭缝基准光栅。其中，所述第二基准光栅与所述第一基准光栅共同工作，用于所述第一及第二工件台与所述光掩模之间的对位。所述第三基准光栅用于量测镜面像差；所述第四基准光栅用于曝光工艺中的能量控制。

以上仅仅是示意性地描述本发明的实施例，本发明并非以此为限。下面结合具体地实施例，对本发明的具有旋转交换双工件台的光刻装置的曝光方法进行说明。

通过传送单元自前工位传送并定位待处理晶圆，且生成定位参数。

在本实施例中，所述传送单元包括大气传送单元和真空传送单元，通过在所述大气传送单元和真空传送单元分设有两个自由度以上的电机械手臂进行待处理晶圆或已曝光晶圆的传送。待处理晶圆先经过所述大气传送单元，然后传送至真空传送单元，再经所述电机械手臂传送至曝光单元的测量工位。

所述测量工位执行步骤包括第一测量步骤和第二测量步骤。

首先，第一待处理晶圆经所述电机械手臂传送至曝光单元的测量工位，在第一或第二工件台上执行第一测量步骤。

所述第一测量步骤包括测量所述待处理晶圆相对于第一或第二工件台的位置和方向；所述第二测量步骤包括测量所述待处理晶圆的形变量。

具体地，根据所述第一待处理晶圆在所述传送单元的第一定位信息，对所述第一待处理晶圆进行第一预对准，通过所述第一或第二工件台上的零位干涉仪测量所述第一待处理晶圆的初始位置；通过所述调平传感器测量所述第一或第二工件台上的测控片，获得所述第一或第二工件台相对于测量支架的垂直距离；通过所述硅片对准传感器测量所述第一或第二工件台上的测控片，获得所述第一工件台相对于测量支架的水平方向位置。

然后，对所述第一待处理晶圆进行粗高度定位和粗对位。

具体地，调平传感器测量第一待处理晶圆的边缘非调平区域。以初定位硅片平面，在焦平面上进行对准扫描以确定第一待处理晶圆的高度；所述第一待处理晶圆上设有对准标记，通过硅片对准传感器测量所述对准标记，初步确定硅片旋转角度，为后续精对准做准备。

然后，对所述第一待处理晶圆执行第二测量步骤，所述第二测量步骤包括测量所述待处理晶圆的形变量。

具体地，所述第二测量步骤测量所述第一待处理晶圆的表面平整度，所述第一待处理晶圆在调平传感器下方步进平移，从而测量所述第一待处理晶圆相对于第一或第二工件台的垂直高度。

完成所述第二测量步骤之后，旋转部带动所述第一及第二工件台旋转，所述第一或第二工件台从测量工位旋转至曝光工位。同时，传送单元传送第二待处理晶圆至空载的第二或第一工件台上，所述第二待处理晶圆在测量工位执行第一测量步骤和第二测量步骤，所述第二待处理晶圆在测量工位的步骤与所述第一待处理晶圆在测量工位的步骤相同，在此不做赘述。在本实施例中，所述旋转部上方设有柱形光栅尺，通过对应所述柱形光栅尺设置的旋转磁浮电机带动所述第一及第二工件台在测量工位和曝光工位之间的切换。

所述第一待处理晶圆在所述第一或第二工件台上，经旋转后位于曝光工位，执行第一曝光步骤和第二曝光步骤。所述第一曝光步骤包括曝光前准备、所述第一或第二工件台的对准；所述第二曝光步骤包括对所述待处理晶圆执行曝光工艺。

本实施例中，在所述第一曝光步骤之前，所述曝光工位执行步骤还包括曝光能量校准步骤，且在所述旋转部带动所述第一及第二工件台相对于所述旋转部旋转的过程中执行所述曝光能量校准步骤。所述第一及第二工件台上还设有掩模测量光栅；所述曝光能量校准步骤通过所述掩模基准光栅、掩模测量光栅和所述能量传感器，设定曝光工艺中的光源功率。

具体地，光掩模上设有掩模基准光栅，由光掩模上的掩模基准光栅及第一或第二工件台上的掩模测量光栅及位于光掩模平台上的两个能量传感器共同作用完成。本实施例中，所述掩模测量光栅包括小孔光强传感器和曝光缝传感器测量光栅，通过测量曝光缝边缘以获得已曝光晶圆在曝光工艺期间的源能量控制和剂量评估，为所述第一待处理晶圆的曝光前准备做预备。此步骤在所述第一或第二工件台从测量工位旋转至所述曝光工位的过程中同步完成。

然后，所述第一待处理晶圆进行曝光前准备，即所述曝光单元根据曝光能量校准步骤调整曝光工艺所需的曝光能量和曝光光强。

接着，执行第一或第二工件台的对准，所述第一或第二工件台的对准包括工件台初始零位对准、以及工件台精对位；所述工件台初始零位对准通过所述零位干涉仪获得所述待处理晶圆的初始位置；所述工件台精对位包括所述第一基准光栅对准所述第一相位移光栅，所述第二基准光栅对准所述第二相位移光栅。

具体地，通过三个零位干涉仪测量所述第一待处理晶圆的初始位置，在工件台初始零位对准之后，所述第一曝光步骤还包括镜面像差测量，通过所述第三基准光栅调整曝光工艺中的像差参数。由于在较高能量及光强条件下，曝光设备的镜面受热需通过相关像差参数补偿。通过对所述第一待处理晶圆进行镜面像差测量，以确保曝光质量。

然后，执行工件台精对位，所述工件台精对位通过所述第一基准光栅对准所述第一相位移光栅，所述第二基准光栅对准所述第二相位移光栅，通过光掩模、第一或第二工件台的精确定位，以获得相对曝光台的最佳成像位置。

然后，执行曝光能量修正。具体地，所述第四基准光栅测量曝光工艺中已曝光晶圆的曝光狭缝均匀性，并校准待处理晶圆的曝光狭缝均匀性。优选地，在每一待处理晶圆均执行所述曝光能量修正。需要说明的是，所述第一待处理晶圆在所述第一或第二工件台完成第一曝光步骤；所述第二待处理晶圆并行同步在所述第二或第一工件台完成第一测量步骤。

最后，所述第一待处理晶圆执行第二曝光步骤，所述第二待处理晶圆并行同步执行第二测量步骤。

然后，旋转部带动所述第一及第二工件台旋转，所述第一或第二工件台从曝光工位旋转至测量工位；所述第二或第一工件台从测量工位旋转至曝光工位。所述传送单元卸载所述第一待处理晶圆，并传送第三待处理晶圆至所述第一或第二工件台。所述第一及第二工件台相对于所述旋转部具有6个自由度，由此，实现了曝光工位和测量工位的并行作业。

在本实施例中，有若干批次的待处理晶圆等待曝光设备进行曝光，在每批次作业前，所述曝光设备执行光掩模和第一及第二工件台的对位、以及晶圆批次参数微调。

具体地，光掩模和第一及第二工件台的对位同所述第一待处理晶圆的光掩模和第一及第二工件台的对位步骤相同，在此不做赘述。晶圆批次参数微调包括运用光掩模上的光曈像差传感器对准第一及第二工件台上测控片来校准物镜系统，优化镜面参数，以保证成像效果，完成光掩模平台和第一及第二工件台的精对位。

本发明通过所述第一及第二工件台并行作业，同步执行所述第一测量步骤与所述第一曝光步骤；或，同步执行所述第二测量步骤与所述第二曝光步骤，提高曝光精度及优化产能瓶颈。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。