專利名稱：自動(dòng)聚焦系統(tǒng)、自動(dòng)聚焦方法及使用該系統(tǒng)的曝光設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件等的制造中使用的光刻裝備的曝光設(shè)備。更具體，本發(fā)明涉及在光刻裝備中放置用于曝光的襯底的曝光設(shè)備的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通常，半導(dǎo)體器件的制造包括光刻工序，其中在晶片(下面，稱為“襯底”)上形成精細(xì)圖形。光刻工序以曝光工序?yàn)槠瘘c(diǎn)，其中光束直接通過中間掩模(reticle)并指向襯底。以此方式，通過中間掩模產(chǎn)生的圖形被轉(zhuǎn)移到襯底上的光刻膠層。因此在襯底上形成精細(xì)圖形的過程中曝光工序是關(guān)鍵的。具體，在形成高質(zhì)量圖形的過程中，在襯底上聚焦光束時(shí)的精確度是一個(gè)非常重要的因數(shù)，特別在襯底上形成精細(xì)的多層圖形的過程中。為此，使用自動(dòng)聚焦系統(tǒng)在曝光設(shè)備中放置襯底，以便在曝光工序過程中，在光刻膠層的平面上精確地聚焦通過中間掩模產(chǎn)生的圖形的圖像。
常規(guī)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)用所謂的聚焦光束照射襯底，并探測(cè)從襯底反射的光束，以辨別曝光設(shè)備的聚焦?fàn)顟B(tài)。更具體地說，聚焦光束被傾斜地導(dǎo)向到襯底上，以及通過傳感器接收從襯底表面反射的聚焦光束。傳感器感測(cè)入射到其上的光的位置，以決定襯底的相對(duì)位置。其上支撐襯底的襯底載物臺(tái)，基于由傳感器的輸出產(chǎn)生的數(shù)據(jù)被驅(qū)動(dòng)，以將襯底放置在曝光設(shè)備的焦面內(nèi)。
為了滿足更高度地集成的半導(dǎo)體器件的需求，即，具有更精細(xì)電路圖形的器件，正進(jìn)行針對(duì)提高曝光設(shè)備的分辯率的研究。在這方面，眾所周知當(dāng)照射光具有較小的波長(zhǎng)時(shí)，可以形成精細(xì)圖形。因此，過去的研究集中于研制和實(shí)現(xiàn)輸出具有小波長(zhǎng)的照射光的光源。典型地，采用發(fā)射具有248nm波長(zhǎng)的光的KrF準(zhǔn)分子激光器或發(fā)射具有193nm波長(zhǎng)的光的ArF準(zhǔn)分子激光器作為當(dāng)前光刻裝備的曝光設(shè)備中的光源。盡管，最近也采用F2準(zhǔn)分子激光器作為光源。
據(jù)證明，研制輸出具有比如上所述的那些波長(zhǎng)更短波長(zhǎng)的照射光的光源在技術(shù)上是困難的。因此，提出了有效地增加該設(shè)備的孔徑數(shù)的浸漬(immersion)曝光技術(shù)作為用于增加曝光設(shè)備的分辯率的裝置。浸漬曝光技術(shù)采用現(xiàn)有的KrF、ArF或F2準(zhǔn)分子激光器作為光源；但是，浸漬介質(zhì)被插入襯底和曝光設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)之間，以增加孔徑數(shù)。美國(guó)專利號(hào)6,781,670和6,809,794中公開了這種浸漬曝光技術(shù)。
更具體地說，在采用浸漬曝光技術(shù)的曝光設(shè)備中，在襯底和光學(xué)系統(tǒng)之間設(shè)置液體(浸漬)介質(zhì)。但是，存在由于其中通過其導(dǎo)向的光，在其中產(chǎn)生氣泡或溫度變化，浸漬介質(zhì)的折射率局部地變化的問題。
浸漬介質(zhì)的折射率的這種局部變化在自動(dòng)聚焦工藝中引起非常大的問題。亦即，當(dāng)在自動(dòng)聚焦工序過程中聚焦光束穿過浸漬介質(zhì)時(shí)，如果光束穿過其中折射率變化的部分浸漬介質(zhì)，那么光束的光學(xué)路徑可以假定為不可預(yù)料的方向。在此情況下，發(fā)生聚焦誤差。該聚焦誤差也可以由空氣或其他材料產(chǎn)生，聚焦光束在其路線穿過該空氣或其他材料上傳播到襯底。亦即，在除采用液體浸漬介質(zhì)的曝光設(shè)備之外，在干法曝光設(shè)備中可以產(chǎn)生由于聚焦光束必須穿過的介質(zhì)的折射率變化的聚焦誤差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)的前述問題。
更具體地說，本發(fā)明的目的是提供一種不受聚焦光束通過其傳播的介質(zhì)的折射率變化或波動(dòng)影響的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)和自動(dòng)聚焦方法。
同樣，本發(fā)明的目的是提供一種具有這種自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的曝光設(shè)備，由此襯底可以被最佳地放置，用于曝光工序。
本發(fā)明的又一目的是提供一種在其光學(xué)系統(tǒng)和襯底載物臺(tái)之間采用浸漬介質(zhì)的浸漬曝光設(shè)備，以增加設(shè)備的分辯率，以及包括不受浸漬介質(zhì)的折射率變化影響的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的設(shè)備，由此可以在襯底上精確地形成非常精細(xì)的圖形。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，包括用于支撐襯底的載物臺(tái)，以不同的角度發(fā)射朝向襯底的多個(gè)聚焦光束的測(cè)量光源，傳感器，接收從襯底反射的聚焦光束并輸出表示接收反射的聚焦光束處的位置的信號(hào)，以及控制裝置，基于傳感器的輸出決定襯底的相對(duì)位置，并由此控制載物臺(tái)的位置。為此，控制裝置具有計(jì)算單元，計(jì)算表示襯底表面相對(duì)于參考平面的位置的襯底的聚焦變化值。
優(yōu)選，該自動(dòng)聚焦系統(tǒng)具有第一和第二測(cè)量光源，定向?yàn)樵谝r底的表面發(fā)射第一聚焦光束和第二聚焦光束到系統(tǒng)中的相同固定位置，以及位于系統(tǒng)中、分別接收第一和第二聚焦光束的第一和第二傳感器。
在此情況下，計(jì)算單元被配置為執(zhí)行由以下方程式表示的算法f=12(-θ02(y0(1)+yL(1))+θ01(y0(2)-yL(2))(θ0(1)-θ0(2)))]]>基于其中x軸平行于載物臺(tái)和y軸垂直于載物臺(tái)的x、y坐標(biāo)系統(tǒng)，以及其中f是聚焦變化值，y0(1)是表示從第一測(cè)量光源發(fā)出第一聚焦光束的位置的y坐標(biāo)的值，y0(2)是表示從第二測(cè)量光源發(fā)出第二聚焦光束的位置的y坐標(biāo)的值，θ0(1)是第一聚焦光束的入射角，對(duì)應(yīng)于從第一測(cè)量光源發(fā)出的第一聚焦光束和x軸之間對(duì)向的角度，θ0(2)是第二聚焦光束的入射角，對(duì)應(yīng)于從第二測(cè)量光源發(fā)出的第二聚焦光束和x軸之間對(duì)向的角度，yL(1)是表示由第一傳感器接收反射的第一聚焦光束的位置處的y坐標(biāo)的值，以及yL(2)是表示由第二傳感器接收反射的第二聚焦光束的位置處的y坐標(biāo)的值。
除計(jì)算單元之外，控制裝置包括將相對(duì)于曝光單元的光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整載物臺(tái)的位置的單元，以便重新放置為曝光工序而準(zhǔn)備的襯底。該單元可以包括載物臺(tái)控制器，以及連接到載物臺(tái)的載物臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元，以便在載物臺(tái)控制器的命令下驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)。載物臺(tái)控制器將由計(jì)算單元計(jì)算的聚焦變化值與襯底的聚焦參考值比較，并輸出代表聚焦變化值和參考值之間的差值的控制信號(hào)。載物臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元接收來自載物臺(tái)控制器的控制信號(hào)，以及基于控制信號(hào)的數(shù)量驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種自動(dòng)聚焦方法，包括以下步驟相對(duì)于平行于襯底延伸的平面，以不同的角度，用大量聚焦光束照射襯底、探測(cè)聚焦光束從襯底反射的位置、為該位置分配值、以及根據(jù)分配的值控制襯底的位置。優(yōu)選，通過聚焦光束同時(shí)照射襯底。
此外，這些光束可以由第一聚焦光束和第二聚焦光束構(gòu)成。在此情況下，計(jì)算襯底的聚焦變化值，該值表示襯底表面相對(duì)于參考平面的高度，以及基于聚焦變化值調(diào)整襯底的位置。計(jì)算襯底的聚焦變化值可以使用上述方程式。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種曝光設(shè)備，包括如上所述的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)、曝光光源、以及在載物臺(tái)和曝光光源之間插入的光學(xué)系統(tǒng)，以便將通過曝光光源發(fā)射的光投射在安裝到載物臺(tái)的襯底上。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，該曝光設(shè)備可以是浸漬曝光設(shè)備，具有占據(jù)光學(xué)系統(tǒng)和載物臺(tái)之間的間隙的浸漬介質(zhì)。浸漬介質(zhì)可以是液體。此外，浸漬介質(zhì)可以在容器中提供或可以通過供應(yīng)系統(tǒng)饋送，以便流過光學(xué)系統(tǒng)和載物臺(tái)之間的間隙。
從以下參考附圖對(duì)其優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的上述及其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)變得更明顯，其中圖1是包括根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的浸漬曝光設(shè)備的示意圖；圖2是圖1所示的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的一部分的放大視圖，說明其中用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的聚焦光束照射襯底的狀態(tài)；圖3是通過聚焦光束照射襯底的示意圖，說明根據(jù)本發(fā)明聚焦曝光設(shè)備的方法之后的要點(diǎn)；圖4是根據(jù)本發(fā)明的聚焦曝光設(shè)備的方法的流程圖；以及圖5是包括根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的干法曝光設(shè)備的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)描述包括本發(fā)明的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的曝光設(shè)備。
首先參考圖1，根據(jù)本發(fā)明具有自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的浸漬曝光設(shè)備，包括光源10、用于在其上支撐中間掩模11的中間掩模載物臺(tái)12、光學(xué)系統(tǒng)13、位于光學(xué)系統(tǒng)13下并在其上支撐襯底14的襯底載物臺(tái)15、插入襯底載物臺(tái)15和光學(xué)系統(tǒng)13之間的浸漬介質(zhì)16以及用于使襯底載物臺(tái)15與光學(xué)系統(tǒng)13對(duì)準(zhǔn)的載物臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元22。
使用準(zhǔn)分子激光器作為光源10。準(zhǔn)分子激光器可以是KrF準(zhǔn)分子激光器或ArF準(zhǔn)分子激光器。在本實(shí)施例中，使用ArF準(zhǔn)分子激光器，ArF準(zhǔn)分子激光器發(fā)射具有比由KrF準(zhǔn)分子激光器發(fā)射的光束更短波長(zhǎng)的光束。但是，可以使用發(fā)射具有甚至更小波長(zhǎng)的光的光源，如F2準(zhǔn)分子激光器。
中間掩模11位于由光源10輸出的光的光學(xué)路徑中。中間掩模11由石英板形成，其具有對(duì)應(yīng)于將形成在襯底14上的電路圖形的圖形。中間掩模11被安裝在中間掩模載物臺(tái)12上。中間掩模載物臺(tái)12通過分開的驅(qū)動(dòng)裝置(未示出)與光學(xué)系統(tǒng)13對(duì)準(zhǔn)。
光學(xué)系統(tǒng)13包括具有相同光軸的多個(gè)透鏡并提供還原(reduced)投射放大倍率。亦即，當(dāng)用由光源10發(fā)射的光照射中間掩模時(shí)，通過光學(xué)系統(tǒng)13還原(reduce)中間掩模11的圖形的圖像并投射在襯底14上的光刻膠層上。此外，光學(xué)系統(tǒng)13被支撐，以便它可以沿光軸移動(dòng)，以相對(duì)于光源10和中間掩模載物臺(tái)15調(diào)整透鏡的位置。
其上將形成圖形的襯底14被安裝在襯底載物臺(tái)15上。浸漬介質(zhì)16由介質(zhì)供應(yīng)單元17供應(yīng)，以流過位于光學(xué)系統(tǒng)13和襯底14之間的曝光設(shè)備的區(qū)域。另外，在光學(xué)系統(tǒng)13和襯底14之間可以插入填有浸漬介質(zhì)的容器。
在襯底載物臺(tái)15的一側(cè)設(shè)置自動(dòng)聚焦系統(tǒng)。本發(fā)明的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)采用非-TTL(通過透鏡)方法。
本發(fā)明的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)包括用于用第一聚焦光束B1照射襯底14的第一測(cè)量光源30和用于用第二聚焦光束B2照射襯底14的第二測(cè)量光源31，如圖1和2所示。
第一測(cè)量光源30和第二測(cè)量光源31將第一聚焦光束B1和第二聚焦光束B2導(dǎo)向襯底14上的相同位置，但是以不同的角度。優(yōu)選，聚焦光束B1和B2同時(shí)被導(dǎo)向在襯底14上，因?yàn)殡S外部條件如溫度變化，穿過聚焦光束B1和B2的浸漬介質(zhì)16的折射率可能變化。
此外，自動(dòng)聚焦系統(tǒng)包括在載物臺(tái)15的一側(cè)的第一和第二傳感器40和41，與設(shè)置第一測(cè)量光源30和第二測(cè)量光源31的載物臺(tái)15的側(cè)邊相對(duì)。第一傳感器40被放置為接收第一聚焦光束B1，以及第二傳感器41被放置為接收第二聚焦光束B2。計(jì)算單元20使用通過傳感器40和41獲得的測(cè)量結(jié)果，計(jì)算表示載物臺(tái)15沿光軸的相對(duì)位置的值。自動(dòng)聚焦系統(tǒng)還包括用于根據(jù)計(jì)算單元20中計(jì)算的值控制襯底載物臺(tái)15的載物臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元22的載物臺(tái)控制器21。
現(xiàn)在，如果浸漬介質(zhì)16的折射率n是非均勻的，那么當(dāng)聚焦光束B1和B2穿過具有不同折射率的部分浸漬介質(zhì)的邊界/多個(gè)邊界時(shí)，聚焦光束B1和B2折射(彎曲)。在此情況下，從襯底14反射聚焦光束B1和B2的位置不同于浸漬介質(zhì)16的折射率是均勻的時(shí)，聚焦光束B1和B2將被反射的位置。由此，傳感器40，41的輸出受浸漬介質(zhì)的折射率的非均勻性影響。
但是，自動(dòng)聚焦系統(tǒng)可以決定襯底14的適當(dāng)位置，因?yàn)橥ㄟ^計(jì)算單元20計(jì)算表示載物臺(tái)15的真正位置的聚焦變化值所執(zhí)行的操作考慮了浸漬介質(zhì)16的折射率變化和浸漬介質(zhì)16的折射率變化影響光束B1和B2被反射到的傳感器40，41上的位置的程度。因此，盡管浸漬介質(zhì)26的折射率變化，但是仍可以執(zhí)行準(zhǔn)確的自動(dòng)聚焦工序。
為了執(zhí)行本發(fā)明的計(jì)算，首先，根據(jù)Born & Wolf’s Principles ofOptics(p.130)每個(gè)光束B1和B2的路徑由方程式1表示。
dds(ndr‾ds)=▿n]]>這里，r＝(x，y)是表示聚焦光束B1，B2的路徑的矢量，s是聚焦光束B1，B2在光源30，31和傳感器40，41之間移動(dòng)的距離，以及n是穿過光束B1，B2的介質(zhì)的折射率。如果在圖2中平行于襯底14的方向是x，以及垂直于襯底14的方向是y，那么對(duì)于成分x和y，方程式1可以被重寫為方程式2。
dds(ndxds)=∂n∂x]]>dds(ndyds)=∂n∂y]]>但是，曝光設(shè)備中的光學(xué)系統(tǒng)13和襯底14之間的距離僅僅幾毫米，即，是非常小的。相反，測(cè)量光源30和31以及傳感器40和41之間的距離是比較大的。亦即，y方向中的距離比x方向中的距離更短。由此，y方向中的折射率n的變化可以被忽略，以及值n可以被認(rèn)為是僅僅是x的函數(shù)。亦即，浸漬介質(zhì)16的折射率可以被表示為n＝n(x)。
相對(duì)于浸漬介質(zhì)的法線導(dǎo)向聚焦光束時(shí)的入射角θ(參見圖2)可以由方程式3和4表示。
θ=dydx]]>[方程式4]dds=∂∂x+∂∂ydydx]]>由此，如果n＝n(x)和方程式4被代入方程式2，獲得方程式5。
dds(ndydx)=∂n∂y=0]]>
獲得來自方程式3的結(jié)果nθ＝常數(shù)(const)或根據(jù)方程式5的n(dy/dx)＝常數(shù)?，F(xiàn)在可以由這些結(jié)果推導(dǎo)使用兩個(gè)聚焦光束計(jì)算聚焦變化值f的方程式。
首先，如果從測(cè)量光源30和31發(fā)出的聚焦光束相對(duì)于浸漬介質(zhì)的法線的角度是θ0，那么表示測(cè)量光源30和31的兩個(gè)聚焦光束入射在浸漬介質(zhì)上的位置的值是y0，以及其上入射光束的浸漬介質(zhì)的折射率是n0，當(dāng)nθ＝常數(shù)或n(dy/dx)＝常數(shù)時(shí)，獲得方程式6和通過結(jié)合方程式6獲得的方程式7。
dy=n0n(x)θ0dx]]>[方程式7]y(x)=θ0∫0xn0n(x)dx+y(0)]]>如圖3所示，實(shí)際的聚焦光束B1和B2沿實(shí)線的路徑入射在浸漬介質(zhì)16上，以及在超過y＝0的參考平面以預(yù)定高度f在襯底14的表面上的位置反射。預(yù)定高度f是通過探尋和根據(jù)本發(fā)明獲得的聚焦變化值。y＝0時(shí)的平面是光學(xué)系統(tǒng)13的聚焦平面且用作參考平面，通過分開的方法計(jì)算其位置。如上所述，θ0表示從測(cè)量光源30和31輸出的聚焦光束B1和B2相對(duì)于浸漬介質(zhì)16的法線的角度。
但是，由于在襯底14的表面處聚焦光束B1和B2的反射，計(jì)算聚焦變化值f是復(fù)雜的。由此，使用預(yù)定高度f處聚焦光束B1和B2從襯底反射的那些部分的鏡像，以簡(jiǎn)化計(jì)算。亦即，由于浸漬介質(zhì)的折射率變化偏斜的聚焦光束到達(dá)位置yL，如圖3所示。對(duì)于從y＝f時(shí)的表面反射的部分光束的鏡像，該位置yL變?yōu)閕L。由此，獲得方程式8。
yL+iL＝2f接下來，通過采用方程式7的方程式9表示iL的位置。這里，L是沿x軸從測(cè)量光源30和31至傳感器40和41的距離。
yL=θ0∫0Ln0n(x)dx+y0]]>方程式9中的整數(shù)成分由方程式10中的“C”表示。
C=∫0Ln0n(x)dx]]>接下來，返回圖2，如果第一測(cè)量光源30由“(1)”表示和第二測(cè)量光源31由“(2)”表示，那么方程式8和方程式9可以被改寫為方程式11。
iL(1)=Cθ0(1)+y0(1)]]>iL(2)=Cθ0(2)+y0(2)]]>iL(1)+yL(1)=2f]]>iL(2)+yL(2)=2f]]>該方程式可以被同時(shí)求解，以產(chǎn)生方程式12。
C=(yL(1)-yL(2))+(y0(1)-y0(2))(θ0(2)-θ0(1))]]>因此，預(yù)定高度f是表示襯底14的實(shí)際相對(duì)位置的聚焦變化值，可以由方程式13表示。
f=12(-θ02(y0(1)+yL(1))+θ01(y0(2)-yL(2))(θ0(1)-θ0(2)))]]>在方程式13中，y0(1))和y0(2)是表示從測(cè)量光源30和31發(fā)出光束的位置的y坐標(biāo)的值，以及，θ0(1)和θ0(2)是聚焦光束B1和B2在浸漬介質(zhì)16上的入射角，且因此是預(yù)定值。另一方面，yL(1)和yL(2)是傳感器40和41的輸出值，表示聚焦光束B1和B2照射傳感器40和41的位置的y坐標(biāo)。因此，所有這些值可以被代入方程式13，以求解f。
現(xiàn)在將參考圖4描述根據(jù)本發(fā)明聚焦曝光設(shè)備的方法。
根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的聚焦測(cè)量方法基本上包括聚焦光束照射步驟(S100)、聚焦光束探測(cè)步驟(S200)和聚焦位置控制步驟(S300和S400)。
在聚焦光束照射步驟(S100)中，第一測(cè)量光源30和第二測(cè)量光源31分別從不同的位置和以不同的角度同時(shí)發(fā)射第一聚焦光束B1和第二聚焦光束B2朝向襯底14的相同部分。
在探測(cè)步驟(S200)中，第一傳感器40和第二傳感器41探測(cè)從襯底14反射的第一聚焦光束B1和第二聚焦光束B2，并分別輸出其值表示光束B1和B2被接收處的位置的信號(hào)。
控制步驟包括接收表示在第一傳感器40和第二傳感器41上的第一聚焦光束B1和第二聚焦光束B2的位置的值的計(jì)算步驟(S300)，從這些值計(jì)算襯底14的聚焦變化值f，以及根據(jù)計(jì)算步驟(S300)中計(jì)算的聚焦變化值f調(diào)整襯底14的位置的調(diào)整步驟(S400)。
在該計(jì)算步驟(S300)中，收到表示第一聚焦光束B1和第二光束B2發(fā)出的位置的值y0(1))和y0(2)，第一聚焦光束B1和第二光束B2的入射角θ0(1)和θ0(2)，以及由傳感器40和41的輸出產(chǎn)生的yL(1)和yL(2)，以及根據(jù)對(duì)應(yīng)于上述方程式的算法執(zhí)行計(jì)算。由此，獲得聚焦變化值f。
根據(jù)該方法，聚焦變化值f的計(jì)算除去與浸漬介質(zhì)16的折射率變化有關(guān)的任意因數(shù)。因此，即使影響其折射率的浸漬介質(zhì)的外部條件等引起變化，也可以精確地執(zhí)行自動(dòng)聚焦工序。
在調(diào)整步驟S400中，載物臺(tái)控制器21將在計(jì)算步驟(S300)中獲得的聚焦變化值f與參考值(y＝0)比較?；谠摫容^，載物臺(tái)控制器21用關(guān)于襯底14的位置信息設(shè)置載物臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元22。然后，載物臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元22在光軸方向調(diào)整載物臺(tái)15，以將襯底14放置在襯底14上的光刻膠層位于光學(xué)系統(tǒng)13的焦面中的位置，由此中間掩模11的圖形的聚焦圖像將被投射在光刻膠層上。
圖5示出本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中自動(dòng)聚焦系統(tǒng)和自動(dòng)聚焦方法被應(yīng)用于干法曝光設(shè)備。在圖5的實(shí)施例中，與圖1的實(shí)施例中采用的那些元件相同的元件由相同的參考標(biāo)記表示，且因此其詳細(xì)描述將被省略。
在干法曝光設(shè)備中不使用浸漬介質(zhì)。但是，襯底14和光學(xué)系統(tǒng)13之間存在間隙。然而，間隙G中的空氣/氣體的折射率可以變化。由此，自動(dòng)聚焦系統(tǒng)和方法允許執(zhí)行準(zhǔn)確的自動(dòng)聚焦工序，類似于結(jié)合浸漬曝光設(shè)備如上所述的方法。
根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)、自動(dòng)聚焦方法和曝光設(shè)備，以不同的角度發(fā)射兩個(gè)聚焦光束，以測(cè)量襯底的聚焦?fàn)顟B(tài)。由此，介質(zhì)以外的自動(dòng)聚焦工序因數(shù)，例如穿過聚焦光束的空氣、液體或傳輸固體影響介質(zhì)的折射率。由此，用較高的精度執(zhí)行自動(dòng)聚焦工序。因此，半導(dǎo)體器件制造工序的總體生產(chǎn)率被提高。
最后，盡管上面結(jié)合其優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不被如此限制。例如，可以使用兩個(gè)以上的測(cè)量光源，以在給定位置照射襯底，或測(cè)量光源對(duì)可以在多個(gè)位置照射襯底。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通過適當(dāng)?shù)匦薷纳鲜龇匠淌娇梢匀菀椎財(cái)?shù)學(xué)建模這種改進(jìn)。由此，這種改變和改進(jìn)在由附加權(quán)利要求所限定的發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，包括安裝襯底的載物臺(tái)；測(cè)量光源，在系統(tǒng)中定向?yàn)橐圆煌慕嵌瘸蜉d物臺(tái)上安裝的襯底發(fā)射大量聚焦光束；傳感器，放置在系統(tǒng)中以接收從襯底反射的聚焦光束并操作為輸出表示接收反射的聚焦光束位置的信號(hào)；以及控制裝置，可操作地連接到所述傳感器和所述載物臺(tái)，用于根據(jù)傳感器的輸出決定安裝到載物臺(tái)的襯底的相對(duì)位置，以及用于控制載物臺(tái)的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中測(cè)量光源包括定向?yàn)榘l(fā)射第一聚焦光束到固定位置的第一測(cè)量光源和定向?yàn)榘l(fā)射第二聚焦光束到固定位置的第二測(cè)量光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中傳感器包括位于系統(tǒng)中以接收第一聚焦光束的第一傳感器，和位于系統(tǒng)中以接收第二聚焦光束的第二傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中控制裝置包括計(jì)算單元，計(jì)算襯底聚焦變化值，該值表示襯底表面相對(duì)于參考平面的位置，載物臺(tái)控制器，比較聚焦變化值與襯底的聚焦參考值，并輸出代表聚焦變化值和參考值之間的差值的控制信號(hào)，以及載物臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元，可操作地連接到載物臺(tái)控制器和載物臺(tái)，以便接收來自載物臺(tái)控制器的控制信號(hào)并基于該控制信號(hào)的量驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中計(jì)算單元被配置為執(zhí)行由以下方程式表示的算法f=12(-θ02(y0(1)+yL(1))+θ01(y0(2)-yL(2))(θ0(1)-θ0(2)))]]>基于其中x軸平行于載物臺(tái)和y軸垂直于載物臺(tái)的x，y坐標(biāo)系統(tǒng)，以及其中f是聚焦變化值，y0(1)是表示從第一測(cè)量光源發(fā)出第一聚焦光束的位置的y坐標(biāo)的值，y0(2)是表示從第二測(cè)量光源發(fā)出第二聚焦光束的位置的y坐標(biāo)的值，θ0(1)是對(duì)應(yīng)于從第一測(cè)量光源發(fā)出的第一聚焦光束和x軸之間對(duì)向的角度的第一聚焦光束的入射角，θ0(2)是對(duì)應(yīng)于從第二測(cè)量光源發(fā)出的第二聚焦光束和x軸之間對(duì)向的角度的第二聚焦光束的入射角，yL(1)是表示由第一傳感器接收反射的第一聚焦光束的位置的y坐標(biāo)的值，以及yL(2)是表示由第二傳感器接收反射的第二聚焦光束的位置的y坐標(biāo)的值。
6.一種自動(dòng)聚焦方法，包括用大量聚焦光束相對(duì)于平行于襯底延伸的平面以不同的角度照射襯底；分別探測(cè)從襯底反射聚焦光束的位置，并向該位置分配值；以及根據(jù)分配給所述位置的值控制襯底的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述照射襯底包括，相對(duì)于平面分別以不同的角度，用從固定位置發(fā)出的第一聚焦光束第二聚焦光束照射襯底。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述照射襯底包括，將第一聚焦光束和第二聚焦光束導(dǎo)向襯底上的相同位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述照射襯底包括，用第一聚焦光束和第二聚焦光束同時(shí)照射襯底。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述控制包括，計(jì)算襯底的聚焦變化值，該值表示襯底表面相對(duì)于參考面的高度，以及基于該聚焦變化值調(diào)整襯底的位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述計(jì)算包括執(zhí)行算法，該算法包括分別表示從第一和第二光源發(fā)出的第一聚焦光束和第二聚焦光束的相對(duì)位置的值，以及表示從光源發(fā)出第一聚焦光束和第二聚焦光束的角度的值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中該算法由下列方程式表示f=12(-θ02(y0(1)+yL(1))+θ01(y0(2)-yL(2))(θ0(1)-θ0(2)))]]>基于其中x軸平行于襯底和y軸垂直于襯底的x，y坐標(biāo)系統(tǒng)，以及其中f是襯底的聚焦變化值，y0(1)是表示從第一光源發(fā)出第一聚焦光束的位置的y坐標(biāo)的值，y0(2)是表示從第二測(cè)量光源發(fā)出第二聚焦光束的位置的y坐標(biāo)的值，θ0(1)是對(duì)應(yīng)于從第一光源發(fā)出的第一聚焦光束和x軸之間對(duì)向的角度的第一聚焦光束的入射角，θ0(2)是對(duì)應(yīng)于從第二測(cè)量光源發(fā)出的第二聚焦光束和x軸之間對(duì)向的角度的第二聚焦光束的入射角，yL(1)是表示探測(cè)反射的第一聚焦光束的位置的y坐標(biāo)的值，以及yL(2)是表示探測(cè)的反射的第二聚焦光束的位置的y坐標(biāo)的值。
13.一種浸漬曝光設(shè)備，包括光源；安裝襯底的載物臺(tái)；在光源和載物臺(tái)之間的設(shè)備中插入的光學(xué)系統(tǒng)，以便將由光源發(fā)射的光投射在安裝到載物臺(tái)的襯底上；測(cè)量光源，定向?yàn)橐圆煌慕嵌瘸虬惭b到載物臺(tái)上的襯底發(fā)射大量聚焦光束；傳感器，放置為接收從襯底反射的聚焦光束并操作為輸出表示接收反射的聚焦光束位置的信號(hào)；以及控制裝置，用于根據(jù)傳感器的輸出決定安裝到載物臺(tái)的襯底的相對(duì)位置，以及用于控制載物臺(tái)相對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)的位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其中所述控制裝置包括計(jì)算單元，基于由傳感器輸出的信號(hào)，計(jì)算襯底的聚焦變化值，該值表示襯底表面相對(duì)于參考平面的位置，載物臺(tái)控制器，比較聚焦變化值與襯底的聚焦參考值，并輸出代表焦距變化值和參考值之間的差值的控制信號(hào)，以及載物臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元，可操作地連接到載物臺(tái)控制器和載物臺(tái)，以便接收來自載物臺(tái)控制器的控制信號(hào)，并基于該控制信號(hào)量驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其中測(cè)量光源包括定向?yàn)榘l(fā)射第一聚焦光束到固定位置的第一測(cè)量光源和定向?yàn)榘l(fā)射第二聚焦光束到固定位置的第二測(cè)量光源。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的設(shè)備，其中傳感器包括位于設(shè)備中以接收第一聚焦光束的第一傳感器和位于設(shè)備中以接收第二聚焦光束的第二傳感器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的設(shè)備，其中計(jì)算單元被配置為執(zhí)行由以下方程式表示的算法f=12(-θ02(y0(1)+yL(1))+θ01(y0(2)-yL(2))(θ0(1)-θ0(2)))]]>基于其中x軸平行于載物臺(tái)和y軸垂直于載物臺(tái)的x，y坐標(biāo)系統(tǒng)，以及其中f是聚焦變化值，y0(1)是表示從第一測(cè)量光源發(fā)出第一聚焦光束的位置的y坐標(biāo)的值，y0(2)是表示從第二測(cè)量光源發(fā)出第二聚焦光束的位置的y坐標(biāo)的值，θ0(1)是對(duì)應(yīng)于從第一測(cè)量光源發(fā)出的第一聚焦光束和x軸之間對(duì)向的角度的第一聚焦光束的入射角，θ0(2)是對(duì)應(yīng)于從第二測(cè)量光源發(fā)出的第二聚焦光束和x軸之間對(duì)向的角度的第二聚焦光束的入射角，yL(1)是表示由第一傳感器接收反射的第一聚焦光束的位置的y坐標(biāo)的值，以及yL(2)是表示由第二傳感器接收反射的第二聚焦光束的位置的y坐標(biāo)的值。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，還包括占據(jù)光學(xué)系統(tǒng)和載物臺(tái)之間的間隙的浸漬介質(zhì)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的設(shè)備，其中浸漬介質(zhì)是液體。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的設(shè)備，其中測(cè)量光源包括定向?yàn)榘l(fā)射第一聚焦光束到固定位置的第一測(cè)量光源和定向?yàn)榘l(fā)射第二聚焦光束到固定位置的第二測(cè)量光源。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的設(shè)備，其中傳感器包括位于設(shè)備中以接收第一聚焦光束的第一傳感器和位于設(shè)備中以接收第二聚焦光束的第二傳感器。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的設(shè)備，其中計(jì)算單元被配置為執(zhí)行由以下方程式表示的算法f=12(-θ02(y0(1)+yL(1))+θ01(y0(2)-yL(2))(θ0(1)-θ0(2)))]]>基于其中x軸平行于載物臺(tái)和y軸垂直于載物臺(tái)的x，y坐標(biāo)系統(tǒng)，以及其中f是聚焦變化值，y0(1)是表示從第一測(cè)量光源發(fā)出第一聚焦光束的位置的y坐標(biāo)的值，y0(2)是表示從第二測(cè)量光源發(fā)出第二聚焦光束的位置的y坐標(biāo)的值，θ0(1)是對(duì)應(yīng)于從第一測(cè)量光源發(fā)出的第一聚焦光束和x軸之間對(duì)向的角度的第一聚焦光束的入射角，θ0(2)是對(duì)應(yīng)于從第二測(cè)量光源發(fā)出的第二聚焦光束和x軸之間對(duì)向的角度的第二聚焦光束的入射角，yL(1)是表示由第一傳感器接收反射的第一聚焦光束的位置的y坐標(biāo)的值，以及yL(2)是表示由第二傳感器接收反射的第二聚焦光束的位置的y坐標(biāo)的值。
全文摘要
一種自動(dòng)聚焦系統(tǒng)包括，其上安裝襯底的載物臺(tái)，以不同的角度用導(dǎo)向襯底的大量聚焦光束照射襯底的光源，探測(cè)從襯底反射的聚焦光束的傳感器，以及控制器，根據(jù)由傳感器探測(cè)聚焦光束的位置決定襯底表面的相對(duì)位置并由此放置襯底。為此，控制器執(zhí)行計(jì)算，不受聚焦光束通過其傳播到襯底表面的介質(zhì)的折射率變化影響。因此，用較高的精度進(jìn)行自動(dòng)聚焦工序。
文檔編號(hào)G03F7/20GK1776530SQ20051012533
公開日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月16日
發(fā)明者樸東云 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社