[发明专利]一种光刻系统中实时控制照明剂量的装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种光刻系统中实时测量与精确控制照明剂量的装置及方法。

背景技术

一般说来，在光刻机系统中，有两个和剂量控制相关的光能量传感器，一个在工件台上，称为点能量传感器(Energy Spot Sensor)，简称ESS，用来非曝光时候测量视场轮廓和剂量，一个在照明系统内部，称为能量传感器(Energy Detector)，简称ED。一般的激光器脉冲间的能量差异比较大，所以采用能量传感器ED实时测量光束能量，进而基于测量值对剂量进行实时反馈控制，如图1所示。

用能量传感器ED进行反馈控制剂量的方法是，用能量传感器ED测量激光器出射的光强，其值乘以能量传感器ED到硅平面光学系统的透过率，简称为ED后透过率，将激光器出射的光强转化为硅平面的光强。如果脉冲能量过高，则通过剂量控制器控制激光器降低下一个脉冲的控制高压期望能量，反之则反，或者用同样的方法控制扫描速度或曝光时间，这样硅平面多个脉冲扫描曝光的曝光场内剂量均匀性变好。

该方法存在一个问题，就是假设了能量传感器ED后透过率为机器常数，在248nm以前的光刻机中，能量传感器ED后透过率随时间的变化不大，剂量均匀性要求也不高，所以能量传感器ED后透过率被当作机器常数处理对整机性能影响不大，但是在193nm的光刻机中，由于材料的因素和其吸收率大，能量传感器ED后透过率随时间的变化较大，这种效应严重影响剂量准确性，即随着时间的漂移，能量传感器ED后透过率显著变化，而能量传感器ED无法监测，仍然把它当机器常数处理，从而使得曝光场之间，硅片之间和批次之间的剂量显著漂移。如果每隔一段时间用点能量传感器ESS测量硅片平面的能量，进而校正能量传感器ED漂移和ED后透过率，则需要频繁测量，严重影响产率，而且两次能量传感器ED测校的时间间隔内，剂量的准确性无法保证。

因此，背景技术中有一个方案就是，建立模型预测能量传感器ED后透过率的变化，用点能量传感器ESS在硅平面测量，模拟不同曝光工况包括照明模式、激光频率和曝光时间等进行曝光，用能量传感器ED和点能量传感器ESS的测量值的比值来测校该模型的参数，然后通过该模型预测不同的照明模式、激光频率和曝光时间下的ED后透过率的变化，进而利用预测的ED后透过率实时控制激光器的能量或工件台的扫描速度，从而使得硅平面的剂量保持准确。该方法有显著的缺点，其一，能量传感器ED后的光学系统十分复杂，包括匀光系统和物镜等，难以建立正确的模型；其二，模型参数的测校中，不能把所有曝光工况都测试，这些测试耗费大量时间，而且得到的模型参数和实际曝光的情况有些许差异；其三，就是两次测校之间，系统的变化十分复杂，系统存在漂移，系统曝光时间的间隔不等，依靠一个前馈模型进行预测，其准确性难以长期保证。

发明内容

本发明的目的在于提出一种在曝光的同时能进行实时测量剂量，从而不影响产率，同时，不需要复杂的透过率预测模型，简单换算后测量结果就为硅平面的准确能量，通过该结果对曝光场之间进行剂量控制，从而改善了剂量准确性。

本发明提出一种实时控制照明剂量的装置，包括沿光轴依次设置的光源，照明系统，掩模台，物镜，工件台，其中在照明系统内部设置一第一光能量传感器，实时测量光束能量；在工件台设置一第二光能量传感器，用来非曝光时候测量视场轮廓和剂量；其特征在于，在第一和第二光能量传感器之间的光路中还具有一第三光能量传感器，在曝光的同时实时测量照明剂量。

优选地，所述第三光能量传感器位于掩模台扫描方向的轴线上，与掩模相邻。

优选地，在物镜光路最后一片镜片前增加一分光镜，所述第三光能量传感器对分光镜分出光束进行测量。

优选地，在物镜外远离焦面处设置分光镜，所述第三光能量传感器对分光镜分出光束进行测量。

其中，所述分光镜也可以是反射镜或光纤。

其中，所述光源为激光器或汞灯。

本发明的装置可以在曝光的同时实时测量照明剂量，不影响产率，此外，该第三光能量传感器在第一传感器后方，不受第一光能量传感器后和第三光能量传感器前光学器件透过率变化的影响，因此，不需要第一光能量传感器和第三光能量传感器之间复杂的透过率预测模型，简单换算后测量结果就为硅平面的准确能量，通过该结果对曝光场之间进行照明剂量控制，从而改善了照明剂量准确性。

附图说明

附图1为背景技术中光刻系统照明剂量控制装置示意图；

附图2为本发明光刻系统中实时控制照明剂量装置第一实施例示意图；