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CN102566287B - 光刻机的垂向控制装置及方法 - Google Patents

光刻机的垂向控制装置及方法 Download PDF

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CN102566287B
CN102566287B CN201010592409.9A CN201010592409A CN102566287B CN 102566287 B CN102566287 B CN 102566287B CN 201010592409 A CN201010592409 A CN 201010592409A CN 102566287 B CN102566287 B CN 102566287B
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王献英
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Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
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Abstract

一种光刻机的垂向控制方法,包括如下步骤:a.由调焦调平传感器测量初始位置下基底上的测量点的位置信息,由垂向测量传感器测量初始位置下工件台的位置信息;b.根据上述位置信息计算得到将基底上的测量点调节至目标平面内的垂向设定值;c.以所述垂向设定值为闭环控制的输入值,以垂向测量传感器实时测量得到的当前位置下工件台的位置信息作为闭环控制的反馈值,对工件台的位置进行闭环控制,从而将基底上的测量点调到目标平面。根据本发明的垂向控制方法,调焦调平传感器无需参与到闭环控制中,可大大节省时间并降低闭环机制的复杂度。

Description

光刻机的垂向控制装置及方法
技术领域
本发明涉及光刻领域,尤其涉及工件台的垂向调节。
背景技术
投影光刻机的目的是将掩模上的图形清晰地成像于涂有光刻胶的基底(硅片)上,要达到此目的必须保证基底上的曝光区域垂向位于投影物镜的最佳焦面(曝光质量最好的平面)。为此,需对工件台进行垂向控制。
现有技术中,投影光刻机的垂向控制包括两种类型,一种为使用调焦调平传感器的控制。调焦调平传感器将激光信号发射到基底的上表面,经基底反射并监测反射光的位置,以确定基底上表面的姿态,从而得到基底上表面与调焦调平传感器零平面的关系。另一种为采用垂向测量传感器的控制。垂向测量传感器测量工件台执行器的上表面中心与光刻机的基座之间的高度及倾斜值。由于调焦调平传感器能够实时测量被测区域的高度及倾斜值,所以被测区域的形貌对垂向位置的影响可以忽略,因此调焦调平传感器可以比较容易将测量区域调到最佳焦面。然而,垂向测量传感器测量的是工件台执行器上表面中心(也可以理解为与所述执行器接触的工件台下表面的中心)到基座之间的高度及倾斜值,并不能直接测量被测区域。因此,在调焦调平传感器可以使用的情况下优先考虑使用调焦调平传感器。当调焦调平传感器不能使用时,例如,基底的边缘区域,才使用工件台垂向测量传感器进行闭环控制。
一般地,光刻机中公知的调焦调平传感器垂向控制的方法是对调焦调平传感器进行闭环控制而将测量区域调到最佳焦面处,其实现方法为给定调焦调平传感器高度及倾斜的设定值,根据设定值与传感器测量的高度及倾斜值进行伺服,最终将测量区域调到最佳焦面。图1示出了控制环路。如图1所示,控制单元首先发出命令C,工件台执行器根据命令C对工件台进行M的位移。此后,调焦调平传感器测量基底上表面的当前位置,并将当前位置负反馈至控制单元从而形成控制环路。控制单元再根据所述反馈发出命令C。重复上述步骤后,可将工件台上的基底调整至目标平面。
然而,利用调焦调平传感器闭环的方法进行垂向控制,调焦调平传感器需要参与闭环控制,根据反馈机制实现垂向控制,这样实现起来比较花费时间且调焦调平传感器闭环机制比较复杂。
发明内容
有鉴于此,本发明所要解决的技术问题是提供一种光刻机的垂向控制装置及方法,以降低闭环机制的复杂度。
根据本发明的一个方面,提供了一种光刻机的垂向控制装置,用于对工件台进行垂向移位,使工件台承载的基底上的测量点移动至一目标平面内,所述垂向控制装置包括调焦调平传感器、垂向测量传感器、控制单元及执行机构,其中,所述调焦调平传感器测量初始位置下基底上的测量点的位置信息,作为调焦调平传感器初始测量值输出至控制单元;所述垂向测量传感器测量初始位置下工件台的位置信息,作为垂向传感器初始测量值输出至控制单元;所述控制单元根据所述调焦调平传感器初始测量值和所述垂向传感器初始测量值,计算得到将基底上的测量点调节至目标平面内的垂向设定值;所述控制单元以所述垂向设定值作为闭环控制的输入值,以垂向测量传感器实时测量得到的当前位置下工件台的位置信息作为闭环控制的反馈值,经由所述执行机构对所述工件台的位置进行闭环控制,从而将所述测量点调节到所述目标平面内。
根据本发明的另一方面,提供了一种光刻机的垂向控制方法,用于对工件台进行垂向移位,使工件台承载的基底上的测量点移动至一目标平面内,所述方法包括如下步骤:a.由调焦调平传感器测量初始位置下基底上的测量点的位置信息,作为调焦调平传感器初始测量值,由垂向测量传感器测量初始位置下工件台的位置信息,作为垂向传感器初始测量值;b.根据所述调焦调平传感器初始测量值和垂向传感器初始测量值,计算得到将基底上的测量点调节至目标平面内的垂向设定值;c.以所述垂向设定值为闭环控制的输入值,以垂向测量传感器实时测量得到的当前位置下工件台的位置信息作为闭环控制的反馈值,对工件台的位置进行闭环控制,从而将基底上的测量点调到目标平面。
根据本发明的又一方面,提供了一种光刻机的垂向控制方法,用于对工件台进行垂向移位,使工件台承载的基底移动至一目标平面内,所述方法包括如下步骤:a.由调焦调平传感器测量初始位置下基底上的某个测量点的位置信息,作为调焦调平传感器初始测量值,由垂向测量传感器测量初始位置下工件台的位置信息,作为垂向传感器初始测量值;b.根据所述调焦调平传感器初始测量值和垂向传感器初始测量值,计算得到将基底上的该测量点调节至目标平面内的垂向设定值;c.以所述垂向设定值为闭环控制的输入值,以垂向测量传感器实时测量得到的当前位置下工件台的位置信息作为闭环控制的反馈值,对工件台的位置进行闭环控制,从而将基底上的该测量点调到目标平面;d.利用垂向测量传感器获得位于目标平面内的该测量点的高度值;e.重复步骤a~d,以获取基底上另两个测量点位于目标平面内时,该两个测量点的高度值;f.利用测量得到的三个测量点的高度值来计算基底相对于光刻机基座的整体倾斜,再据此计算出将基底调节至目标平面内的倾斜设定值;g.以所述倾斜设定值为闭环控制的输入值,以垂向测量传感器实时测量得到的当前位置下工件台的倾斜值作为闭环控制的反馈值,对工件台的位置进行闭环控制,从而将基底调到目标平面内。
根据本发明的垂向控制方法不需要调焦调平传感器参与闭环控制,只需根据调焦调平传感器的测量值、垂向测量传感器的测量值,通过数学模型计算得到垂向设定值。所述控制单元以所述垂向设定值为闭环控制的输入值,以所述垂向测量传感器的实时测量值为闭环控制的反馈值,经由执行机构对工件台进行闭环控制,从而将基底上的测量点调到目标平面。由此,可快速简单地进行反馈垂向控制,并降低闭环机制的复杂度。
附图说明
参考下文较佳实施例的描述以及附图,可最佳地理解本发明及其目的与优点,其中:
图1为现有技术中的垂向控制示意图;
图2为光刻机系统的示意图;
图3为本发明第一实施例中基底上的测量点的位置变化示意图;
图4为第一实施例中的高度获取的示意图;
图5为本发明的垂向控制的示意图;
图6为本发明第二实施例中基底上的测量点的位置变化的示意图。
具体实施方式
结合本发明实施例的附图,下文将更详细地描述本发明。然而,本发明可以以许多不同的形式实现,并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反,提出这些实施例是为了达成充分及完整公开,并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。
图2为光刻机系统的示意图。如图2所示,所述光刻机系统包括基座1以作为整个光刻机系统的支撑。基座1的两端设有主动减振器2,以对放置其上的工件台3进行主动减振。工件台3通过工件台支撑框架31连接至主动减振器2。工件台3为具有六自由度(x,y,z,rx,ry,rz)并夹持带动基底运动的承片台。
在基座1与工件台3之间设有垂向测量传感器4以及工件台执行器5(本实施例中,为三个执行器)。执行器5为带有旋转电机的凸轮结构,用来支撑工件台的垂向移动。由于执行器5的上表面与工件台3的下表面物理接触,因此,三个执行器5上表面所处的平面就是工件台3的下表面,且三个执行器的中心为工件台的中心。通过垂向测量传感器4可以测量工件台3的下表面相对于基座1上表面的倾斜值,也可以测量工件台3下表面的中心到基座1上表面的距离,该距离被定义为工件台3相对于基座1的高度。工件台执行器5对工件台3进行支撑,并且根据垂向传感器4的设定值驱动工件台3进行垂向移动。基底6设置在工件台3的上表面上,所述基底6可为硅片或者基准板。基底6的上方设有主基板7。主基板7通过支撑件由工件台支撑框架31进行支撑。主基板7上支撑有透镜8以及照明系统9。
请结合参照图3,照明系统9发射光源,经过透镜8并沿透镜8的光轴LS方向照射在基底6的上表面上。主基板7上还设有朝向基底6的调焦调平传感器(FLS)10。调焦调平传感器10测量基底6的上表面与调焦调平传感器10的零平面PN0之间的高度和倾斜值。应注意,本发明中涉及到所有旋转倾斜方向(rx,ry)都定义为如图2所示。
本发明的光刻机的垂向控制装置包括调焦调平传感器、垂向测量传感器、控制单元及执行机构,该垂向控制装置用于对工件台进行垂向移位,使工件台承载的基底上的测量点移动至一目标平面内,其中,所述调焦调平传感器测量初始位置下基底上的测量点的位置信息,作为调焦调平传感器初始测量值输出至控制单元;所述垂向测量传感器测量初始位置下工件台的位置信息,作为垂向传感器初始测量值输出至控制单元;所述控制单元根据所述调焦调平传感器初始测量值和所述垂向传感器初始测量值,计算得到将基底上的测量点调节至目标平面内的垂向设定值;所述控制单元以所述垂向设定值作为闭环控制的输入值,以垂向测量传感器实时测量得到的当前位置下工件台的位置信息作为闭环控制的反馈值,经由所述执行机构对所述工件台的位置进行闭环控制,从而将基底上的所述测量点调节到所述目标平面内。
所述目标平面可为最佳焦面,也可为其它任何平面。所述执行机构可以是工件台执行器5,具体的,可采用带有旋转电机的凸轮结构。
现结合上述光刻机系统详细描述使用所述垂向控制装置对工件台进行垂向控制的方法。具体的,垂向控制可以分为两种情况,一种是将基底上的某个测量点垂向移位到目标平面,另一种是将整个基底垂向移位到目标平面。对于上述的两种情况,下面将通过两个具体实施例来分别阐述,如何采用本发明的垂向控制装置及方法来实现测量点或基底到目标平面的移位。
实施例一
本实施例是将基底上的某个测量点垂向移位到目标平面,该测量点位于调焦调平传感器的测量范围内。
现参考图2-5描述根据本发明的垂向控制方法的第一实施例。
首先执行步骤S100,调焦调平传感器10测量初始位置处的基底6上的测量点相对于调焦调平传感器10零平面PN0的高度及倾斜值,记为高度zF和倾斜值rxF、ryF,作为调焦调平传感器初始测量值,其中,如图3所示,该高度zF指沿光轴LS方向,基底表面的测量点P0到零平面PN0之间的距离,该倾斜值指所述测量点P0附近的一个小测量区域与调焦调平传感器10零平面PN0之间的倾斜值;垂向测量传感器4测量初始位置处的工件台3相对于基座1的高度及倾斜值,记为高度zL和倾斜值rxL、ryL,作为垂向传感器初始测量值,其中,如图3所示,该高度zL指工件台下表面PN3的中心C到基座上表面PN2的距离,该倾斜值rxL、ryL指工件台下表面PN3与基座上表面PN2之间的倾斜值。上述高度和倾斜值的测量方法为本领域的公知技术,在此不复赘述。
接着,执行步骤S200,根据步骤S100得到的垂向传感器初始测量值和调焦调平传感器初始测量值,通过数学模型计算得到垂向测量传感器4的垂向设定值,即高度设定值zL_Set和倾斜设定值rxL_set、ryL_set,其中,如图3所示,该高度设定值zL_Set表征的含义是:当基底表面的测量点位于目标平面PN1内时,工件台下表面中心到基座上表面的距离;该倾斜设定值rxL_set、ryL_set表征的含义是:当基底表面的测量点附近的一个小测量区域位于目标平面PN1内时,工件台下表面与基座上表面之间的倾斜值。
具体地,步骤S200包含以下子步骤:
步骤S201,设置目标平面PN1在调焦调平传感器10的零位坐标系中的位置,即目标平面PN1的高度zF_Set和倾斜值rxF_Set、ryF_Set,其中,如图3所示,该高度zF_Set指沿光轴LS方向,零平面PN0与目标平面PN1之间的距离,该倾斜值rxF_Set、ryF_Set指零平面PN0与目标平面PN1之间的倾斜值。
步骤S203,获取基座表面PN2相对于目标平面PN1的倾斜值,记为rxst、ryst。这一倾斜值的获取为业界的公知技术,在此不进行赘述。
步骤S205,计算基底6上的测量点P0与工件台3上表面之间的倾斜值rxw、ryw,即测量点P0附近的一个小测量区域与工件台3上表面之间的倾斜值。需要说明的是,此处认为所述工件台3的上、下表面相互平行,因而,该倾斜值rxw、ryw也可理解为图3中测量点P0附近的一个小测量区域与工件台下表面PN3之间的倾斜值。具体计算公式如下:
ryw=-ryst-ryF_Set-ryL+ryF
                                                       (1)
rxw=-rxst-rxF_Set-rxL+rxF      (2)
步骤S207,计算倾斜设定值rxL_set、ryL_set,计算公式如下:
ryL_set=ryF_Set+ryL-ryF
                                                      (3)
rxL_set=rxF_Set+rxL-rxF
                                                      (4)
步骤S209,获取工件台3的高度d(如图4所示)。高度d为一常数,由工件台本身确定。
步骤S211,设置基底6上的测量点的水平位置,即测量点在工件台3的坐标系中的位置,xt、yt。
步骤S213,计算高度设定值zL_Set,具体如下:
首先,计算高度设定值zL_Set与垂向测量传感器4初始的高度测量值zL之间的差值Δz:
sin ( ry w ) xt - cos ( ry w ) sin ( rx w ) yt - cos ( ry w ) cos ( rx w ) d
+ [ sin ( ry st ) cos ( ry L ) + cos ( ry st ) cos ( rx st ) sin ( ry L ) ] xt
+ [ sin ( ry st ) sin ( ry L ) sin ( rx L ) - cos ( ry st ) sin ( rx st ) cos ( rx L )
- cos ( ry st ) cos ( rx st ) cos ( ry L ) sin ( rx L ) ] yt
+ [ - sin ( ry st ) sin ( ry L ) cos ( rx L ) - cos ( ry st ) sin ( rx st ) sin ( rx L )
+ cos ( ry st ) cos ( rx st ) cos ( ry L ) cos ( rx L ) ] d + z F _ set - z F
- ry st - cos ( ry w ) xt - sin ( ry w ) sin ( rx w ) yt - sin ( ry w ) cos ( rx w ) d + [ cos ( ry st ) cos ( ry L ) - sin ( ry st ) cos ( rx st ) sin ( ry L ) ] xt + [ sin ( ry st ) sin ( rx st ) cos ( rx L ) + sin ( ry st ) sin ( rx st ) cos ( rx L ) - sin ( ry st ) cos ( rx st ) cos ( ry L ) sin ( rx L ) ] yt + [ - cos ( ry st ) sin ( ry L ) cos ( rx L ) + sin ( ry st ) sin ( rx st ) sin ( rx L ) - sin ( ry st ) cos ( x st ) cos ( ry L ) cos ( rx L ) ] d
Δz = + rx st - cos ( rx w ) yt + sin ( rx w ) d + sin ( rx st ) sin ( ry L ) xt + [ cos ( rx st ) cos ( rx L ) - sin ( rx st ) cos ( ry L ) sin ( rx L ) ] yt + [ cos ( rx st ) sin ( rx L ) + sin ( rx st ) cos ( ry L ) cos ( rx L ) ] d 1 + ry st 2 + rx st 2 - - - ( 5 )
然后,对式(5)作近似处理:cos(α)≈1,sin(α)≈α,并略去高阶项,最终得到:
xt { ry st + ry L + ry w - ry st [ cos ( ry st ) cos ( ry L ) - ry st ry L - cos ( ry w ) ] }
+ yt { - rx st - rx L - rx w + rx st [ cos ( rx st ) cos ( rx L ) - cos ( rx w ) ] }
+ d * - ry st ry L - rx st rx L + cos ( ry st ) cos ( rx st ) cos ( ry L ) * cos ( rx L ) - cos ( ry w ) * cos ( rx w ) - ry st ( - ry L - ry st - ry w ) + rx st ( rx L + rx st + rx w )
Δz = + z F _ set - z F 1 + ry st 2 + rx st 2 - - - ( 6 )
由此,得到高度设定值zL_Set
zL_Set=zL+Δz        (7)
然后,执行步骤S300,如图5所示,控制单元根据得到的所述垂向设定值,即高度设定值zL_Set和倾斜设定值rxL_set、ryL_set,生成控制命令C。接着,各个执行器5根据命令C对工件台3进行M的移位,使工件台3夹持基底6向目标平面移动,然后进入闭环控制,具体的,由垂向测量传感器4实时测量工件台3在新的当前位置下的高度和倾斜值,作为新的垂向传感器测量值,并将该新的垂向传感器测量值负反馈至控制单元从而形成控制环路,控制单元再根据所述反馈而调整命令C。由此,通过所形成的闭环控制使工件台3相对于基座1的高度和倾斜值符合垂向设定值,从而将基底6上的测量点调节至目标平面PN1。
具体地,步骤S300包括以下子步骤:
步骤S301,控制单元将高度设定值及倾斜设定值zL_Set、rxL_Set、ryL_Set转换为三个工件台执行器5的高度值,转换模型为:
z L _ Set rx L _ Set ry L _ Set = a 11 a 12 a 13 a 21 a 22 a 23 a 31 a 32 a 33 · z 1 z 2 z 3 - - - ( 8 )
式(8)中的系数矩阵和高度设定值及倾斜设定值zL_Set、rxL_Set、ryL_ Set已知,即可求出三个执行器的高度值z1、z2、z3。其中,系数矩阵的确定方法为业界公知技术,在此不复赘述。
步骤S303,三个执行器5驱动工件台3移动,使工件台3夹持基底6向目标平面PN1移动。
步骤S305,垂向测量传感器4测量工件台3在当前位置下的新的垂向传感器测量值,包括工件台3的高度和倾斜度,负反馈给控制单元。
步骤S307,控制单元进行闭环伺服,重复步骤S301~305,直到将基底6上的测量点P0移动到目标平面PN1。
从上述实施例可以看出,在整个垂向控制过程中,调焦调平传感器只用于获取初始位置处基底上的测量点相对于调焦调平传感器零平面的高度zF及倾斜值rxF、ryF来计算高度设定值zL_Set及倾斜设定值rxL_Set、ryL_Set,后续的闭环控制是通过垂向传感器来实现的。可见,采用上述实施例中的垂向控制装置及方法,调焦调平传感器无需参与闭环控制,从而可大大节省时间并降低闭环机制的复杂度。
实施例二
本实施例是将整个基底垂向移位到目标平面。现参考图2及图5-6描述根据本发明的垂向控制方法的第二实施例。
本实施例的垂向控制方法与第一实施例的垂向控制方法基本相同,所不同之处在于,其将测量平面整体调到目标平面PN1。即首先将测量面上的三个测量点分别调到目标平面PN1,然后利用这三点的垂向测量传感器高度值进行拟合计算,由此可将测量面整体带到目标平面PN1位置处。下文之描述及其提及的附图中,相同或相应的标号指代相同或相应的部件或步骤,并且省去了这些相同或相应部件或步骤的详细描述。
首先执行步骤S500,调焦调平传感器10测量初始位置处的基底6上的某个测量点P5的高度,记为高度zF,其中,如图6所示,该高度zF指沿光轴LS方向,基底6上的测量点P5到零平面PN0的距离;垂向测量传感器4测量初始位置处的工件台3的高度及倾斜值,记为高度zL和倾斜值rxL、ryL,其中,如图6所示,该高度zL指工件台下表面中心P1到基座上表面PN2的距离,该倾斜值rxL、ryL指工件台下表面PN3与基座上表面PN2之间的倾斜值。
接着,执行步骤S600,根据上述步骤得到的各测量值,通过数学模型计算得到将测量点调到目标平面PN1的垂向设定值,即高度设定值zL_Set和倾斜设定值rxL_set、ryL_set
具体地,步骤S600包括以下子步骤,其中所涉及到的高度、倾斜值的计算都是基于初始位置:
步骤S601,设置目标平面PN1在调焦调平传感器10的零位坐标系(零平面PN0)中的位置,即目标平面PN1的高度zF_Set和倾斜值rxF_Set、ryF_Set,其中,如图6所示,该高度zF_Set指沿光轴LS方向,零平面PN0与目标平面PN1之间的距离,该倾斜值rxF_Set、ryF_Set指零平面PN0与目标平面PN1之间的倾斜值。
步骤S603,获取目标平面PN1相对于基座1的倾斜值,记为rxst、ryst
步骤S605,计算倾斜设定值rxL_Set、ryL_Set,其表征的含义是当基底表面的测量点位于目标平面PN1内时,即测量点P5移动到图6中的P3位置时,工件台下表面PN3与基座上表面PN2之间的倾斜值。与第一实施例的计算模型相比,在将测量点移动到目标平面PN1的过程中,仅考虑工件台的倾斜值,而不考虑其高度,计算模型如下:
rxL_Set=rxL
                      (9)
ryL_Set=ryL
                     (10)
步骤S607,计算高度设定值zL_set,其表征的含义是当基底表面的测量点位于目标平面PN1内时,即测量点P5移动到图6中的P3位置时,工件台下表面中心(P4位置)到基座上表面PN2的距离。
首先,计算高度设定值zL_set与垂向测量传感器4的当前高度测量值zL之间的差值Δz:
Δz = z F _ Set - z F 1 + ry st 2 + rx st 2 - - - ( 11 )
与第一实施例的计算模型相比,Δz仅考虑目标平面PN1的高度zF_Set和当前测量点的高度zF
然后,得到垂向测量传感器4的高度设定值:
zL_Set=zL+Δz
                     (12)
然后执行步骤S700,控制单元根据所述垂向设定值,即高度设定值zL_Set和倾斜设定值rxL_Set、ryL_Set,生成控制命令C。接着,执行器5根据命令C对工件台3进行M的位移。根据公式(9)~(12)以及图6可知,该移位实际上是将工件台连同基底沿光轴LS方向进行整体平移,使测量点位于目标平面PN1内,通过移位并未使基底表面与目标平面PN1重合。此后,垂向测量传感器4测量工件台的当前位置,并将当前位置负反馈至控制单元从而形成控制环路。控制单元再根据所述反馈调整命令C。由此,通过所形成的闭环控制而将测量点调节至目标平面PN1。
具体地,步骤S700包括以下子步骤:
步骤S701,将所述高度设定值zL_Set及倾斜设定值rxL_Set、ryL_Set转换为三个执行器5的高度值,转换模型为:
z L _ Set rx L _ Set ry L _ Set = a 11 a 12 a 13 a 21 a 22 a 23 a 31 a 32 a 33 · z 1 z 2 z 3 - - - ( 13 )
式(13)中的系数矩阵
Figure BDA0000038743450000112
和高度设定值zL_Set及倾斜设定值rxL_Set、ryL_Set已知,即可求出三个执行器的高度值z1、z2、z3。
步骤S703,三个执行器5驱动工件台3移动,使工件台3夹持基底6向目标平面PN1移动。
步骤S705,垂向测量传感器4测量工件台3的当前垂向位置信息,并将所述垂向位置信息反馈至控制单元,所述位置信息包括工件台3的高度和倾斜度。
步骤S707,垂向测量传感器4进行闭环伺服重复步骤S701~705,直到将基底上的测量点移动到目标平面PN1内。
接着执行步骤S800,垂向测量传感器4对位于目标平面PN1内的所述测量点的高度值Z1(工件台下表面中心到基座上表面的距离)进行测量,并反馈至控制单元。
随后以当前位置作为初始位置重复步骤S500~800,将第二个测量点调到目标平面PN1内,并由垂向测量传感器4测量第二个测量点位于目标平面PN1内的高度值Z2;然后以当前位置作为初始位置再次重复步骤S500~800,将第三个测量点调到目标平面PN1内,并由垂向测量传感器4测量第三个测量点位于目标平面PN1内的高度值Z3。至此,三个高度值Z1、Z2、Z3均测量完毕,此时基底上的第三个测量点位于目标平面PN1内,基底仍旧与目标平面PN1保持倾斜。
然后执行步骤S900,利用测量得到的三个所述测量点位于目标平面PN1内的高度值来计算基底的整体倾斜rxwafer、rywafer
设基底上表面方程为:
z=ax+by+c                (14)
设三个测量点在工件台坐标系中的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),三个测量点位于目标面的高度值为Z1、Z2、Z3,则代入方程(14)解线性方程可求出系数a,b,c的值。
由坐标系的定义可得(右手坐标系):
rx = Δz Δy = ∂ z ∂ y = b - - - ( 15 )
ry = - Δz Δx = - ∂ z ∂ x = - a - - - ( 16 )
基底整体倾斜,即基底的上表面与工件台上表面之间的倾斜,的表达式为:
rxwafer=-rx=-b          (17)
rywafer=-ry=a           (18)
步骤S1000,计算得到新的倾斜设定值,公式如下:
ryL_Set=-rywafer-ryst    (19)
rxL_Set=-rxwafer-rxst    (20)
步骤S1100,控制单元根据新的倾斜设定值进行闭环控制将基底整体调到目标平面PN1,其实现方法与步骤S700相同。
从上述实施例可以看出,在整个垂向控制过程中,调焦调平传感器只用于获取数据来计算垂向设定值,并未参与到闭环控制中,因而可大大节省时间并降低闭环机制的复杂度。
综上所述,本发明具有如下优点:
(1)根据本发明的垂向控制方法不需调焦调平传感器与工件台执行器的闭环机制,只需根据调焦调平传感器的测量值、垂向测量传感器的测量值,通过数学模型计算得到垂向设定值。所述控制单元以所述垂向设定值为初始值,以所述垂向测量传感单元的实时测量值为反馈输入值,经由所述执行机构对所述工件台进行闭环控制,从而将所述测量点调到目标平面PN1。由此,可快速简单地进行反馈垂向控制。
(2)根据本发明的垂向控制方法根据调焦调平传感器的测量值、垂向测量传感器的测量值,通过数学模型计算得到垂向设定值。反馈参数既考虑了基底表面形态,也考虑了工件台的垂向位置,因此,调节的精度较高。
(3)根据本发明的垂向控制方法既可将基底上的测量平面调整至最佳焦面,也可为其它任何平面,因此,灵活度较高。
(4)根据本发明的垂向控制装置由执行器以及垂向传感器的闭合实现。所述执行器由旋转电机与凸轮结构构成。本发明的闭合控制的精度Z向达200nm、rx、ry定位精度为lurad。因此本发明的垂向控制装置的调节精度较高。
本发明的描述和应用是说明性的,并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的,对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是,在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下,本发明可以以其他形式、结构、布置、比例,以及用其他元件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下,可以对这里所披露的实施例进行其他变形和改变。

Claims (13)

1.一种光刻机的垂向控制装置,用于对工件台进行垂向移位,使所述工件台承载的基底上的测量点移动至一目标平面内,其特征在于,所述垂向控制装置包括调焦调平传感器、垂向测量传感器、控制单元及执行机构,其中,
所述调焦调平传感器测量初始位置下所述基底上的测量点的位置信息,作为调焦调平传感器初始测量值输出至所述控制单元;
所述垂向测量传感器测量初始位置下所述工件台的位置信息,作为垂向传感器初始测量值输出至所述控制单元;
所述控制单元根据所述调焦调平传感器初始测量值和所述垂向传感器初始测量值,计算得到将所述基底上的测量点调节至所述目标平面内的垂向设定值;
所述控制单元以所述垂向设定值作为闭环控制的输入值,以所述垂向测量传感器实时测量得到的当前位置下所述工件台的位置信息作为闭环控制的反馈值,经由所述执行机构对所述工件台的位置进行所述闭环控制,从而将所述测量点调节到所述目标平面内。
2.如权利要求1所述的垂向控制装置,其特征在于,所述垂向测量传感器是光栅尺。
3.如权利要求1所述的垂向控制装置,其特征在于,所述执行机构包括三个执行器。
4.如权利要求3所述的垂向控制装置,其特征在于,所述执行器为带有旋转电机的凸轮结构。
5.一种光刻机的垂向控制方法,用于对工件台进行垂向移位,使所述工件台承载的基底上的测量点移动至一目标平面内,其特征在于,包括如下步骤:
a.由调焦调平传感器测量初始位置下所述基底上的测量点的位置信息,作为调焦调平传感器初始测量值,由垂向测量传感器测量初始位置下所述工件台的位置信息,作为垂向传感器初始测量值;
b.根据所述调焦调平传感器初始测量值和垂向传感器初始测量值,计算得到将所述基底上的测量点调节至所述目标平面内的垂向设定值;
c.以所述垂向设定值为闭环控制的输入值,以所述垂向测量传感器实时测量得到的当前位置下所述工件台的位置信息作为闭环控制的反馈值,对所述工件台的位置进行所述闭环控制,从而将所述基底上的测量点调到所述目标平面。
6.如权利要求5所述的垂向控制方法,其特征在于,所述调焦调平传感器初始测量值包括所述基底上的测量点在调焦调平传感器零平面内的高度zF和倾斜值rxF、ryF;所述垂向传感器初始测量值包括所述工件台相对于光刻机基座的高度zL和倾斜值rxL、ryL;所述垂向设定值包括高度设定值zL_Set和倾斜设定值rxL_set、ryL_set,分别表示当所述基底上的测量点位于所述目标平面内时,所述工件台相对于所述光刻机基座的高度和倾斜值。
7.如权利要求6所述的垂向控制方法,其特征在于,所述步骤b包括如下子步骤:
b1.设置所述目标平面在所述调焦调平传感器零平面中的高度值zF_Set及倾斜值rxF_Set和ryF_Set
b2.获取所述目标平面相对于所述光刻机基座的倾斜值rxst和ryst
b3.计算所述基底上的测量点与所述工件台之间的倾斜值rxw、ryw,计算公式为:
ryw=-ryst-ryF_Set-ryL+ryF和rxw=-rxst-rxF_Set-rxL+rxF
b4.计算倾斜设定值rxL_set、ryL_set,计算公式为:
ryL_set=ryF_Set+ryL-ryF和rxL_set=rxF_Set+rxL-rxF
b5.获取所述工件台的高度d;
b6.设置所述基底上的测量点在所述工件台的坐标系中的水平位置xt、yt;
b7.计算所述高度设定值zL_Set,所述高度设定值zL_Set为所述高度测量值zL加上差值Δz,其中,
sin ( ry w ) xt - cos ( ry w ) sin ( rx w ) yt - cos ( ry w ) cos ( rx w ) d
+ [ sin ( ry st ) cos ( ry L ) + cos ( ry st ) cos ( rx st ) sin ( ry L ) ] xt
+ [ sin ( ry st ) sin ( ry L ) sin ( rx L ) - cos ( ry st ) sin ( rx st ) cos ( rx L )
- cos ( ry st ) cos ( rx st ) cos ( ry L ) sin ( rx L ) ] yt
+ [ - sin ( ry st ) sin ( ry L ) cos ( rx L ) - cos ( ry st ) sin ( rx st ) sin ( rx L )
+ cos ( ry st ) cos ( rx st ) cos ( ry L ) cos ( rx L ) ] d + z F _ set - z F
- ry st - cos ( ry w ) xt - sin ( ry w ) sin ( rx w ) yt - sin ( ry w ) cos ( rx w ) d + [ cos ( ry st ) cos ( ry L ) - sin ( ry st ) cos ( rx st ) sin ( ry L ) ] xt + [ sin ( ry st ) sin ( rx st ) cos ( rx L ) + sin ( ry st ) sin ( rx st ) cos ( rx L ) - sin ( ry st ) cos ( rx st ) cos ( ry L ) sin ( rx L ) ] yt + [ - cos ( ry st ) sin ( ry L ) cos ( rx L ) + sin ( ry st ) sin ( rx st ) sin ( rx L ) - sin ( ry st ) cos ( x st ) cos ( ry L ) cos ( rx L ) ] d
Δz = + rx st - cos ( rx w ) yt + sin ( rx w ) d + sin ( rx st ) sin ( ry L ) xt + [ cos ( rx st ) cos ( rx L ) - sin ( rx st ) cos ( ry L ) sin ( rx L ) ] yt + [ cos ( rx st ) sin ( rx L ) + sin ( rx st ) cos ( ry L ) cos ( rx L ) ] d 1 + ry st 2 + rx st 2 .
8.如权利要求7所述的垂向控制方法,其特征在于,所述步骤c包括如下子步骤:
c1.将所述高度设定值zL_Set及倾斜设定值rxL_Set和ryL_Set转换为执行器的高度值z1、z2和z3,转换模型为:
z L _ Set rx L _ Set ry L _ Set = a 11 a 12 a 13 a 21 a 22 a 23 a 31 a 32 a 33 · z 1 z 2 z 3 ;
c2.所述执行器根据高度值z1、z2和z3驱动所述工件台移动,从而所述工件台上的所述基底向所述目标平面移动;
c3.由所述垂向测量传感器实时测量当前位置下所述工件台的位置信息,并负反馈所述位置信息,进行所述闭环控制,将所述基底上的测量点移动到所述目标平面内。
9.一种光刻机的垂向控制方法,用于对工件台进行垂向移位,使所述工件台承载的基底移动至一目标平面内,其特征在于,包括如下步骤:
a.由调焦调平传感器测量初始位置下所述基底上的一测量点的位置信息,作为调焦调平传感器初始测量值,由垂向测量传感器测量初始位置下所述工件台的位置信息,作为垂向传感器初始测量值;
b.根据所述调焦调平传感器初始测量值和垂向传感器初始测量值,计算得到将所述基底上的该测量点调节至所述目标平面内的垂向设定值;
c.以所述垂向设定值为闭环控制的输入值,以所述垂向测量传感器实时测量得到的当前位置下所述工件台的位置信息作为闭环控制的反馈值,对所述工件台的位置进行所述闭环控制,从而将所述基底上的该测量点调到所述目标平面;
d.利用所述垂向测量传感器获得位于所述目标平面内的该测量点的高度值;
e.重复步骤a~d,以获取所述基底上另两个测量点位于目标平面内时,所述两个测量点的高度值;
f.利用测量得到的三个测量点的高度值来计算所述基底相对于光刻机基座的整体倾斜,再据此计算出将所述基底调节至所述目标平面内的倾斜设定值;
g.以所述倾斜设定值为闭环控制的输入值,以所述垂向测量传感器实时测量得到的当前位置下所述工件台的倾斜值作为闭环控制的反馈值,对所述工件台的位置进行所述闭环控制,从而将所述基底调到所述目标平面内。
10.如权利要求9所述的垂向控制方法,其特征在于,所述调焦调平传感器初始测量值包括所述测量点在调焦调平传感器零平面内的高度zF;所述垂向传感器初始测量值包括所述工件台相对于所述光刻机基座的高度zL和倾斜值rxL、ryL;所述垂向设定值包括高度设定值zL_Set和倾斜设定值rxL_set、ryL_set,分别表示当所述基底上的测量点位于所述目标平面内时,所述工件台相对于所述光刻机基座的高度和倾斜值。
11.如权利要求10所述的垂向控制方法,其特征在于,所述步骤b包括如下子步骤:
b1.设置所述目标平面在所述调焦调平传感器零平面中的高度值zF_Set及倾斜值rxF_Set和ryF_Set
b2.获取所述目标平面相对于所述光刻机基座的倾斜值rxst和ryst
b3.计算倾斜设定值rxL_set、ryL_set,计算公式为rxL_set=rxL和ryL_set=ryL
b4.计算所述高度设定值zL_Set,所述高度设定值zL_Set为所述高度测量值zL加上差值Δz,其中,
Δz = z F _ Set - z F 1 + ry st 2 + rx st 2 .
12.如权利要求11所述的垂向控制方法,其特征在于,所述步骤c包括如下子步骤:
c1.将所述高度设定值zL_Set及倾斜设定值rxL_Set和ryL_Set转换为执行器的高度值z1、z2和z3,转换模型为:
z L _ Set rx L _ Set ry L _ Set = a 11 a 12 a 13 a 21 a 22 a 23 a 31 a 32 a 33 · z 1 z 2 z 3 ;
c2.所述执行器根据高度值z1、z2和z3驱动所述工件台移动,从而所述工件台上的所述基底向所述目标平面移动;
c3.由所述垂向测量传感器实时测量当前位置下所述工件台的位置信息,并负反馈所述位置信息,进行所述闭环控制,将所述基底上的所述测量点移动到所述目标平面内。
13.如权利要求9所述的垂向控制方法,其特征在于,所述步骤f包括如下子步骤:
f1.设所述基底上表面方程为z=ax+by+c,所述基底上的三个测量点在工件台坐标系中的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),将三个测量点的高度值Z1、Z2、Z3及坐标代入基底上表面方程,解线性方程以求出系数a,b的值,计算公式如下:
rx = Δz Δy = ∂ z ∂ y = b
ry = - Δz Δx = - ∂ z ∂ x = - a ;
f2.计算基底相对于工件台的倾斜值rxwafer、rywafer,计算公式为:
rxwafer=-rx=-b
rywafer=-ry=a;
f3.计算新的倾斜设定值rxL_set、ryL_set,公式如下:
ryL_Set=-rywafer-ryst
rxL_Set=-rxwafer-rxst
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