Оптическое устройство совмещения установки фотолитографии

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО СОВМЕЩЕНИЯ УСТАНОВКИ ФОТОЛИТОГРАФИИ(71) Заявитель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие КБТЭМ-ОМО(72) Авторы Есьман Василий Михайлович Агейченко Александр Степанович(73) Патентообладатель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие КБТЭМ-ОМО(57) Оптическое устройство совмещения установки фотолитографии, содержащее ретикл со знаками базирования, датчики базирования ретикла, проекционный объектив, стол с интерферометром и приводом, выполненный с возможностью размещения на нем пластины со знаками совмещения, а также соединенный с устройством управления датчик совмещения, содержащий пространственный фильтр и фотоприемник, отличающееся тем,что пространственный фильтр выполнен амплитудно-фазовым, а устройство управления выполнено с возможностью анализа свертки изображения любого из знаков совмещения с его математическим образом при условии присутствия всех пространственных частот этого изображения в спектре пространственных частот указанного образа. 17160 1 2013.06.30 Изобретение относится к технологическому оборудованию для производства интегральных схем, печатных плат высокой плотности соединений, плоскопанельных дисплеев и т.п. В частности, изобретение касается устройства совмещения для проекционных систем экспонирования и генераторов изображения, в которых используется или оптический перенос рисунка на фоточувствительную подложку (пластину) с ретикла (фотошаблона или маски) через проекционную оптическую систему, или непосредственное генерирование изображения на подложке. В частности, для систем совмещения, использующих знаки совмещения, представляющие собой дифракционную структуру с амплитудным или фазовым контрастом. Стремление к уменьшению размеров транзисторов предъявляет постоянно возрастающие требования к погрешности совмещения топологических слоев. Снижение себестоимости производимой продукции вынуждает разработчиков экспонирующих систем искать способы повышения производительности оборудования за счет уменьшения времени на выполнение каждой стадии рабочего цикла загрузка пластины, процесс совмещения и экспонирование. Сокращение времени, необходимого для измерения координат знаков на пластине, особенно важно тогда, когда для малых погрешностей совмещения количество знаков на пластине должно быть большим. Например, для степперов, изготавливающих подложки упаковки микросхем методом перевернутого чипа, количество знаков при почиповом совмещении должно быть более 40 на одной пластине. Сканеры, у которых знаки совмещения расположены в виде линейки вдоль оси сканирования, должны измерять положение каждого знака совмещения на пластине в процессе экспонирования и в реальном времени 1. Поэтому сокращение времени измерения знака совмещения даже на доли секунды является важной задачей увеличения производительности установок фотолитографии. Как правило, знаки совмещения на обрабатываемой пластине покрыты слоем фоторезиста. Часть света, используемого для освещения знаков совмещения на пластине, отражается от верхней поверхности фоторезиста. Другая часть света отражается от знака совмещения, находящегося под слоем фоторезиста. Таким образом, в фотоприемную часть системы совмещения одновременно попадает неинформационный (фоновый) свет,отраженный от верхней поверхности фоторезиста, и полезный свет, отраженный от знака совмещения. Для увеличения контраста изображения знака совмещения применяется метод пространственной фильтрации. Известны экспонирующие системы для проекционной литографии, у которых в устройстве совмещения используется пространственная фильтрация света совмещения 2-5. В Фурье - плоскости (плоскости зрачка) одной из линз объектива системы совмещения устанавливается пространственный фильтр. Обычно пространственный фильтр представляет собой экран, который блокирует свет, отраженный от верхней поверхности резиста, и пропускает свет, отраженный от дифракционного знака совмещения,находящегося под резистом, с углами дифракции первого-третьего (реже - более высоких) порядков. Таким образом, удается повысить контраст сигнала совмещения (контраст изображения знака совмещения) и, соответственно, повысить точность совмещения технологических слоев изготавливаемого прибора. Прототипом предлагаемого изобретения является оптическое устройство совмещения 6, которое содержит источник излучения, оптику устройства совмещения с пространственным фильтром, ретикл со знаком базирования, проекционный объектив, стол пластин с интерферометром и приводом, пластину со знаком совмещения и устройство управления. Недостатком прототипа является снижение производительности установки фотолитографии из-за временных затрат на обработку изображения знаков совмещения и точности совмещения топологических слоев, обусловленных временной задержкой выдачи координаты знака совмещения. Особенно это важно для сканеров. 17160 1 2013.06.30 Целью изобретения является повышение точности совмещения и производительности установки фотолитографии за счет согласованной оптической фильтрации изображения знака совмещения и замены математической свертки изображения знака совмещения с его идеальным образом оптической сверткой в реальном времени. Поставленная задача достигается тем, что оптическое устройство совмещения для установки фотолитографии содержит ретикл со знаками базирования, датчики базирования ретикла, проекционный объектив, стол с интерферометром и приводом, выполненный с возможностью размещения на нем пластины со знаками совмещения, а также соединенный с устройством управления датчик совмещения, содержащий пространственный фильтр и фотоприемник, а пространственный фильтр датчика совмещения выполнен амплитудно-фазовым. При этом устройство управления выполнено с возможностью анализа свертки изображения любого из знаков совмещения с его математическим образом при условии присутствия всех пространственных частот этого изображения в спектре пространственных частот указанного образа. Суть изобретения поясняется фигурами, где на фиг. 1 изображена общая схема оптического устройства совмещения для установки фотолитографии на фиг. 2 изображена схема датчика совмещения оптического устройства совмещения для установки фотолитографии с пространственным фильтром на фиг. 3 приведена возможная топология однокоординатного знака совмещения на фиг. 4 приведен вид амплитудно-фазового пространственного фильтра, расположенного в Фурье-плоскости объектива совмещения, и профиль фильтра в разрезе. на фиг. 5 приведен сигнал оптической свертки изображения знака совмещения и его математического образа. Оптическое устройство совмещения для установки фотолитографии (фиг. 1) содержит координатный стол ретиклов (на фиг. 1 не показан) с ретиклом 1, содержащим знаки базирования 2, датчики базирования ретикла 3, проекционный объектив 5, датчик совмещения 4,стол пластин 11 с пластиной 8 и знаками совмещения 9, привод 7, интерферометр 10 и устройство управления 6. В состав датчика совмещения 4 (фиг. 2) входит лазерный источник излучения 14, зеркала 12 и 12, полупрозрачное зеркало 18, линза 13, фокусирующая излучение лазерного источника излучения 14 в плоскость (на фиг. 2 не показана), сопряженную со зрачком объектива 5, линзу 19, обеспечивающую совместно с объективом 5 засветку знака совмещения 9 на пластине 8 параллельным пучком, амплитудно-фазовый пространственный фильтр 17, пропускающий на плоскость матричного фотоприемника 15 только те пространственные частоты спектра изображения знака совмещения 9, которые присутствуют в спектре его математического образа, линза 16, формирующая совместно с проекционным объективом 5 изображение оптической свертки знака совмещения 9 с его математическим образом на фотоприемнике 15 (фиг. 2). Оптическое устройство совмещения для установки фотолитографии работает следующим образом. Работой всех двигателей, клапанов и датчиков в оптическом устройстве совмещения управляет система управления 6. На стол ретиклов загружается ретикл 1, содержащий знаки базирования 2. Перед началом рабочего цикла проводится базирование ретикла с помощью датчиков базирования 3. В рабочем цикле установки фотолитографии на стол пластин 11 загружается пластина 8 со знаками совмещения 9. Координатный стол 11 с помощью привода 7 перемещает пластину 8 в точку измерения знаков совмещения 9. После измерения координат знаков на пластине 8 рассчитываются поправки совмещения для масштаба, разворота и сдвига каждого кадра пластины 8. Рассмотрим более подробно работу датчика совмещения 4 (фиг. 1). Осветительная часть датчика совмещения 4 (фиг. 2) содержит лазерный источник излучения 14, линзу 13 3 17160 1 2013.06.30 и зеркало 12. Излучение лазерного источника 14 с помощью линзы 13 фокусируется в плоскость 20, сопряженную с плоскостью зрачка проекционного объектива 5. Полупрозрачное зеркало 18 и зеркало 12 направляют излучение в проекционный объектив 5, которое с помощью линзы 19 фокусируется в плоскость зрачка для обеспечения параллельной засветки знака совмещения 9 пластины 8. Отраженное от пластины 8 излучение попадает в проекционный объектив 5 и с помощью зеркала 12 и линзы 19 направляется в плоскость пространственного фильтра 17. Пространственный фильтр 17 выполнен амплитуднофазовым и установлен в плоскости, сопряженной с плоскостью зрачка проекционного объектива 5. Пространственный фильтр 17 (фиг. 4) выполнен амплитудно-фазовым. На определенную часть поверхности пространственного фильтра 17 нанесено непрозрачное покрытие(фиг. 4), на оставшейся части покрытие отсутствует, за счет чего пространственный фильтр 17 пропускает на фотоприемник 15 только те пространственные частоты спектра изображения знака совмещения 9, которые присутствуют в спектре его математического образа, а участки фильтра, на которых покрытие непрозрачно, блокируют все остальные частоты спектра. Прозрачная часть пространственного фильтра 17 содержит как участки,свободные от покрытия, так и участки, на которых подложка протравлена на определенную глубину. После отражения от знака совмещения 9 излучение попадает в проекционный объектив 5 и далее в датчик совмещения 4, где проходит через амплитудно-фазовый пространственный фильтр 17. Расположение травленых участков пространственного фильтра 17 и глубина их травления рассчитаны так, что в плоскости фотоприемника 15 формируется оптическая свертка изображения знака совмещения 9 с его математическим образом. Сигнал оптической свертки изображения знака совмещения и его математического образа показан на фиг. 5. При смещении стола пластин 11 с пластиной 8 и расположенным на ней знаком совмещения 9 на некоторую величину изображение оптической свертки смещается в плоскости матричного фотоприемника 15 на величину смещения стола пластин 11, умноженную на общее оптическое увеличение проекционного объектива 5 и датчика совмещения 4. По величине смещения изображения оптической свертки знака совмещения 9 устройством управления 6 рассчитывается, с учетом увеличения системы, смещение знака совмещения 9. По результатам измерения всех знаков совмещения 9, расположенных на пластине 8, рассчитываются поправки совмещения для масштаба,разворота и сдвига каждого кадра пластины 8. После чего производится экспонирование всех кадров. Расположение (размеры) травленых участков амплитудно-фазового пространственного фильтра 17 и глубина их травления рассчитаны и промоделированы с использованием математического аппарата быстрого преобразования Фурье для конкретных размеров используемого знака совмещения. Таким образом, при проведении расчетов координат знаков совмещения 9 свертка изображения знака совмещения с его математическим образом при использовании предложенного пространственного фильтра происходит физически, в реальном времени, а не в результате последующей математической обработки изображения знака совмещения. Такая оптическая свертка значительно сокращает как время цикла совмещения, так и рабочий цикл установки в целом, за счет исключения времени, необходимого на проведение математической свертки изображения знака совмещения 9 с его математическим образом. Топология амплитудно-фазового пространственного фильтра 17, приведенного на фиг. 4, согласована с топологией однокоординатного знака совмещения 9, предназначенного для измерения координаты по оси . Так, например, при использовании для совмещения источника излучения с длиной волны 0,635 мкм, периодом дифракционной структуры знака совмещения 10 мкм, общим фокусом оптической системы из объектива 5 и линзы 19 около 20 мм, размер единичного 4 17160 1 2013.06.30 элемента амплитудно-фазового пространственного фильтра 17 равен 50 мкм. Глубина травления профиля в стекле пространственного фильтра составляет 0,21 мкм. Описанное оптическое устройство совмещения для установки фотолитографии может быть использовано и при работе с двухкоординатными знаками совмещения. В этом случае амплитудно-фазовый пространственный фильтр состоит из комбинации двух фрагментов, развернутых друг относительно друга на 90. Предложенное техническое решение позволяет повысить точность совмещения и производительность установок фотолитографии за счет оптической обработки изображения знака совмещения. Источники информации 1.5751403 , 1998. 2.4880310 , 1989. 3.5272501 , 1993. 4.5734478 , 1998. 5.5004348 , 1991. 6.4962318 , 1990 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6