NSR-1755i7A投影光刻机自动对准故障分析

2024-07-29 作者:

目沮、黔霖黑烹篡歉氦４　　　　　　　　　　－ＩＣ前。造，万方数据ＮＳＲ一１７５５ｉ７Ａ投影光刻机自动对准故日章分析宋健’，朱Ｍｔ　２榨文稚’，雷宇’（１．中国电子科技集团公司第十三研究所，石家庄０５００５１；　２．清华同方，北京１０００８４）摘要：在半导体设备当中投影光刻机应是最为精密复杂的设备，其维修工作具有高度的技术性。论述了ＮＳＲ１７５５ｉ７Ａ投影光刻机自动对准系统的工作原理，并分析了两例自动对准系统故障和排除故障的过程，最后提出对此类故障检查的一般原则。关键词：分步重复；双频激光千涉；ＬＳＡ中图分类号：ＴＮ３０５．７文献标识码：Ａ文章编号：１００４－４５０７（２００８）０２－０００１－０３Ｔｒｏｕｂｌｅ　Ｓｈｏｏｔｉｎｇ　ｏｆ　ＮＳＲ－１７５５ｉ７Ａ　ＳｔｅｐｐｅｒＡｕｔ　　　　　　　　ｏ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　ＳｙｓｔｅｍＳＯＮＧ　Ｒａｎ｀，　ＨＵ　Ｐｅｎ考，ＺｈＡＮＧ　Ｗｅｎ－ｙａ＇，　ＬＥＩ　Ｙｕ２（１．Ｔｈｅ　１３ｔｈ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＣＥＣＴ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　０５００５１，　Ｃｈｉｎａ；２．Ｑｉｎｇｈｕａ　Ｔｏｎｇｆａｎｇ，　Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８４，　Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｔｈｅ　ｓｔｅｐｐｅｒｓ　ａｒｅ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｐｒｅｃｉｓｅ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，　ｉｔｓ　ｒｅｐａｉｒｉｎｇｗｏｒｋ　ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ　ｖｅｙｒｈ　ｉｇｈ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｌｅｖｅｌ．　Ｔｈｅ　ａｉｔｉｃｌｅ　ｅｘｐｏｕｎｄｓ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ＮＳＲ１７５５ｉ７　ｓｔｅｐｐｅｒａｕｔｏ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ，　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｗｏ　ｒｔｏｕｂｌｅｓ　ｏｆ　ａｕｔｏ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｓｏｌｖｉｎｇ　ｔｈｅｓｅｒｔｏｕｂｌｅｓ，　ａｎｄ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｃｈｅｃｋｉｎｇ　ｔｈｅｓｅ　ｒｔｏｕｂｌｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　Ｓｔｅｐ－ａｎｄ－ｒｅｐｅａｔ；　Ｌａｓｅｒ－ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ；　ＬＳＡ（ｌａｓｅｒ　ｓｔｅｐ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）１引言（１）　ＬＳＡ（ｌａｓｅｒ　ｓｔｅｐ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）（２）　ＦＩＡ（ｉｆｅｌｄ　ｉｍａｇｅ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）　　　　ＮＳＲ１７５５ｉ７Ａ分步重复投影光刻机是日本（３）　ＬＩＡ（ｌａｓｅｒ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）Ｎｉｋｏｎ公司上世纪８０年代产品，在我国有一定数用于掩模自动对准方式为：量的应用。Ｎｉｋｏｎ系列投影光刻机用于硅片自动对（１）　ＳＲＡ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｒｅｔｉｃｌｅ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）准方式为：（２）　ＶＲＡ（Ｖｉｓｕｌ　ｒｅｔｉｃｌｅ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）收稿日期：２００８－０１－３０作者简介：宋健（１９５１一，男，高级工程师，从事半导体设备设计与维护工作；（，９第１５７期）①－ＩＣ前道制造技术．。ｕ黑烹无黑烹思蕊恿咦＿〔国万方数据　　　　用于掩模校准对准方式为：Ｉ　　　　ＳＳ（ｉｍａｇｅ　ｓｌｉｔ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）其中ＬＳＡ是Ｎｉ　　　　ｋｏｎ系列投影光刻机硅片对准系统用的最重要的手段。本文基于ＬＳＡ对准方式论述１７５５ｉ７Ａ对准故障产生的原因和相应的故障排除方法。２　　１７５５ｉ７Ａ自动对准工作原理　　　　首先ｉ７Ａ通过ＳＲＡ对准方式对准掩模标记，这时掩模坐标系确定了掩模的位置。接着利用ＩＳＳ进行掩模位置校准，即检测掩模在主坐标系中的精确位置。若精度不能满足要求，则重新进行ＳＲＡ掩模对准直到满足精度要求，这时掩模在主坐标系中的精确位置被确定。接着进行ＬＳＡ基本线测量，利用基座上的ＦＭ标记扫描ＬＳＡ激光束来确定ＬＳＡ．，　ＬＳ人基本线在主坐标系中的精确位置为后续硅片对准做准备。硅片经ＯＦ台预对准后装载手将其置于工作台的承片台上，预对准精度应在士２０Ｗｍ范围内。工作台携带硅片运动到主坐标系已确定的ＬＳＡ基本线位置下进行扫描对准。ＬＳＡ首先对硅片上的标记进行搜索对准，在进入精确对准的搜索范围内硅片进行精确对准，这一步称为ＥＧＡ对准（Ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｇｌｏｂａｌ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）。在ＥＧＡ对准后主计算机根据对准结果计算出：（１）ｘ，ｙ方向位置偏差修正值；（２）硅片旋转偏差修正值；（３）　ｘ，ｙ比例修正值；（４）　ｘ，ｙ轴正交修正值。通过上述４项修正后，基座上的硅片在主坐标系中的精确位置被确定，就可以进行ｄｉｅ－ｂｙ－ｄｉｅ对准曝光或直接分步重复曝光。应注意工作台的精确位置由双频激光干涉仪始终精确的测量，３２位数据传送到主计算机，经其处理后做出相应的控制。ＬＳＡ光路见图ｔｏ激光器信号处理系统硅片硅片标记图１　　　ＬＳＡ光路系统示意图②（总第１５７期）圈口团皿　　　　硅片上的标记被设计成有小方格组成的直线状标记，这是为了提高接收信号对比度的目的而设计的，与采用调制激光束提高对比度有着异曲同工之妙。空间滤波器将不利的０级光栅去掉，仅接收士１级光栅．图２为ＬＳ　　　　人对准信号波形示意图，ＬＳ人与之相同。信号预度对准位置图２　　　ＬＳＡｚ对准信号波形示意图３自动对准系统故障的分析３．１硅片对准图形无规则偏移故障　　　　此类型的故障主要是由双频激光干涉仪光路系统或信号处理系统公共通道故障造成，双频激光干涉仪系统时刻以纳米精度监视着工作台的位置，并用串口与主计算机交换数据，激光干涉仪是投影光刻机最重要的部件之一。其工作原理：双频激光器ＢＰ５５１７Ａ输出由两束偏振面相互正交的线偏振光ｆ；和ｆ２组成的合成光束，通过分光镜将光束分别引入工作台ｘ，ｙ方向讥偏振面垂直于纸面不能通过偏振分光镜，仅能通过参考角锥棱镜到达光电接收器．ｆ；偏振面平行于纸面可穿过偏振分光镜，１／４　Ｘ波片到达移动工作台平面反光镜，经两次反射在光电接收器输入端得到诱一Ｕ＇，士△力拍频信号，其中△ｆ为多普勒频差，专用计算机将上述拍频信号与参考拍频信号，＋ｆ２一不”求差得到工作台移动距离：乙＝二；一｝。　　　　人ｆｔ‘，，ｖＪａｔ石　　　　　　　　　　，Ｖ　　　　经查ＢＰ５５１７Ａ激光头输出能量远低于规范值，更换ＨＰ５５１７Ａ后系统恢复正常，说明该类故障是由相关系统的公共通道故障造成。昭目物ＥＥｑｕｉｐｍＤ　ｅｔｎ－ｔｆｏｒ　Ｅｌｅｃ　ｔｒｏｎｉｃＰｒｏｄｕｃｔ　ｓＭａｎｕｆａ　ｃｔｕｒｕ４　　　　　　　　　＂　ＩＣ前道制造技术’万方数据３．２对准图形ｘ或ｙ向偏移故障ｘ，ｙ通道对准信号处理系统故障造成。该故障是由干涉仪系统ｘ，　　　　ｙ通道信号处理或ＬＳ人对准信号处理如图（３）所示。衍射光线图３　　　ＬＳ人对准信号处理　　　　光电接收器接收到对准标记的散射光信号４结语输出经预放自动增益放大送入Ａ／Ｄ转换器，工作台ｘ向扫描，每运动０．０２　ｗｍ干涉仪发出一由于投影光刻机自动对准部分是整个系统中最　　　　个采样脉冲选通Ａ／Ｄ，　Ａ／Ｄ输出相应对准波形为精密复杂的部分，它包括：标记对准系统，工作台二进制数字信号，并存入“ｗａｖｅ　ｆｏｒｍ　ＲＡＭ　＂，工驱动系统，双频激光干涉仪精确定位系统，所以自动作台扫描位置参数被编址。工作台开始扫描位对准故障的准确定位极为困难。系统软件并不开放，置坐标为二。，对准位置为ｘ．　＝　０．　０２　（ｐｍ）　Ｘ　ｎ故障判断只能用观察硅片对准偏移情况来判断，如（ｎ为选通次数），对准位置坐标ｘ＝ｘｏ＋ｘａ（见上述两类故障，当硅片对准图形在ｘ，ｙ方向无规则图２）。如对准图形向：方向偏移，应检查相关偏移，则应在相关系统的公共部分查找故障。若对准系统的ｘ通道。如干涉仪系统ｘ通道正常，问题图形仅在ｘ或ｙ方向上偏移则应在相关系统的ｘ或应出于ｘ通道对准信号处理系统，由于“ｗａｖｅｙ通道上查找故障，并且遵循由易到难，由相对便宜ｆｏｒｍ　ＲＡＭ”由２４块１２８位ＲＡＭ组成，若有一的部件到相对昂贵的部件‘树”结构路线进行排查。块ＲＡＭ损坏都将产生对准故障。检测２４块ＲＡＭ发现有损坏ＲＡＭ，更换后系统恢复正常。参考文献说明该类故障是由相关系统的二或ｙ通道故障［１］关信安，袁树忠，刘玉照．双频激光干涉仪［Ｍ］．北京：中造成。国计量出版社，１　　　　９８７．《电子工业专用设备》｝｝希望龙一如既往的支持和帮助。Ａｄｚ迎１丁阅、庵赐稿件、诚１Ｊ〔企月匕广告。（总第１５７期）①