專利名稱：一種干涉儀阿貝余弦誤差自動校準裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，特別是涉及一種光刻機干涉儀阿貝余弦誤差自動校準裝置及方法。
背景技術：
在掃描光刻曝光過程中，掩模臺與工作臺需要做相對運動以進行掃描。為了使掩模版上的圖形能夠以良好的成像質量成像于硅片上的相應位置，就需要在曝光過程中實時的獲得工件臺/掩模臺在水平橫向(X向)、水平縱向(Y向)、繞垂直方向(Z向)的旋轉 Rz、垂直方向(Z向)、繞水平橫向(X向)的傾斜Rx以及繞水平縱向(Y向)的傾斜Ry這6 個自由度上的位置信息，以便通過伺服系統(tǒng)對掩模臺在掃描過程中的位置進行控制。當前，獲取以上6自由度信息的主要方法是激光干涉儀。對于激光干涉儀測量系統(tǒng)，普遍地存在以下誤差1.光束測量不通過運動臺的旋轉、傾斜中心，從而引入阿貝誤差，如圖1 ；2.運動臺運動方向與光束測量方向不重合，從而引入余弦誤差，如圖2。對此，目前普遍的方法是采用測量模型，通過在設計中已知的阿貝臂與余弦角，預先計算定位誤差，進行補償。在計算運動臺位置的時候，余弦角和阿貝臂長將作為所需參數提供給位置計算模型，由位置計算模型對這些誤差進行補償。位置計算模型中采用的多個參數實際上反映的是干涉儀測量系統(tǒng)的安裝參數。然而，由于激光干涉儀的安裝總存在一定誤差，因此測量模型中的阿貝臂與余弦角與其真實值存在一定偏差，從而導致測量模型失準。為了使計算模型能夠隨時計算出正確的結果，需要定期地對這些參數進行校正。通過不旋轉傾斜運動臺，在硅片上曝光一層圖形，然后再設定運動臺旋轉傾斜的情況下，曝光另一層圖形，使兩層圖形形成“套刻”效果，根據不同旋轉與傾斜對應的套刻誤差，可以計算出干涉儀的阿貝臂和余弦角。但該方案存在以下缺陷1)需要至少經過曝光，顯影，圖形讀取，模型計算4個步驟，比較煩瑣；2)運動臺的垂向也使用干涉儀控制時，該方法無法對垂向測量干涉儀的阿貝臂和余弦角進行校準。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于利用空間像傳感器進行標記空間像測量，從而不需進行曝光、 顯影，即可對干涉儀阿貝臂和余弦角進行標定?；谏鲜黾捌渌康模景l(fā)明提出一種光刻機干涉儀阿貝余弦誤差自動校準裝置，沿光傳播方向依序包括照明光源、設置有物面標記的掩模臺、物鏡成像系統(tǒng)、工件臺以及配置于所述工件臺的干涉儀，其特征在于還包括設置在所述工件臺上的空間像傳感器， 通過工件臺在設定位置處不同旋轉、傾斜下，所述空間像傳感器探測到所述物面標記的空間像時所述干涉儀的測量結果與所述工件臺的設定位置或所述物面標記空間像的理論位置進行比較，擬合得出所述干涉儀阿貝臂與余弦角。于本發(fā)明之一實施例中，所述測量結果為所述工件臺的實際位置，所述工件臺的實際位置與所述工件臺的設定位置進行比較以擬合得出所述干涉儀阿貝臂與余弦角。于本發(fā)明之另一實施例中，所述測量結果為所述物面標記的空間像的實際位置， 所述空間像的實際位置與所述空間像的理論位置進行比較以擬合得出所述干涉儀阿貝臂與余弦角。于本發(fā)明之再一實施中，所述物面標記為至少兩個，用于測量干涉儀測量軸間距產生的阿貝臂。本發(fā)明還提出另一種光刻機干涉儀阿貝余弦誤差自動校準裝置，沿光傳播方向依序包括照明光源、設置有物面標記的掩模臺、物鏡成像系統(tǒng)、工件臺以及配置于所述掩模臺的干涉儀，其特征在于還包括設置在所述工件臺上的空間像傳感器，通過掩模臺在不同旋轉、傾斜下，所述空間像傳感器探測到所述物面標記的空間像時所述干涉儀的測量結果，反算所述物面標記位置，并與所述物面標記的設定位置進行比較，擬合出所述干涉儀的阿貝臂與余弦角。本發(fā)明還提出一種光刻機干涉儀阿貝余弦誤差自動校準方法，包括如下步驟A.移動掩模臺，將所述掩模臺上的物面標記移動到物鏡成像系統(tǒng)正上方，使物面標記處于最佳物面處；B.將工件臺移動到設定位置，在該設定位置處所述工件臺上的空間像傳感器能夠探測到所述物面標記的空間像；C.設置工件臺在所述設定位置處不同的旋轉傾斜值(Rx、Ry、Rz)D.在每一組旋轉傾斜姿態(tài)下，移動所述工件臺掃描所述物面標記的空間像；E.由干涉儀測量所述工件臺掃描到所述物面標記的空間像時輸出一測量結果；F.所述測量結果與所述工件臺的設定位置或所述空間像的理論位置進行比較以擬合得到干涉儀x、y、ζ向的阿貝臂、余弦角。于一實施例中，上述步驟E中的測量結果為所述工件臺的實際位置，步驟F中，是根據所述工件臺的實際位置和設定位置的偏差八^八7、八2，擬合得到^7、2向的阿貝臂、 余弦角。于另一實施例中，上述步驟E中的測量結果為所述物面標記的空間像的實際位置，步驟F中是根據所述空間像的實際位置與理論位置進行擬合得到所述干涉儀χ、y、ζ向的阿貝臂、余弦角。本發(fā)明還提出一種光刻機干涉儀阿貝余弦誤差自動校準方法，包括如下步驟A.移動掩模臺，將所述掩模臺上的物面標記移動到物鏡成像系統(tǒng)正上方，使所述物面標記處于最佳物面處；B.設置所述掩模臺的旋轉傾斜值(Rx、Ry、Rz)；C.將工件臺移動到設定位置，在該設定位置處所述工件臺上的空間像傳感器能夠探測到所述物面標記的空間像；D.移動所述工件臺掃描所述物面標記的空間像，由干涉儀測量所述工件臺掃描到所述空間像時的所述工件臺的實際位置及所述空間像的實際位置；
E.根據鏡頭倍率及所述空間像實際位置，反算實際物面標記的位置，并求所述實際物面標記位置與其理論位置之間的偏差ΔΧ、Ay ；F.在不同的旋轉傾斜下，重復步驟B Ε，可獲得一系列的Δ χ、Δ y，從而可擬合得到所述干涉儀的x、y向的阿貝臂、余弦角。本發(fā)明還提出一種干涉儀阿貝余弦誤差自動校準方法，包括A.移動掩模臺，該掩模臺上設置有至少兩個物面標記，使所述掩模臺位于視場范圍內；B.將工件臺移動到設定位置(nominal position)，在該設定位置處該工件臺上的空間像傳感器能夠探測到所述物面標記的空間像；C.設置所述工件臺在傾斜Rx = 0、Ry = 0下的設置旋轉值Rz ；D.在每一組旋轉姿態(tài)下，移動所述工件臺對所述至少兩個物面標記中的一個物面標記的空間像進行掃描；E.干涉儀測量所述工件臺掃描到所述物面標記的空間像時的所述工件臺的實際位置；F重復上述步驟C E直至所有的物面標記的空間像都掃描完畢，以獲得一系列的工件臺的實際位置；以及G根據步驟F獲得的一系列工件臺的實際位置獲得所述工件臺的實際旋轉值，并根據所述工件臺的實際旋轉值與所述工件臺的設置旋轉值進行擬合計算出所述干涉儀的 x、y向阿貝臂。上述步驟G進一步包括Gl.將所述工件臺的實際位置進行坐標轉換，根據轉換后的位置坐標計算所述工件臺的實際旋轉值；G2.根據所述工件臺的實際旋轉值及對應的設置旋轉值進行擬合以得出一計算常數；以及G3.將所述計算常數與所述干涉儀當前的測量軸間距帶入以計算模型以獲取所述干涉儀x、y向阿貝臂。本發(fā)明還提出一種該涉儀阿貝余弦誤差自動校準方法，包括A.移動掩模臺，將所述掩模臺上的物面標記移動到物鏡成像系統(tǒng)正上方，使所述物面標記處于最佳物面處；B.設置所述掩模臺的傾斜Rx = 0、Ry = 0下的設置旋轉值Rz ；C.將工件臺移動到設定位置，在該設定位置處所述工件臺上的空間像傳感器能夠探測到空間像；D.移動所述工件臺掃描所述物面標記的空間像，由干涉儀測量所述工件臺掃描到所述空間像時的所述工件臺的實際位置及所述空間像的實際位置；E.根據鏡頭倍率及所述空間像實際位置，反算實際物面標記的位置，并由所述實際物面標記的位置計算所述掩模臺的實際旋轉值；F.在不同的設置旋轉值下，重復步驟B E，可獲得一系列的掩模臺的實際旋轉值；G..根據步驟E所獲得的所述掩模臺的實際旋轉值，并根據所述掩模臺的實際旋轉值與設置旋轉值進行擬合，以根據擬合結果和所述干涉儀的當前測量軸間距以計算出所述干涉儀的x、y向阿貝臂。本發(fā)明的光刻機干涉儀阿貝余弦誤差自動校準裝置及方法，利用空間像傳感器進行標記測量，從而不需進行曝光、顯影，對干涉儀的例如阿貝臂和余弦角誤差進行標定。同時還能夠解決垂向干涉儀的標定問題。對于光刻機內工件臺和掩模臺干涉儀，該方法都適用。


關于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進一步的了解。圖1所示為阿貝誤差示意圖；圖2所示為余弦誤差示意圖；圖3所示為光刻機工件臺位置定義；圖4所示為光刻機工件臺XYZ自由度測量示意圖；圖5-7所示為光刻機工件臺阿貝臂與余弦角示意圖；圖8所示為本發(fā)明光刻機干涉儀阿貝余弦誤差校正裝置示意圖；圖9所示為本發(fā)明光刻機干涉儀阿貝余弦誤差校正方法流程圖；圖10所示為工件臺實際旋轉角度計算示意圖；圖11所示為掩模臺位置示意圖；圖12所示為掩模臺XY自由度測量；圖13-15所示為掩模臺阿貝臂與余弦角示意圖；圖16所示為掩模臺阿貝余弦誤差校正裝置示意圖；圖17所示為掩模臺干涉儀阿貝余弦誤差校正方法流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施例。第一實施例如圖3所示，光刻機工件臺位置X定義為工件臺中心到物鏡光軸與焦面交點間的 X方向距離；工件臺位置Y定義為工件臺中心到物鏡光軸與焦面交點間的y方向距離；工件臺位置Z定義為焦面到工件臺中心的距離。工件臺旋轉(Rz)或傾斜(Rx、Ry)時，均繞物鏡光軸與焦面交點進行，逆時針方向為正，順時針方向為負。圖4為光刻機干涉儀測量系統(tǒng)可測得工件臺的X、Y、Z位置，其中包括工件臺，平面反射鏡1、2、3，45度反射鏡及χ向干涉儀，y向干涉儀。由χ向干涉儀測量軸Xl和Χ2可測得工件臺在χ方向的位移，從而計算得工件臺的位置X。由y向干涉儀測量軸Yl和Y2可測得工件臺在y方向的位置，從而計算得到工件臺的位置Y。此外，由χ向干涉儀的測量軸加和ττ可測得工件臺在ζ方向的位移，從而計算得到工件臺的位置Ζ。在該測量系統(tǒng)中，存在阿貝誤差和余弦誤差，阿貝臂、余弦角等如圖5 7所示。對于X向測量，存在阿貝臂ee、ax，余弦角RzixCKRyixO及余弦誤差相關長度Kx。對于y向測量，存在阿貝臂dd、ay，余弦角收170、1^170及余弦誤差相關長度1^。對于ζ向測量，存在阿貝臂az、azr、h，余弦誤差相關長度Kz、Kzr，在實際應用中，Z向干涉儀的阿貝余弦誤差可 用12個系數kl……kl2表示。圖8所示為應用本發(fā)明的工件臺干涉儀阿貝余弦誤差校正系統(tǒng)的示意圖，包括 照明光源；掃描掩模臺；設置在掃描掩模臺上的物面標記；物鏡成像系統(tǒng)；掃描工件臺及設 置在工件臺上的空間像傳感器；多數干涉儀組成的激光干涉儀測量系統(tǒng)。如圖9所示，工件臺阿貝余弦誤差校正的方法包括以下步驟A.移動掩模臺，將物面標記移動到物鏡成像系統(tǒng)正上方，使物面標記處于最佳物 面處，以使所述物面標記將被成像于理想焦面處；B.將工件臺移動到設定位置(nominal position)，在該設定位置處所述工件臺上 的空間像傳感器能夠探測到空間像；C.設置所述工件臺在所述設定位置處不同的旋轉傾斜值(Rx、Ry、Rz)；D.在每一組旋轉傾斜姿態(tài)下，移動所述工件臺掃描所述物面標記的空間像；E.由干涉儀給出所述工件臺掃描到所述空間像時的所述工件臺的實際位置；F.根據所述工件臺的實際位置和設定位置的偏差AX、Ay、Az，擬合得到X、y、Z 向的阿貝臂、余弦角。具體計算時，可設
X = f (X, Kx, RyixO, RzixO, ee, ax)] Y = g(Y, Ly, RxiyQ, RziyO, dd, ay)( 1)
Z^h{X,Y,kx ……/t12)實際位置和設定位置的偏差與阿貝余弦偏差間的關系可用下式表示
權利要求
1.一種光刻機干涉儀阿貝余弦誤差自動校準裝置，沿光傳播方向依序包括照明光源、設置有物面標記的掩模臺、物鏡成像系統(tǒng)、工件臺以及配置于該所述工件臺的干涉儀， 其特征在于還包括設置在所述工件臺上的空間像傳感器，通過所述工件臺在設定位置 (nominalposition)處不同旋轉、傾斜下，所述空間像傳感器能夠探測到所述物面標記的空間像時所述干涉儀的測量結果與所述工件臺的設定位置或所述物面標記空間像的理論位置進行比較，擬合得出所述干涉儀阿貝臂與余弦角。
2.如權利要求1所述的光刻機干涉儀阿貝余弦誤差自動校準裝置，其特征在于所述測量結果為所述工件臺的實際位置，所述工件臺的實際位置與所述工件臺的設定位置進行比較以擬合得出所述干涉儀阿貝臂與余弦角。
3.如權利要求1所述的光刻機干涉儀阿貝余弦誤差自動校準裝置，其特征在于所述測量結果為所述物面標記的空間像的實際位置，所述空間像的實際位置與所述空間像的理論位置進行比較以擬合得出所述干涉儀阿貝臂與余弦角。
4.如權利要求1所述的光刻機干涉儀阿貝余弦誤差自動校準裝置，其特征在于所述物面標記為至少兩個，用于測量干涉儀測量軸間距誤差產生的阿貝臂。
5.一種光刻機干涉儀阿貝余弦誤差自動校準裝置，沿光傳播方向依序包括照明光源、 設置有物面標記的掩模臺、物鏡成像系統(tǒng)、工件臺以及配置于所述掩模臺的干涉儀，其特征在于還包括設置在所述工件臺上的空間像傳感器，通過掩模臺在不同旋轉、傾斜下，根據所述空間像傳感器能夠探測到所述物面標記的空間像時所述干涉儀的測量結果，反算物面標記位置，并與物面標記設定位置進行比較，擬合出掩模臺干涉儀的阿貝臂與余弦角。
6.一種光刻機干涉儀阿貝余弦誤差自動校準方法，包括如下步驟A.移動掩模臺，將所述掩模臺上的物面標記移動到物鏡成像系統(tǒng)正上方，使所述物面標記處于最佳物面處；B.將工件臺移動到設定位置(nominalposition)，在該設定位置處該工件臺上的空間像傳感器能夠探測到所述物面標記的空間像；C.設置所述工件臺在所述設定位置處不同的旋轉傾斜值(Rx、Ry、Rz)；D.在每一組旋轉傾斜姿態(tài)下，移動所述工件臺掃描所述物面標記的空間像；E.由干涉儀測量所述工件臺掃描到所述物面標記的空間像時輸出一測量結果；F.所述測量結果與所述工件臺的設定位置或所述空間像的理論位置進行比較以擬合得到干涉儀x、y、z向的阿貝臂、余弦角。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于步驟D中的測量結果為所述工件臺的實際位置，步驟F中，是根據所述工件臺的實際位置和設定位置的偏差ΔΧ、Ay、Δζ，擬合得到所述干涉儀x、y、z向的阿貝臂、余弦角。
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于步驟D中的測量結果為所述空間像的實際位置，步驟F中是根據所述空間像的實際位置與理論位置進行擬合得到所述干涉儀χ、y、ζ向的阿貝臂、余弦角。
9.一種光刻機干涉儀阿貝余弦誤差自動校準方法，包括如下步驟A.移動掩模臺，將所述掩模臺上的物面標記移動到物鏡成像系統(tǒng)正上方，使所述物面標記處于最佳物面處；B.設置所述掩模臺的旋轉傾斜值(Rx、Ry、Rz)；C.將工件臺移動到設定位置，在該設定位置處所述工件臺上的空間像傳感器能夠探測到空間像；D.移動所述工件臺掃描所述物面標記的空間像，由干涉儀測量所述工件臺掃描到所述空間像時的所述工件臺的實際位置及所述空間像的實際位置；E.根據鏡頭倍率及所述空間像實際位置，反算實際物面標記的位置，并求所述實際物面標記位置與其設定位置之間的偏差ΔΧ、Ay;F.在不同的旋轉傾斜下，重復步驟B Ε，可獲得一系列的ΔΧ、Δy，從而可擬合得到所述干涉儀的x、y向的阿貝臂、余弦角。
10.一種干涉儀阿貝余弦誤差自動校準方法，包括A.移動掩模臺，該掩模臺上設置有至少兩個物面標記，使所述掩模臺位于視場范圍內；B.將工件臺移動到設定位置(nominalposition)，在該設定位置處該工件臺上的空間像傳感器能夠探測到所述物面標記的空間像；C.設置所述工件臺在傾斜Rx= 0、Ry = 0下的一個設置旋轉值Rz ；D.在每一組旋轉姿態(tài)下，移動所述工件臺對所述至少兩個物面標記中的一個物面標記的空間像進行掃描；E.干涉儀測量所述工件臺掃描到所述物面標記的空間像時的所述工件臺的實際位置；F重復上述步驟C E直至所有的物面標記的空間像都掃描完畢，以獲得一系列的工件臺的實際位置；以及G根據步驟F獲得的一系列工件臺的實際位置獲得所述工件臺的實際旋轉值，并根據所述工件臺的實際旋轉值與所述工件臺的設置旋轉值進行擬合計算出所述干涉儀的χ、y 向阿貝臂。
11.如權利要求10所述的自動校準方法，其特征在于步驟G包括Gl.將所述工件臺的實際位置進行坐標轉換，根據轉換后的位置坐標計算所述工件臺的實際旋轉值；G2.根據所述工件臺的實際旋轉值及對應的設置旋轉值進行擬合以得出一計算常數；以及G3.將所述計算常數與所述干涉儀當前的測量軸間距帶入以計算模型以獲取所述干涉儀x、y向阿貝臂。
12.—種干涉儀阿貝余弦誤差自動校準方法，包括A.移動掩模臺，將所述掩模臺上的物面標記移動到物鏡成像系統(tǒng)正上方，使所述物面標記處于最佳物面處；B.設置所述掩模臺的傾斜Rx= 0、Ry = 0下的設置旋轉值Rz ；C.將工件臺移動到設定位置，在該設定位置處所述工件臺上的空間像傳感器能夠探測到空間像；D.移動所述工件臺掃描所述物面標記的空間像，由干涉儀測量所述工件臺掃描到所述空間像時的所述工件臺的實際位置及所述空間像的實際位置；E.根據鏡頭倍率及所述空間像實際位置，反算實際物面標記的位置，并由所述實際物面標記的位置計算所述掩模臺的實際旋轉值；F.在不同的設置旋轉值下，重復步驟B E，可獲得一系列的掩模臺的實際旋轉值；G..根據步驟E所獲得的所述掩模臺的實際旋轉值，并根據所述掩模臺的實際旋轉值與設置旋轉值進行擬合，以根據擬合結果和所述干涉儀的當前測量軸間距以計算出所述干涉儀的x、y向阿貝臂。
全文摘要
一種光刻機干涉儀阿貝余弦誤差自動校準裝置，包括照明光源、設置有物面標記的掩模臺、物鏡成像系統(tǒng)、工件臺以及配置于所述工件臺的干涉儀，其特征在于還包括設置在所述工件臺上的空間像傳感器，通過工件臺在不同旋轉、傾斜下，所述空間像傳感器能夠探測所述物面標記空間像時所述干涉儀的測量結果與所述工件臺的設定位置或所述物面標記空間像的理論位置進行比較，擬合得出工件臺干涉儀阿貝臂與余弦角。本發(fā)明還提出一種光刻機干涉儀阿貝余弦誤差自動校準方法。本發(fā)明的光刻機干涉儀阿貝余弦誤差自動校準裝置及方法，利用空間像傳感器進行標記測量，從而不需進行曝光、顯影，對干涉儀阿貝臂和余弦角進行標定。同時還能夠解決垂向干涉儀的標定問題。
文檔編號G03F7/20GK102540783SQ20101061928
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權日2010年12月31日
發(fā)明者孫剛, 許琦欣 申請人:上海微電子裝備有限公司