CN100504615C - 一种测量两激光干涉仪相交角度非正交性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测量两激光干涉仪相交角度非正交性的方法，通过一专用测量系统，测量专用掩模上专用标记的位置，并计算出两激光干涉仪激光束相交角度的非正交值；该专用测量系统包括：照明系统、放置所述专用掩模的掩模台、用于所述掩模成像的光学系统、工件台、安置在工件台上的像传感器、X、Y向两激光干涉仪。将专用掩模上的掩模标记同工件台上的像传感器上的对应标记对准后，激光干涉仪记录当前工件台的位置；反复这一过程，直至所有标记对准完毕；利用两激光干涉仪测得的数据建模，获得两个激光干涉仪的非正交角度值。以减少测量时间，简化测量过程，实现系统周期性的自动测量校准，从而提高芯片生产的产量和精度。

Description

一种测量两激光干涉仪相交角度非正交性的方法
技术领域
本发明与集成电路制造领域中的光刻机有关，涉及一种测量两激光干涉仪相交角度非正交性的方法。
背景技术
光刻机是集成电路制造过程中最为关键的设备。现代光刻设备利用光学系统把掩模版上的图形精确地投影曝光到涂过光刻胶的硅片上。为了使芯片制造以更低的成本获得更高的性能，要求光刻机必须更准更快。
光刻机依靠两组激光干涉仪(IFM)，分别作掩模台和承载硅片的工件台的X、Y向定位之用。每组激光干涉仪(IFM)分别由两个发射光束相垂直的两个激光干涉仪(IFM)组成，从而确定一个X、Y平面。然而由于机械安装误差等原因，光刻机运行时，两个激光干涉仪(IFM)不可能绝对垂直，这样会使所确定的X、Y坐标系并非绝对的直角坐标系，在硅片上扫描曝光的图形也会随之“歪斜”。因此，有必要对两个激光干涉仪IFM的非正交性进行测量，进而建立真正的直角坐标系，获得良好的曝光图形。另外，由于干涉仪对外界环境极为敏感，致使该非正交值会随着振荡、抖动、膨胀等因素而改变，因此有必要经常对干涉仪非正交性进行测量与校正。
目前测量两个激光干涉仪(IFM)非正交性的方法是，利用在硅片上曝光特定的图形的位置信息，测算出两个激光干涉仪(IFM)间的夹角。
相对测量方法的步骤如下：
1、首先在一个空白硅片上曝光一系列标记，这些标记排列在系统坐标系的X、Y轴上，并关于与X、Y轴成45°角的斜线对称。这里的系统坐标系，是由当前的两个激光干涉仪(IFM)以及之前所测的非正交修正值所确定的，因此，该系统坐标系的X、Y轴并非绝对正交。
2、然后，在同一坐标系下，将硅片旋转90度，并将标记的X、Y位置读出。如果此处所得到的X、Y位置，与未旋转曝光时的对应标记的设定值相等，那么，我们认为两激光干涉仪是正交的。如果有偏差，那么这个偏差值就是由两个激光干涉仪(IFM)的非正交导致的。这里所说的硅片旋转90度也是指当前系统坐标系下的值，由两个激光干涉仪(IFM)所确定。
3、建立X、Y位置偏差与位置设定值的关系式，从而获得两个激光干涉仪非正交角度。
上述方法无需配备额外的硬件，但相对测量需要对硅片进行曝光，所耗费的时间比较长，严重影响了集成电路制造的生产率。此外，其测试流程也较为复杂，对光刻机其它部件性能要求较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量两激光干涉仪相交角度非正交性的方法，以减少测量时间，简化测量过程，实现系统周期性的自动测量校准，从而提高芯片生产的产量和精度。
本发明的目的是这样实现的：一种测量两激光干涉仪相交角度非正交性的方法，其特征在于，通过一专用测量系统，测量专用掩模上专用标记的位置，并计算出两激光干涉仪激光束相交角度的非正交值；
所述的专用测量系统包括：照明系统、放置所述专用掩模的掩模台、用于所述掩模成像的光学系统、工件台、安置在所述工件台上的像传感器、X、Y向两激光干涉仪；
所述的测量方法是：
制作一块专用掩模，并在该专用掩模上至少设置一行一列两组专用标记；行与列之间相互垂直排列成十字形；行与列的标记相同，且与工件台上的像传感器上的标记相匹配；
透过专用掩模台与工件台中间相隔的透镜，将专用掩模上的专用标记与工件台上的像传感器对准；在这个过程中，专用掩模相对透镜不动，而工件台在电机的驱动下行进；由激光干涉仪测出工件台的不同位置信息；全部专用标记对准完成后，利用线性直线方程，通过曲线拟合的方式，将激光干涉仪测得的所有对准点拟合成两条直线；这两条直线间的夹角与90度角的偏差即为非正交角度值。
上述的一种测量两激光干涉仪相交角度非正交性的方法，其中，它包括以下步骤：将专用掩模上的掩模标记同工件台上的像传感器上的对应标记对准后，激光干涉仪通过发出激光束并接收该激光束经工件台两侧的反射镜反射的反射光，得到激光干涉仪出射口与反射镜之间的距离，从而记录当前工件台的位置；反复这一过程，直至所有标记对准完毕；利用两激光干涉仪测得的数据建模，获得两个激光干涉仪的非正交角度值。
上述的一种测量两激光干涉仪相交角度非正交性的方法，其特征在于，用专用标记设置在掩模台上替代设置在专用掩模上进行对准。
上述的一种测量两激光干涉仪相交角度非正交性的方法，周期性、自动地完成激光干涉仪的非正交性测量。
上述的一种测量两激光干涉仪相交角度非正交性的方法，利用非正交性测试结果对系统进行校准。
上述的一种测量两激光干涉仪相交角度非正交性的方法，利用测得的掩模上标记的位置误差对测量结果进行校正。
本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
本测试无需曝光硅片，简化了工序。由于掩模具有编号，放于多个掩模盒中，机器运行过程中可以自动识别自动获得，因此可以实现自动测量功能，从而提高效率。
附图说明
通过以下对本发明的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：
图1为本发明的掩模与测量系统相对位置关系示意图；
图2为本发明激光干涉仪同工件台相对位置关系的结构示意图。
附图中：
1—照明系统；2—专用掩模；3—掩模台；4—光学系统；5—工件台；
6—像传感器；7—X向激光干涉仪；8—Y向激光干涉仪。
具体实施方式
本发明通过一专用测量系统，利用设置在该专用测量系统中的一专用掩模上的专用标记，来测量两激光干涉仪激光束相交角度的非正交值。
图1所示，为本发明的掩模与测量系统相对位置关系示意图；其测量系统的组成包括：照明系统1、放置专用掩模2的掩模台3、用于掩模成像的光学系统4、工件台5、安置在工件台5上的像传感器6、X向激光干涉仪7、Y向激光干涉仪8。
图2所示，表明了本发明激光干涉仪7同工件台5的相对位置关系，X、Y向两激光干涉仪7、8发出的激光束经工件台5两侧的反射镜反射，并由X、Y向两激光干涉仪7、8接收反射光。由此，便得到了激光干涉仪7出射口与反射镜之间的距离。工件台5远离或靠近X向、Y向激光干涉仪7、8，两激光干涉仪7、8的测量值就会相应的减少或增加。
专用掩模2上的标记排列成十字形，该掩模2上有一行一列两组标记。行与列之间相互垂直，行与列的标记相同。掩模2上的标记与工件台5上的像传感器6上的标记相匹配，从而可以由像传感器6进行对准。透过掩模台3与工件台5中间相隔的成像光学系统4，可将掩模2上的标记像传感器6对准。
在测试过程中，掩模2相对成像光学系统4不动，而工件台5在电机的驱动下行进。当掩模2上的标记与像传感器6上的专用标记进行对准时，像传感器6会获得不同光强，当光强取得最大时，表明掩模2上的标记已同工件台5上的标记对准。对准点的X、Y值由工件台5两侧的X、Y向激光干涉仪7、8测量后给出。
全部标记对准完成后，通过曲线拟合的方式，将激光干涉仪(IFM)7测得的所有对准点拟合成两条直线。
Yh＝c0+c1×Xh              (1)
Yv＝c2+c3×Xv              (2)
式中，式(1)为X、Y向激光干涉仪(IFM)7、8测得的工件台对准掩模2上水平向标记的对准位置所拟合的曲线。式(2)为IFM测得的工件台5对准掩模2上水平向标记的对准位置所拟合的曲线。
由式(1)、(2)可得到下式：
θ＝arctg(c3)-arctg(c1)-90           (3)
式中，θ为这两条直线间的夹角与90度角的偏差即为非正交角度值。
至此，完成了一次X、Y向激光干涉仪7、8的非正交测量，测量结果如若超过某一特定范围，那么非正交性相关的机器常数将被更新，下一次光刻机将在新建立的坐标系统下运行。
由于掩模2具有条形码，且放置于光刻机上的几个掩模盒中，光刻机能够自动找到所需的掩模，因此，本方法实现了X、Y向激光干涉仪7、8的非正交性自动测校，及自动更新。
将上述专用掩模2放于光刻机掩模盒中，机器运行过程中，设置非正交性测校的周期T。则每过T时间，机器将从掩模盒中取出该专用掩模2，传输到掩模台3，然后进行相关对准及X、Y向激光干涉仪7、8测量，测量结束后将掩模2从掩模台3移出，放回掩模盒。同时对X、Y向激光干涉仪7、8测量所得的数据建模，获得非正交角度值。该值同机器中预存的最大允许偏差值相比较，如果超过，那么自动进行机器常数更新。
完成该测试后，机器又再次自动回复到其它工作中。周期性的测试保证了系统能长时间的运行于高精度状态。流程的简化，队列式自动测试使得每次的测试时间大大减短。从而实现了更快更准的目标。
当然，也可以利用掩模台3的标记板上已有的众多标记，再适当添加本测试所需的标记，以使其得到行列相互垂直的标记，代替掩模2进行本测量。
此外，可在掩模制造时经专用检测设备检测掩模上标记的位置误差，并根据该信息对测量结果进行校正，以消除掩模制造误差测量对测量结果的影响，提高测量精度。

Claims (6)

1、一种测量两激光干涉仪相交角度非正交性的方法，其特征在于，通过一专用测量系统，测量专用掩模上专用标记的位置，并计算出两激光干涉仪激光束相交角度的非正交值；
所述的专用测量系统包括：照明系统、放置所述专用掩模的掩模台、用于所述掩模成像的光学系统、工件台、安置在所述工件台上的像传感器、X、Y向两激光干涉仪；
所述的测量方法是：
制作一块专用掩模，并在该专用掩模上至少设置一行一列两组专用标记；行与列之间相互垂直排列成十字形；行与列的标记相同，且与工件台上的像传感器上的标记相匹配；
透过专用掩模台与工件台中间相隔的透镜，将专用掩模上的专用标记与工件台上的像传感器对准；在这个过程中，专用掩模相对透镜不动，而工件台在电机的驱动下行进；由激光干涉仪测出工件台的不同位置信息；全部专用标记对准完成后，利用线性直线方程，通过曲线拟合的方式，将激光干涉仪测得的所有对准点拟合成两条直线；这两条直线间的夹角与90度角的偏差即为非正交角度值。
2、如权利要求1所述的一种测量两激光干涉仪相交角度非正交性的方法，其特征在于，它包括以下步骤：将专用掩模上的掩模标记同工件台上的像传感器上的对应标记对准后，激光干涉仪通过发出激光束并接收该激光束经工件台两侧的反射镜反射的反射光，得到激光干涉仪出射口与反射镜之间的距离，从而记录当前工件台的位置；反复这一过程，直至所有标记对准完毕；利用两激光干涉仪测得的数据建模，获得两个激光干涉仪的非正交角度值。
3、如权利要求1或2所述的一种测量两激光干涉仪相交角度非正交性的方法，其特征在于，用专用标记设置在掩模台上替代设置在专用掩模上进行对准。
4、如权利要求1或2所述的一种测量两激光干涉仪相交角度非正交性的方法，其特征在于，周期性地、自动地完成两激光干涉仪的非正交性测量。
5、如权利要求1或2所述的一种测量两激光干涉仪相交角度非正交性的方法，其特征在于，利用非正交性测量结果对系统进行校准。
6、如权利要求1或2所述的一种测量两激光干涉仪相交角度非正交性的方法，其特征在于，利用测得的掩模上标记的位置误差对测量结果进行校正。
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