CN101183222B - 调焦调平光斑水平位置的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种调焦调平光斑水平位置的测量方法，应用于投影光刻机的调焦调平系统中，首先利用工件台的内部传感器进行闭环控制，在不同的倾斜目标值进行调焦调平，接着获取各个目标倾斜位置的调焦调平传感器的测量结果，最后利用所述测量结果计算调焦调平系统测量点水平位置，同时测量调焦调平光斑位置，并对由于所述调焦调平光斑位置引起的测量结果误差进行修正，利用本发明的测量方法通过测量调焦调平系统光斑位置与期望旋转中心的差异，并在调焦调平系统的算法中进行校正，提高了调焦调平系统的测量精度。

Description

调焦调平光斑水平位置的测量方法

技术领域

本发明涉及一种调焦调平光斑水平位置的测量方法，特别是一种提高投影光刻机中的调焦调平系统测量精度的方法。

背景技术

由于硅片表面具有起伏，在投影光刻机中需要调焦调平系统测量硅片上表面的高度与倾斜信息。调焦调平测量系统是光刻机的重要分系统之一，它负责测量硅片的表面位置信息，以便和夹持硅片的工件台系统一起使硅片的被曝光区域一直处于光刻机物镜系统的焦深之内，而使掩模板上的图形理想地转移到硅片上。随着投影光刻机的分辨率不断提高焦深不断减小，对光刻机调焦调平分系统的测量精度的要求也越来越高。由于测量精度与安装机械空间的限制，目前高精度的投影光刻机调焦系统均采用了三角法的测量原理测量硅片表面相对于最佳焦面的高度信息，并采用多个光斑测量硅片表面的方法测量硅片相对于最佳焦面的倾斜信息。

但由于调焦调平系统存在机械安装误差，该安装误差将导致光斑中心位置与光轴不重合，此时调焦调平系统测量位置不再是光轴与工件台的交点。如工件台与光轴垂直，由于待测点与测量点Z向位置相同，因此该误差对测量结果没有影响，如图1所示。但如工件台与光轴不垂直，由于待测点与测量点Z向位置不相同，因此该误差将影响测量结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种调焦调平光斑水平位置的测量方法，以提高调焦调平系统的测量精度。

为达到上述目的，本发明提供一种调焦调平光斑水平位置的测量方法，应用于投影光刻机的调平调焦系统中，所述投影光刻机将掩模上的图案经投影物镜成像在由工件台承载的硅片上，所述测量方法包括以下步骤：利用工件台的内部传感器进行闭环控制，在不同的倾斜目标值进行调焦调平；获取各个目标倾斜位置的调焦调平传感器的测量结果；利用所述测量结果计算调焦调平系统测量点水平位置。

本发明所述的调焦调平光斑水平位置的测量方法，其中所述的不同的倾斜目标值为围绕同一水平方向目标位置，且所述的水平方向目标位置为工件台表面或硅片的中心，或者投影物镜光轴与工件台表面或硅片的交点。

本发明所述的调焦调平光斑水平位置的测量方法，其中所述的不同的倾斜目标位置也可为围绕不同的水平方向目标位置，且所述的不同的水平方向目标位置为调焦调平系统光斑的名义位置。

本发明所述的调焦调平光斑水平位置的测量方法，在利用所述测量结果计算调焦调平系统测量点水平位置的步骤之后，还包括以下步骤：测量调焦调平光斑位置，并对由于所述调焦调平光斑位置引起的测量结果误差进行修正，其中所述的测量调焦调平光斑位置可以为在线测量或离线测量，且所述对由于所述调焦调平光斑位置引起的测量结果误差进行修正的方法，采用 $Z_{\mathrm{spot},i}=-{\mathrm{Ry}}^{\mathrm{LSCS}}\·X_{\mathrm{spot}}+{\mathrm{Rx}}^{\mathrm{LSCS}}\·Y_{\mathrm{spot}}+Z_{\mathrm{act}}^{\mathrm{LSCS}}$ 求解得出其中，X_spot与Y_spot为光斑位置；Z_act ^LSCS为该点在调焦调平系统测得的硅片位置，Rx^LSCS指在调焦调平坐标系下硅片表面的绕x轴的旋转，Ry^LSCS指在调焦调平坐标系下硅片表面的绕y轴的旋转。

与现有技术相比，采用本发明的调焦调平光斑水平位置的测量方法，能够对调焦调平光斑的位置进行精确的标定，并根据对所述调焦调平光斑位置引起的测量结果误差进行修正，从而提高了测量精度。

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是投影光刻机的示意图；

图2是多光斑调焦调平测量系统的示意图；

图2a及图2b是调焦调平系统光斑中心与光轴不重合的示意图；

图3是光斑中心偏移焦点的示意图；

图4是本发明的一个较佳实施例的调焦调平光斑水平位置的测量方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合一个较佳的实施例对本发明的调焦调平光斑水平位置的测量方法作进一步的详细描述。

请参阅图1，其中显示了投影光刻机的结构框图。如图所示，投影光刻机的基本功能是将掩模1上的图案经投影物镜2缩小四倍后精确地成像在由工件台3承载的硅片4上。该功能主要由掩模台(未图示)、工件台4以及调平调焦系统5、掩模与硅片传输系统(未图示)等共同配合完成。

通常调平调焦系统采用多点调平策略，其作用是测量硅片表面一个曝光视场内多个点处相对于投影物镜的距离，将硅片表面准确调整到投影物镜的像平面内，并与投影物镜光轴垂直。硅片曝光时的调焦调平通常需要每一个曝光场内局部区域根据多个光斑测量硅片表面的高度与倾斜的结果进行实时调整，从而使整个曝光场都处于焦深范围内。

但由于调焦调平系统存在机械安装误差，该安装误差将导致光斑中心位置与光轴不重合，该误差是调焦调平系统的重要误差源之一。如图2a以及2b所示，当工件台3绕光轴倾斜时，调焦调平系统的任一光斑测量得到的高度可表示为：

$Z_{\mathrm{spot},i}=-{\mathrm{Ry}}^{\mathrm{LSCS}}\·X_{\mathrm{spot}}+{\mathrm{Rx}}^{\mathrm{LSCS}}\·Y_{\mathrm{spot}}+Z_{\mathrm{act}}^{\mathrm{LSCS}}---\left(1.1\right)$

其中，X_spot与Y_spot为光斑位置；Z_act ^LSCS为该点在调焦调平系统测得的硅片位置，Rx^LSCS指在调焦调平坐标系下被测物表面(即硅片4的表面)的绕x轴的旋转，即调焦调平系统5测量结果，Ry^LSCS指在调焦调平坐标系下被测物表面的绕y轴的旋转，即调焦调平系统5测量结果。利用该公式进行拟合，可以利用调焦调平系统直接测得的光斑位置计算出硅片的高度与倾斜。

通常光刻机中除了调焦调平系统外，工件台还具有另一测量系统(常采用线性可变差分传感器(LVDT)，未图示)，用于测量工件台本身的高度信息(除硅片面型以外的高度信息)。由于工件台与光轴的位置关系已经过标定，可认为该测量系统的旋转中心即为光轴。调焦调平系统任一光斑测量得到的高度也可以在该系统中表示为：

$Z_{\mathrm{spot},i}=-({\mathrm{Ry}}^{\mathrm{LVCS}}+{\mathrm{Ry}}_{\mathrm{LVCS}}^{\mathrm{LSCS}})X_{\mathrm{spot}}+({\mathrm{Rx}}^{\mathrm{LVCS}}+{\mathrm{Rx}}_{\mathrm{LVCS}}^{\mathrm{LSCS}})Y_{\mathrm{spot}}+(Z_{\mathrm{act}}^{\mathrm{LVCS}}+Z_{\mathrm{LVCS}}^{\mathrm{LSCS}})$

$=-{\mathrm{Ry}}^{\mathrm{LVCS}}\·X_{\mathrm{spot}}+{\mathrm{Rx}}^{\mathrm{LVCS}}\·Y_{\mathrm{spot}}+Z_{\mathrm{act}}^{\mathrm{LVCS}}+(-{\mathrm{Ry}}_{\mathrm{LVCS}}^{\mathrm{LSCS}}\·X_{\mathrm{spot}}+{\mathrm{Rx}}_{\mathrm{LVCS}}^{\mathrm{LSCS}}\·Y_{\mathrm{spot}}+Z_{\mathrm{LVCS}}^{\mathrm{LSCS}})$

其中Rx^LVCS指在LVDT坐标系下被测物表面的绕x轴的旋转，即LVDT测量结果；Ry^LVCS指在LVDT坐标系下被测物表面的绕y轴的旋转，即LVDT测量结果。Ry_LVCS ^LSCS指在LVDT坐标系与调焦调平系统坐标系之间绕y轴的旋转，Rx_LVCS ^LSCS指在LVDT坐标系与调焦调平系统坐标系之间绕x轴的旋转，Z_LVCS ^LSCS指在LVDT坐标系与调焦调平系统坐标系之间的垂向位置偏差。

如保持工件台水平位置始终固定不动。此时式1.1中，最后三项为常数项，式1.1可写为

$Z_{\mathrm{measured}}=Z_{\mathrm{spot}}-Z_{\mathrm{act}}^{\mathrm{LVCS}}=-{\mathrm{Ry}}^{\mathrm{LVCS}}\·X_{\mathrm{spot}}+{\mathrm{Rx}}^{\mathrm{LVCS}}\·Y_{\mathrm{spot}}+Z_{\mathrm{res}}---\left(1.2\right)$

由1.2式，只需在不同工件台倾斜的情况下，利用LVDT测量得出工件台位置Z_act ^LVCS，Rx^LVCSRy^LVCS，并读取调焦调平系统测得的高度Z_spot，即可计算得出X_spot与Y_spot。

请结合图4所示，测量最佳焦面上的光斑位置时可采用硅片进行测量，或者采用工件台上的基准平板进行测量，可采用如下的一个较佳的测量流程一：

步骤S1全局调焦调平：如采用硅片测量方式，则首先上片。在硅片上或基准版较大距离选取多个测量位置，利用调焦调平系统测量该位置的高度，利用测量结果计算硅片或基准版的高度与倾斜。记算硅片/基准版调平时的LVDT值。

步骤S2利用LVDT调焦调平：固定目标位置，利用LVDT为闭环对硅片或者基准版进行调焦调平，将硅片或者基准版绕光轴进行调平，在此过程中获取LVDT返回值，并读取调焦调平系统各光斑的高度测量结果。

步骤S3改变LVDT倾斜目标值，再次进行调焦调平，获取多个目标倾斜位置的调焦调平系统测量结果。

步骤S4结束测试，恢复分系统状态，如采用硅片测量方式，则下片。将工件台恢复初始状态。

步骤S5计算调焦调平系统测量点水平位置。利用式1.2计算调焦调平系统各光斑的X_spot与Y_spot。如X_spot与Y_spot与名义值偏差过大，可通过调整调焦调平系统的水平位置的方法进行修正。如X_spot与Y_spot与名义值偏差在一定范围内，则可直接利用

$Z_{\mathrm{spot},i}=-{\mathrm{Ry}}^{\mathrm{LSCS}}\·X_{\mathrm{spot}}+{\mathrm{Rx}}^{\mathrm{LSCS}}\·Y_{\mathrm{spot}}+Z_{\mathrm{act}}^{\mathrm{LSCS}}---\left(1.3\right)$

采用最小二乘法的方式进行拟合。

当硅片表面离焦时，同样的光斑在硅片上的位置将受硅片离焦的影响，此时的光斑位置需要加以修正，由图3可知，假设离焦为Z，则此时的光斑位置与原光斑位置在水平方向偏移Zctgα，如果调焦调平系统与工件台坐标系夹角为θ，则此时，调焦调平系统的任一光斑位置

X_spot(Z)＝Zctgαcosθ+X_spot(0)

Y_spot(Z)＝Zctgαsinθ+Y_spot(0)

其中，α与θ可采用实际安装的角度，也可通过重复上述光斑位置测量方法测量不同焦面上的光斑位置从而利用上式拟合计算得出。

当采用上述测量流程一时，由于调焦调平光斑之间的间距过大，LVDT或者调焦系统读数误差将导致较大的误差，可采用如下的测量流程二解决上述问题(未图示)：

1)全局调焦调平：如采用硅片测量方式，则首先上片。在硅片上或基准版较大距离选取多个测量位置，利用调焦调平系统测量该位置的高度，利用测量结果计算硅片或基准版的高度与倾斜。记算硅片/基准版调平时的LVDT值。

2)利用LVDT调焦调平：设置调焦调平不同目标点XY位置，即以固定目标位置，利用LVDT为闭环对硅片或者基准版进行调焦调平，将硅片绕光轴进行调平，在此过程中获取LVDT返回值，并读取调焦调平系统各光斑的高度测量结果。

3)改变LVDT倾斜目标值，再次进行调焦调平，获取多个目标倾斜位置的调焦调平系统测量结果。

4)利用LVDT绕各个光斑调焦调平：以不同目标位置，利用LVDT为闭环对硅片或者基准版进行调焦调平，将硅片或者基准版绕各个光斑进行旋转，在此过程中获取LVDT返回值，并读取调焦调平系统各光斑的高度测量结果。

5)结束测试，恢复分系统状态：如采用硅片测量方式，则下片，并将工件台恢复初始状态。

6)计算调焦调平系统测量点水平位置。利用式1.2分别计算调焦调平系统各光斑相对于初始位置偏移，并对初始值进行修正得到X_spot与Y_spot。

如果通过调焦调平系统的设计与制造，可以保证调焦调平光斑的间距一定，则可以采用测量流程三(未图示)：

1)全局调焦调平：如采用硅片测量方式，则首先上片。在硅片上或基准版较大距离选取多个测量位置，利用调焦调平系统测量该位置的高度，利用测量结果计算硅片或基准版的高度与倾斜。记算硅片/基准版调平时的LVDT值。

2)多次不同目标平面利用LVDT调焦调平：设置调焦调平点目标点XY位置，固定目标位置，利用LVDT为闭环对硅片或者基准版进行调焦调平，将硅片绕光轴进行调平，在此过程中获取LVDT返回值，并读取调焦调平系统各光斑的高度测量结果。

3)改变LVDT倾斜目标值，再次进行调焦调平，获取多个目标倾斜位置的调焦调平系统测量结果。

4)结束测试，恢复分系统状态：如采用硅片测量方式，则下片。将工件台恢复初始状态。

5)计算调焦调平系统测量点水平位置。利用式1.2计算各点X_spot与Y_spot，利用测得的X_spot与Y_spot与名义的X_spot与Y_spot共同计算得出调焦调平光斑的整体平移与旋转。并利用测得的整体平移与旋转修正名义的X_spot与Y_spot。

6)更新机器常数：如X_spot与Y_spot与名义值偏差过大，可通过调整调焦调平系统的水平位置的方法进行修正。如X_spot与Y_spot与名义值偏差在一定范围内，则可直接利用

$Z_{\mathrm{spot},i}={-\mathrm{Ry}}^{\mathrm{LSCS}}\·X_{\mathrm{spot}}+{\mathrm{Rx}}^{\mathrm{LSCS}}\·Y_{\mathrm{spot}}+Z_{\mathrm{act}}^{\mathrm{LSCS}}---\left(1.3\right)$

采用最小二乘法的方式进行拟合得出调焦调平系统的测量结果。

类似地，为了减小测量误差，则可以采用测量流程四(未图示)：

1)全局调焦调平：如采用硅片测量方式，则首先上片。在硅片上或基准版较大距离选取多个测量位置，利用调焦调平系统测量该位置的高度，利用测量结果计算硅片或基准版的高度与倾斜。记算硅片/基准版调平时的LVDT值。

2)多次不同目标平面利用LVDT调焦调平：设置调焦调平点目标点XY位置：固定目标位置，利用LVDT为闭环对硅片或者基准版进行调焦调平，将硅片绕光轴进行调平，在此过程中获取LVDT返回值，并读取调焦调平系统各光斑的高度测量结果。

3)改变LVDT倾斜目标值，再次进行调焦调平，获取多个目标倾斜位置的调焦调平系统测量结果。

4)利用LVDT绕各个光斑调焦调平：以不同目标位置，利用LVDT为闭环对硅片或者基准版进行调焦调平，将硅片或者基准版绕各个光斑进行旋转，在此过程中获取LVDT返回值，并读取调焦调平系统各光斑的高度测量结果。

5)结束测试，恢复分系统状态：如采用硅片测量方式，则下片。将工件台恢复初始状态。

6)计算调焦调平系统测量点水平位置。利用式1.2计算X_spot与Y_spot。

需要特别说明的是，本发明的调焦调平光斑水平位置的测量方法不局限于上述实施例中所限定步骤执行顺序，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种调焦调平光斑水平位置的测量方法，应用于投影光刻机的调焦调平系统中，所述投影光刻机将掩模上的图案经投影物镜成像在由工件台承载的硅片上，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：

利用工件台的内部传感器进行闭环控制，在不同的倾斜目标值进行调焦调平；

获取各个目标倾斜位置的调焦调平传感器的测量结果；

利用所述测量结果和所述倾斜目标值计算调焦调平系统测量点水平位置；

测量调焦调平光斑位置，并对由于所述调焦调平光斑位置引起的测量结果误差进行修正，对所述由于所述调焦调平光斑位置引起的测量结果误差进行修正的方法，采用

求解得出，其中，X_spot与Y_spot为与光轴垂直的水平坐标系下光斑位置；Z_act ^LSCS为上述测量点在调焦调平系统测得的硅片垂向位置，Rx^LSCS指在调焦调平坐标系下硅片表面的绕x轴的旋转，Ry^LSCS指在调焦调平坐标系下硅片表面的绕y轴的旋转，Z_spot，i是指调焦调平系统任一光斑测量得到的高度。

2.根据权利要求1所述的调焦调平光斑水平位置的测量方法，其特征在于：所述的不同的倾斜目标值为围绕同一水平方向目标位置坐标。

3.根据权利要求2所述的调焦调平光斑水平位置的测量方法，其特征在于：所述的水平方向目标位置为工件台表面或硅片的中心，或者投影物镜光轴与工件台表面或硅片的交点。

4.根据权利要求1所述的调焦调平光斑水平位置的测量方法，其特征在于：所述的各个目标倾斜位置为围绕不同的水平方向目标位置。

5.根据权利要求4所述的调焦调平光斑水平位置的测量方法，其特征在于：所述的不同的水平方向目标位置为调焦调平系统光斑的名义位置。

6.根据权利要求1所述的调焦调平光斑水平位置的测量方法，其特征在于：所述的测量调焦调平光斑位置可以为在线测量或离线测量。

Images