CN101526753A - 工件台坐标系参数测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种光刻机的工件台坐标系参数测量方法，包括以下步骤：该工件台沿y向以步进距离y_s对标记进行步进曝光，在硅片上形成y向套刻标记；该工件台沿x向以步进距离x_s对标记进行步进曝光，在硅片上形成x向套刻标记；对硅片进行显影；测量x向和y向套刻标记的套刻误差；根据套刻误差计算出工件台坐标系的非正交性和比例缩放因子。本发明测量过程简单，测量时间短。套刻误差的测量精度高，提高了非正交性与缩放比例因子的测量精度。

Description

工件台坐标系参数测量方法

技术领域

本发明涉及一种测量方法，且特别涉及一种光刻机工件台坐标系参数测量方法。

背景技术

由于光刻机的工件台的X方镜和Y方镜安装时存在一定的机械偏差，使实际光刻机系统中X方镜和Y方镜并非绝对垂直，这样导致建立的工件台坐标系存在非正交性。当工件台沿X、Y轴扫描曝光时，所得图形将会出现失真变形。另外由于工件台X与Y方向干涉仪不匹配，将造成X轴和Y轴坐标之间的缩放比例不同。

当工件台坐标系存在非正交性与缩放比例时，将会使曝光在硅片上的图形偏离其期望位置，并造成套刻误差。因此，测量工件台坐标系非正交性与缩放比例因子并对其进行补偿校正对于光刻机曝光至关重要。

目前，业界测量工件台坐标系非正交性与缩放比例因子的方法一般采用对准系统进行测量。即首先在硅片上曝光得到两行相互正交的对准标记，之后将硅片旋转90度后重新上片后再次进行对准标记的曝光。对硅片显影后，利用对准系统测量曝光到硅片上的对准标记，获取标记在工件台坐标系下的实际位置。利用两次曝光对准标记的差值即可计算得到工件台坐标系非正交性与缩放比例因子。由于使用对准系统作为测量工具，使得该方法的测量精度受到对准系统测量精度的限制。此外，由于在先技术需要两次上片与并进行两次曝光，使测量过程复杂且测量时间长。

发明内容

本发明提出一种工件台坐标系参数测量方法，用于测量工件台坐标系非正交性与缩放比例因子，以解决上述问题。

为了达到上述目的，本发明提出一种工件台坐标系参数测量方法，包括以下步骤：该工件台沿y向以步进距离y_s对标记进行步进曝光，在硅片上形成y向套刻标记；该工件台沿x向以步进距离x_s对标记进行步进曝光，在硅片上形成x向套刻标记；对硅片进行显影；测量x向和y向套刻标记的套刻误差；以及根据套刻误差计算出工件台坐标系的非正交性和比例缩放因子。

可选的，其中标记包括第一方块、第二方块和线条组。第一方块和第二方块为正方形。线条组也为正方形图形，第一方块、第二方块和线条组彼此不相交，第一方块中心与线条组中心的连线与x轴或y轴平行，第二方块中心与线条组中心的连线垂直于第一方块中心与线条组中心的连线。

可选的，上述线条组由四条相同的线条首尾相连构成或者由四条孤立线条构成

可选的，其中该工件台沿y轴的步进距离y_s等于该第一方块中心与该线条组中心的距离，该工件台沿x轴的步进距离x_s等于该第二方块中心与该线条组中心的距离。

可选的，其中该测量x向和y向套刻标记的套刻误差的步骤中，是测量套刻标记第一方块或第二方块与线条组在x向、y向的中心偏移距离。

可选的，其中工件台沿y轴步进时，记录硅片上的x方向套刻误差为Δx_1y，Δx_2y，...，Δx_iy，y方向的套刻误差为Δy_1y，Δy_2y，...，Δy_iy。工件台沿x轴步进时，记录硅片上的x方向套刻误差为Δx_1x，Δx_2x，...，Δx_ix，y方向的套刻误差为Δy_1x，Δy_2x，...，Δy_ix。

可选的，其中工件台坐标系S_a非正交性由以下公式计算：

$S_a=\frac{[\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1x}}{x_s}+\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1x}+{\mathrm{\Δy}}_{2x}}{2x_s}+\mathrm{\Λ\Λ}+\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1x}+{\mathrm{\Δy}}_{2x}+\mathrm{\Λ\Λ}{\mathrm{\Δy}}_{\mathrm{nx}}}{{\mathrm{nx}}_s}]-[\frac{{\mathrm{\Δx}}_{1y}}{y_s}+\frac{{\mathrm{\Δx}}_{1y}+{\mathrm{\Δx}}_{2y}}{2y_s}+\mathrm{\Λ\Λ}+\frac{{\mathrm{\Δx}}_{1y}+{\mathrm{\Δx}}_{2y}+\mathrm{\Λ\Λ}{\mathrm{\Δx}}_{\mathrm{ny}}}{{\mathrm{ny}}_s}]}{n}$

可选的，其中工件台坐标系缩放比例S_f由以下公式计算：

$S_f=\frac{[\frac{{\mathrm{\Δx}}_{1x}}{x_s}+\frac{{\mathrm{\Δx}}_{1x}+{\mathrm{\Δx}}_{2x}}{2x_s}+\mathrm{\Λ\Λ}+\frac{{\mathrm{\Δx}}_{1x}+{\mathrm{\Δx}}_{2x}+\mathrm{\Λ\Λ}{\mathrm{\Δx}}_{\mathrm{nx}}}{{\mathrm{nx}}_s}]}{[\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1y}}{y_s}+\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1y}+{\mathrm{\Δy}}_{2y}}{{2y}_s}+\mathrm{\Λ\Λ}+\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1y}+{\mathrm{\Δy}}_{2y}+\mathrm{\Λ\Λ}{\mathrm{\Δy}}_{\mathrm{ny}}}{{\mathrm{ny}}_s}]}$

由于本发明中套刻误差的测量精度高，从而提高了非正交性与缩放比例因子的测量精度。此外，本发明中的方法仅需一次上片过程，上片不需要将硅片进行旋转，同时硅片曝光显影后可直接通过套刻测量仪器测量套刻误差，测量过程简单，测量时间短。

附图说明

图1所示为本发明较佳实施例采用的标记形状。

图2所示为当工件台的坐标系正交时，硅片沿y轴进行步进曝光形成的套刻标记。

图3所示为中当工件台的坐标系正交时，硅片分别沿x轴和y轴进行步进曝光形成的套刻标记。

图4所示为本发明较佳实施例中当工件台的坐标系非正交时，工件台沿y轴步进曝光产生的套刻标记。

图5所示为图4中虚线范围内套刻标记的放大示意图。

图6所示为本发明较佳实施例的方法流程图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

图1所示为本发明较佳实施例采用的标记形状。

如图1所示，本发明采用的标记100包括方块101，102以及线条组103三个部分。方块101、102、线条组103均为正方形。

方块101和102相交于线条组103内的两条中心轴线a、b是垂直的，中心轴线a、b与x轴、y轴平行。在本实施例中，方块101与线条组103的中心距离m与方块102与线条组103的中心距离n相等，在其他实施例中，m与n也可以不相等，当m和n改变时，仅需要改变工件台的步进距离，也可以达到本发明的目的。本实施例对此不加以限制。

方块101、方块102和线条组103彼此不相交，方块101的中心与线条组103中心的连线与x轴或y轴平行，方块102中心与线条组103中心的连线垂直于方块101中心与线条组103中心的连线。

标记100形成于掩模(图未示)上。采用标记100的形状，当工件台沿x轴或y轴按照设计的步进距离连续进行步进曝光时，在硅片(图未示)上会形成掩模上的标记100的套刻标记。

图2所示为当工件台的坐标系正交时，硅片沿y轴进行步进曝光形成的套刻标记。

请同时参考图1和图2，为了让硅片步进曝光，工件台x向的位置设置为0，工件台沿y轴步进，硅片进行连续的步进曝光。在此种曝光方式下，掩模上的方块101或102与线条组103成像到硅片上将会重合在一起，形成套刻标记200。

工件台的步进距离y_s为方块101的中心与线条组103的中心的距离m。这样，当工件台的坐标系相互正交时，工件台沿y轴步进，曝光到硅片上的方块101的中心与线条组103的中心重合，即没有套刻误差。

图3所示为中当工件台的坐标系正交时，硅片分别沿x轴和y轴进行步进曝光形成的套刻标记。

当工件台沿x轴步进曝光时，工件台的步进距离x_s等于方块102的中心与线条组103的中心的距离n。同样的，当工件台的坐标系相互正交时，工件台沿x、y轴步进，曝光到硅片上的方块101或102的中心与线条组103的中心重合，即没有套刻误差。

图4所示为本发明较佳实施例中当工件台的坐标系非正交时，工件台沿y轴步进曝光产生的套刻标记。

如图4所示，若工件台坐标系非正交，则曝光到硅片上的方块101或102的中心与线条组103的中心将会产生偏移，即产生套刻误差。当工件台的坐标系y轴沿直线401偏移，则形成与硅片上的套刻标记会沿着直线402偏移。此时利用套刻误差即可计算得到工件台坐标系的非正交性。

同理，若工件台坐标系具有一定的缩放系数，则曝光到硅片上的方块101或102的中心与线条组103的中心也将会产生偏移，即产生套刻误差，利用该套刻误差可计算得到工件台坐标系的缩放比例。

图5所示为图4中虚线范围内套刻标记的放大示意图。

请同时参考图1、图4和图5。图4虚线部分内部有三个标记，在图4中将这三个标记分别标识为100a、100b和100c，标记100a～100c均和图1中的标记100相同。同样的，标记100a～100c所包括的方块和线条组也都以a、b、c以示区别。

图6所示为本发明较佳实施例的方法流程图。

请同时参考图1～图6。本方法测量工件台坐标系非正交性与缩放比例因子的步骤如下：

S601：工件台x向位置始终设置为0，工件台沿y向按照一定的步进距离y_s＝m，对掩模上的标记100进行曝光，硅片上形成y向套刻标记。若工件台的坐标系为正交，则形成的套刻标记如图2所示，若工件台的坐标系为非正交，则形成如图4所示的套刻标记。

S603：将工件台y向位置始终设置为0，工件台沿x向按照一定的步进距离x_s＝n，对掩模上的同一个测试标记100进行曝光，硅片上形成x向套刻标记。步骤S601与步骤S603中的曝光经过一次上片与一次曝光即可完成。若工件台坐标系为正交，曝光到硅片上的图形如图3所示。如果工件台的坐标系非正交，则y轴的标记将产生x向套刻误差，x轴上的套刻标记将产生y向套刻误差。如果工件台坐标系具有缩放，则y轴上的标记将产生y向套刻误差，x轴上的套刻标记将产生x向套刻误差，且二者的套刻误差不相等。

S605：对硅片进行显影。

S607：测量套刻标记的套刻误差。利用套刻测量仪器检测在硅片形成的套刻标记的套刻误差。将y轴上标记的套刻误差记为Δx_iy，Δy_iy，以图5为例，当工件台在y轴与x轴非正交，测量方块101b与线条组103a的中心距离，则可得到Δx_1y，同样的，测量下一个嵌套在线条组与方块的中心距离，可得到Δx_2y。测量方块101b与线条组103a的中心距离，可得到套刻标记y方向上的套刻误差Δy_1y～Δy_3y。

图5仅利用了三组套刻标记以说明测量方法，实际操作中会产生的套刻标记越多，计算工件台的坐标系非正交性和比例缩放因子也就越精确。图5仅说明了沿y方向步进曝光时产生的套刻标记，同样的，工件台沿x方向步进曝光产生的套刻标记，测量其套刻误差时与y方向测量方法一致。

S609：利用套刻误差计算工件台坐标系的非正交性和比例缩放因子。

y轴上标记的套刻误差Δx_iy表示工件台沿y方向步进时，工件台的x向实际位置并非为0，即工件台步进偏离理想的工件台坐标系y轴。同理，x轴上标记的套刻误差Δy_iy表示工件台沿x方向步进时，工件台的y向实际位置并非为0，即工件台步进偏离理想的工件台坐标系x轴。y轴上标记的套刻误差Δy_iy表示工件台沿y方向步进时，工件台的y向实际步进距离并非y_s，即工件台沿y轴的步进出现缩放。同理，x轴上标记的套刻误差Δx_iy表示工件台沿x方向步进时，工件台的x向实际步进距离并非x_s，即工件台沿x轴的步进产生缩放。基于上述原理，工件台坐标系非正交性与比例缩放因子的计算方法如下：

1)首先按照曝光顺序对测量得到的x轴上或y轴上套刻标记的套刻误差进行排列，如Δx_1x，Δy_1x，表示曝光在x轴上的第一个套刻标记的套刻误差。Δx_1y，Δy_1y，表示曝光在y轴上的第一个套刻标记的套刻误差。

2)若分别在硅片x轴上和y轴上获取得到n个套刻标记的套刻误差，则可知工件台沿y轴步进时，工件台x向的实际位置偏差为：

Δx_1y，Δx_1y+Δx_2y，......，Δx_1y+Δx_2y+ΛΛΔx_ny

工件台沿y轴步进时，工件台在y向的实际步进距离偏差为：

Δy_1y，Δy_1y+Δy_2y，......，Δy_1y+Δy_2y+ΛΛΔy_ny

同理，则可知工件台沿x轴步进时，工件台y向的实际位置偏差为：

Δy_1x，Δy_1x+Δy_2x，......，Δy_1x+Δy_2x+ΛΛΔy_nx

工件台沿x轴步进时，工件台在x向的实际步进距离偏差为：

Δx_1x，Δx_1x+Δx_2x，......，Δx_1x+Δx_2x+ΛΛΔxnx

此时，工件台的实际位置偏差和实际步进距离偏差表示了工件台的套刻误差。

3)利用工件台沿y轴步进时，工件台x向的实际位置偏差和工件台沿x轴步进时，工件台y向的实际位置偏差可直接计算工件台坐标系非正交性Sa：

$\mathrm{Sa}=\frac{[\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1x}}{x_s}+\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1x}+{\mathrm{\Δy}}_{2x}}{2x_s}+\mathrm{\Λ\Λ}+\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1x}+{\mathrm{\Δy}}_{2x}+\mathrm{\Λ\Λ}{\mathrm{\Δy}}_{\mathrm{nx}}}{{\mathrm{nx}}_s}]-[\frac{{\mathrm{\Δx}}_{1y}}{y_s}+\frac{{\mathrm{\Δx}}_{1y}+{\mathrm{\Δx}}_{2y}}{2y_s}+\mathrm{\Λ\Λ}+\frac{{\mathrm{\Δx}}_{1y}+{\mathrm{\Δx}}_{2y}+\mathrm{\Λ\Λ}{\mathrm{\Δx}}_{\mathrm{ny}}}{{\mathrm{ny}}_s}]}{n}---\left(1\right)$

4)利用工件台沿y轴步进时，工件台在y向的实际步进距离偏差和工件台沿x轴步进时，工件台在x向的实际步进距离偏差可直接计算工件台坐标系缩放比例S_f：

$S_f=\frac{[\frac{{\mathrm{\Δx}}_{1x}}{x_s}+\frac{{\mathrm{\Δx}}_{1x}+{\mathrm{\Δx}}_{2x}}{2x_s}+\mathrm{\Λ\Λ}+\frac{{\mathrm{\Δx}}_{1x}+{\mathrm{\Δx}}_{2x}+\mathrm{\Λ\Λ}{\mathrm{\Δx}}_{\mathrm{nx}}}{{\mathrm{nx}}_s}]}{[\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1y}}{y_s}+\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1y}+{\mathrm{\Δy}}_{2y}}{{2y}_s}+\mathrm{\Λ\Λ}+\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1y}+{\mathrm{\Δy}}_{2y}+\mathrm{\Λ\Λ}{\mathrm{\Δy}}_{\mathrm{ny}}}{{\mathrm{ny}}_s}]}---\left(2\right)$

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.一种工件台坐标系参数测量方法，其特征是，包括以下步骤：

该工件台沿y向以步进距离y_s对标记进行步进曝光，在硅片上形成y向套刻标记；

该工件台沿x向以步进距离x_s对标记进行步进曝光，在硅片上形成x向套刻标记；

对硅片进行显影；

测量x向和y向套刻标记的套刻误差；以及

根据套刻误差计算出工件台坐标系的非正交性和比例缩放因子。

2.根据权利要求1所述的工件台坐标系参数测量方法，其特征是，其中上述标记包括：

正方形的第一方块；

正方形的第二方块；以及

线条组，该线条组也为正方形，上述第一方块、上述第二方块和上述线条组彼此不相交，上述第一方块中心与上述线条组中心的连线与x轴或y轴平行，上述第二方块中心与上述线条组中心的连线垂直于上述第一方块中心与上述线条组中心的连线。

3.根据权利要求2所述的工件台坐标系参数测量方法，其特征是，其中上述线条组由四条相同的线条首尾相连构成或者由四条孤立线条构成。

4.根据权利要求2所述的工件台坐标系参数测量方法，其特征是，其中上述工件台沿y轴的步进距离y_s等于上述第一方块中心与上述线条组中心的距离，上述工件台沿x轴的步进距离x_s等于上述第二方块中心与上述线条组中心的距离。

5.根据权利要求2所述的工件台坐标系参数测量方法，其特征是，其中上述测量x向和y向套刻标记的套刻误差的步骤中，是测量套刻标记第一方块、第二方块与线条组在x向、y向的中心偏移距离。

6.根据权利要求5所述的工件台坐标系参数测量方法，其特征是，其中

工件台沿y轴步进时，记录硅片上的x方向套刻误差为Δx_1y，Δx_2y，...，Δx_iy，y方向的套刻误差为Δy_1y，Δy_2y，...，Δy_iy；以及

工件台沿x轴步进时，记录硅片上的x方向套刻误差为Δx_1x，Δx_2x，...，Δx_ix，y方向的套刻误差为Δy_1x，Δy_2x，...，Δy_ix。

7.根据权利要求6所述的工件台坐标系参数测量方法，其特征是，其中工件台坐标系非正交性S_a由以下公式计算：

$S_a=\frac{[\frac{\mathrm{\Δ}{y}_{1x}}{x_s}+\frac{\mathrm{\Δ}{y}_{1x}+\mathrm{\Δ}{y}_{2x}}{{2x}_s}+\mathrm{\Λ\Λ}+\frac{\mathrm{\Δ}{y}_{1x}+\mathrm{\Δ}{y}_{2x}+\mathrm{\Λ\Λ\Δ}{y}_{\mathrm{nx}}}{{\mathrm{nx}}_s}]-[\frac{\mathrm{\Δ}{x}_{1y}}{y_s}+\frac{\mathrm{\Δ}{x}_{1y}+\mathrm{\Δ}{x}_{2y}}{2y_s}+\mathrm{\Λ\Λ}+\frac{\mathrm{\Δ}{x}_{1y}+\mathrm{\Δ}{x}_{2y}+\mathrm{\Λ\Λ\Δ}{x}_{\mathrm{ny}}}{{\mathrm{ny}}_s}]}{n}$

8.根据权利要求6所述的工件台坐标系参数测量方法，其特征是，其中工件台坐标系缩放比例S_f由以下公式计算：

$S_f=\frac{[\frac{\mathrm{\Δ}{x}_{1x}}{x_s}+\frac{\mathrm{\Δ}{x}_{1x}+\mathrm{\Δ}{x}_{2x}}{2x_s}+\mathrm{\Λ\Λ}+\frac{\mathrm{\Δ}{x}_{1x}+\mathrm{\Δ}{x}_{2x}+\mathrm{\Λ\Λ\Δ}{x}_{\mathrm{nx}}}{{\mathrm{nx}}_s}]}{[\frac{\mathrm{\Δ}{y}_{1y}}{y_s}+\frac{\mathrm{\Δ}{y}_{1y}+\mathrm{\Δ}{y}_{2y}}{2y_s}+\mathrm{\Λ\Λ}+\frac{\mathrm{\Δ}{y}_{1y}+\mathrm{\Δ}{y}_{2y}+\mathrm{\Λ\Λ\Δ}{y}_{\mathrm{ny}}}{n{y}_s}]}.$

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