CN101539400A - 一种光刻机工件台垂向测量系统的校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光刻机工件台垂向测量系统的校准方法，利用光刻机自带的硅片预对准平台或者其他平台来旋转硅片，结合调平传感器，来校准线性可调差分传感器的增益矩阵和偏置，与传统的校准方法相比，操作方便，解决了硅片不平整对校准线性可调差分传感器的影响，提高了校准精度。

Description

一种光刻机工件台垂向测量系统的校准方法

技术领域

本发明涉及一种校准方法，尤其涉及一种光刻机工件台垂向测量系统的校准方法。

背景技术

光刻机的工件台垂向测量系统通常包括：调平传感器(Focus level Sensor，简称FLS)以及线性可调差分传感器(Linear Variable Differential Transfer，简称LVDT)。其中，调平传感器是将激光信号发射到硅片的上表面，形成光斑，经硅片发射后，监测反射光的位置，进而确定硅片上表面的姿态，即通过测量硅片上表面的高度，来计算工件台的姿态。线性可调差分传感器是利用三个传感器，通过测量工件台下表面三个点相对于大理石的高度，进而计算工件台的姿态。

调平传感器和线性可调差分传感器都参与曝光控制，因此其精度对于光刻工艺至关重要，需要经常校准。通过多次测试求平均值的方法，这两套测量系统可以相互校准。以用调平传感器校准线性可调差分传感器为例，其校准的方法包括如下步骤：首先，利用线性可调差分传感器控制工件台在垂直向分别移动至垂向三个轴的行程端点，利用调平传感器读取这些点处的高度值，并将这些高度值求平均值，进而校准线性可调差分传感器的增益矩阵和偏置。

但是，在利用调平传感器测量工件台的高度值时，要保证测得工件台的上表面至少三个点的高度值，而且各测量点之间要求有较大距离，以保证测量结果的准确性。然而，调平传感器是通过测量硅片上表面的高度来间接测量工件台上表面的高度。如果硅片上表面不平整，将会直接导致调平传感器所测量的工件台的各点的坐标值不准确，给校准线性可调差分传感器带来了难以避免的系统误差。

另一方面，高精度的光刻机都具有硅片预对准平台，该硅片预对准平台可以将硅片旋转一定角度，以保证硅片上面的精对准光斑在对准视场内。

因此，提出一种工件台垂向测量系统的校准方法，利用光刻机的硅片预对准平台或者其他平台的旋转功能，通过旋转硅片，来解决因硅片不平整而给工件台垂向测量系统校准带来的系统误差问题，是非常具有实际意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光刻机工件台垂向测量系统的校准方法，利用光刻机的硅片预对准平台或者其他平台来旋转硅片，以解决因硅片不平整给工件台垂向测量系统校准带来的系统误差问题，提高校准精度。

为了实现上述的目的，本发明提供了一种光刻机工件台垂向测量系统的校准方法，所述光刻机包括一工件台，所述工件台上承载有硅片，所述工件台连接至工件台垂向测量系统，所述工件台垂向测量系统包括调平传感器以及线性可调差分传感器，所述校准方法包括如下步骤：(1)所述线性可调差分传感器控制所述工件台移动至多个测试位置，并通过所述调平传感器分别读取所述多个测试位置的硅片旋转前高度值，通过线性可调差分传感器读取所述多个测试位置的硅片旋转前工件台的高度值；(2)旋转所述硅片；(3)所述调平传感器分别读取所述多个测试位置的硅片旋转后高度值，所述线性可调差分传感器读取所述多个测试位置的硅片旋转后工件台的高度值；以及(4)根据所述多个测试位置的硅片旋转前高度值和所述多个测试位置的硅片旋转后高度值，获得所述多个测试位置的硅片高度值，根据所述多个测试位置的硅片旋转前工件台的高度值和所述多个测试位置的硅片旋转后工件台的高度值，获得所述多个测试位置的工件台的高度值，进而校准所述线性可调差分传感器的增益矩阵和偏置。

进一步的，所述光刻机还包括硅片预对准平台，利用所述预对准平台旋转所述硅片。

进一步的，所述线性可调差分传感器包括第一传感器、第二传感器以及第三传感器。

进一步的，所述调平传感器用以将激光信号发射到所述硅片表面，产生一个光斑，进而获得所述多个测试位置的硅片高度值。

进一步的，步骤(1)具体包括如下步骤：选取n个垂向三自由度坐标和m个水平向三自由度坐标，组成n×m个测试位置；所述工件台移动至所述多个测试位置，所述多个测试位置记为CP(Vi、Hj)，其中，所述多个测试位置的垂向三自由度坐标为Vi(Z，Rx，Ry)，水平向三自由度坐标为Hj(X，Y，Rz)，m、n、i、j为自然数，0≤i≤n-1，1≤j≤m；所述调平传感器读取所述多个测试位置硅片旋转前高度值，记为Hj_Vi′；以及所述线性可调差分传感器读取所述多个测试位置的工件台高度，记为Zk_Vi′，k＝1、2、3。

进一步的，步骤(2)具体包括如下步骤：将所述硅片从工件台上卸载到所述预对准平台上；所述预对准平台将所述硅片旋转180度；以及重新将所述硅片装载到所述工件台上。

进一步的，步骤(3)具体包括如下步骤：所述调平传感器读取所述多个测试位置硅片旋转后高度值，记为Hj_Vi″；以及所述线性可调差分传感器读取所述多个测试位置的硅片旋转后工件台的高度值，记为Zk_Vi″，k＝1、2、3。

进一步的，选取7个垂向三自由度坐标和4个水平向三自由度坐标，i＝0、1、2、3、4、5、6，j＝1、2、3、4。

进一步的，步骤(4)包括如下步骤：计算Hj_Vi′和Hj_Vi″的平均值，获得所述多个测试位置的硅片高度值，记为Hj_Vi，其包括H1_Vi，H2_Vi，H3_Vi，H4_Vi；计算Zk_Vi′和Zk_Vi″的平均值，获得所述多个测试位置的工件台高度值；以及根据Hj_Vi和Zk_Vi，计算出所述增益矩阵和偏置。

进一步的，在步骤(4)中，所述偏置的具体计算方法为：根据Hj_Vi，计算出所述多个测试位置的硅片逻辑坐标，记为(Z_Vi，Rx_Vi，Ry_Vi)，其计算公式为：

Z_Vvi＝(H1_Vi+H2_Vi+H3_Vi+H4_Vi)/4

Rx_Vi＝arctan((H2_Vi-H1_Vi)/(2*X_max))

Ry_Vi＝arctan((H4_Vi-H3_Vi)/(2*Y_max))；

其中，参数X_max为测试位置CP(Vi(Z，Rx，Ry)、Hj(X，Y，Rz))水平向三自由度的X轴坐标值的绝对值，参数Y_max为测试位置CP(Vi(Z，Rx，Ry)、Hj(X，Y，Rz))水平向三自由度的Y轴坐标值的绝对值；测试位置CP(V0，Hj)的硅片逻辑坐标，记为(Z_V0，Rx_V0，Ry_V0)；得出所述偏置，记为(S1、S2、S3)，其中，S1＝Z_V0，S2＝Rx_V0，S3＝Ry_V0。

进一步的，所述增益矩阵的具体计算方法为：计算所述多个测试位置的硅片逻辑坐标的平均值，获得硅片的逻辑坐标均值，记为(Z，Rx，Ry)k，k＝1、2、3；；计算所述多个测试位置的工件台高度的平均值，获得工件台高度的均值，记为(Z1、Z2、Z3)k，k＝1、2、3；令增益矩阵是一个3×3的矩阵，用GB表示，列出一个方程：

$\left(\begin{array}{c}Z\\ \mathrm{Rx}\\ \mathrm{Ry}\end{array}\right)=\mathrm{GB}*\left(\begin{array}{c}{Z}_1\\ Z_2\\ Z_3\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}{S}_1\\ S_2\\ S_3\end{array}\right)$

由此方程解得增益矩阵的值。

本发明还提供了另一种光刻机工件台垂向测量系统校准方法，所述光刻机包括一工件台，所述工件台上承载有硅片，所述工件台连接至工件台垂向测量系统，所述工件台垂向测量系统包括调平传感器以及线性可调差分传感器，所述调平传感器采用N个光斑获得所述硅片的逻辑坐标，其中N为大于1的自然数，所述校准方法包括如下步骤：

利用所述调平传感器读取所述硅片的旋转前逻辑坐标，利用线性可调差分传感器读取硅片旋转前工件台的高度值；

将所述硅片旋转N-1次；

利用所述调平传感器分别读取所述硅片的各次旋转后逻辑坐标，利用线性可调差分传感器分别读取各次硅片旋转后工件台的高度值；以及

根据所述旋转前逻辑坐标、所述各次旋转后逻辑坐标以及所述硅片旋转前工件台的高度值、所述各次硅片旋转后工件台的高度值，校准所述线性可调差分传感器的增益矩阵和偏置。

进一步的，所述光刻机还包括硅片预对准平台，利用所述预对准平台旋转所述硅片。

进一步的，所述线性可调差分传感器包括第一传感器、第二传感器以及第三传感器。

进一步的，在旋转所述硅片过程中，确保所述硅片旋转前的测试位置与旋转后的测试位置重合。

进一步的，所述调平传感器采用3个光斑获得所述硅片的逻辑坐标，所述光斑呈正三角形排列。

进一步的，所述校准方法具体包括如下步骤：(1)利用所述调平传感器读取所述硅片的第一逻辑坐标，利用所述线性可调差分传感器读取所述工件台的第一垂向高度；(2)所述预对准平台将所述硅片旋转120度；(3)利用所述调平传感器读取所述硅片的第二逻辑坐标，利用所述线性可调差分传感器读取所述工件台的第二垂向高度；(4)所述预对准平台再次将所述硅片旋转120度；(5)利用所述调平传感器读取所述硅片的第三逻辑坐标，利用所述线性可调差分传感器读取所述工件台的第三垂向高度；以及(6)根据所述第一逻辑坐标、所述第二逻辑坐标和所述第三逻辑坐标以及所述第一垂向高度、所述第二垂向高度和所述第三垂向高度，校准所述线性可调差分传感器的增益矩阵和偏置。

进一步的，步骤(1)具体包括如下步骤：所述调平传感器读取所述第一逻辑坐标，记为(Z_1，θx_1，θy_1)；以及所述线性可调差分传感器读取所述第一垂向高度，记为Zt_1，t＝4、5、6。

进一步的，步骤(3)具体包括如下步骤：所述调平传感器读取所述第二逻辑坐标，记为(Z_2，θx_2，θy_2)；以及所述线性可调差分传感器读取所述第二垂向高度，记为Zt_2，t＝4、5、6。

进一步的，步骤(5)具体包括如下步骤：所述调平传感器读取所述第三逻辑坐标，记为(Z_3，θx_3，θy_3)；以及所述线性可调差分传感器读取所述第三垂向高度，记为Zt_3，t＝4、5、6。

进一步的，所述步骤(6)具体包括如下步骤：计算所述第一逻辑坐标、第二逻辑坐标和第三逻辑坐标的平均值，获得所述硅片的逻辑坐标，记为(Z，θx，θy)；计算所述第一垂向高度、第二垂向高度和第三垂向高度的平均值，获得所述工件台的垂向高度，记为Zt，t＝4、5、6；根据所述硅片的逻辑坐标和工件台垂向高度，校准所述线性可调差分传感器的增益矩阵和偏置。

综上所述，本发明提供了一种光刻机工件台垂向测量系统的校准方法，利用光刻机自带的硅片预对准平台或其他平台来旋转硅片，结合调平传感器，来校准线性可调差分传感器的增益矩阵和偏置，与传统的校准方法相比，本发明具有以下优点：

1、解决了硅片不平整对校准线性可调差分传感器的影响，提高了校准精度。

2、操作方便，对光刻机而言，无需额外增加专用设备，完全利用光刻中的现有设备就可完成校准过程。

附图说明

图1为工件台垂向测量系统在光刻机中的布置方式示意图；

图2为本发明一实施例所提供的光刻机工件台垂向测量系统的校准方法的示意图；

图3为本发明一实施例中测试点的平面分布图；

图4为本发明另一实施例所提供的光刻机工件台垂向测量系统的校准方法的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方案对本发明提出的光刻机工件台垂向测量系统的校准方法作进一步详细说明。

目前高精度的光刻机都具有硅片预对准平台和工件台，工件台用以承载硅片，硅片预对准平台具有旋转硅片的功能，工件台连接至工件台垂向测量系统，工件台垂向测量系统包括调平传感器以及线性可调差分传感器。具体请参考图1，其为工件台垂向测量系统在光刻机中的一种布置方式的示意图，线性可调差分传感器包括第一传感器11、第二传感器12以及第三传感器13，其位于工件台20的底部，呈三角形分布，硅片30位于工件台20的上表面，调平传感器40用以将激光信号发射到硅片30表面，产生一个光斑，经硅片反射后，监测反射光的位置，进而获得硅片的高度值。

需要说明的是，在本发明一实施例中，第一传感器11、第二传感器12以及第三传感器13是分别经过校准的。

本发明一实施例所提供的光刻机工件台垂向测量系统校准方法包括：

S1：所述线性可调差分传感器控制所述工件台移动至多个测试位置，并通过所述调平传感器分别读取工件台在所述多个测试位置时硅片旋转前高度值，通过线性可调差分传感器读取所述多个测试位置的工件台的高度值。

在步骤S1中，具体包括如下步骤：

首先，选取n个垂向三自由度坐标和m个水平向三自由度坐标，组成n×m个测试位置；线性可调差分传感器控制工件台20分别移动至所述n×m个测试位置，所述多个测试位置为CP(Vi、Hj)，其中，所述多个测试位置的垂向三自由度坐标记为Vi(Z，Rx，Ry)，水平向三自由度坐标为Hj(X，Y，Rz)，m、n、i、j为自然数，0≤i≤n-1，1≤j≤m。

然后，调平传感器40读取所述多个测试位置相应的硅片旋转前高度值，记为Hj_Vi′。

接下来，所述线性可调差分传感器读取所述多个测试位置相应的工件台的高度，记为Zk_Vi′，k＝1、2、3。

在本发明一实施例中，选取7个垂向三自由度坐标和4个水平向三自由度坐标，i＝0、1、2、3、4、5、6，j＝1、2、3、4。

请参考图3，详细的，在步骤S1中，线性可调差分传感器控制工件台20分别移动至多个测试位置，包括CP(V0、H1)、CP(V1、H1)、CP(V2、H1)、CP(V3、H1)、CP(V4、H1)、CP(V5、H1)、CP(V6、H1)；CP(V0、H2)、CP(V1、H2)、CP(V2、H2)、CP(V3、H2)、CP(V4、H2)、CP(V5、H2)、CP(V6、H2)；CP(V0、H3)、CP(V1、H3)、CP(V2、H3)、CP(V3、H3)、CP(V4、H3)、CP(V5、H3)、CP(V6、H3)；CP(V0、H4)、CP(V1、H4)、CP(V2、H4)、CP(V3、H4)、CP(V4、H4)、CP(V5、H4)、CP(V6、H4)。

其中，V0的坐标值为(0，0，0)，V1的坐标值为(0，Rx_max，0)，V2的坐标值为(0，0，Ry_max)，V3的坐标值为(0，-Rx_max，0)，V4的坐标值为(0，0，-Ry_max)，V5的坐标值为(0，Rx_max/2，0)，V6的坐标值为(0，0，Ry_max/2)。

H1的坐标值为(-X_max，0，0)，H2的坐标值为(X_max，0，0)，H3的坐标值为(0，-Y_max，0)，H4的坐标值为(0，Y_max，0)。

然后，调平传感器40读取所述多个测试位置相应的硅片旋转前高度值，记为Hj_Vi′，其中测试点CP(V0、H1)的硅片旋转前高度值为H1_V0′，同理，其它测试点的硅片旋转前高度值分别表示为H1_V1′，H1_V2′，H1_V3′，H1_V4′，H1_V5′，H1_V6′，H2_V0′，H2_V1′，H2_V2′，H2_V3′，H2_V4′，H2_V5′，H2_V6′，H3_V0′，H3_V1′，H3_V2′，H3_V3′，H3_V4′，H3_V5′，H3_V6′，H4_V0′，H4_V1′，H4_V2′，H4_V3′，H4_V4′，H4_V5′，H4_V6′。

接下来，线性可调差分传感器读取所述多个测试位置相应的工件台高度，其中，第一传感器11读取垂向三自由度坐标值为(0，0，0)的测试位置的工件台高度，记为Z1_V0′，同理，第一传感器11读取的其它测试位置的工件台高度值分别为Z1_V1′，Z1_V2′，Z1_V3′，Z1_V4′，Z1_V5′，Z1_V6′，第二传感器12读取的工件台高度分别为Z2_V0′，Z2_V1′，Z2_V2′，Z2_V3′，Z2_V4′，Z2_V5′，Z2_V6′，第三传感器13读取的工件台高度分别为Z3_V0′，Z3_V1′，Z3_V2′，Z3_V3′，Z3_V4′，Z3_V5′，Z3_V6′

S2：所述预对准平台旋转所述硅片。

在步骤S2中，具体包括如下步骤：首先，将硅片30从工件台20上卸载到所述预对准平台上；然后所述预对准平台将硅片30旋转180度；以及重新将硅片30装载到所述工件台20上。在这个步骤中，也可以采用其他非光刻机自带的平台旋转硅片。

S3：所述调平传感器分别读取所述多个测试位置的硅片旋转后高度值，线性可调差分传感器读取所述多个测试位置的工件台旋转后高度值。

详细的，在步骤S3中，线性可调差分传感器控制工件台20分别移动至所述多个测试位置，调平传感器40读取所述多个测试位置相应的硅片旋转后高度值，其中，测试位置CP(V0、H1)的硅片旋转后高度值为H1_V0″，同理，调平传感器40所读取的其它测试位置相应的硅片旋转后高度值分别为H1_V1″，H1_V2″，H1_V3″，H1_V4″，H1_V5″，H1_V6″，H2_V0″，H2_V1″，H2_V2″，H2_V3″，H2_V4″，H2_V5″，H2_V6″，H3_V0″，H3_V1″，H3_V2″，H3_V3″，H3_V4″，H3_V5″，H3_V6″，H4_V0″，H4_V1″，H4_V2″，H4_V3″，H4_V4″，H4_V5″，H4_V6″。

所述线性可调差分传感器分别读取各个测试位置相应的工件台高度，包括Z1_V0″，Z1_V1″，Z1_V2″，Z1_V3″，Z1_V4″，Z1_V5″，Z1_V6″，Z2_V0″，Z2_V1″，Z2_V2″，Z2_V3″，Z2_V4″，Z2_V5″，Z2_V6″，Z3_V0″，Z3_V1″，Z3_V2″，Z3_V3″，Z3_V4″，Z3_V5″，Z3_V6″。

S4：根据所述多个测试位置的硅片旋转前高度值和所述多个测试位置的硅片旋转后高度值获得所述多个测试位置的硅片高度值，根据所述多个测试位置的硅片旋转前工件台高度值和所述多个测试位置的硅片旋转后工件台高度值获得所述多个测试位置的工件台高度值，进而校准所述线性可调差分传感器的增益矩阵和偏置。

具体的说，计算Hj_Vi′和Hj_Vi″的平均值，获得所述多个测试位置的硅片高度值，测试位置CP(V0、H1)的硅片高度值为H1_V0，同理，其它点的硅片高度值分别为H1_V1，H1_V2，H1_V3，H1_V4，H1_V5，H1_V6，H2_V0，H2_V1，H2_V2，H2_V3，H2_V4，H2_V5，H2_V6，H3_V0，H3_V1，H3_V2，H3_V3，H3_V4，H3_V5，H3_V6，H4_V0，H4_V1，H4_V2，H4_V3，H4_V4，H4_V5，H4_V6。

计算Zk_Vi′和Zk_Vi″的平均值，获得所述多个测试位置的工件台高度值，其中，测试位置CP(V0、H1)的工件台高度值记为Z1_V0，同理，其它测试位置的工件台高度值为Z1_V1，Z1_V2，Z1_V3，Z1_V4，Z1_V5，Z1_V6，Z2_V0，Z2_V1，Z2_V2，Z2_V3，Z2_V4，Z2_V5，Z2_V6，Z3_V0，Z3_V1，Z3_V2，Z3_V3，Z3_V4，Z3_V5，Z3_V6。

此时，根据Hj_Vi和Zk_Vi，计算得出所述线性可调差分传感器的增益矩阵和偏置。

其中，所述偏置的具体计算方法为：

根据Hj_Vi，计算出所述多个测试位置的硅片逻辑坐标，记为(Z_Vi，Rx_Vi，Ry_Vi)，其计算公式为：

Z_Vi＝(H1_Vi+H2_Vi+H3_Vi+H4_Vi)/4

Rx_Vi＝arctan((H2_Vi-H1_Vi)/(2*X_max))

Ry_Vi＝arctan((H4_Vi-H3_Vi)/(2*Y_max))；

其中，硅片30在测试位置CP(V0，Hj)的硅片逻辑坐标，记为(Z_V0，Rx_V0，Ry_V0)，V0的坐标值为(0，0，0)，进而得出所述线性可调差分传感器的偏置，记为(S1、S2、S3)，其中，S1＝Z_V0，S2＝Rx_V0，S3＝Ry_V0。

其中，所述增益矩阵的具体计算方法为：

多次测量计算所述多个测试位置的硅片逻辑坐标的平均值，获得硅片的逻辑坐标均值，记为(Z，Rx，Ry)k，其中，k＝1、2、3；

计算所述多个测试位置的工件台高度的平均值，获得工件台的高度均值，包括(Z1、Z2、Z3)k，其中，k＝1、2、3。

令增益矩阵是一个3×3的矩阵，用GB表示，列出一个方程：

$\left(\begin{array}{c}Z\\ \mathrm{Rx}\\ \mathrm{Ry}\end{array}\right)=\mathrm{GB}*\left(\begin{array}{c}{Z}_1\\ Z_2\\ Z_3\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}{S}_1\\ S_2\\ S_3\end{array}\right)$

将所计算出的(Z，Rx，Ry)k、(Z1、Z2、Z3)k，其中，k＝1、2、3；分别代入此方程得方程组可以解得增益矩阵的值。

与传统的校准方法相比，解决了硅片不平整对校准线性可调差分传感器的影响，提高了校准精度，且操作方便。

本发明还提供了另一种光刻机工件台垂向测量系统校准方法，所述光刻机包括硅片预对准平台以及工件台，所述工件台上承载有硅片，所述硅片预对准平台用以旋转所述硅片，所述工件台连接至工件台垂向测量系统，所述工件台垂向测量系统包括调平传感器以及线性可调差分传感器，所述调平传感器采用N个光斑获得所述硅片的坐标，其中N为大于1的自然数，所述校准方法包括如下步骤：

利用所述调平传感器读取所述硅片的旋转前逻辑坐标，利用线性可调差分传感器读取硅片旋转前工件台的高度值；

将所述硅片旋转N-1次；

利用所述调平传感器分别读取所述硅片各次旋转后逻辑坐标，利用线性可调差分传感器分别读取各次硅片旋转后工件台的高度值；以及

根据所述硅片的旋转前逻辑坐标和所述硅片各次旋转后逻辑坐标，以及所述硅片旋转前工件台的高度值和所述各次硅片旋转后工件台的高度值，校准所述线性可调差分传感器的增益矩阵和偏置。

进一步的，所述调平传感器采用3个光斑获得所述硅片的逻辑坐标，所述光斑呈正三角形排列。所述工件台垂向测量系统包括调平传感器以及线性可调差分传感器。所述线性可调差分传感器包括第一传感器、第二传感器以及第三传感器。针对此种光刻机，利用所述硅片预对准平台，重复测量三次，即保证所述硅片旋转前的测试点与旋转后的测试点完全重合，并且测量次数等于光斑数，可确保抵消硅片不平整，对校准线性可调差分传感器的影响，提高了校准精度。

请参考图4，所述校准方法具体包括如下步骤：

S10：利用所述调平传感器读取所述硅片的第一逻辑坐标，利用所述线性可调差分传感器读取所述工件台的第一垂向高度；

在步骤S10中，首先，调平传感器读取所述第一逻辑坐标，记为(Z_1，θx_1，θy_1)；然后，所述线性可调差分传感器读取所述第一垂向高度，记为Zt_1，t＝4、5、6。

S20：所述预对准平台将所述硅片旋转120度；

S30：利用所述调平传感器读取所述硅片的第二逻辑坐标，利用所述线性可调差分传感器读取所述工件台的第二垂向高度；

在步骤S30中，首先，所述调平传感器读取所述第二逻辑坐标，记为(Z_2，θx_2，θy_2)；然后，所述线性可调差分传感器读取所述第二垂向高度，记为Zt_2，t＝4、5、6。

S40：所述预对准平台再次将所述硅片旋转120度；

S50：利用所述调平传感器读取所述硅片的第三逻辑坐标，利用所述线性可调差分传感器读取所述工件台的第三垂向高度；

在步骤S50中，首先，所述调平传感器读取所述第三逻辑坐标，记为(Z_3，θx_3，θy_3)；然后，所述线性可调差分传感器读取所述第三垂向高度，记为Zt_3，t＝4、5、6。

S60：根据所述第一逻辑坐标、所述第二逻辑坐标和所述第三逻辑坐标以及所述第一垂向高度、所述第二垂向高度和所述第三垂向高度，校准所述线性可调差分传感器的增益矩阵和偏置。

具体的说，在步骤S60中，首先，计算所述第一逻辑坐标、第二逻辑坐标和第三逻辑坐标的平均值，获得所述硅片的逻辑坐标，记为(Z，θx，θy)1。

然后，分别计算所述第一垂向高度、第二垂向高度和第三垂向高度的平均值，获得所述硅片的垂向高度，记为(Z4、Z5、Z6)1。

接下来，将工件台在垂直向移动一定距离，重复步骤S10-S50；得到(Z，θx，θy)2，(Z4、Z5、Z6)2；

同理，得到(Z，θx，θy)3，(Z4、Z5、Z6)3；

进而得出所述线性可调差分传感器的偏置，记为(S4、S5、S6)，其中，S4＝Z，S5＝θx，S6＝θy。

接下来，令所述增益矩阵是一个3×3的矩阵，用GB′表示，列出一个方程：

$\left(\begin{array}{c}Z\\ \mathrm{\θx}\\ \mathrm{\θy}\end{array}\right)=G{B}^{\′}*\left(\begin{array}{c}Z4\\ Z5\\ Z6\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}S4\\ S5\\ S6\end{array}\right)$

由此方程解得增益矩阵GB′的值，在本实施例中，可直接获得硅片的逻辑坐标均值，进而校准所述线性可调差分传感器的增益矩阵和偏置，解决了硅片不平整对校准线性可调差分传感器的影响，提高了校准精度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (21)

1、一种光刻机工件台垂向测量系统校准方法，所述光刻机包括一工件台，所述工件台上承载有硅片，所述工件台连接至工件台垂向测量系统，所述工件台垂向测量系统包括调平传感器以及线性可调差分传感器，其特征在于，所述校准方法包括如下步骤：

(1)所述线性可调差分传感器控制所述工件台移动至多个测试位置，并通过所述调平传感器分别读取所述多个测试位置的硅片旋转前高度值，通过所述线性可调差分传感器分别读取所述多个测试位置的硅片旋转前的工件台的高度值；

(2)旋转所述硅片；

(3)所述调平传感器分别读取所述多个测试位置的硅片旋转后高度值，所述线性可调差分传感器分别读取所述多个测试位置的硅片旋转后的工件台的高度值；以及

(4)根据所述多个测试位置的硅片旋转前高度值和所述多个测试位置的硅片旋转后高度值，获得所述多个测试位置的硅片高度值，根据所述多个测试位置的硅片旋转前工件台高度值和所述多个测试位置的硅片旋转后工件台高度值，获得所述多个测试位置的工件台高度值，进而校准所述线性可调差分传感器的增益矩阵和偏置。

2、如权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述光刻机还包括硅片预对准平台，利用所述预对准平台旋转所述硅片。

3、如权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述线性可调差分传感器包括第一传感器、第二传感器以及第三传感器。

4、如权利要求3所述的校准方法，其特征在于，所述调平传感器用以将激光信号发射到所述硅片表面，产生一个光斑，进而获得所述多个测试位置的硅片高度值。

5、如权利要求4所述的校准方法，其特征在于，步骤(1)具体包括如下步骤：

选取n个垂向三自由度坐标和m个水平向三自由度坐标，组成n×m个测试位置；

所述工件台移动至所述多个测试位置，所述多个测试位置记为CP(Vi、Hj)，其中，所述多个测试位置的垂向三自由度坐标为Vi(Z，Rx，Ry)，水平向三自由度坐标为Hj(X，Y，Rz)，m、n、i、j为自然数，0≤i≤n-1，1≤j≤m；

所述调平传感器读取所述多个测试位置硅片旋转前高度值，记为Hj_Vi′；以及

所述线性可调差分传感器读取所述多个测试位置的硅片旋转前工件台高度值，记为Zk_Vi′，k＝1、2、3。

6、如权利要求5所述的光刻机工件台垂向测量系统校准方法，其特征在于，步骤(2)具体包括如下步骤：

将所述硅片从工件台上卸载到所述预对准平台上；

所述预对准平台将所述硅片旋转180度；以及

重新将所述硅片装载到所述工件台上。

7、如权利要求6所述的光刻机工件台垂向测量系统校准方法，其特征在于，步骤(3)具体包括如下步骤：

选取n个垂向三自由度坐标和m个水平向三自由度坐标，组成n×m个测试位置；

所述工件台移动至所述多个测试位置，所述多个测试位置记为CP(Vi、Hj)，其中，所述多个测试位置的垂向三自由度坐标为Vi(Z，Rx，Ry)，水平向三自由度坐标为Hj(X，Y，Rz)，m、n、i、j为自然数，0≤i≤n-1，1≤j≤m；

所述调平传感器读取所述多个测试位置硅片旋转后高度值，记为Hj_Vi″；以及

所述线性可调差分传感器读取所述多个测试位置的硅片旋转后工件台高度值，记为Zk_Vi″，k＝1、2、3。

8、如权利要求7所述的光刻机工件台垂向测量系统校准方法，其特征在于，选取7个垂向三自由度坐标和4个水平向三自由度坐标，i＝0、1、2、3、4、5、6，j＝1、2、3、4。

9、如权利要求8所述的光刻机工件台垂向测量系统校准方法，其特征在于，步骤(4)包括如下步骤：

计算Hj_Vi′和Hj_Vi″的平均值，获得所述多个测试位置的硅片高度值，记为Hj_Vi，其包括H1_Vi，H2_Vi，H3_Vi，H4_Vi；

计算Zk_Vi′和Zk_Vi″的平均值，获得所述多个测试位置的工件台高度Zk_Vi；以及

根据Hj_Vi和Zk_Vi，计算出所述增益矩阵和偏置。

10、如权利要求9所述的光刻机工件台垂向测量系统校准方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述偏置的具体计算方法为：

根据Hj_Vi，计算出所述多个测试位置的硅片逻辑坐标，记为(Z_Vi，Rx_Vi，Ry_Vi)，其计算公式为：

Z_Vi＝(H1_Vi+H2_Vi+H3_Vi+H4_Vi)/4

Rx_Vi＝arctan((H2_Vi-H1_Vi)/(2*X_max))

Ry_Vi＝arctan((H4_Vi-H3_Vi)/(2*Y_max))；

其中，参数X_max为测试点CP(Vi(Z，Rx，Ry)、Hj(X，Y，Rz))水平向三自由度的X轴坐标值的绝对值，参数Y_max为测试位置CP(Vi(Z，Rx，Ry)、Hj(X，Y，Rz))水平向三自由度的Y轴坐标值的绝对值；

测试位置CP(V0，Hj)的硅片逻辑坐标，记为(Z_V0，Rx_V0，Ry_V0)；

得出所述偏置，记为(S1、S2、S3)，其中，S1＝Z_V0，S2＝Rx_V0，S3＝Ry_V0。

11、如权利要求10所述的光刻机工件台垂向测量系统校准方法，其特征在于，所述增益矩阵的具体计算方法为：

多次测量计算所述多个测试位置的硅片逻辑坐标的平均值，获得硅片的逻辑坐标均值，记为(Z，Rx，Ry)k，k＝1、2、3；

计算所述多个测试位置的硅片垂向坐标的平均值，获得硅片的垂向坐标均值，记为(Z1、Z2、Z3)k，k＝1、2、3；

令增益矩阵是一个3×3的矩阵，用GB表示，列出一个方程：

$\left(\begin{array}{c}Z\\ \mathrm{Rx}\\ \mathrm{Ry}\end{array}\right)=G{B}^{*}\left(\begin{array}{c}{Z}_1\\ Z_2\\ Z_3\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}{S}_1\\ S_2\\ S_3\end{array}\right)$

由此方程解得增益矩阵的值。

12、一种光刻机工件台垂向测量系统校准方法，所述光刻机包括一工件台，所述工件台上承载有硅片，所述工件台连接至工件台垂向测量系统，所述工件台垂向测量系统包括调平传感器以及线性可调差分传感器，所述调平传感器采用N个光斑获得所述硅片的逻辑坐标，其中N为大于1的自然数，其特征在于，所述校准方法包括如下步骤：

利用所述调平传感器读取所述硅片的旋转前逻辑坐标，利用线性可调差分传感器读取硅片旋转前工件台的高度值；

将所述硅片旋转N-1次；

利用所述调平传感器分别读取所述硅片各次旋转后逻辑坐标，利用线性可调差分传感器分别读取各次硅片旋转后工件台的高度值；以及

根据所述硅片的旋转前逻辑坐标和所述硅片各次旋转后逻辑坐标，以及所述硅片旋转前工件台的高度值和所述各次硅片旋转后工件台的高度值，校准所述线性可调差分传感器的增益矩阵和偏置。

13、如权利要求12所述的校准方法，其特征在于，所述线性可调差分传感器包括第一传感器、第二传感器以及第三传感器。

14、如权利要求12所述的校准方法，其特征在于，所述光刻机还包括硅片预对准平台，利用所述预对准平台旋转所述硅片。

15、如权利要求13所述的校准方法，其特征在于，在旋转所述硅片过程中，确保所述硅片旋转前的测试位置与旋转后的测试位置重合。

16、如权利要求12所述的校准方法，其特征在于，所述调平传感器采用3个光斑获得所述硅片的逻辑坐标，所述光斑呈正三角形排列。

17、如权利要求16所述的校准方法，其特征在于，所述校准方法具体包括如下步骤：

(1)利用所述调平传感器读取所述硅片的第一逻辑坐标，利用所述线性可调差分传感器读取所述工件台的第一垂向高度；

(2)所述预对准平台将所述硅片旋转120度；

(3)利用所述调平传感器读取所述硅片的第二逻辑坐标，利用所述线性可调差分传感器读取所述工件台的第二垂向高度；

(4)所述预对准平台再次将所述硅片旋转120度；

(5)利用所述调平传感器读取所述硅片的第三逻辑坐标，利用所述线性可调差分传感器读取所述工件台的第三垂向高度；以及

(6)根据所述第一逻辑坐标、第二逻辑坐标和第三逻辑坐标，以及所述第一垂向高度、第二垂向高度和第三垂向高度，校准所述线性可调差分传感器的增益矩阵和偏置。

18、如权利要求17所述的校准方法，其特征在于，步骤(1)具体包括如下步骤：

所述调平传感器读取所述第一逻辑坐标，记为(Z_1，θx_1，θy_1)；以及

所述线性可调差分传感器读取所述第一垂向高度，记为Zt_1，t＝4、5、6。

19、如权利要求18所述的光刻机工件台垂向测量系统校准方法，其特征在于，步骤(3)具体包括如下步骤：

所述调平传感器读取所述第二逻辑坐标，记为(Z_2，θx_2，θy_2)；以及

所述线性可调差分传感器读取所述第二垂向高度，记为Zt_2，t＝4、5、6。

20、如权利要求19所述的光刻机工件台垂向测量系统校准方法，其特征在于，步骤(5)具体包括如下步骤：

所述调平传感器读取所述第三逻辑坐标，记为(Z_3，θx_3，θy_3)；以及

所述线性可调差分传感器读取所述第三垂向高度，记为Zt_3，t＝4、5、6。

21、如权利要求20所述的光刻机工件台垂向测量系统校准方法，其特征在于，所述步骤(6)具体包括如下步骤：

计算所述第一逻辑坐标、第二逻辑坐标和第三逻辑坐标的平均值，获得所述硅片的逻辑坐标，记为(Z，θx，θy)；

计算所述第一垂向高度、第二垂向高度和第三垂向高度的平均值，获得所述工件台的垂向高度，记为Zt，t＝4、5、6；

根据所述硅片的逻辑坐标和所述工件台的垂向高度，校准所述线性可调差分传感器的增益矩阵和偏置。

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