CN103365107B - 一种多离轴对准系统匹配测校方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多离轴对准系统匹配测校方法，其特征在于，包括以下步骤：（a）执行离线测量，分别获取该多离轴对准系统中的各对准子系统的参考位置，该对准子系统包括基准离轴对准系统和非基准离轴对准系统；（b）分别利用该对准子系统对准标准基板上的对准标记，并获取该标准基板上对准标记在工件台坐标系下的位置；（c）根据该工件台坐标系下的位置，计算标准基板相对于工件台的位置关系以及该位置关系的偏差值；（d）执行正常在线对准流程，分别用该对准子系统对准基板上的标记，并获取标记的在线对准位置；（e）根据该偏差值和该参考位置，将非基准离轴对准系统获取的在线对准位置转换为基准离轴对准系统的在线对准位置，完成在线补偿。

Description

一种多离轴对准系统匹配测校方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种用于光刻设备的多离轴对准系统匹配测校方法。

背景技术

投影扫描式光刻机目的是把掩模上图形清晰、正确地成像在涂有光刻胶的硅片或基板上，离轴对准系统在光刻机的作用是确立硅片或基板在曝光时的位置。

对于基底采用硅片的光刻设备而言，采用一个离轴系统进行对准就已经足够了，而随着TFT((薄膜场效应晶体管)工艺的逐渐盛行，4.5代及以上基板需要在离轴对准时工件台具有较大的行程。这对整机框架的设计提出了较高的要求，为了解决这个问题，通常采用两套或更多离轴系统。由于多套离轴系统在安装时会存在差异，且系统本身也存在不同，因此采用不同的离轴系统对准同一基板则会引入较大的对准偏差，从而影响套刻精度。如果采用多套离轴系统分别对准并且分别曝光则会影响产率且引入边缘效应，因此必须对多个离轴系统的对准偏差进行校准，即解决多个离轴系统间的匹配问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于多离轴对准系统的匹配测校的方法，该方法能对多个离轴系统的对准偏差进行校准，消除系统误差，提高套刻精度。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种多离轴对准系统匹配测校方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)执行离线测量，分别获取该多离轴对准系统中的各对准子系统的参考位置，该对准子系统包括基准离轴对准系统和非基准离轴对准系统；(b)分别利用该对准子系统对准标准基板上的对准标记，并获取该标准基板上对准标记在工件台坐标系下的位置；(c)根据该工件台坐标系下的位置，计算标准基板相对于工件台的位置关系以及该位置关系的偏差值；(d)执行正常在线对准流程，分别用该对准子系统对准基板上的标记，并获取标记的在线对准位置；(e)根据该偏差值和该参考位置，将非基准离轴对准系统获取的在线对准位置转换为基准离轴对准系统的在线对准位置，完成在线补偿。

更进一步地，该步骤b具体包括：(b.1)分别利用该对准子系统对准标准基板上的对准标记，获取该标准基板上对准标记的离线对准位置；(b.2)将该离线对准位置转换为对准标记在工件台坐标系下的位置该步骤(b.2)中所使用的转换公式为：

$\left(\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{pscs}}\\ y_{\mathrm{pscs}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left(\mathrm{Rz}\right)& \sin \left(\mathrm{Rz}\right)\\ -\sin \left(\mathrm{Rz}\right)& \cos \left(\mathrm{Rz}\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{ref}}\\ y_{\mathrm{ref}}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{s}_x\\ s_y\end{array}\right)$

其中，s_x、s_y分别表示该对准子系统获取的标记的X、Y向离线对准位置坐标，x_ref、y_ref分别表示该对准子系统的参考位置的坐标，Rz表示工件台的旋转角度。

更进一步地，该位置关系的偏差值的计算方法包括：(c.1)分别将该对准子系统获取的对准标记在工件台坐标系下的位置分别代入模型，再通过拟和获得标准基板相对于工件台的位置关系，该位置关系的参数包括平移、膨胀和旋转，该模型为：

x_pscs＝Cx+Mx*x_pcs-Ry*y_pcs

y_pscs＝Cy+My*y_pcs+Rx*x_pcs

其中：x_pcs和y_pcs分别表示标准基板的对准标记的名义位置的X向和Y向坐标，x_pscs和y_pscs分别表示标准基板的对准标记在工件台坐标系下X向和Y向的坐标；Cx和Cy分别表示标准基板X向和Y向的该平移，Mx和My分别表示标准基板X向和Y向的该膨胀，Rx和Ry分别表示标准基板X向和Y向的该旋转。(c.2)求解该模型后，将基准离轴对准系统与非基准子系统获取的该位置关系参数相减，得到该偏差值即ΔCx,ΔCy,ΔMx,ΔMy,ΔRx,ΔRy。

更进一步地，该步骤c中还包括以下步骤：(c.1)重复步骤(b)至步骤(c)以获得至少两组偏差值，根据该至少两组偏差值获得平均偏差值；(c.2)将该平均偏差值保留在机器常数中以消除测量的随机误差。

更进一步地，该多离轴对准系统包括两个分系统，为左离轴系统和右离轴系统。该将非基准离轴对准系统获取的在线对准位置转换为基准离轴对准系统的在线对准位置的方法为，将该在线对准位置、该参考位置和该偏差值代入以下转换公式：

s_{x_R}＝s_{x_L}+ΔCx+ΔMx*x_wcs-ΔRy*y_wcs-((x_{ref_R}-x_{ref_L})cos(Rz)+(y_{ref_R}-y_{ref_L})sin(Rz))

s_{y_R}＝s_{y_L}+ΔCy+ΔMy*y_wcs+ΔRx*x_wcs-(-(x_{ref_R}-x_{ref_L})sin(Rz)+(y_{ref_R}-y_{ref_L})cos(Rz))

其中，x_wcs,y_wcs分别表示基板标记的X向和Y向名义位置；s_{x_L}、s_{x_R}分别表示非基准离轴对准系统和基准离轴对准系统测得的X向在线对准位置；s_{y_L}、s_{y_R}分别表示非基准离轴对准系统和基准离轴对准系统测得的Y向在线对准位置；x_{ref_L}、x_ref_{_R}分别表示非基准离轴对准系统和基准离轴对准系统的参考位置的X向坐标；y_{ref_L}、y_ref_{_R}分别表示非基准离轴对准系统和基准离轴对准系统的参考位置的Y向坐标。

8、如权利要求1该的多离轴对准系统匹配测校方法，其特征在于，该多离轴对准系统为CCD。

与现有技术相比较，本发明所公开的多离轴系统的水平向匹配测校方法，包括离线测量偏差值和在线校正偏差值两个主要过程，能对多个离轴系统的对准偏差进行校准，消除系统误差，提高套刻精度。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是具有离轴对准系统的光刻装置的结构示意图；

图2是基板对准标记区域划分示意图；

图3是本发明所涉及的离线测量基板相对于工件台位置关系偏差的流程图；

图4是本发明所涉及的在线对基板执行偏差校正的流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的一种具体实施例的多离轴对准系统匹配测校方法。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。此外，在以下描述中所使用的“X向”一词主要指与水平向平行的方向；“Y向”一词主要指与水平向平行，且与X向垂直的方向；“Z向”一词主要指与水平向垂直，且与X、Y向均垂直的方向。

图1是具有离轴对准系统的光刻装置的结构示意图。如图1所示，该光刻装置包括：投影物镜1，基板2，工件台3，离轴光学系统4，离轴左对准系统5，离轴右对准系统6，基板左边区域离轴对准标记7，基板右边区域离轴对准标记8。离轴左对准系统5，离轴右对准系统6均包括对准传感器(图中未示出)。基板对准标记位于玻璃基板2上，基板对准标记区域划分为左边对准标记区域和右边对准标记区域两部分；基板标记对准时移动工件台，使基板对准标记移动到离轴对准系统的传感器的视场内，当该标记位于右边对准标记区域时，则使用右边离轴对准传感器进行测量；当该标记位于左边对准标记区域时，则使用左边离轴对准传感器进行测量。

图2是基板对准标记区域划分示意图，如图2中所示，该基板被划分为左、右标记对准区域，并且两个对准区域没有重叠部分。本领域普通技术人员应当知道，本发明中该的“左”和“右”表示两个物体之间的相对位置而并非绝对位置。当某一物体被划分为两部分时，位于大致同一平面内的两部分均可被成为左边部分及右边部分。

在本实施方式中以左右两个离轴系统间互相标定为例进行说明(以右离轴系统为基准，左离轴系统对准结果向右离轴系统进行匹配)，该补偿策略可以应用于各种采用双离轴对准系统的投影式光刻机机型，以下以离轴CCD(通过使标记成像到CCD上来计算标记的对准位置，即对准该标记时工件台的位置)对准玻璃基板为例进行描述，双离轴在整机框架中的布局见图一，双离轴中一个离轴CCD为基准CCD，另一个离轴CCD则为非基准CCD，本实施例中，右CCD6为基准离轴CCD，左CCD5为非基准CCD。对准标记在基板上的分布情况见图二。该方案可以分为两大步骤，先离线测量对准系统的偏差值再进行在线校正偏差。离线通常是指光刻设备相对静止状态下，而在线是指光刻设备工作状态下。

图3是本发明所涉及的离线测量基板相对于工件台位置关系偏差的流程图。如图3中所示，步骤301开始离线计算偏差。302用左CCD5对准工件台基准版上的基准标记，获取左CCDX、Y向的参考位置(CCD几何中心的物理位置)x_{ref_L}、y_{ref_L}。303用右CCD6对准工件台基准版上的基准标记，获取右CCD的X、Y向参考位置x_{ref_R}、y_{ref_R}。上述步骤中，步骤302可以和303互换。步骤304用左CCD对准标准基板(已经曝有一层标记的基板)上左CCD视场范围(通过在工件台行程范围内移动工件台，可以使部分标记成像在左CCD中)内的一组对准标记(至少为三个标记)，分别获取对准位置即对准时工件台的位置，包括X、Y向对准位置s_x、s_y和工件台的旋转角度Rz等。步骤305用右CCD对准标准基板上一组对准标记(至少为三个标记)，分别获取对准位置即对准时工件台的位置，也包括X、Y向对准位置s_x、s_y和工件台的旋转角度Rz等。步骤306计算左、右CCD对准该标准基板获取的位置关系的偏差值，并计算平均值。

步骤306进一步包括：采用如下公式，分别把左、右CCD获取的对准位置转换为对准标记在工件台坐标系下的位置x_pscs、y_pscs。

$\left(\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{pscs}}\\ y_{\mathrm{pscs}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left(\mathrm{Rz}\right)& \sin \left(\mathrm{Rz}\right)\\ -\sin \left(\mathrm{Rz}\right)& \cos \left(\mathrm{Rz}\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{ref}}\\ y_{\mathrm{ref}}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{s}_x\\ s_y\end{array}\right)---\left(1\right)$

其中：s_x、s_y分别表示离轴左或右CCD测得的X、Y向对准位置。对准位置是对准时工件台的位置，即对准时像方名义光轴在工件台坐标系下的投影，描述在工件台坐标系下。

x_ref、y_ref分别表示左或右CCD测得的X、Y向CCD的参考位置，描述在工件台零位坐标系下。

Rz表示工件台的旋转角度，是指名义光轴绕工件台的旋转，描述在工件台坐标系下。

采用如下模型对左、右两列标记的对准结果分别建模。

x_pscs＝Cx+Mx*x_pcs-Ry*y_pcs

                         (2)

y_pscs＝Cy+My*y_pcs+Rx*x_pcs

其中：

Cx：基板X向平移；

Mx：基板X方向缩放；

Ry：基板Y方向旋转；

Cy：基板Y向平移；

My：基板Y方向缩放；

Rx：基板x方向旋转；

x_pcs：基板对准标记的名义位置的x向坐标；

y_pcs：基板对准标记的名义位置的y向坐标；

x_pscs：基板对准标记在工件台坐标系下的坐标；

y_pscs：基板对准标记在工件台坐标系下的坐标。

结合之前转换的对准标记在工件台坐标系下的坐标和对准标记的名义位置坐标，通过上述模型分别拟合计算得到左、右CCD对准的上述参数Cx、Mx、Ry、Cy、My和Rx，再计算这些参数的偏差值，即通过右边CCD获取的位置关系参数减去左边CCD获取的对应参数得到(反向亦可)：ΔCx,ΔCy,ΔMx,ΔMy,ΔRx,ΔRy。

为了消除随机因素的影响，实现最佳的技术效果，在另一实施方式中可以重复若干次上述操作，进行几组运算求出平均值，并把它们保存到机器常数中。

图4是本发明所涉及的在线对基板执行偏差校正的流程图。如图4中所示，步骤401开始在线基板对准。步骤402判断该标记是否在左CCD对准区域内？如果是，进入步骤403采用左CCD进行对准并且获取对准位置s_{x_L}、s_{y_L}。如果判断结果是否，则进入步骤404采用右CCD进行对准并且获取对准位置s_{x_R}、s_{y_R}。步骤405如果采用左CCD进行对准并且获取对准位置，则把该对准位置转换为右CCD对准时的结果，向基准右CCD进行匹配。结合离线测量中保存的参数的偏差值，即ΔCx,ΔCy,ΔMx,ΔMy,ΔRx,ΔRy，把左边CCD对准结果转换为右边CCD对准结果的公式如下：

s_{x_R}＝s_{x_L}+ΔCx+ΔMx*x_wcs-ΔRy*y_wcs-((x_{ref_R}-x_{ref_L})cos(Rz)+(y_{ref_R}-y_{ref_L})sin(Rz))

s_{y_R}＝s_{y_L}+ΔCy+ΔMy*y_wcs+ΔRx*x_wcs-(-(x_{ref_R}-x_{ref_L})sin(Rz)+(y_{ref_R}-y_{ref_L})cos(Rz))

     (3)

其中：s_{x_L}、s_{x_R}分别表示在线补偿过程中离轴左CCD和右CCD测得的X向对准位置；

s_{y_L}、s_{y_R}分别表示在线补偿过程中离轴左CCD和右CCD测得的Y向对准位置；

Rz表示在线补偿过程中工件台的旋转角度；

x_{ref_L}、x_{ref_R}分别表示左、右离轴CCD在工件台零位坐标系下的X向位置，即左、右CCD的参考位置的X向坐标；

y_{ref_L}、y_{ref_R}分别表示左、右离轴CCD在工件台零位坐标系下的Y向位置，即左、右CCD的参考位置的Y向坐标。

采用上述公式(3)，把非基准左CCD与基准右CCD对准同一基板时，所获取的基板相对于工件台位置关系的偏差转化为对准位置偏差，逐个补偿到非基准离轴CCD对准所获取的对准位置中，最终完成在线补偿。另外，还可以进行步骤406把该对准结果添加到对准模型中。

步骤407求解模型，获取基板与工件台间的位置关系。即根据各个CCD对准结果，采用公式(2)统一建立模型完成对准，计算出基板相对于工件台的位置关系。

本说明书中该的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种多离轴对准系统匹配测校方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)执行离线测量，分别获取所述多离轴对准系统中的各对准子系统的参考位置，所述对准子系统包括基准离轴对准系统和非基准离轴对准系统；

(b)分别利用所述对准子系统对准标准基板上的对准标记，并获取所述标准基板上对准标记在工件台坐标系下的位置；

(c)根据所述工件台坐标系下的位置，计算标准基板相对于工件台的位置关系以及所述位置关系的偏差值；

(d)执行正常在线对准流程，分别用所述对准子系统对准标准基板上的对准标记，并获取对准标记的在线对准位置；

(e)根据所述偏差值和所述参考位置，将非基准离轴对准系统获取的在线对准位置转换为基准离轴对准系统的在线对准位置，完成在线补偿。

2.如权利要求1所述的多离轴对准系统匹配测校方法，其特征在于，所述步骤b具体包括：

(b.1)分别利用所述对准子系统对准标准基板上的对准标记，获取所述标准基板上对准标记的离线对准位置；

(b.2)将所述离线对准位置转换为对准标记在工件台坐标系下的位置。

3.如权利要求2所述的多离轴对准系统匹配测校方法，其特征在于，所述步骤(b.2)中所使用的转换公式为： $\left(\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{pscs}}\\ y_{\mathrm{pscs}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left(\mathrm{Rz}\right)& \sin \left(\mathrm{Rz}\right)\\ -\sin \left(\mathrm{Rz}\right)& \cos \left(\mathrm{Rz}\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{ref}}\\ y_{\mathrm{ref}}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{s}_x\\ s_y\end{array}\right)$

其中，s_x、s_y分别表示所述对准子系统获取的标记的X、Y向离线对准位置坐标，x_ref、y_ref分别表示所述对准子系统的参考位置的坐标，Rz表示工件台的旋转角度，x_pscs和y_pscs分别表示标准基板的对准标记在工件台坐标系下X向和Y向的坐标。

4.如权利要求3所述的多离轴对准系统匹配测校方法，其特征在于，所述位置关系的偏差值

的计算方法包括：

(c.1)分别将所述对准子系统获取的对准标记在工件台坐标系下的位置分别代入模型，再通过拟和获得标准基板相对于工件台的位置关系，所述位置关系的参数包括平移、膨胀和旋转，所述模型为：

x_pscs＝Cx+Mx*x_pcs-Ry*y_pcs

y_pscs＝Cy+My*y_pcs+Rx*x_pcs

其中：x_pcs和y_pcs分别表示标准基板的对准标记的名义位置的X向和Y向坐标，x_pscs和y_pscs分别表示标准基板的对准标记在工件台坐标系下X向和Y向的坐标；Cx和Cy分别表示标准基板X向和Y向的所述平移，Mx和My分别表示标准基板X向和Y向的所述膨胀，Rx和Ry分别表示标准基板X向和Y向的所述旋转；

(c.2)求解所述模型后，将基准离轴对准系统与非基准子系统获取的所述位置关系参数相减，得到所述偏差值即ΔCx,ΔCy,ΔMx,ΔMy,ΔRx,ΔRy。

5.如权利要求1所述的多离轴对准系统匹配测校方法，其特征在于，所述步骤c中还包括以下步骤：

(c.1)重复步骤(b)至步骤(c)以获得至少两组偏差值，根据所述至少两组偏差值获得平均偏差值；

(c.2)将所述平均偏差值保留在机器常数中以消除测量的随机误差。

6.如权利要求1所述的多离轴对准系统匹配测校方法，其特征在于，所述多离轴对准系统包括两个分系统，为左离轴系统和右离轴系统。

7.如权利要求4所述的多离轴对准系统匹配测校方法，其特征在于，所述将非基准离轴对准系统获取的在线对准位置转换为基准离轴对准系统的在线对准位置的方法为，将所述在线对准位置、所述参考位置和所述偏差值代入以下转换公式：

s_{x_R}＝s_{x_L}+ΔCx+ΔMx*x_wcs-ΔRy*y_wcs-((x_{ref_R}-x_{ref_L})cos(Rz)+(y_{ref_R}-y_{ref_L})sin(Rz))

s_{y_R}＝s_{y_L}+ΔCy+ΔMy*y_wcs+ΔRx*x_wcs-(-(x_{ref_R}-x_{ref_L})sin(Rz)+(y_{ref_R}-y_{ref_L})cos(Rz))

其中，x_wcs,y_wcs分别表示基板标记的X向和Y向名义位置；s_{x_L}、s_{x_R}分别表示非基准离轴对准系统和基准离轴对准系统测得的X向在线对准位置；s_{y_L}、s_{y_R}分别表示非基准离轴对准系统和基准离轴对准系统测得的Y向在线对准位置；x_{ref_L}、x_{ref_R}分别表示非基准离轴对准系统和基准离轴对准系统的参考位置的X向坐标；y_{ref_L}、y_{ref_R}分别表示非基准离轴对准系统和基准离轴对准系统的参考位置的Y向坐标。

8.如权利要求1所述的多离轴对准系统匹配测校方法，其特征在于，所述多离轴对准系统为CCD。