CN103453847A - 一种用于运动台误差定位误差校准的方法 - Google Patents

一种用于运动台误差定位误差校准的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于运动台误差定位误差校准的方法，其特征在于，包括：步骤一：利用干涉仪于第一起始位置以一定步长测量所述运动台的反射镜面的面形，获得第一组面形数据，所述步长为所述干涉仪的间距；步骤二：重复执行步骤一，每次起始位置与前一次起始位置的间距大于零且小于所述步长，获得多组面形数据，得到所述运动台的反射镜面的完整面形数据，计算面形误差；步骤三、结合所述面形误差，采用插值处理所述完整面形数据获得一面形残差；步骤四、对所述面形残差进行滤波获得一最终面形数据；步骤五、利用所述最终面形数据，在运动台控制系统进行伺服控制时，提前补偿反射镜面型数据。

Description

一种用于运动台误差定位误差校准的方法
技术领域
本发明涉及一种集成电路装备制造领域,尤其涉及一种用于运动台误差定位误差校准的方法。
背景技术
光刻技术或称光学刻蚀术，已经被广泛应用于集成电路制造工艺中。该技术通过光学投影装置曝光，将设计的掩模图形转移到光刻胶上。“掩模”和“光刻胶”的概念在光刻工艺中是公知的：掩模也称光掩模版，是薄膜、塑料或玻璃等材料的基底上刻有精确定位的各种功能图形的一种模版，用于对光刻胶层的选择性曝光；光刻胶是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体，受到特定波长光线作用后，其化学结构发生变化，使得在某种溶液中的溶解特性改变。
由于最终决定集成电路的特征尺寸，光学投影装置作为集成电路制造工艺中的重要设备，其精度要求对于光刻工艺的重要性不言自明。在曝光过程中，由于承载硅片的工件台与承载掩模的掩模台会发生步进或者扫描运动，运动台的定位精度势必直接影响曝光于硅片上的图样质量。尽管用于运动台位置测量的反射镜平面面经过了精密的机械加工、打磨，但是在其表面上仍然不可避免地会存在缺陷。即使是只有几纳米大小的缺陷点，也使光学投影装置的精度产生相当大的误差。为尽可能的减少上述误差，必须在曝光之前对光学平面表面进行扫描测试，得到其表面面形图像的测量数据，然后对表面缺陷进行修正补偿，从而满足系统的高精度要求。
美国专利US0179879 A1阐述过利用特殊的干涉仪系统测量光刻系统中镜面位置以及测量镜面不平整度的方法。其所述的干涉仪包括具备旋转、倾斜功能的调制器，从而使得干涉仪信号受调制。该信号经镜面反射后，即携带镜面不平整度信息，经特定接收器分析，可解调得到镜面不平整度。然而，上述测量光学平面不平整度的装置结构较为复杂，且因干涉仪携带调制器和解调器，成本较高。美国专利US05790253公开了一种修正移动镜面线性误差的方法。其所述的方法包括：在反射镜面安装至运动台之前，通过特殊的干涉仪离线测量反射镜面形误差；记录并保存反射镜面形数据；将反射镜安装至运动台上，作为运动台定位的激光干涉仪系统的反射镜面；以激光干涉仪两轴的距离d为间距移动运动台，测量运动台反射镜面形离散值；将安装至运动台之前测得的反射镜面形数据与前述离散值组合，可产生用于修正线性误差的校正数据。使用该方法在光学投影装置中仅能获得间距为d的反射镜面形，周期更小的面形不平整度数据需在集成至光学投影装置之前借助其它干涉仪系统获得，不能直接在光学投影装置中获取运动台反射镜面形不平整度的完全数据。
就此，现有技术中急需要一种新的用于运动台误差定位误差校准的方法。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种用于运动台误差定位误差校准的方法。该方法能直接在光学投影装置中获取运动台反射镜面形不平整度的完全数据，并对该数据进行校准。
为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于运动台误差定位误差校准的方法，其特征在于，包括：步骤一：利用干涉仪于第一起始位置以一定步长测量所述运动台的反射镜面的面形，获得第一组面形数据，所述步长为所述干涉仪的间距；步骤二：重复执行步骤一，每次起始位置与前一次起始位置的间距大于零且小于所述步长，获得多组面形数据，得到所述运动台的反射镜面的完整面形数据，计算面形误差；步骤三、结合所述面形误差，采用插值处理所述完整面形数据获得一面形残差；步骤四、对所述面形残差进行滤波获得一最终面形数据；步骤五、利用所述最终面形数据，在运动台控制系统进行伺服控制时，提前补偿反射镜面型数据。 
更进一步地，面形误差包括平移误差和旋转误差。
所述平移误差y(x)由以下公式获得：
                                                     
Figure 2012101814900100002DEST_PATH_IMAGE001
         ，  
其中，       
Figure 2012101814900100002DEST_PATH_IMAGE002
           ，        
Figure 2012101814900100002DEST_PATH_IMAGE003
           ，
m2(x)和m3(x)分别为干涉仪的测量结果，函数M(x)为连续函数，用于描述位置x点处待测平面形貌，d为所述步长。
所述旋转误差Rzy(x) 由以下公式获得：
Figure 2012101814900100002DEST_PATH_IMAGE004
，
其中，     
Figure 2012101814900100002DEST_PATH_IMAGE005
             ，          
Figure 340389DEST_PATH_IMAGE003
         ，
m2(x)和m3(x)分别为干涉仪测量结果，d为所述步长。
更进一步地，所述插值处理的方法为线性样条插值方法、牛顿插值方法或者斯特林插值方法。
所述步骤三具体为采用线性样条插值方法进行处理，设第i次采样结果为f(xi)，则经样条序列S插值后的面形结果为：
Figure 2012101814900100002DEST_PATH_IMAGE006
其中线性样条插值系数为      
Figure 2012101814900100002DEST_PATH_IMAGE007
       、     
Figure 2012101814900100002DEST_PATH_IMAGE008
              。
其中，所述面形残差即所述样条插值面形结果与所述完整面形数据的相减之差。
其中，对所述面形残差res进行滤波所采用的方法为：
Figure 2012101814900100002DEST_PATH_IMAGE009
。                                        
与现有技术相比较，本发明所示出的用于运动台误差定位误差校准的方法，该方法直接借助光学投影装置运动台自身干涉仪位置定位系统对运动台反射镜进行扫描，得到反射镜表面形貌的测量数据，然后利用数学修正的手段来弥补表面缺陷，最终实现提高光学投影装置中运动台定位精度。由于本发明采用光学投影装置中自身干涉仪，从而使设备成本得到降低。由于本发明提供直接测量手段，本发明修正方法具有精度准确、简单实用、经济有效、成本低等优点。
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是利用光学投影装置自身干涉仪对平面进行扫描的示意图；
图2是相对于基准平面干涉仪测量示意图；
图3是从不同起始位置执行面形测量得到不同序列的测量数据；
图4是反射镜面形测量值与拟合计算结果曲线图。
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用于运动台误差定位误差校准的方法。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。
本发明所示出的用于运动台误差定位误差校准的方法，该方法直接借助光学投影装置运动台自身干涉仪位置定位系统对运动台反射镜进行扫描，得到反射镜表面形貌的测量数据，然后利用数学修正的手段来弥补表面缺陷，最终实现提高光学投影装置中运动台定位精度。
图1是利用光学投影装置自身干涉仪对平面进行扫描的示意图。如图1中所示，运动台1可在X、Y方向步进或扫描，干涉仪两轴2、3用于测量运动台Y向位置并进行伺服控制，干涉仪两轴4、5用于测量运动台X向位置并进行伺服控制。该光学投影装置自身干涉仪对平面进行扫描的过程中，运动台沿X方向扫描运动，在此过程中，干涉仪4和5相对于运动台的位置保持固定不变，故利用4和5测得的运动台旋转度Rzx为定值，即运动台沿X方向扫描不影响Rzx。然而，干涉仪2和3在方镜上位置变化会影响利用2和3获得的平面旋转度Rzy。设函数M(x)为连续函数，用于描述位置x点处待测平面形貌，m2(x)和m3（x)分别为干涉仪测量结果。图2是相对于运动台反射镜基准平面的干涉仪测量示意图。干涉仪2和3到基准平面6的垂向距离y2(x)和y3(x)分别为：
                             
Figure 2012101814900100002DEST_PATH_IMAGE010
              (1)                                               
                              
Figure 2012101814900100002DEST_PATH_IMAGE011
             (2)
由此得到反射镜面型不平整度引起的平移误差为：
                                          (3)                                                                          
反射镜面型不平整度引起的旋转误差Rzy为：
Figure 2012101814900100002DEST_PATH_IMAGE013
                        (4)
若给定前一测量点处平移面形值，则相邻测量点处平移面形值等于所测的旋转面形乘以测量点间距。使扫描步长恰等于d，则可将干涉仪2和3看作可以轮换选择二者之一的一组信息。因此平移面形测量属于相对测量。若在Y方向上测量步长等于干涉仪间距，对于两次相邻测量，在干涉仪2、3的各自两次采样中，包括对方镜上同一点进行重复采样。基于以上原理，可重现反射镜不平整度。由此，在干涉仪2和3的高度平面上，可以描述运动台反射镜1的面形。
图3是从不同起始位置执行面形测量得到不同序列的测量数据。图3示意性地给出了在不同的起始位置多次重复前述测量过程。从起始位置1出发，以间距d移动，可得到一组面形数据1st series；分别从起始位置2、3出发，以间距d移动，同样可得到面形数据2nd series、3rd series；依次类推，在干涉仪间距d范围内，可得到多组面形数据，共同组合即可得完整的运动台反射镜面形。因此用于描述面形的离散点间距根据采样起始位置确定，小于干涉仪间距d。
基于测量得到的面形数据、平移误差和旋转误差，采用公知的线性样条插值处理方法进行平滑处理，如牛顿插值方法、斯特林插值方法等。具体为：设第i次采样结果为f(xi)，则经样条序列S插值后的面形结果f(x)为：
Figure 569114DEST_PATH_IMAGE006
 (5)                                                                         
其中线性样条插值系数：
                            
Figure 2012101814900100002DEST_PATH_IMAGE014
                                (6)                                                                          
                                 
Figure 2012101814900100002DEST_PATH_IMAGE015
                           (7)                                                                            
将样条插值结果f(x)与原始测量面形数据相减，即得面形残差res，此即校正面形。为降低校正面形值的整体噪声水平，可采用下式对面形残差数据res滤波：
                                                                              
Figure 2012101814900100002DEST_PATH_IMAGE016
  (8)
基于上述理论方法，利用测量得到的面形数据可以计算得到运动台反射镜面形的补偿值。其中，具体的平移数据如下表所示： 
测量点位置 position (mm) 实际测量值 Xm (nm) 补偿值 Xt (nm)
125 14.080 12.400
-120 12.620 13.100
-114 16.346 15.800
-107 19.404 18.300
-101 19.145 18.300
-95 17.369 17.000
-88 14.963 14.200
-82 11.102 10.600
-76 5.260 4.600
-69 -0.908 -1.300
-63 -5.710 -5.900
-57 -10.076 -10.200
-51 -14.611 -14.800
-44 -18.349 -18.500
-38 -19.962 -19.700
-32 -19.941 -19.700
-25 -19.188 -18.700
-19 -18.324 -17.800
-13 -16.123 -15.600
-6 -13.786 -13.200
0 -11.355 -10.400
6 -9.345 -7.900
13 -7.505 -6.700
19 -6.160 -4.900
25 -4.012 -2.900
32 -2.453 -1.300
38 -1.465 -0.400
44 -1.181 -0.100
51 -0.242 0.700
57 0.515 1.300
63 2.669 2.700
69 3.101 3.400
76 4.158 4.200
82 5.683 5.400
88 8.245 7.500
95 8.922 8.600
101 8.547 8.000
107 9.290 8.500
114 12.232 10.000
120 11.747 9.500
该反射镜不平整度的最大补偿值为19.700 nm，对应的拟合曲线如图4所示，其中的离散点为实际测量值。
光学投影装置实际曝光过程中，运动台控制系统进行伺服控制时，利用拟合的面形残差提前补偿反射镜面形数据，包括平移和旋转，即可消除面形平整度原始残差，由此大大提高平面平整度精度。拟合的面形残差理论上仅依赖于测量用干涉仪的分辨率，本实施例中即为1 nm。
本说明书中所述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)

1.一种用于运动台误差定位误差校准的方法，其特征在于，包括：
步骤一：利用干涉仪于第一起始位置以一定步长测量所述运动台的反射镜面的面形，获得第一组面形数据，所述步长为所述干涉仪的间距；
步骤二：重复执行步骤一，每次起始位置与前一次起始位置的间距大于零且小于所述步长，获得多组面形数据，得到所述运动台的反射镜面的完整面形数据，计算面形误差；
步骤三、结合所述面形误差，采用插值处理所述完整面形数据获得一面形残差；
步骤四、对所述面形残差进行滤波获得一最终面形数据；
步骤五、利用所述最终面形数据，在运动台控制系统进行伺服控制时，提前补偿反射镜面型数据。
2.如权利要求1所述的用于运动台误差定位误差校准的方法，其特征在于，所述面形误差包括平移误差和旋转误差。
3.如权利要求2所述的用于运动台误差定位误差校准的方法，其特征在于，所述平移误差y(x)由以下公式获得：
Figure 33588DEST_PATH_IMAGE001
其中，    
Figure 770600DEST_PATH_IMAGE002
              ，   
Figure 231668DEST_PATH_IMAGE003
                ，
m2(x)和m3(x)分别为干涉仪的测量结果，函数M(x)为连续函数，用于描述位置x点处待测平面形貌，d为所述步长。
4.如权利要求2所述的用于运动台误差定位误差校准的方法，其特征在于，所述旋转误差Rzy(x) 由以下公式获得：
Figure 661513DEST_PATH_IMAGE004
其中，     
Figure 903138DEST_PATH_IMAGE002
             ，      
Figure 365212DEST_PATH_IMAGE005
             ，
m2(x)和m3(x)分别为干涉仪测量结果，函数M(x)为连续函数，用于描述位置x点处待测平面形貌，d为所述步长。
5.如权利要求1所述的用于运动台误差定位误差校准的方法，其特征在于，所述插值处理的方法为线性样条插值方法、牛顿插值方法或者斯特林插值方法。
6.如权利要求1所述的用于运动台误差定位误差校准的方法，其特征在于，所述步骤三具体为采用线性样条插值方法进行处理，设第i次采样结果为f(xi)，则经样条序列S插值后的面形结果为：
Figure 8683DEST_PATH_IMAGE006
其中线性样条插值系数为
    
Figure 343850DEST_PATH_IMAGE007
    、                 。
7.如权利要求6所述的用于运动台误差定位误差校准的方法，其特征在于，所述面形残差即所述样条插值面形结果与所述完整面形数据的相减之差。
8.如权利要求1所述的用于运动台误差定位误差校准的方法，其特征在于，对所述面形残差res进行滤波所采用的方法为：    
Figure 89269DEST_PATH_IMAGE009
                                                               。
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