CN110940280A - 对焦传感器的校准方法 - Google Patents
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Abstract
一种对焦传感器的校准方法，包括：采集对焦传感器探测的两相互垂直的第一偏振光及第二偏振光分别对应的多个电压信号；分别计算第一偏振光对应的多个电压信号的第一平均值及第二偏振光对应的多个电压信号的第二平均值；根据第一平均值及第二平均值对对焦传感器进行暗电流校准；设定对焦传感器扫描次数M及每次扫描的采样点数N，使对焦传感器根据扫描次数M及采样点数N进行单方向垂直扫描；每次扫描过程中，获取N个对焦传感器的高度值及N个位移测量装置的参考高度值；对M×N个对焦传感器的高度值及M×N个位移测量装置的参考高度值进行多项式拟合，得到多项式系数；根据多项式系数对对焦传感器的高度值进行线性修正。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路装备技术领域，尤其涉及一种对焦传感器的校准方法。
背景技术
目前用于集成电路装备的光刻机设备一般都采用双工件台技术，其中，曝光位用于对晶圆曝光，测量位用于测量晶圆的表面高度形貌。
晶圆表面高度形貌通过对焦传感器测量获得，结合工件台和位置测量系统，可以在线解算出晶圆表面不同位置对应的高度值，进行二维曲面拟合最终形成晶圆的表面高度形貌图。当硅片在光刻机的曝光位进行逐场扫描时，利用生成的晶圆高度形貌信息，在线调整工件台Z/Rx/Ry三个自由度，保证晶圆的曝光区域始终处于投影物镜的最佳焦平面范围，从而获得理想的曝光效果。如果高度形貌测量不准确，会造成晶圆曝光区域的离焦，导致晶圆曝光效果变差。
对焦传感器是双工件台光刻机的关键部件之一。常用的对焦传感器设计原理根据三角测量法，主要组成部件包括：光源、照明系统、投影光学、探测光学和光电采集部件。投影光学设计有一个投影光栅，探测光学设计有一个探测光栅，探测光经过偏振片和分光晶体将投影光栅像分为偏振方向相互垂直的o光与e光，二者相距半个光栅周期，经过检测光栅之后，渥拉斯顿棱镜将o光、e光从空间上完全分开，同时成像到两个对称的光电采集器件上。当被测硅片在垂直方向有高度变化时，投影光栅在探测光学的像相对于探测光栅会形成平移，透过探测光学照射到光电采集部件的光强会产生类似正弦形式的变化，经过光电转换形成电压信号。
由于光电探测器件存在暗电流，会造成采集获得的电压带有暗电流噪声。同时，未经处理的高度信号存在严重的非线性特性，需要利用干涉仪、电容传感器等位移测量装置进行在线校准，修正非线性误差，从而获得对焦传感器的线性高度。线性校准过程中，对光电探测器件进行采集的同时，还需要获得干涉仪或电容传感器等参考位移装置的参考高度信号，这2类信号在时间上会存在一定的延迟，会造成纳米级的延迟误差，必须进行在线修正。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对于现有的技术问题，本发明提出一种对焦传感器的校准方法，用于解决光电传换器件存在暗电流噪声、对焦传感器高度信号中存在非线性误差以及线性校准过程中由于数据采集时间不一致引起的延迟误差等问题。
(二)技术方案
本发明一方面提供一种对焦传感器的校准方法，包括：采集对焦传感器探测的两相互垂直的第一偏振光及第二偏振光分别对应的多个电压信号；分别计算第一偏振光对应的多个电压信号的第一平均值及第二偏振光对应的多个电压信号的第二平均值；根据第一平均值及第二平均值对对焦传感器进行暗电流校准；设定对焦传感器扫描次数M及每次扫描的采样点数N，使对焦传感器根据扫描次数M及采样点数N进行单方向垂直扫描；每次扫描过程中，获取N个对焦传感器的高度值及N个位移测量装置的参考高度值；对M×N个对焦传感器的高度值及M×N个位移测量装置的参考高度值进行多项式拟合，得到多项式系数；根据多项式系数对对焦传感器的高度值进行线性修正。
可选地，获取N个对焦传感器的高度值包括：针对每次采样，采集对焦传感器的两相互垂直的第一偏振光及第二偏振光分别对应的电压信号；
根据两相互垂直的第一偏振光及第二偏振光分别对应的电压信号及第一平均值及第二平均值，计算对焦传感器的高度值。
可选地，根据下式：
计算对焦传感器的高度值，其中，eoffset为第一平均值，ooffset为第二平均值，e为第一偏振光对应的电压信号，o第二偏振光对应的电压信号，h对焦传感器的高度值。
可选地，对M×N个对焦传感器的高度值及M×N个位移测量装置的参考高度值进行多项式拟合，得到多项式系数包括：通过最小二乘法获得多项式系数使得下式
的值最小，在最小值的情况下，记录此时多项式系数pi(i＝0，1，...，n)，其中，n为多项式的阶数，k表示采样的序号，k＝1，2，...，M×N，yref为位移测量装置的参考高度值，h为对焦传感器的高度值。
可选地，方法还包括：判断校准后的对焦传感器的精度是否达到预设值，若否，增加扫描次数为M和每次扫描采样点数为N，重新进行校准。
可选地，方法还包括：判断校准后的对焦传感器的精度是否达到预设值，若否，增加多项式拟合过程中多项式的技术，重新进行多项式拟合。
可选地，采用如下公式：
判断对焦传感器的精度是否达到预设值；其中，pi为多项式系数，n为多项式的阶数，k表示采样的序号，k＝1，2，...，M×N，yref为位移测量装置的参考高度值，h为对焦传感器的高度值，M为扫描次数，N为每次扫描采样点数。
可选地，获取N个对焦传感器的高度值及N个位移测量装置的参考高度值包括：判断每次扫描采样点数是否达到N，若否，继续扫描，若是，判断扫描次数是都达到M，若否，继续扫描，若是，结束扫描。
可选地，获取对焦传感器探测的两相互垂直的第一偏振光及第二偏振光分别对应的多个电压信号包括：设定对焦传感器采样次数；基于采样次数采集对焦传感器探测的两相互垂直的第一偏振光及第二偏振光对应的多个电压信号；判断采样次数是否达到预设值，若是，则采集完成。
可选地，方法还包括：保存第一平均值、第二平均值及多项式系数。
(三)有益效果
本发明提出的一种对焦传感器的校准方法，该方法首先利用多次采样的电压信号的平均值进行暗电流校准，去除暗电流噪声，然后通过设置扫描次数及每次扫描的采样点数，通过对焦传感器的单方向扫描获取多个对焦传感器的高度值及位移测量装置的参考高度值，对对焦传感器的高度值及位移测量装置的参考高度值进行线性拟合，实现对对焦传感器线性校准。并且，多项式拟合仅采用的是单方向扫描数据，由于时间延迟会形成系统误差，该误差只会影响多项式计算系数的0阶项p0，不会对对焦传感器的线性精度造成影响，消除了延时误差。
附图说明
图1示意性示出了本发明实施例提供的对焦传感器的校准方法的流程图；
图2示意性示出了本发明实施例提供的暗电流校准流程图；
图3示意性示出了本发明实施例提供的线性校准的流程图；
图4示意性示出了本发明实施例对焦传感器未校准的高度值的曲线图；
图5示意性示出了本发明实施例对焦传感器经延时修正后的高度值的曲线图；
图6示意性示出了本发明实施例对焦传感器经线性校准的高度值的曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1示意性示出了本发明实施例提供的对焦传感器的校准方法的流程图。如图1所示，该方法例如可以包括操作S101～S105。
S101，采集对焦传感器探测的两相互垂直的第一偏振光及第二偏振光分别对应的多个电压信号。
本实施例中，需要采集偏振光对应的电压信号进行暗电流校准，去除暗电流噪声。暗电流校准流程如图2所示，在采集对焦传感器的电压信号之前，首先需要设定采样点数K，然后连续采样K点，获取两相互垂直的第一偏振光(e光)及第二偏振光(o光)分别对应的多个电压信号。采集过程中，需要判断是否达到预设的采样点数K，若是，则采集完成，若否，继续采样，直至完成预设采样点数。
S102，分别计算第一偏振光对应的多个电压信号的第一平均值及第二偏振光对应的多个电压信号的第二平均值。
当在线计算对焦传感器高度时，对采集获得的e和o光电流信号进行修正。校准过程中需要根据设定连续采集K个采样点数，然后取平均作为校准参数，计算公式如下：
其中，eoffset和ooffset分别为e信号和o信号的暗电流校准参数，K为采样点数。ei和oi分别表示每个采样点对应的e光和o光对应的电压信号。
通过上式计算得到的第一平均值及第二平均值即为暗电流校准参数。
S103，根据第一平均值及第二平均值对对焦传感器进行暗电流校准。
对焦传感器获得的未经暗电流校准处理的高度信号为：
其中，h0为未校准对焦传感器高度值，e和o为两个偏振光经过光电转换后的电压信号。
则经过暗电流校准后，对焦传感器高度值
其中，eoffset为第一平均值(e光)，ooffset为第二平均值(o光)，e为第一偏振光对应的电压信号，o第二偏振光对应的电压信号，h暗电流校准后的对焦传感器的高度值。
S104，设定对焦传感器扫描次数M及每次扫描的采样点数N，使对焦传感器根据扫描次数M及采样点数N进行单方向垂直扫描，每次扫描过程中，获取N个对焦传感器的高度值及N个位移测量装置的参考高度值。
获得暗电流校准后，可基于获得暗电流校准参数进行线性校准。线性校准的流程如图3所示。
首先设定对焦传感器的扫描次数M及每次扫描的采样点数N，使对焦传感器根据扫描次数M及采样点数N进行单方向垂直扫描，例如从下到上扫描的数据，或者从上到下扫描的数据，可利用承载着超平晶圆的工件台或者其它运动装置，在垂向进行上下扫描运动。
然后，每次扫描过程中，获取N个对焦传感器的高度值及N个位移测量装置的参考高度值。扫描时，需要判断每次扫描采样点数是否达到N，若否，继续扫描，若是，判断扫描次数是都达到M，若否，继续扫描，若是，结束扫描。这样即可获得M×N个对焦传感器的高度值及M×N个对焦传感器中的位移测量装置的参考高度值进行多项式拟合，得到多项式系数。该对焦传感器的高度值为暗电流校准后的高度值，即采用操作S103计算的得到的高度值。
上述扫描过程采用单方向扫描的目的是因为在后期的多项式拟合过程中，仅对单方向数据的多项式拟合，由于时间延迟会形成系统误差，该误差只会影响多项式计算系数的0阶项p0，不会对对焦传感器的线性精度造成影响，可消除延时误差。
S105，对M×N个对焦传感器的高度值及M×N个位移测量装置的参考高度值进行多项式拟合，得到多项式系数，根据多项式系数对对焦传感器的高度值进行线性修正。
线性修正的方法为：通过最小二乘法获得多项式系数使得下式
的值最小，在最小值的情况下，记录此时多项式系数pi(i＝0，1，...，n)，其中，n为多项式的阶数，k表示采样的序号，k＝1，2，...，M×N，yref为测量装置的参考高度值，h为暗电流校准后对焦传感器的高度值。此时，获得的多项式系数pi为线性校准参数，根据该校准参数即可对对焦传感器的高度值进行线性修正。
校准完成后，可判断校准后的对焦传感器的精度是否达到预设值，若否，增加扫描次数为M和每次扫描采样点数为N，重新进行校准，随着扫描次数M和采样点数N的增加，线性拟合的精度会不断提高，直到满足对焦传感器的精度要求。由于多项式的阶数n可以设定，随着设定阶数的提高，线性拟合的精度会不断提高，直到满足对焦传感器的精度要求。
可采用如下公式
判断对焦传感器的精度是否达到预设值；其中，pi为多项式系数，n为多项式的阶数，k表示采样的序号，k＝1，2，...，M×N，yref为位移测量装置的参考高度值，h为对焦传感器的高度值，M为扫描次数，N为每次扫描采样点数。若σ小于预设值，则满足精度要求。
线性校准完成后，经过线性校准的线性高度hl可以由以下公式计算获得：
其中，hl为线性校准后的对焦传感器的线性高度，pi为前述得到的线性校准参数(多项式系数)，h为暗电流校准后的对焦传感器的高度。
此外，对焦传感器的每一个独立的测量通道，都可以通过上述相同的方法进行校准。可以一次性全部校准，或者每一个测量通道独立校准。通过暗电流校准和线性校准，获得所有测量通道的校准参数，并将该参数进行保存，可以用于对焦传感器的高度在线计算，从而获得晶圆表面高度信息。
采用本实施例所述的方法，对对焦传感器进行校准，测得了延时修正及线性校准的高度值。图4示意性示出了本发明实施例对焦传感器未校准的高度值的曲线图，图5示意性示出了本发明实施例对焦传感器经延时修正后的高度值的曲线图，图6示意性示出了本发明实施例对焦传感器经线性校准的高度值的曲线图。对比图5、图6与图4可以看出，对焦传感器经过校准后的的高度值的精度显著提升。
综上所述，本发明实施例提供了一种对焦传感器的校准方法，该方法首先利用多次采样的电压信号的平均值进行暗电流校准，去除暗电流噪声，然后通过设置扫描次数及每次扫描的采样点数，通过对焦传感器的单方向扫描获取多个对焦传感器的高度值及参考位移测量装置的参考高度值，对对焦传感器的高度值及位移测量装置的参考高度值进行线性拟合，实现对对焦传感器线性校准。并且，多项式拟合仅采用的是单方向扫描数据，由于时间延迟会形成系统误差，该误差只会影响多项式计算系数的0阶项p0，不会对对焦传感器的线性精度造成影响，消除了延时误差。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种对焦传感器的校准方法，其特征在于，包括：
采集所述对焦传感器探测的两相互垂直的第一偏振光及第二偏振光分别对应的多个电压信号；
分别计算所述第一偏振光对应的多个电压信号的第一平均值及所述所述第二偏振光对应的多个电压信号的第二平均值；
根据所述第一平均值及所述第二平均值对所述对焦传感器进行暗电流校准；
设定所述对焦传感器扫描次数M及每次扫描的采样点数N，使所述对焦传感器根据所述扫描次数M及采样点数N进行单方向垂直扫描；每次扫描过程中，获取N个所述对焦传感器的高度值及N个位移测量装置的参考高度值；
对所述M×N个所述对焦传感器的高度值及M×N个所述位移测量装置的参考高度值进行多项式拟合，得到多项式系数；根据所述多项式系数对所述对焦传感器的高度值进行线性修正。
2.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述获取N个所述对焦传感器的高度值包括：
针对每次采样，采集所述对焦传感器的两相互垂直的第一偏振光及第二偏振光分别对应的电压信号；
根据两相互垂直的第一偏振光及第二偏振光分别对应的电压信号及所述第一平均值及所述第二平均值，计算所述对焦传感器的高度值。
3.根据权利要求2所述的校准方法，其特征在于，根据下式：
计算所述对焦传感器的高度值，其中，eoffset为所述第一平均值，offset为所述第二平均值，e为第一偏振光对应的电压信号，o第二偏振光对应的电压信号，h所述对焦传感器的高度值。
4.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述对所述M×N个所述对焦传感器的高度值及M×N个所述位移测量装置的参考高度值进行多项式拟合，得到多项式系数包括：
通过最小二乘法获得多项式系数使得下式
5.根据权利要求4所述的校准方法，其特征在于，所述方法还包括：
判断校准后的所述对焦传感器的精度是否达到预设值，若否，增加扫描次数为M和每次扫描采样点数为N，重新进行校准。
6.根据权利要求4所述的校准方法，其特征在于，所述方法还包括：
判断校准后的所述对焦传感器的精度是否达到预设值，若否，增加多项式拟合过程中多项式的阶数，重新进行多项式拟合。
7.根据权利要求5或6所述的校准方法，其特征在于，采用如下公式：
判断所述对焦传感器的精度是否达到预设值；其中，pi为多项式系数，n为多项式的阶数，k表示采样的序号，k＝1，2，...，M×N，yref为所述位移测量装置的参考高度值，h为所述对焦传感器的高度值，M为扫描次数，N为每次扫描采样点数。
8.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述获取N个所述对焦传感器的高度值及N个所述参考位移测量装置的参考高度值包括：
判断每次扫描采样点数是否达到N，若否，继续扫描，若是，判断扫描次数是都达到M，若否，继续扫描，若是，结束扫描。
9.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述获取所述对焦传感器探测的两相互垂直的第一偏振光及第二偏振光分别对应的多个电压信号包括：
设定所述对焦传感器采样次数；
基于所述采样次数采集所述对焦传感器探测的两相互垂直的第一偏振光及第二偏振光对应的多个电压信号；
判断所述采样次数是否达到预设值，若是，则采集完成。
10.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述方法还包括：
保存所述第一平均值、所述第二平均值及所述多项式系数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Li Jing Inventor after: Wu Zhipeng Inventor after: Ma Xianghong Inventor after: Ding Minxia Inventor after: Chen Jinxin Inventor after: Meng Lulu Inventor before: Li Jing Inventor before: Wu Zhipeng Inventor before: Xie Dongdong Inventor before: Ma Xianghong Inventor before: Ding Minxia Inventor before: Chen Jinxin Inventor before: Meng Lulu |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |