CN116057476A - 在沿至少一轴可移位且对至少一轴可旋转的样品台上确定对准掩模的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明关于用以在一样品台(100)上确定掩模(270、410、700)的对准的方法(1700、1800)，样品台(100)可沿平行于样平台(100)的夹盘表面(195、265)的至少一轴移位且对垂直于夹盘表面(195、265)的至少一轴(250)为可旋转，其中方法包含以下步骤：将样品台(100)旋转预定角度并测量掩模(270、410、700)在相对于旋转轴(1450)以预定非零距离(490)进行旋转的过程中的高度变化(1570)，用于确定掩模(270、410、700)在样品台(100)上的对准。

Description

在沿至少一轴可移位且对至少一轴可旋转的样品台上确定对准掩模的装置和方法
本申请案主张2021年7月30日向德国专利商标局提申的德国专利申请案DE 102020 209 638.4的优先权，其名称为「Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einerAusrichtung einer Fotomaske auf einem Probentisch,der entlang zumindest einerAchse verschiebbar und zumindest um eine Achse drehbar ist」。德国专利申请案DE10 2020 209 638.4整体内容以引用的方式并入本专利申请案。
技术领域
本发明关于用以在沿至少一轴可移位且对至少一轴可旋转的样品台上确定掩模的对准的方法和装置。特别地，本发明关于用以在沿平行于夹盘表面的至少一轴可移位且对垂直于样品台的夹盘表面的至少一轴可旋转的样品台上确定掩模的对准的方法和装置。
背景技术
由于半导体产业的积体密度不断提高，光刻掩模必须在晶圆上成像越来越小的结构。生产成像到晶圆上的小尺寸结构需要具有更小的结构或图案元件的光刻掩模或模板以用于纳米压印光刻。因此，生产用于纳米压印光刻的光刻掩模或模板的程序变得越来越复杂，并因此越来越耗时，且最终也越来越昂贵。由于光刻掩模或模板的图案元件的结构尺寸很小，无法排除掩模或模板生产过程中的故障。只要有可能，这些都必须进行修复。
举例来说，通常藉由在修复位置提供一或多种工艺或前驱物气体并以电子束扫描缺陷来修复光刻掩模、光学掩模、曝光掩模或仅掩模的故障或缺陷。电子束通常会引发局部化学反应，这取决于所使用的前驱物气体而导致局部蚀刻过程，其可用于从掩模或用于纳米压印的模板中移除局部多余材料。或者，在存在相应的前驱物气体的情况下，电子束引发局部化学沉积反应，其将材料局部地沉积在掩模上，从而替代掩模的局部缺失材料。
光刻掩模的缺陷的另一个原因是例如由于掩模的处理和掩模上的沉积而产生的颗粒。干扰掩模成像的这些颗粒同样必须从掩模上移除。首先可藉由局部粒子束诱导蚀刻过程将干扰粒子从掩模中移除。此外，有可能使用显微操作器，例如扫描探针显微镜的形式，以通过粒子的机械加工将多余的材料(例如存在于掩模上的颗粒)从掩模移除。
由于掩模结构越来越小且用以曝光掩模的光化波长越来越短，越来越小的缺陷和/或越来越小的颗粒对掩模的成像行为具有干扰作用。在这点上，例如在用于极紫外(EUV)波长范围的掩模的情况下，光化波长在大约10nm至15nm的范围内。这意味着需要更好的工具来处理光刻掩模的缺陷。此外，这种发展的结果是，已识别缺陷为了修复目的而必须能够接近的准确度要求也越来越高。
首先，由于对准确度的要求越来越高，且其次由于样品台移动的可能性越来越大，掩模相对于样品台或掩模板的精确对准或校准变得越来越复杂且更昂贵。因此，样品台上待修复掩模的对准或校准对缺陷掩模的修复时间的影响越来越大。因此，该修复时间变得更长、或待修复的掩模的产量变得更低。
因此，本发明所解决的问题是指定一种方法和一种装置，以改进掩模对准的确定。
发明内容
根据本发明的一个示例性具体实施例，藉由本申请案的申请专利范围的独立权利要求的目标至少部分地解决了这个问题。在申请专利范围附属权利要求中描述了示例性具体实施例。
第一具体实施例涉及关于一种用以确定在样品台上的掩模的对准的方法，该样品台可沿平行于样平台的一夹盘表面的至少一轴移位且可绕垂直于夹盘表面的至少一个轴旋转。方法包含以下步骤：将样品台旋转一预定角度，并测量掩模在相对于旋转轴以预定非零距离进行旋转的过程中的高度变化，用以确定掩模在样品台上的对准。
掩模的样品台通常具有三个相互垂直的平移轴。承载了待修复掩模的样品台不仅可以在三个方向上移动，还可绕垂直于样品台表面的一轴旋转，样品台由于可从不同侧对缺陷进行成像和/或处理而扩展了缺陷修复的可能性。此外，与由两个相互垂直的移位所组成的运动相比，可藉由组合的旋转和平移运动，以更简单的形式将具有特定轮廓的缺陷追踪到处理位置。
然而，发明人已经发现，样品台绕垂直于夹盘表面的z轴的旋转会导致位在旋转轴外的处理位置处的高度变化。掩模的高度变化是由未垂直于掩模表面对齐的旋转轴所引起的。不垂直于掩模的旋转轴将导致掩模在其旋转期间的摆动运动。因此，处理缺陷的工具可能会在z方向(即垂直于夹盘表面)上错误地定位。结果，在最坏的情况下，在样品台的旋转运动期间，修复工具可能会由于意外的机械接触而损坏无缺陷的掩模位置。
根据本发明的方法确定了样品台在掩模上的缺陷处理位置处的旋转所引起的高度变化。缺陷处理位置可位在掩模上的任何所需位置。因此，根据本发明的方法充分地利用了可旋转样品台带来的改进的缺陷修复可能性。此外，根据本发明的方法避免了在旋转程序期间对掩模的意外损坏。
样品台可旋转的角度大于或等于：60°、较佳为90°、更佳为180°、最佳为360°。
随着旋转角度的增加，确定掩模在旋转期间的高度变化或高度分布的准确度有所提高。因此选择尽可能大的旋转角度是有利的，即约360°。具有更大旋转角度的旋转只会改善数据记录统计。
掩模可包含透射式掩模或反射式掩模。透射式掩模可包含任意传统掩模，例如二元掩模、相移掩模、或用于多次曝光的掩模。反射式掩模可包含用于极紫外(EUV)波长范围的掩模，特别是二元掩模或相移掩模。然而，掩模也可包含用于纳米压印光刻的模板。
样品台可为修复工具的样品台。特别地，修复工具可引起局部蚀刻和/或沉积过程。此外，修复工具可包含一个或多个扫描探针显微镜，其可使用作为用以处理缺陷的操纵器或显微操作器。
高度变化可由至少一个高度传感器进行测量。
根据本发明的方法可包含用以预先确定相对于旋转轴的非零距离的额外步骤。此外，根据本发明的方法可包含用以确定掩模表面上的旋转轴的坐标的额外步骤。
确定旋转轴的坐标可包含：(a)藉由至少一个粒子束源的粒子束来测量掩模的至少两个标记的第一组坐标，而不旋转掩模；(b)将掩模旋转角度0°<θ<180°或180°<θ<360°；以及(c)藉由粒子束源的粒子束来测量所旋转的掩模的至少两个标记的第二组坐标。
掩模通常具有许多标记，这些标记通常以规则的间隔施加在由图案所构成的掩模的一侧上。每个标记通常具有一个参考点。掩模坐标(u,v)(其通常由掩模制造商指定)指的就是该点。掩模的缺陷的坐标(uD,vD)也称作这些参考点。为了在测量标记的两个参考点时最大化测量准确度，使用在掩模上彼此相距尽可能远的标记是有利的。
根据两个标记的两个测量坐标组，其中在测量第二组之前旋转掩模，可确定掩模旋转轴的坐标。
此外，确定旋转轴的坐标可包含：在为了测量第一组和/或第二组坐标而接近至少两个标记之前和/或在旋转样品台之前，降低样品台。
此措施防止粒子束源和/或一或多个扫描探针显微镜或其显微操作器在掩模移动期间能够意外地接触到掩模表面。
确定旋转轴的坐标可包含：根据至少两个标记的第一和第二组测量坐标来确定旋转轴的坐标。
在确定旋转轴或确定旋转轴的坐标时，选择在90°范围内的旋转角度可优化准确度。因此，为掩模的旋转选择在90°范围内的角度是有利的。
测量至少两个标记可藉由至少一个粒子束源来实现，该至少一个粒子束源被配置为产生来自以下群组的至少一个聚焦粒子束：光子束、电子束、离子束、原子束、和分子束。
扫描电子显微镜(SEM)或改良的SEM的电子束通常用于测量标记或其参考点。电子束可聚焦到一个非常小的点(DS<1nm)。这使得在确定标记的参考点时具有非常高的横向分辨率。此外，以电子束对标记进行成像不会对标记以及因此不会对整个掩模造成损坏、或仅造成很小的损坏。标记可手动和/或以自动的形式进行成像。举例来说，这可藉由将标记的特定结构(例如其参考点)居中在SEM影像中来完成。在将电子束相对于标记居中后，样品台的测量转换器将指示所寻求的坐标值。
预先确定相对于旋转轴的非零距离可包含：确定至少一个高度传感器的粒子束在掩模上的入射点的坐标。至少一个高度传感器的粒子束可包含无质量粒子束(例如光子束或光束)和/或具有质量的粒子束(例如电子束)。
为了准确地确定在样品台旋转过程中的掩模的高度变化，需要知道旋转轴的坐标与高度传感器的粒子束在掩模上的入射点的坐标之间的距离。测量此距离将有可能确定在样品台旋转期间的高度传感器的粒子束在掩模上的入射点的圆或圆段的半径，从而确定在测量高度变化期间的掩模的半径。
确定至少一个高度传感器的粒子束的入射点的坐标可包含：扫描样品台，以将至少一个高度传感器居中在至少两个标记的其中至少一者上方。
扫描样品台可包含适用于至少两个标记之一的扫描路径。
扫描样品台可包含移动样品台而不旋转样品台。扫描样品台可包含：(a)在相对于待扫描标记的对角线方向上第一次扫描样品台；(b)将第二次扫描的扫描路径垂直于第一次扫描路径移动预定距离；(c)重复步骤(b)，直到重复扫描遇到扫描标记的参考点。
此外，扫描样品台可包含：旋转样品台，使得一扫描圆段覆盖至少两个标记中的至少一个的至少一部分。
此外，扫描样品台可包含：执行扫描，使得用以使至少一高度传感器居中的扫描时间达到最小值。
识别标记的参考点是一个复杂的过程。与粒子束源的粒子束相反，高度传感器的粒子束不能在掩模上扫描。相反，承载掩模的样品台的大部分(包含掩模本身)必须移动，以确定掩模标记的参考点位于高度传感器的粒子束入射点下方的位置。因此，选择样品台的扫描以最小化所需扫描路径的长度并因此最小化扫描所需的时间是非常有利的。
测量高度变化可包含：移位旋转轴于至少一个粒子束源的粒子束在掩模上的入射点之下。
测量高度变化可包含：移位旋转轴的坐标于粒子束在掩模上的入射点之下。
藉由确定掩模上旋转轴的坐标，如前文所解释，有可能确定高度传感器和旋转轴之间的距离，因此而得知高度传感器的粒子束的入射点在高度变化的测量期间绕旋转轴运行的圆或圆段的半径。
根据本发明的方法可更包含以下步骤：针对偏离预定非零距离的数值，内插和/或外推掩模的测量高度变化。内插和/或外推测量的高度变化可包含：将测量的高度变化拟合到数学模型。将测量的高度变化拟合到数学模型可包含拟合至函数曲线。
方法可更包含以下步骤：针对不对应于粒子束源的至少一个粒子束与至少一个高度传感器的粒子束的入射点之间距离的距离，内插和/或外推掩模的测量高度变化，用于确定掩模上任意位置的高度变化。内插和/或外推可包含线性内插和/或线性外推。
测量高度变化可更包含：确定旋转轴相对垂直于样品台的掩模的定向和/或确定样品台旋转期间的最大高度变化。
垂直于样品台的夹盘表面对应于样品台坐标系统的z轴。旋转轴的定向相对于夹盘表面的垂线的偏差、或旋转轴相对于z轴的倾斜本身不会导致在由于样品台旋转而导致掩模旋转的过程中由至少一个高度传感器所测量到的高度变化。相反，只有当样品台的旋转轴没有垂直于掩模的表面对齐时(即如果旋转轴相对掩模的法线倾斜)，会在样品台旋转时引起掩模的高度变化。
此外，测量高度变化可包含：在样品台旋转之前，将至少一个高度传感器设置到其测量区域的中心位置。这确保高度传感器可在样品台旋转期间检测整个高度变化。
根据本发明的方法可进一步包含以下步骤：测量掩模在旋转轴上的z坐标。此外，根据本发明的方法可包含以下步骤：测量掩模在旋转轴的坐标处的z坐标。
样品台可沿平行于夹盘表面的至少两个轴移动，且根据本发明的方法可进一步包含以下步骤：(a)藉由至少一个粒子束源的粒子束来测量至少两个标记的坐标，而不以样品台旋转掩模；(b)确定掩模的坐标系统和样品台的坐标系统之间的仿射转换。与样品台相关联的坐标系统可为与夹盘表面相关的坐标系统。
用以确定掩模对准的方法可分为至少两个步骤。可根据所需来选择两个步骤的顺序。在下文中假设这两个步骤不会相互影响。在一步骤中，分配给掩模设计的掩模坐标u、v(该掩模坐标通常由掩模制造商提供并因此形成分配给掩模的坐标系统)与关连于样品台的坐标系统(x,y)具有一对一的关系。这较佳为与样品台的夹盘表面相关的坐标系统。如前文所解释，进一步的步骤包含确定未垂直于掩模表面定向的旋转轴的影响。为此，样品台将掩模旋转预定角度，并测量在过程中发生的高度变化。根据测量数据，有可能确定掩模在其旋转和/或其移位期间的高度变化。
在执行了根据本发明的方法之后，通常在掩模坐标中指定的缺陷的坐标uD、vD可转换为样品台的坐标系统xD、yD、zD，作为旋转角度θ的函数。特别地，有可能确定掩模的高度位置或在其修复位置处的缺陷的高度位置。样品台可将位在其上的掩模带到缺陷的设想修复位置。此外，修复工具可非常精确地定位，以处理缺陷。
根据本发明的方法可更包含以下步骤：从掩模的至少两个标记的第一组坐标来确定掩模的坐标系统和样品台的坐标系统之间的仿射转换。
为了方法的经济性，再次使用两个标记的第一个测量坐标组(其为了确定旋转轴的坐标而测量)来确定仿射转换是有利的。然而，也有可能选择掩模的两个新标记并以至少一个粒子束源的粒子束来测量它们。
确定仿射转换可包含：基于至少两个标记的测量坐标来确定掩模和样品台的坐标系统相对于彼此的平移、缩放和旋转的参数。
根据两个标记的两个测量参考点x1、y1和x2,y2以及掩模制造商在掩模坐标系统中所预先定义的两个参考点u1、v1和u2、v2，有可能确定四个参数：移位的两个参数(a,b)、旋转的一个参数(α)、和缩放的一个参数(s)。
确定仿射转换可包含：测量掩模的至少三个标记的坐标，并确定掩模和样品台的坐标系统的平移、缩放、旋转、剪切和平行拉伸的参数。可藉助2x3矩阵来描述所列的仿射转换的任意组合。确定六个矩阵系数需要六个方程式，这些方程式可藉由至少三个标记的测量来确定。
可在六个方程式的帮助下确定六个参数。除了前文已经确定的四个参数外，还有剪切和平行拉伸的参数。
至少一个高度传感器和/或至少一个粒子束源可与样品台的坐标系统具有已知的关系。
样品台可沿着平行于样品台的夹盘表面的至少两个轴移动，且根据本发明的方法可更包含以下步骤：在不旋转样品台的情况下，藉由至少一高度传感器来测量掩模上不位于一条直线的至少三个点的高度差。
根据本发明的方法可更包含以下步骤：从测量的高度差内插和/或外推在偏离三个测量点的掩模的位置处的高度差。内插和/或外推可包含线性内插和/或线性外推。
内插和/或外推步骤使得有可能根据三个测量点的测量数据来计算由于掩模的歪斜位置或倾斜位置而造成的掩模的每一点的高度。
因此，用以确定掩模对准的方法可分为三个部分。可根据所需来选择执行该方法的各个部分的顺序。然而，最好是先执行最后提到的部分。基于所测量的高度差，有可能(如上文所述)确定掩模在样品台上的倾斜或歪斜位置。当针对该方法的其他部分进行测量时，可以考虑此位置。因此，当为了将该掩模带到测量所需的位置而进行掩模的平移运动时，有可能可靠地防止对掩模的损坏。
在执行了根据本发明的方法之后，通常在掩模坐标中指定的缺陷坐标(uD,vD)可转换为样品台的坐标系统(xD,yD,zD)。特别地，有可能确定掩模的高度位置或在其修复位置处的缺陷的高度位置。样品台可将位在其上的掩模带到所设想的缺陷修复位置。此外，修复工具可非常精确地定位以处理缺陷。
掩模前侧(即带有图案的一侧)上的点的z坐标或高度由三个部分所组成：(a)掩模在旋转轴的位置处的高度，(b)由于掩模的倾斜位置，所考虑的点相对于旋转轴的高度变化，以及(c)由于旋转轴未垂直于掩模表面定向，所考虑的点相对于旋转轴的高度变化。所考虑的点的实际z坐标是这三个部分相加的结果。这三个部分是相加的，并且取决于旋转角度θ。
在第一具体实施例中，一种用于确定样品台上的掩模对准的装置(其中样品台可沿平行于样品台的夹盘表面的至少一轴移位，并可绕垂直于夹盘表面的至少一轴旋转)包含：至少一个高度传感器，其配置为在样品台旋转预定角度期间测量高度变化，其中至少一个高度传感器位于相对于旋转轴的预定非零距离处，用于确定样品台上的掩模的对准。
高度传感器可包含彩色共焦传感器。高度传感器可更包含来自以下群组中的至少一个元件：光学显微镜、电容式距离传感器、干涉仪和扫描探针显微镜。扫描探针显微镜可包含原子力显微镜(AFM)、扫描穿隧显微镜(STM)、磁力显微镜、扫描近场光学显微镜、和扫描近场声学显微镜。此外，高度传感器可包含扫描电子显微镜(SEM)。
装置可配置为执行根据本发明的方法的步骤。装置可配置为以自动化形式执行根据本发明的方法。特别地，装置可配置为自动地执行根据本发明的方法的不同方面本身或与其他方面结合。
最后，计算机程序可包含指令，当执行由计算机系统执行时，将使计算机系统执行上述方法的方法步骤。
附图说明
下文的详细描述参照附图描述了本发明的当前较佳示例性具体实施例，其中：
图1显示了具有三个平移轴和一个旋转轴的示例性样品台的示意图；
图2显示了图1中示例性样品台的示意剖面图；
图3显示了示例性样品台内坐标系统的各种坐标以及与掩模相关的坐标系统；
图4阐明了图1中样品台上掩模的倾斜位置，并示意性地显示了用于扫描掩模标记的粒子束源和用于测量掩模的z坐标的高度传感器；
图5示意性地显示了藉由高度传感器对各种掩模图案进行z坐标测量；
图6显示了一种标记及其相关参考点的平面图；
图7显示了具有三个标记的示例性掩模的平面图；
图8显示了高度传感器在图6的标记内的扫描的第一示例；
图9a显示了根据图8的第一示例的高度传感器的扫描的流程图的第一部分；
图9b显示了根据图8的第一示例的高度传感器的扫描的流程图的第二部分；
图10阐明了高度传感器在图6的标记内扫描的第二示例；
图11为图7的掩模旋转90°的状态下的平面图；
图12是图7中掩模以任意旋转角度旋转后的平面图；
图13示意性地阐明了由旋转引起的平移；
图14显示了样品台上掩模的歪斜位置，并表示旋转轴不垂直于掩模定向，因此导致掩模在其旋转过程中的摆动运动；
图15在上方局部影像中显示了图7中掩模的平面图，其中在与旋转轴相距距离d0处测量了掩模旋转期间的高度变化和高度分布，且在下方局部影像中显示了旋转轴方向与垂直于掩模的方向的偏差；
图16显示了高度分布作为旋转轴的旋转角度的函数的示例，该旋转轴未与掩模垂直对齐；
图17表示用以确定样品台上的掩模的对准的本发明方法的流程图；
图18a显示了图17的流程图的第一部分，其中详细说明了更多的细节；以及
图18b显示了来自图17的流程图的第二部分，其中详细说明了更多的细节。
具体实施方式
下文将解释根据本发明的方法和根据本发明的装置的当前较佳具体实施例。将基于确定样品台上掩模的对准来详细解释根据本发明的方法，该样品台除了三个平移轴之外还具有一个旋转轴。在应用这里描述的方法时，样品台不必具有三个平移轴；一个平行于样品接收表面的移位轴和一个垂直于样品接收表面的旋转轴就足够了。此外，根据本发明的方法和根据本发明的装置不限于掩模在样品台上的对准。而是，它们不仅可用于对齐用于纳米压印光刻的模板，还可用于对齐微系统技术中的任意组件(若该组件具有标记)。
图1显示了具有三个平移轴和一个旋转轴的示例性样品台100的示意图。平移轴基本上相互垂直，并因此形成正交坐标系统。样品台100在下文中也称作掩模台100或台100。样品台100的底板110具有导轨120，用于在y方向上移动样品台100的夹盘表面。样品台100的滑动件130可沿着y轴在导轨120上移动。在其顶侧，滑动件130承载导轨140，使得样品台100的第二滑动件150能够沿x方向移动。第二滑动件150在z方向上形成用于移位单元170的底板160。旋转轴180在z方向上配置布置在样品台100的移位单元170上，该旋转轴平行于z方向定向或对齐。旋转轴180承载夹盘190、掩模支架190或掩模板190。在下文中，夹盘190的夹盘表面195表示掩模在其没有图案的下侧上承载在夹盘190上的点的总和。
在此处(以及说明书中的其他地方)，若使用根据现有技术的测量装置来测量变量，「基本上」一词表示在其误差范围内的测量变量。
图2中的示意图200显示了穿过图1中的样品台100的示意截面图。样品台100的坐标系统另标示于左侧。坐标系统xb、yb、zb与图1中的样品台100的底板205相关。
底板205承载导轨210，用以在y方向上移动滑动件215，y方向与绘图平面垂直。滑动件215在其顶侧具有导轨220，用以在x方向上移动第二滑动件225。第二滑动件225在z方向上形成用于移位单元235的底板。移位单元235在固定销230的帮助下固定在第二滑动件225上。藉由移动楔形件237，上板245可在z方向上移动。
在承载于移位单元235上的上板245上，旋转轴250继而藉助于销255而固定。与上板245的顶侧相关联的坐标系统在下文中缩写为xw、yw、zw。图1的样品台100的旋转轴250定向在z方向。如前文所解释，旋转轴250承载夹盘260或夹盘表面265。夹盘260可包含三点安装。然而，夹盘260也有可能藉助静电力(静电夹盘)或通过产生真空(真空夹盘)将掩模270固定在夹盘260上。与夹盘260的顶侧相关联的坐标在下文中标示为xch、ych、zch。
夹盘260或掩模板260承载掩模270。掩模270可为透射掩模或反射掩模。掩模270通常至少包含基板275及图案280。基板275可为包含石英基板和/或具有低热膨胀系数的材料(LTE(低热膨胀)基板)。图案280可为二元掩模270的图案。在这种情况下，图案280可包含吸收体结构且可包含例如铬。然而，图案280也可包含相移掩模270的图案280。举例来说，可藉由将相应的图案280蚀刻到掩模270的基板275中来产生相移掩模270。此外，图案280有可能包含结构元件，该元件使光化辐射的相位相对于入射到基板275上的辐射发生偏移并吸收入射到图案280上的部分光化波长的光。其例子为OMOG(玻璃上的不透明MoSi(硅化钼))掩模。
反射掩模270包含用于极紫外(EUV)波长范围的掩模，其具有通常在10nm至15nm范围内的光化波长。EUV掩模可实现为二元掩模和/或相移掩模。
指向右侧的箭头u描述了图2中掩模坐标系统的u坐标。坐标xch和ych可藉由粒子束源290的粒子束285来测量，并可与底板110、205的坐标系统xb、yb、zb建立关系。粒子束源290与样品台100的底板110、205之间的关系为已知。这种关系由双箭头符号277来表示。
图3中的示意图300再次示意性地显示样品台100内坐标系统的各个中间阶段，直至掩模270的坐标系统。如框310所示，与样品台100的底板205相关的坐标系统系以xb、yb、zb表示，其中字母b代表「底部(base)」。图3中的双箭头320象征从样品台100的底板205到上板245的顶侧的转换，其中旋转轴250装配到该顶侧。如框330所示，相关坐标系统缩写为xw、yw、zw，其中下标w代表「楔形(wedge)」。相对于底板110、205的坐标系统，坐标系统xw、yw、zw可在所有三个空间方向上进行平移。
双箭头340阐明了从与上板245相关联的坐标系统到夹盘260的坐标系统的转换。除了三个平移坐标之外，此坐标系统具有(相对于底板的坐标系统)旋转角θ，其描述样品台100的旋转以及掩模270绕样品台100的旋转轴250的旋转：xch、ych、zch、θ。下标「ch」代表夹盘(chuck)260。此坐标系统表示于图3中的框350。与夹盘260相关联的坐标系统可具有相对于联接到上板245的坐标系统绕旋转轴250的旋转θ。
最后，双箭头360象征从样品容座或夹盘190、260的坐标系统到与掩模270相关联的坐标系统(u、v、w、θ)370的转换。如上所述，样品台100内的各种坐标系统的关联为已知的。这意味着粒子束源290的粒子束285的位置与样品台100的底板110、205的坐标系统之间的关系为已知的。
可选择SEM 290的聚焦电子束285的参考点，使得以下关系成立：u＝0，v＝0，w＝0，θ＝0。在相应的调整之后，SEM 290的电子束285通常是圆形的且因此具有旋转不变性。如果没有发生绕旋转轴250的旋转，则掩模270和掩模支架260的坐标系统缩减为u、v、w和xch、ych、zch。为了描述图案的结构元素以及可能存在的缺陷，只有掩模坐标系统u、v、w中的横向坐标u、v是重要的。因此，掩模制造商通常仅指定标记的参考点的u坐标和v坐标。
图4中的示意图400阐明了掩模410在夹盘190、260上的倾斜位置或歪斜位置的确定。掩模410的倾斜位置可能由夹盘190、260的歪斜所引起。夹盘190、260和/或掩模410的下侧420也可能具有导致掩模410的倾斜位置的一个或多个颗粒(图4中未示出)。不言而喻，夹盘190、260的倾斜以及夹盘表面195、265和掩模410的下侧之间的一个或多个颗粒的组合也可能导致掩模410的倾斜位置。
图4显示装置400，其包含改良的扫描电子显微镜(SEM，扫描电子显微镜)440作为粒子束源440的示例。在下文中，粒子束源440总是实现为改良的SEM。从SEM 440的柱445的输出，电子束450可在掩模410的顶侧430或前侧430上扫描。如前文所作的解释，电子束450可聚焦到非常小的点，使得后者在掩模410的扫描期间具有非常小的横向范围。因此，在存在合适的前驱物气体的情况下，聚焦电子束450可诱导(图4中未示出)横向定界的化学蚀刻反应(EBIE，电子束诱导蚀刻)或局部定界的化学沉积反应(EBID，电子束诱导沉积)。
作为电子束450的替代或补充，还可能使用离子束，例如镓离子束，用于扫描掩模270、410或用于扫描掩模270、410的标记。原子和/或分子束(例如氦束)同样可用于此目的。最后，光子束也可用于扫描掩模270、410或其标记。当使用光子时，使用具有最短可能波长的任何粒子束源是合适的，例如用于EUV波长范围的粒子束源。随着所使用光子束波长的减小，光束源的分辨能力增加。在替代的示例性具体实施例中，数字相机可用于对掩模270、410的标记进行成像。
然而，由于该光束在光束方向上的轮廓，聚焦电子束450在光束方向上的分辨能力是有限的。为此，装置400包含高度传感器460，其可用于检测掩模410的高度或z坐标。高度传感器460将形式为光束470的粒子束引导到掩模410的顶侧或前侧430，并基于从前侧430反射的辐射来确定高度传感器460和掩模410的顶侧430之间的距离，该辐射未显示于图4。因此，高度传感器460可用以使掩模410达到电子束450的工作距离。
高度传感器460可以干涉仪的形式实施，例如作为法布立-培诺干涉仪(Fabry-Pérot interferometer)或作为白光干涉仪。然而，高度传感器460也可实施为共焦点传感器、彩色共焦传感器、或共焦激光扫描显微镜。高度传感器460通常具有在次微米范围的分辨能力。为了扩展高度传感器460的分辨范围，高度传感器460可包含具有不同测量范围和分辨能力的两个或更多个传感器。因此，有可能在第一步骤中以粗分辨率测量掩模410的顶侧430和高度传感器460之间的距离，并接着在一或多个后续步骤中以越来越高的分辨率进行测量。
针对掩模表面不位于一条直线的至少三个点，高度传感器460确定高度传感器460和掩模410的顶侧430之间的距离。为此，样品台100沿x方向和y方向移动掩模410。为了最小化在确定三个测量点的高度差时的测量误差，选择测量点使得它们彼此之间的距离尽可能远是有利的。举例来说，高度传感器460的至少三个测量点之间的大距离可为D＞5cm。此外，为了最小化在测量高度差时的测量误差，如果三个测量点跨越直角坐标系统是有利的。
此外，装置400包含示例性样品台100，其未显示于图4中。此外，图4中显示了分配给样品台100的底板110、205的坐标系统xb、yb、zb以及与掩模410相关的坐标系统u、v。最后，坐标zw代表掩模410由于其倾斜或歪斜位置而引起的高度变化。
图5的上方局部影像500阐明了用于从至少三个测量点的高度差来确定掩模的倾斜位置的测量数据，其中掩模410仅具有稀疏图案520。高度传感器460测量的数据表示掩模410的倾斜位置和图案几何形状的迭加。这种关系在显示于位在掩模410下方的示意图530中。示意图540显示了如果高度传感器460在图案元件520、基板510上扫描并接着在第二个图案元件520上扫描时，高度传感器460所检测到的光强度的变化。举例来说，对于二元掩模，图案元件520的高度或厚度在70nm到100nm的范围内。这意味着，在图5所示的示例中，高度传感器460的分辨率约为10nm。
图5中的下方部分影像550显示了高度传感器460在具有密集图案570的掩模410上的扫描。示意图580和590表示在高度传感器460在密集图案570上进行扫描的过程中，由高度传感器460所检测到的测量高度分布和强度分布。密集图案570上所测量的高度为基板510的高度与图案570的顶侧距离高度传感器460的高度或距离的组合。
为了避免在测量分布在掩模410上的至少三个点的高度差时分辨率下降，在确定至少三个测量点的高度差时，应尽可能忽略位于密集图案570内的测量点。在这种情况下，高度传感器460的测量强度分布540、590可用于确定测量点是否位于密集图案570中。如果确定高度传感器460的测量点位于密集图案570的区域中，则此测量点应被丢弃并由位于大面积图案元件520上或位于掩模410的基板510上的测量点代替。
根据由高度传感器所测量的至少三个测量点的高度差，有可能确定由至少三个测量点所展开且掩模410的顶侧430嵌于其中的平面。结果为可确定掩模410的倾斜位置。藉由确定掩模表面上的此点，对于掩模的任意点，可确定掩模的顶侧430的高度变化。当然，也有可能藉由内插和/或外推由高度传感器所测量的至少三个点的高度差来确定掩模表面上的任意点的高度或z坐标。
一旦知道掩模410的倾斜位置，就可以在样品台100执行平移运动时考虑到这一点。因此，有可能可靠地防止样品台100的平移运动对倾斜安装的掩模410和/或SEM 440造成意外损坏。除了SEM 440，用于识别和修复掩模410的装置可包含一或多个扫描探针显微镜，其未显示于图4中。该扫描探针显微镜通常安装在掩模410的顶侧430附近与SEM 440相距一定距离处。在倾斜安装的掩模的情况下，很容易发生以下情况；进行长距离平移运动会导致扫描探针显微镜的探针和/或显微操作器意外中与掩模410接触。在确定掩模410的倾斜位置之后，可避免这个问题。
图6显示标记600或参考符号600的示例。标记600通常由掩模制造商以规则或不规则间隔施加在掩模270、410上。示例性标记600具有边长640为350μm的正方形形状。标记600被两个横档610和620分成四个象限。在右上象限630中，标记600具有一小正方形660。正方形660的右上角定义了标记600的参考点650。
标记600的白色或透明部分630可为掩模270、410的基板275、510。横档610、620和黑色小方块660可包含吸收材料，例如为二元掩模270的吸收材料，例如为铬。
可藉由SEM 440的电子束450来扫描标记600，且可从扫描数据来确定参考标记600的参考点650。
图7显示了掩模700的平面示意图。示例性掩模700在三个角落处具有直角形式的三个标记710、730、750。示例性标记710、730和750的参考点720、740和760形成直角内部的交点。掩模700上显示了与掩模700相关联的坐标系统u、v。掩模制造商将掩模坐标系统u、v中的参考点u1、v1、u2、v2和u3、v3提供给掩模700的用户。标记710、730和750通常具有图6中标记600的形式。
藉由SEM 440的电子束450，扫描三个标记710、730、750中的至少两个，以确定三个标记710、730、750中的至少两个参考点720、740、760。为了将标记710、730、750定位在SEM440的电子束450下方，样品台100仅执行x方向和y方向上的夹盘190、260的平移运动。不执行用于确定参考点720、740、760的样品台100的旋转运动。一旦标记710、730、750的其中一者位于电子束450下方，电子束450就扫描标记710、730、750，以确定其参考点720、740、760。
在扫描两个标记之后(例如标记710、730)，其在样品台100的坐标系统x、y中的参考点720、740是已知的：x1、y1和y1、y2。在两个测量参考点x1、y1和x2、y2以及掩模制造商所提供的参考点u1、v1和u2、v2的协助下，有可能确定两个坐标系统相对于彼此的移位、旋转和缩放。仿射转换将所测量的参考点x1、y1和x2、y2与掩模制造商所提供的参考点u1、v1和u2、v2结合起来。如果仅使用两个标记，则一般仿射转换是不确定的。这样的具体实施例将限制仿射转换为移位(偏移)、缩放和旋转。
以使用齐次坐标的矩阵表示法给出了仿射坐标的既定描述：
Figure BDA0004113563660000161
在两个坐标系统基于两个参考点(例如参考点720和740)相对于彼此对齐的情况下，前述的一般向量方程被简化为：
Figure BDA0004113563660000162
在这种情况下，参数表示：a、b为移位或偏移；s为缩放；以及α为两个坐标系统相对于彼此的旋转角度。
插入测量的和预定义的参考点720、740将导致可使用线性代数方法求解的方程式系统。针对掩模700，若对三个标记710、730、750的参考点720、740、760进行测量并将其插入到一般向量方程式中，则除了移位a、b、缩放s、旋转α之外，还可额外确定剪切m和旋转拉伸的参数。
识别出的缺陷uD、vD的坐标通常以与掩模270、410、700链接的坐标系统u、v的坐标来表示。在确定仿射转换的参数后，这些坐标可转换为样品台100的坐标。如上所述，SEM440以样品台100的坐标进行操作。
现在将在下文中描述如何确定掩模270、410、700的高度变化是由掩模270、410、700的摆动运动引起的，该摆动运动是由于旋转轴未垂直于掩模410或掩模410的顶侧430定向所造成的。首先描述的用以确定SEM 440和高度传感器460之间的距离490、或SEM 440的粒子束450和高度传感器460的粒子束470在掩模270、410、700上的入射点之间的距离的步骤，只有在此距离还不知道的情况下才有必要。举例来说，这是在装置400上执行了改变了此距离的维修工作之后的情况。
在两个子步骤中确定距离490。在第一子步骤中，高度传感器460定位在已由SEM450的电子束440进行测量的标记710、730、750的参考点720、740、760下方。如果只有两个标记710和730已由SEM 450的电子束440进行测量，则选择标记710或730的其中一者用于此目的。
如果样品台100以类似于SEM 440的电子束450的方式来扫描标记，则此过程可能非常耗时。与SEM 440的电子束450相比，高度传感器的粒子束470是静止的。因此，与电子束450的扫描期间的情况相反，为了将高度传感器460的粒子束470定位在标记710、730、750的其中一者的参考点720、740、760下方，掩模270、410、700必须在高度传感器460的粒子束470之下移动。这需要移动掩模270、410、700的质量和样品台100的大部分质量。因此，将高度传感器460的粒子束470居中在其中一个参考点下方是一个耗时的程序。因此，藉由执行样品台100的平移运动来简单地扫描掩模270、410、700实际上是无效的。相反地，选择样品台的扫描路径使得标记710、730、750的其中一者的参考点720、740、760在最短的可能扫描时间之后(亦即在样品台100的尽可能少的平移运动之后)变得位于高度传感器460的粒子束470下方是非常有利的。这所适用的扫描路径取决于存在于掩模270、410、700上的标记500、710的类型。
图8示意性地显示了针对图6的示例性标记600的有利的扫描路径，其使得在短扫描时间之后能够将标记600的参考点650定位或居中在高度传感器460的粒子束470下方。图9a和9b中的流程图900表示将高度传感器460的粒子束470居中在参考点650下方的各个步骤。方法开始于905。步骤910包含在标记600内以相对于横档610和620的对角线方向扫描样品台100。此第一次扫描由图8左侧的部分影像中的直线810表示。选择第一次扫描810的长度，使得高度传感器460的粒子束470「看到」或成像标记600的横档610和620。在第一次扫描810期间由高度传感器460所检测到的强度信号在图8右上方的部分影像中示出。在横档610和620的位置处，其吸收材料的作用为使从标记反射的强度信号下降或消失。
在第一次扫描810之后，在步骤915中分析由高度传感器460检测到的信号，并确定两个横档610和620之间的距离d1。接着，在步骤920中，样品台100垂直于对角扫描方向移动预定距离。下一步骤925包含进行第二次扫描820，如图8所示。之后，在步骤930中，针对第二次扫描820确定标记600的两个横档610和620之间的距离d2。这在图8的右方中间的部分影像中示意性地阐明了。消失信号的更宽范围表示第二次扫描820部分地穿过标记600的正方形660。
接着，决定框935包含决定距离d1是否大于d2。如果这适用，样品台100在第一次扫描810和第二次扫描820之间的移位已在正确的方向(亦即在标记600的参考点650的方向)上进行。如框945中所示，这是朝向右下角的方向。步骤950接着包含确定样品台100的偏移或移位，这对于引导第三次扫描830对角线地穿过正方形660并因此穿过标记600的参考点650是必要的。在步骤955中，样品台100垂直于第二次扫描820移位确定的偏移量。
在步骤960中，在样品台100的帮助下进行第三次扫描830。如图8所示，沿着正方形660的对角线进行第三次扫描830。之后，在步骤965中，分析第三次扫描830，并从第三次扫描830来确定标记600的参考点650。这示意性地显示于图8右下方的部分影像。所寻找的标记600的参考点650是标记600的正方形660的右上角中的点，位于具有消失检测信号的第三次扫描830的区域的右侧边缘处。最后，方法结束于步骤970。
如果在决定框935中确定了距离d2大于d1，则相对于在第一次扫描810和第二次扫描820之间执行的移位，用于下一次扫描的样品台100的移位方向是相反的。这在图9中的框940中执行。步骤950包含确定为了引导第三次扫描830穿过正方形660的对角线并因此穿过标记600的参考点650所必需的偏移量。接着，执行进一步的步骤，如前段中所作的解释。
图10示意性地显示了用于将掩模270、410、700的标记710、730、750的参考点720、740、760居中在高度传感器460的粒子束470下方的替代方法。代替前文所解释的样品台100的平移运动，也有可能藉助于样品台100绕限定旋转轴或标记710、730、750其中一者内的枢轴点的旋转，以将高度传感器460的粒子束470定位在其参考点720、740、760下方。
图10显示在标记600内的第一次扫描1010。图10中右上方的部分影像显示了在样品台100旋转期间由高度传感器460所检测的强度分布。在所检测到的第一次扫描1010的光强度中的两个下降代表高度传感器460的粒子束470在横档610和620下的扫描。更宽范围的消失反射光强度代表高度传感器460的粒子束470在标记600的正方形660的一部分上的扫描。
在标记600内移位旋转轴的枢轴点之后，藉由旋转样品台100的旋转轴250来执行第二次扫描1020。其结果显示于图10右方的中间影像。这再次显示了高度传感器460的粒子束470在两个横档610和620上以及标记600的正方形66上的扫描。从两次扫描1010和1020，确定了标记600内的旋转轴在两次扫描之间产生的移位，并确定了圆形旋转运动的半径、枢轴点和引导第三次扫描1030穿过标记600的参考点650的圆形扫描的半径的变化。右下方的部分影像表示在圆形扫描期间由高度传感器460所检测到的强度分布。所寻求的标记600的参考点650可从扫描1010、1020和1030确定为标记600的正方形660的右上角650。与参考图8所解释的线性扫描810、820、830相比，藉由圆形或新月形扫描1010、1020和1030来确定标记600的参考点650更加复杂。
在居中高度传感器460的粒子束470之后，其在样品台100的坐标系统中的坐标为已知的。如前文所解释，为居中高度传感器460的粒子束470而选择的标记710、730或750已由SEM 440的电子束450进行了扫描。SEM400的粒子束450与高度传感器40的粒子束470之间的所寻距离490由以下给出：由SEM 440所测量的标记710、730或750的参考点650的坐标与由高度传感器460所测量的标记710、730或750的参考点710、730、750的坐标之间的差。
下文描述的三个步骤用于确定掩模270、410、700上的旋转轴的位置。针对新的或修改后的装置400必须执行一次这些校准步骤。此外，如果已经丢失相对于样品台100的坐标系统的SEM 440的电子束450的坐标，则需要执行这些校准步骤。
在用以确定旋转轴位置的第一子步骤中，掩模270、410、700与样品台100一起旋转90°。图11显示图7中的掩模700绕样品台100的坐标系统的z轴逆时针方向旋转90°。掩模270、410、700旋转90°的旋转角是有利的，因为该角度的选择使得能够以最小的误差确定旋转轴相对于掩模270、410、700的位置。然而，也有可能在0<θ<180°范围内选择旋转角度。
在旋转掩模700时，因为由于旋转而可能产生的摆动运动尚不可知，因此在执行旋转之前，增加SEM 440的柱445的输出与(若存在的话)一个或多个扫描探针显微镜的探针或显微操作器之间的距离是有利的，以防止损坏掩模700、SEM 440或扫描探针显微镜和/或气体喷射系统。这可例如藉由降低样品台100的夹盘260来完成。图4中未显示的气体注入系统可用于例如在执行EBIE程序或EBID程序所在的位置处提供一种或多种相应的前驱物气体。
在下一步骤中，通过SEM 440的电子束450再次测量旋转掩模700的三个标记710、730、750的其中至少两个的参考点720、740、760。这些测量的实施已在图6和图7的讨论内容中进行了解释。如前文所作的解释，在确定三个标记710、730、750的其中至少两个的参考点720、740、760的过程中，不允许进行通过样品台100的旋转轴250的旋转。此外，应注意确保在藉由样品台100来执行旋转运动和藉由SEM 440的电子束450来测量旋转掩模700的参考点720、740、760之间，装置400不执行首先可能改变样品台100的位置、其次可能改变SEM400的电子束450的位置的任何任务。
如果掩模270、410、700配置在夹盘190、260上使得其中心点正好位于样品台100的旋转轴250上方，则掩模270、410、700通过样品台100的旋转轴250的旋转具有如下效果：标记710、730、750(就像其参考点720、740、760)在绕样品台100的旋转轴250的已知圆形路径上循环。然而，一般来说，由掩模支架固定的掩模270、410、700不满足此条件，因为在一般情况下，旋转轴250的位置以及因此参考点720、740、760的圆形路径的中心点是未知的。
如上所述，可藉由仿射转换来描述组合的平移和旋转运动。图12示意性地说明了掩模700的旋转，其旋转轴垂直于该掩模的表面，旋转任意角度θ。在进行旋转之前的标记710、730的参考点720、740的坐标为：x1i、y1i和x2i、y2i，其中下标「i」代表标记710、730的参考点720、740的原始坐标。在旋转后，参考点720、740具有坐标x1r、y1r和x2r、y2r；在这种情况下，下标「r」表示旋转后的标记710、730的参考点720、740的坐标。从图12可以看出，参考点720、740的坐标变化可表示为：Δxi＝x2i-x1i、Δyi＝y2i-y1i、Δxr＝x2r-x1r以及Δyr＝y2r-y1r。以下关系也适用：tan(θi)＝Δyi/Δxi、tan(θr)＝Δyr/Δxr、以及θ＝θr–θi。因此，可从标记710、730的测量参考点720、740确定旋转角θ。
参数tx和ty代表由旋转引起的标记710和730的平移或移位。因此，描述旋转的仿射转换的结果如下：
Figure BDA0004113563660000201
掩模旋转角度θ不应导致掩模700的任何缩放。因此，对于参数s可假设非常近似以下情况：s＝1。确定s时的偏差大于确定其他参数时的误差，因此在确定旋转轴的位置时，给出了误差的指示。对于平移参数tx和ty，从上面的矩阵方程式得出以下结果：
tx＝xr-cosθ·xi+sinθ·yi
ty＝yr-sinθ·xi-cosθ·yi
接着，目标是找到满足以下条件的旋转轴的坐标xc、yc：
xr＝xi
yr＝yi
旋转轴的坐标由xc、yc描述，其中「c」代表中心。标记710、730、750和它们各自的参考点720、740、760在绕旋转轴250的圆形路径上移动。如果样品台100接着在x-和y-方向上移动，使得旋转轴250的坐标xc、yc对应于SEM 440的电子束450的入射点坐标，则SEM 440所记录的影像绕其中心点旋转，即SEM影像的点具有纯粹的旋转运动。
除了这种特殊情况，即如果旋转轴250不对应于电子束450的轴，则在掩模700旋转期间由SEM 440观察到的所有点都经历组合的旋转和平移运动。举例来说，如果坐标为xD、yD的缺陷位于由SEM 440的电子束450所扫描的区域内，则该缺陷通常会在掩模700绕旋转轴250的旋转期间迁移出SEM的扫描区域或视野。藉由样品台100在x和y方向上的补偿平移运动，在掩模700的旋转结束之后，缺陷xD、yD可再次移位到SEM 440的视野或扫描区域中。样品台100绕旋转轴250的旋转和样品台100的补偿平移运动的组合会导致样品台100绕缺陷xD、yD旋转。
夹盘190、260的夹盘表面265的坐标系统xc、yc、zc的原点通常选择为使得SEM 440的电子束450位于坐标原点。
经过一些转换并使用上述针对xi、xr和yi、yr指定的条件后，有可能将中心旋转轴的坐标xc、yc表示为平移tx和ty以及旋转角度θ的函数：
Figure BDA0004113563660000211
Figure BDA0004113563660000212
在这种情况下，平移参数tx和ty由上面指定的方程式确定，其中标记710、730、750的参考点720、740、760在旋转之前和之后的测量坐标将被插入到该方程式中。
如果在确定参数tx、ty和θ之后，样品台100发生移位使得旋转轴具有坐标xc、yc，则夹盘190、260的旋转不会导致SEM 440的电子束450的扫描区域的移位。
图13显示了藉由执行旋转Δθ的点xi、yi的平移，其中旋转轴的坐标不对应于电子束450在掩模270、410、700上的入射点的坐标。因此，如前文所作的解释，旋转Δθ还导致点xi、yi的移位。这种诱导平移由下标「it」标示。它可表示为点xi、yi的原始坐标和旋转角度Δθ的函数：
xit＝(xi-xc)·cosΔθ-(yi-yc)·sinΔθ+xc-xi
yit＝(xi-xc)·sinΔθ+(yi-yc)·cosΔθ+yc-yi
为了补偿由相对于SEM 440的电子束450的扫描区域的旋转所引起的平移，样品台100必须在相反方向上移位上述指定的量值。
图14中的图1400阐明了样品台100的不同元件的各种可能发生的不足或缺陷。如图14所示，样品台100的第二滑动件225(其沿x方向移动掩模板190、260)可相对于样品台100的底板205倾斜角度α。此外，样品台100的第二滑动件225可相对夹盘190、260或掩模板190、260旋转角度β。样品台100的这两个不足之处导致了掩模270的倾斜或歪斜位置。关于如何可确定掩模270的歪斜位置并在进行样品台100的平移运动时考虑这些因素，前文已作了详细解释。
然而，只要样品台100的旋转轴1450垂直于掩模270、410、700或其顶侧430，掩模270的倾斜位置就不会导致掩模270的摆动运动。相比之下，旋转轴1450的定向与掩模270、410、700的垂直线偏离将导致掩模270、410、700在由样品台100进行旋转的过程中的高度变化。旋转期间的掩模270、410、700的高度变化在下文中称作掩模270、410、700的摆动运动。
图14示意性地显示旋转轴1450相对于样品台100的底板205的z轴具有角度δ。然而，只要旋转轴1450相对于掩模270、410、700为垂直定向(即γ＝90°成立)，则角度偏差δ不会导致掩模270、410、700在其旋转期间的摆动运动。在示例性的示意图1400中，用以测量掩模的表面430与旋转轴1450的定向之间的角度γ具有偏离90°的数值。然而，角度γ≠90°导致在掩模270、410、700绕旋转轴1450旋转期间的高度变化，该高度变化由高度传感器460的粒子束470检测。
图15的示意图1500在上方部分影像中显示了掩模700的平面图。样品台100已经移位掩模700，使得掩模700上的旋转轴1450的坐标1510对应于SEM 440的电子束450的入射点的坐标xc、yc。高度传感器460的粒子束470的入射点与SEM 440的电子束450的入射点相距一距离490或d0。如果旋转轴(如图15中下方的部分影像所示)不是垂直于掩模700定向，寻求的是点1520的高度变化、高度分布或摆动运动。
针对图15所示的旋转角，接着假设高度传感器460在掩模700绕旋转轴1450旋转的过程中检测到最大高度变化。因此，此旋转角被指定为θmax。对于θmax＝±90°，则成立γ＝90°，且由于摆动运动导致的高度变化消失。对于θmax＝±180°，高度传感器460检测到的掩模700的高度变化的符号相反。
从图15下方的局部影像中，以下可确定最大高度变化，由高度感侧器460所检测到的高度变化Δhmax 1570：
Δhmax＝d0·tan(δ+γ-90°)
对于在掩模700绕旋转轴1450旋转的过程中由高度传感器460所测量作为旋转角θ的函数的高度分布h(θ,d0)，因此得出以下结果：
h(θ,d0)＝cos(θ-θmax)·d0·tan(δ+γ-90°)+hoff
或：
h(θ,d0)＝Δhmax·cos(θ-θmax)+hoff
其中参数θmax、Δhmax和hoff最初是未知的。
图16中的示意图1600显示了作为以弧度度量表示的旋转角θ的函数的测量高度分布h(θ,d0)的示例。高度变化或高度分布以微米表示。图16中的点1610代表高度传感器460在旋转程序过程中的测量点。实线1620代表拟合到测量点1610的函数。举例来说，数值优化算法(例如Levenberg-Marquardt算法)可用于拟合测量点1610。根据测量数据1610与上述函数的拟合结果来确定参数θmax、Δhmax和hoff。
在掩模700的任意点处的高度变化，例如在点1520处，可藉由高度分布h(θ,d0)的线性内插和/或线性外推来确定：
Figure BDA0004113563660000231
其中h(θ,d0)描述了作为旋转角θ和距旋转轴的距离d的函数的掩模700的高度分布。
图17中的流程图1700再次显示了确定掩模270、410、700在样品台100上的对准的过程的示例性步骤，其中样品台100可沿平行于样品台100的夹盘表面195、265的至少一轴进行移位，且可绕垂直于夹盘表面195、265的至少一轴250、1450旋转。该方法开始于步骤1710。
下一步骤1720包含确定掩模270、410、700的倾斜位置。为此目的，高度传感器460测量掩模上至少三个点的z坐标，其中三个测量点不位于一条直线。
步骤1730包含确定将样品台100的坐标系统与掩模270、410、700的坐标系统结合的仿射转换的参数。为此目的，藉由粒子束源440的粒子束450来测量掩模270、410、700的至少两个标记710、730、750的坐标。
步骤1720和1730都是选择性的步骤，因此在图17中用虚线框表示。
在步骤1740中，样品台100旋转一预定角度，且在相对于旋转轴250、1450的非零距离处旋转的过程中测量掩模270、410、700的高度变化，以确定掩模270、410、700的对准。
方法在步骤1750结束。
最后，图18a和18b中的流程图1800更详细地显示了图17中所解释的方法。方法开始于步骤1805。
在下一步骤1810中，至少一个高度传感器460测量掩模270、410、700上不位于一条直线的至少三个点的高度差。在步骤1815中，根据所测量的高度差来确定掩模270、410、700的倾斜位置。
接着，在步骤1820中，藉由至少一个粒子束源440的粒子束450来确定掩模270、410、700的至少两个标记710、730、750的第一组坐标。
在步骤1825中，基于第一组测量坐标和由掩模制造商所提供的至少两个标记710、730、750的坐标，确定将掩模270、410、700的坐标系统与样品台100的坐标系统组合的仿射转换的参数。
四个步骤1810至1825为选择性的步骤，因此在图18中用虚线框表示。
在步骤1830中，高度传感器460位于由至少一粒子束源440的粒子束450进行测量的至少两个标记710、730、750的其中一者的中心。之后，在步骤1835中，确定至少一个粒子束源440的粒子束450的入射点和高度传感器460的粒子束470的入射点之间的距离490。
举例来说，仅当距离490为未知时才必须执行步骤1830和1835。这种情况以两个选择性步骤周围的点状框来说明。
在步骤1840中，掩模270、410、700旋转0°<α<180°角度。所产生的旋转较佳为90°的角度。
然后，在步骤1845中，藉由至少一个粒子束源440的粒子束450来测量掩模270、410、700的至少两个标记710、730、750的第二组坐标。之后，在步骤1850中，确定掩模270、410、700上的旋转轴1450的坐标。
步骤1840到1850为选择性的步骤，因此在图18中以围绕它们的点状框示出。举例来说，它们可以仅在掩模270、410、700上的旋转轴1450的位置未知的情况下执行。例如，如果样品台100的坐标系统中的至少一个粒子束源440的粒子束450的坐标丢失，就会出现这种情况。
在步骤1855中，旋转轴1450在样品台100的帮助下选择性地移位，使得其坐标对应于至少一个粒子束源440的粒子束450的入射点的坐标。
在下一步骤1860中，样品台100旋转一预定角度，且测量在旋转期间的掩模270、410、700的高度变化h(θ,d0)。
之后，在步骤1865中，可根据所测量的高度变化h(θ,d0)来确定掩模的摆动运动。方法最后结束于步骤1870。

Claims (20)

1.一种用以在样品台(100)上确定掩模(270,410,700)的对准的方法(1700,1800)，所述样品台(100)沿平行于所述样品台(100)的夹盘表面(195,265)的至少一个轴为可移位且绕垂直于所述夹盘表面(195,265)的至少一个轴(250)为可旋转，其中所述方法(1700,1800)包含以下步骤：
将所述样品台(100)旋转预定角度并测量所述掩模(270,410,700)在相对于所述旋转轴(1450)以预定非零距离(490)进行旋转的过程中的高度变化(1570)，用于确定所述掩模(270,410,700)在所述样品台(100)上的所述对准。
2.如权利要求1所述的方法(1700,1800)，其中所述样品台(100)旋转的角度大于或等于：60°、较佳90°、更佳180°、最佳360°。
3.如前述权利要求的其中一项所述的方法(1700,1800)，其中所述方法(1700,1800)包含用以预先确定相对于所述旋转轴(1450)的所述非零距离的附加步骤。
4.如前述权利要求的其中任一项所述的方法(1700,1800)，其中所述方法(1700,1800)包含用以确定所述旋转轴(1450)在所述掩模(270,410,700)的表面(430)上的坐标的附加步骤。
5.如权利要求4所述的方法(1700,1800)，其中决定所述旋转轴(1450)的坐标包含：
a.藉由粒子束源(440)的粒子束(450)测量所述掩模(270,410,700)的至少两个标记(710,730,750)的第一组坐标，而不旋转所述掩模(270,410,700)；
b.以0 70,410,70或1800,410,700)的角度旋转所述掩模(270,410,700)；以及
c.藉由所述粒子束源(440)的所述粒子束(450)测量旋转的掩模(270,410,700)的所述至少两个标记(710,730,750)的一第二组坐标。
6.如权利要求5所述的方法(1700,1800)，其中确定所述旋转轴(1450)的坐标包含：从所述至少两个标记(710,730,750)的第一组和第二组的测量坐标来确定所述旋转轴(1450)的坐标。
7.如权利要求5或6所述的方法(1700,1800)，其中测量所述至少两个标记(710,730,750)通过至少一个粒子束源(440)来实现，所述粒子束源(440)被配置为从以下群组中产生至少一个聚焦粒子束(450)：光子束、电子束、离子束、原子束和分子束。
8.如权利要求3-7的其中任一项所述的方法(1700,1800)，其中预先确定相对于所述旋转轴(1450)的所述非零距离包含：确定至少一个高度传感器(460)的粒子束(470)在所述掩模(270,410,700)上的入射点的坐标。
9.如权利要求8所述的方法(1700,1800)，其中确定所述至少一个高度传感器(460)的所述粒子束(470)的所述入射点的坐标包含：扫描所述样品台(100)，以将所述至少一个高度传感器(460)居中在如权利要求5所述的所述至少两个标记(710,730,750)中的至少一个之上。
10.如权利要求9所述的方法(1700,1800)，其中扫描所述样品台(100)包含适用于所述至少两个标记(710,730,750)的扫描路径(810,820,830,1010,1020,1030)。
11.如前述权利要求的其中任一项所述的方法(1700,1800)，其中测量所述高度变化(1570)包含：移位所述旋转轴(1450)于粒子束源(440)的粒子束(450)在所述掩模(270,410,700)上的入射点之下。
12.如前述权利要求的其中任一项所述的方法(1700,1800)，更包含以下步骤：针对偏离所述预定非零距离(490)的数值，内插和/或外推所述掩模(270,410,700)的所测量的高度变化(1570)。
13.如前述权利要求的其中任一项所述的方法(1700,1800)，更包含以下步骤：测量所述掩模(270,410,700)在所述旋转轴(1450)上的z坐标。
14.如前述权利要求的其中任一项所述的方法(1700,1800)，其中所述样品台(100)沿平行于所述夹盘表面(195,265)的至少两个轴为可移位，且其中所述方法(1700,1800)还包含以下步骤：
a.藉由粒子束源(440)的粒子束(450)来测量所述掩模(270,410,700)的至少两个标记(710,730,750)的坐标，而不以所述样品台(100)旋转所述掩模(270,410,700)；以及
b.根据所测量的坐标确定所述掩模(270,410,700)的坐标系统和所述样品台(100)的坐标系统之间的仿射转换。
15.如权利要求5-14的其中任一项所述的方法(1700,1800)，更包含以下步骤：根据所述第一组坐标确定所述掩模(270,410,700)的坐标系统和所述样品台(100)的坐标系统之间的仿射转换。
16.如权利要求14或15所述的方法(1700,1800)，其中确定所述仿射转换包含：确定所述掩模的所述坐标系统和所述样品台的所述坐标系统相对于彼此的平移、缩放和旋转的参数。
17.如前述权利要求的其中任一项所述的方法(1700,1800)，其中所述样品台(100)沿平行于所述样品台(100)的所述夹盘表面(195,265)的至少两个轴为可移位，且其中所述方法(1700,1800)还包含以下步骤：藉由所述至少一个高度传感器(460)，在不旋转所述样品台(100)的情况下，测量所述掩模(270,410,700)上不位于一条直线的至少三个点的高度差。
18.如权利要求17所述的方法(1700,1800)，更包含以下步骤：从所述测量的高度差内插和/或外推在偏离三个测量点的所述掩模(270,410,700)的位置处的高度差。
19.一种用以确定掩模(270,410,700)在样品台(100)上的对准的装置，所述样品台(100)沿平行于所述样品台(100)的夹盘表面(195,265)的至少一个轴为可移位，且绕垂直于所述夹盘表面(195,265)的至少一个轴为可旋转，所述装置包含：
至少一个高度传感器(460)，其配置为在所述样品台(100)旋转预定角度期间测量高度变化(1570)，其中所述至少一个高度传感器(460)相对于所述旋转轴(1450)处于预定非零距离(490)，用以确定所述掩模(270,410,700)在所述样品台(100)上的所述对准。
20.一种包含指令的计算机程序，其中当所述指令由计算机系统执行时，使所述计算机系统执行如权利要求1至18的其中任一项所述的方法步骤。
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