CN1831653A - 一种修正光学投影装置中平面缺陷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学投影装置领域，具体公开了一种修正光学投影装置中平面缺陷的方法，其包括如下步骤：首先对光学平面进行扫描测量得到待测光学平面的原面形数据；其次通过插值计算方法对测量结果进行平滑处理；最后对插值计算结果进行滤波得到新面形数据组成。本发明通过采用数学处理方法，可以弥补因机械加工等因素造成的不可避免的缺陷，提高光学投影装置中平面的平整度；本发明修正方法具有简单实用、经济有效、成本低等优点。

Description

一种修正光学投影装置中平面缺陷的方法

技术领域

本发明涉及光学投影装置中平面不平整度测试校正方法，特别是涉及一种修正光学投影装置中平面缺陷的方法。

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，工件台和掩模台的平整度势必直接影响曝光于硅片上的图样质量。尽管上述光学平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，也使光刻机系统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(专利号：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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种修正光学投影装置中平面缺陷的方法，该方法通过借助光学投影装置自身干涉仪装置对平面进行扫描，得到平面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平面平整度精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种修正光学投影装置中平面缺陷的方法，其特征在于，包括如下步骤：首先对光学平面进行扫描测量得到待测光学平面的原面形数据；其次通过插值计算方法对测量结果进行平滑处理；最后对插值计算结果进行滤波得到新面形数据组成。

进一步，所述的对光学平面进行扫描测量步骤借助光学投影装置自身干涉仪，以一定步长在整个光学平面内进行采样，通过读取干涉仪测量数据，得到光学平面平移面形和旋转面形数据。

所述的插值计算方法为借助公知的插值方法对测量结果进行平滑处理，如线性样条插值方法、牛顿插值方法、斯特林插值方法等。

所述的对计算结果滤波得到新面形数据包括对新面形值附加一定权重，以降低校正面形值的整体噪声水平。

由以上公开的技术方案可知，与现有技术相比：本发明通过采用数学处理方法，可以弥补因机械加工等因素造成的不可避免的缺陷，提高光学投影装置中平面的平整度；校正后面形精度可提高至纳米量级，该精度理论上仅依赖于测量用干涉仪自身的测量精度；此外由于本发明修正光学投影装置中平面缺陷的方法可以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。本发明修正方法具有简单实用、经济有效、成本低等优点。

附图说明

图1为借助光学投影装置自身干涉仪对平面进行扫描的示意图；

图2为相对于基准平面干涉仪测量示意图；

图3为待测平面平移面形测量值与拟合计算结果曲线图。

图中标记说明：1-待测校平面；2-Y向处于某一水平高度的第一支干涉仪；3-Y向处于同一水平高度的第二支干涉仪；4-X向处于某一水平高度的第一支干涉仪；5-X向处于同一水平高度的第二支干涉仪；6-基准标准平面；d-干涉仪2、3水平间距。XYZ坐标系如图所示，Rx、Ry、Rz分别对应绕X、Y、Z轴的旋转量。position对应平面上测量点位置，Xm、Xt分别对应待测平面面形测量值及校正结果。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对发明作进一步的描述。

本发明修正光学投影装置中平面缺陷的方法，包括如下步骤：首先对待测校光学平面进行扫描测量得到待测校光学平面的原面形数据；其次通过插值计算方法对测量结果进行平滑处理；最后对插值计算结果进行滤波得到新面形数据组成。

参见图1，待测校平面1沿X方向扫描运动，在此过程中，X向干涉仪4和5相对于平面的位置保持固定不变，故利用4和5测得的平面旋转度为定值，即平面沿X方向扫描不影响Rx。然而，Y向干涉仪2和3在方镜上位置变化会影响利用2和3测得的平面旋转度Ry。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2和3测量结果，如图2所示，干涉仪2和3到基准平面的垂向距离y₂(x)和y₃(x)分别为：

y₂(x)＝m₂(x)+M(x+d/2)                        (2)

y₃(x)＝m3₍x)+M(x-d/2)                        (3)

由此得到待测校平面平移面形及旋转面形分别为：

$y\left(x\right)=\frac{y_2\left(x\right)+y_3\left(x\right)}{2}---\left(4\right)$

$\mathrm{Ry}\left(x\right)=\frac{y_2\left(x\right)-y_3\left(x\right)}{d}---\left(5\right)$

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。更进一步地，若扫描步长恰等于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(位元)。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Y向干涉仪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，可重现方镜平移面形。由此，在Y向干涉仪2和3的高度平面上，可以描述待测平面1的平移形貌。在不同的起始位置多次重复该过程，并对测量结果取算术平均，即可得待测平面平移面形。

基于测量得到的面形数据，采用线性样条插值处理方法进行处理：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

$f\left(x\right)=\mathrm{af}\left(x_i\right)+\mathrm{bf}\left(x_{i+1}\right)+\frac{1}{6}{(x_{i+1}-x_i)}^2\{(a^3-a)S\left(x_i\right)+(b^3-b)S\left(x_{i+1}\right)\}---\left(6\right)$

其中线性样条插值系数

a＝(x_i+1-x)/(x_i+1-x_i)                           (7)

b＝(x-x_i)/(x_i+1-x_i)                            (8)

将样条插值结果与原始测量面形数据相减，即得面形残差，此即校正

res_i＝(0.2res_i-2+0.6res_i-1+res_i+0.6res_i+1+0.2res_i+2)/2.6面形。为降低校正面形值的整体噪声水平，可采用下式对面形数据滤波：

                                                (9)

基于上述理论方法，利用实际测量结果Xm可以计算得到待测平面形貌的残差数据Xt，具体数据如下表所示，对应的曲线如图3所示。

测量位置position(mm)	测量值Xm(nm)	拟合值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

由图3可知，该平面不平整度最大残差为14.080nm。利用本发明所述方法进行面形测量校正后，得到面形拟合曲线。在基于该平面的应用中，考虑理论拟合残差值的影响，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。理论拟合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0.001nm。

虽然已公开了本发明的优选实施例，但本领域技术人员将会意识到，在不背离权利要求书中公开的本发明的范围的情况下，任何各种修改、添加和替换均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种修正光学投影装置中平面缺陷的方法，其特征在于，包括如下步骤：首先对待测校光学平面进行扫描测量得到原始面形数据；其次通过插值计算方法对测量结果进行平滑处理；最后对插值计算结果进行滤波得到新面形数据组成。

2.根据权利要求1所述的修正光学投影装置中平面缺陷的方法，其特征在于，所述的对光学平面进行扫描测量步骤借助光学投影装置自身干涉仪，以一定步长在整个光学平面内进行采样，通过读取干涉仪测量数据，得到光学平面平移面形和旋转面形数据。

3.根据权利要求1所述的修正光学投影装置中平面缺陷的方法，其特征在于，所述的插值计算方法为线性样条插值处理方法。

4.根据权利要求1所述的修正光学投影装置中平面缺陷的方法，其特征在于，所述的对计算结果滤波得到新面形数据包括对新面形值附加一定权重，以降低校正面形值的整体噪声水平。

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