TW202334762A - 在沿至少一軸可位移且對至少一軸可旋轉的樣品台上確定對準光罩的裝置和方法以及包含指令的電腦程式 - Google Patents

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Abstract

本發明關於用以在一樣品台(100)上確定一光罩(270、410、700)的對準的方法(1700、1800)，樣品台(100)可沿平行於樣品台(100)的夾盤表面(195、265)的至少一軸位移且對垂直於夾盤表面(195、265)的至少一旋轉軸(250)為可旋轉，其中方法包含以下步驟： 將樣品台(100)旋轉一預定角度並量測光罩(270、410、700)在相對於旋轉軸(1450)以一預定非零距離(490)進行旋轉的過程中的一高度變化(1570)，用於確定光罩(270、410、700)在樣品台(100)上的對準。

Description

在沿至少一軸可位移且對至少一軸可旋轉的樣品台上確定對準光罩的裝置和方法以及包含指令的電腦程式
[相關專利參照]
本申請案主張2021年7月30日向德國專利商標局提申的德國專利申請案DE 10 2020 209 638.4的優先權，其名稱為「Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Ausrichtung einer Fotomaske auf einem Probentisch, der entlang zumindest einer Achse verschiebbar und zumindest um eine Achse drehbar ist」。德國專利申請案DE 10 2020 209 638.4整體內容以引用的方式併入本專利申請案。
本發明關於用以在沿至少一軸可位移且對至少一軸可旋轉的樣品台上確定光罩的對準的方法和裝置。特別地，本發明關於用以在沿平行於夾盤表面的至少一軸可位移且對垂直於樣品台的夾盤表面的至少一軸可旋轉的樣品台上確定光罩的對準的方法和裝置。
由於半導體產業的積體密度不斷提高，光學微影光罩必須在晶圓上成像越來越小的結構。生產成像到晶圓上的小尺寸結構需要具有更小的結構或圖案元件的光學微影光罩或用於奈米壓印微影的模板。因此，生產光學微影光罩或用於奈米壓印微影的模板的程序變得越來越複雜，並因此越來越耗時，且最終也越來越昂貴。由於光學微影光罩或模板的圖案元件的結構尺寸很小，無法排除光罩或模板生產過程中的故障。只要有可能，這些都必須進行修復。
舉例來說，通常藉由在修復位置提供一或多種製程或前驅物氣體並以電子束掃描缺陷來修復光學微影光罩、光學光罩、曝光光罩或僅光罩的故障或缺陷。電子束通常會引發局部化學反應，這取決於所使用的前驅物氣體而導致局部蝕刻過程，其可用於從光罩或用於奈米壓印的模板中移除局部多餘材料。或者，在存在相應的前驅物氣體的情況下，電子束引發局部化學沉積反應，其將材料局部地沉積在光罩上，從而替代光罩的局部缺失材料。
光學微影光罩的缺陷的另一個原因是例如由於光罩的處理和光罩上的沉積而產生的顆粒。干擾光罩成像的這些顆粒同樣必須從光罩上移除。首先可藉由局部粒子束誘導蝕刻製程將干擾粒子從光罩中移除。此外，有可能使用顯微操作器，例如掃描探針顯微鏡的形式，以通過粒子的機械加工將多餘的材料(例如存在於光罩上的顆粒)從光罩移除。
由於光罩結構越來越小且用以曝光光罩的光化波長越來越短，越來越小的缺陷及/或越來越小的顆粒對光罩的成像行為具有干擾作用。在這點上，例如在用於極紫外(EUV)波長範圍的光罩的情況下，光化波長在大約10 nm至15 nm的範圍內。這意味著需要更好的工具來處理光學微影光罩的缺陷。此外，這種發展的結果是，為修復目的必須能夠接近的已識別缺陷的準確度要求也越來越高。
首先，由於對準確度的要求越來越高，且其次由於樣品台移動的可能性越來越大，光罩相對於樣品台或光罩板的精確對準或校準變得越來越複雜且更昂貴。因此，樣品台上待修復光罩的對準或校準對缺陷光罩的修復時間的影響越來越大。因此，該修復時間變得更長、或待修復的光罩的產量變得更低。
因此，本發明所解決的問題是指定一種方法和一種裝置，以改進光罩對準的確定。
根據本發明的一示例性具體實施例，藉由本申請案的申請專利範圍的獨立項的標的至少部分地解決了這個問題。在申請專利範圍附屬項中描述了示例性具體實施例。
第一具體實施例係關於一種用以確定在一樣品台上的一光罩的對準的方法，該樣品台可沿平行於樣品台的一夾盤表面的至少一軸位移且可繞垂直於夾盤表面的至少一軸旋轉。方法包含以下步驟：將樣品台旋轉一預定角度，並量測光罩在相對於旋轉軸以一預定非零距離進行旋轉的過程中的高度變化，用以確定光罩在樣品台上的對準。
光罩的樣品台通常具有三個相互垂直的平移軸。承載了待修復光罩的樣品台不僅可以在三個方向上移動，還可繞垂直於樣品台表面的一軸旋轉，樣品台由於可從不同側對缺陷進行成像及/或處理而擴展了缺陷修復的可能性。此外，與由兩個相互垂直的位移所組成的運動相比，可藉由組合的旋轉和平移運動，以更簡單的形式將具有特定輪廓的缺陷追蹤到處理位置。
然而，發明人已經發現，樣品台繞垂直於夾盤表面的z軸的旋轉會導致位在旋轉軸外的處理位置處的高度變化。光罩的高度變化是由未垂直於光罩表面對齊的旋轉軸所引起的。不垂直於光罩的旋轉軸將導致光罩在其旋轉期間的擺動運動。因此，處理缺陷的工具可能會在 z 方向上錯誤地定位，即垂直於夾盤表面。結果，在最壞的情況下，在樣品台的旋轉運動期間，修復工具可能會由於意外的機械接觸而損壞無缺陷的光罩位置。
根據本發明的方法確定了樣品台在光罩上的缺陷處理位置處的旋轉所引起的高度變化。缺陷處理位置可位在光罩上的任何所需位置。因此，根據本發明的方法充分地利用了可旋轉樣品台帶來的改進的缺陷修復可能性。此外，根據本發明的方法避免了在旋轉程序期間對光罩的意外損壞。
樣品台可旋轉的角度大於或等於：60°、較佳為90°、更佳為180°、最佳為360°。
隨著旋轉角度的增加，確定光罩在旋轉期間的高度變化或高度分佈的準確度有所提高。因此選擇盡可能大的旋轉角度是有利的，即約360°。具有更大旋轉角度的旋轉只會改善資料記錄統計。
光罩可包含透射式光罩或反射式光罩。透射式光罩可包含任意傳統光罩，例如二元光罩、相移光罩、或用於多次曝光的光罩。反射式光罩可包含用於極紫外(EUV)波長範圍的光罩，特別是二元光罩或相移光罩。然而，光罩也可包含用於奈米壓印微影的模板。
樣品台可為修復工具的樣品台。特別地，修復工具可引起局部蝕刻及/或沉積過程。此外，修復工具可包含一或多個掃描探針顯微鏡，其可使用作為用以處理缺陷的操縱器或顯微操作器。
高度變化可由至少一高度感測器進行量測。
根據本發明的方法可包含用以預先確定相對於旋轉軸的非零距離的額外步驟。此外，根據本發明的方法可包含用以確定光罩表面上的旋轉軸的座標的額外步驟。
確定旋轉軸的座標可包含：(a)藉由至少一粒子束源的粒子束來量測光罩的至少兩個標記的第一組座標，而不旋轉光罩；(b)將光罩旋轉一角度 0° ＜ θ ＜ 180°或 180° ＜ θ ＜ 360°；以及(c)藉由粒子束源的粒子束來量測旋轉光罩的至少兩個標記的第二組座標。
光罩通常具有許多標記，這些標記通常以規則的間隔施加在由圖案所構成的光罩的一側上。每個標記通常具有一個參考點。光罩座標(u,v)(其通常由光罩製造商指定)指的就是該點。光罩的缺陷的座標(u D, v D)也稱作這些參考點。為了在量測標記的兩個參考點時最大化量測準確度，使用在光罩上彼此相距盡可能遠的標記是有利的。
根據兩個標記的兩個量測座標組，其中在量測第二組之前旋轉光罩，可確定光罩旋轉軸的座標。
此外，確定旋轉軸的座標可包含：在為了量測第一組及/或第二組座標而接近至少兩個標記之前及/或在旋轉樣品台之前，降低樣品台。
此措施防止粒子束源及/或一或多個掃描探針顯微鏡或其顯微操作器在光罩移動期間能夠無意地接觸到光罩表面。
確定旋轉軸的座標可包含：根據至少兩個標記的第一和第二組量測座標來確定旋轉軸的座標。
在確定旋轉軸或確定旋轉軸的座標時，選擇在 90° 範圍的旋轉角度可最佳化準確度。因此，為光罩的旋轉選擇在 90° 範圍的角度是有利的。
量測至少兩個標記可藉由至少一粒子束源來實現，該至少一粒子束源係組態以產生來自以下群組的至少一聚焦粒子束：光子束、電子束、離子束、原子束、和分子束。
掃描電子顯微鏡(SEM)或改良的SEM的電子束通常用於量測標記或其參考點。電子束可聚焦到一個非常小的點(D S＜ 1 nm)。這使得在確定標記的參考點時具有非常高的橫向解析度。此外，以電子束對標記進行成像不會對標記以及因此不會對整個光罩造成損壞、或僅造成很小的損壞。標記可手動及/或以自動的形式進行成像。舉例來說，這可藉由將標記的特定結構(例如其參考點)居中在SEM影像中來完成。在將電子束相對於標記居中後，樣品台的量測轉換器將指示所尋求的座標值。
預先確定相對於旋轉軸的非零距離可包含：確定至少一高度感測器的粒子束在光罩上的入射點的座標。至少一高度感測器的粒子束可包含無質量粒子束(例如光子束或光束)及/或具有質量的粒子束(例如電子束)。
為了準確地確定在樣品台旋轉過程中的光罩的高度變化，需要知道旋轉軸的座標與高度感測器的粒子束在光罩上的入射點的座標之間的距離。量測此距離將有可能確定在樣品台旋轉期間的高度感測器的粒子束在光罩上的入射點的圓或圓段的半徑，從而確定在量測高度變化期間的光罩的半徑。
確定至少一高度感測器的粒子束的入射點的座標可包含：掃描樣品台，以將至少一高度感測器集中在至少兩個標記的其中至少一者上方。
掃描樣品台可包含適用於至少兩個標記之一的掃描路徑。
掃描樣品台可包含移動樣品台而不旋轉樣品台。掃描樣品台可包含：(a)在相對於待掃描標記的對角線方向上第一次掃描樣品台；(b)將第二次掃描的掃描路徑垂直於第一次掃描路徑移動一預定距離；(c)重複步驟(b)，直到重複掃描遇到掃描標記的參考點。
此外，掃描樣品台可包含：旋轉樣品台，使得一掃描圓段覆蓋至少兩個標記中的至少一個的至少一部分。
此外，掃描樣品台可包含：執行掃描，使得用以使至少一高度感測器集中的掃描時間達到最小值。
識別標記的參考點是一個複雜的過程。與粒子束源的粒子束相反，高度感測器的粒子束不能在光罩上掃描。相反，承載光罩的樣品台的大部分(包含光罩本身)必須移動，以確定光罩標記的參考點位於高度感測器的粒子束入射點下方的位置。因此，選擇樣品台的掃描以最小化所需掃描路徑的長度並因此最小化掃描所需的時間是非常有利的。
量測高度變化可包含：位移旋轉軸於至少一粒子束源的粒子束在光罩上的入射點之下。
量測高度變化可包含：位移旋轉軸的座標於粒子束在光罩上的入射點之下。
藉由確定光罩上旋轉軸的座標，如前文所解釋，有可能確定高度感測器和旋轉軸之間的距離，因此而得知高度感測器的粒子束的入射點在高度變化的量測期間繞旋轉軸運行的圓或圓段的半徑。
根據本發明的方法可更包含以下步驟：針對偏離預定非零距離的數值，內插及/或外推光罩的量測高度變化。內插及/或外推量測的高度變化可包含：將量測的高度變化擬合到數學模型。將量測的高度變化擬合到數學模型可包含擬合至函數曲線。
方法可更包含以下步驟：針對不對應於粒子束源的至少一粒子束與至少一個高度感測器的粒子束的入射點之間距離的一距離，內插及/或外插光罩的量測高度變化，用於確定光罩上任意位置的高度變化。內插及/或外推可包含線性內插及/或線性外推。
量測高度變化可更包含：確定旋轉軸相對垂直於樣品台的光罩的定向及/或確定樣品台旋轉期間的最大高度變化。
垂直於樣品台的夾盤表面對應於樣品台座標系統的 z 軸。旋轉軸的定向相對於夾盤表面的垂線的偏差、或旋轉軸相對於 z 軸的傾斜本身不會導致在由於樣品台旋轉而導致光罩旋轉的過程中由至少一高度感測器所量測到的高度變化。相反，只有當樣品台的旋轉軸沒有垂直於光罩的表面對齊時(即如果旋轉軸相對光罩的法線傾斜)，會在樣品台旋轉時引起光罩的高度變化。
此外，量測高度變化可包含：在樣品台旋轉之前，將至少一高度感測器設置到其量測區域的中心位置。這確保高度感測器可在樣品台旋轉期間偵測整個高度變化。
根據本發明的方法可進一步包含以下步驟：量測光罩在旋轉軸上的z座標。此外，根據本發明的方法可包含以下步驟：量測光罩在旋轉軸的座標處的z座標。
樣品台可沿平行於夾盤表面的至少兩個軸移動，且根據本發明的方法可進一步包含以下步驟：(a)藉由至少一粒子束源的粒子束來量測至少兩個標記的座標，而不以樣品台旋轉光罩；(b)確定光罩的座標系統和樣品台的座標系統之間的仿射轉換。與樣品台相關聯的座標系統可為與夾盤表面相關的座標系統。
用以確定光罩對準的方法可分為至少兩個步驟。可根據所需來選擇兩個步驟的順序。在下文中假設這兩個步驟不會相互影響。在一步驟中，分配給光罩設計的光罩座標u、v(該光罩座標通常由光罩製造商提供並因此形成分配給光罩的座標系統)與關連於樣品台的座標系統(x,y)具有一對一的關係。這較佳為與樣品台的夾盤表面相關的座標系統。如前文所解釋，進一步的步驟包含確定未垂直於光罩表面定向的旋轉軸的影響。為此，樣品台將光罩旋轉一預定角度，並量測在過程中發生的高度變化。根據量測資料，有可能確定光罩在其旋轉及/或其位移期間的高度變化。
在執行了根據本發明的方法之後，通常在光罩座標中指定的缺陷的座標u D、v D可轉換為樣品台的座標系統x D、y D、z D，作為旋轉角度θ的函數。特別地，有可能確定光罩的高度位置或在其修復位置處的缺陷的高度位置。樣品台可將位在其上的光罩帶到缺陷的設想修復位置。此外，修復工具可非常精確地定位，以處理缺陷。
根據本發明的方法可更包含以下步驟：從光罩的至少兩個標記的第一組座標來確定光罩的座標系統和樣品台的座標系統之間的仿射轉換。
為了方法的經濟性，再次使用兩個標記的第一個量測座標組(其為了確定旋轉軸的座標而量測)來確定仿射轉換是有利的。然而，也有可能選擇光罩的兩個新標記並以至少一粒子束源的粒子束來量測它們。
確定仿射轉換可包含：基於至少兩個標記的量測座標來確定光罩和樣品台的座標系統相對於彼此的平移、縮放和旋轉的參數。
根據兩個標記的兩個量測參考點x 1、y1和x 2、y 2以及光罩製造商在光罩座標系統中所預先定義的兩個參考點u 1、v 1和u 2、v 2，有可能確定四個參數：位移的兩個參數 (a, b)、旋轉的一個參數(α)、和縮放的一個參數(s)。
確定仿射轉換可包含：量測光罩的至少三個標記的座標，並確定光罩和樣品台的座標系統的平移、縮放、旋轉、剪切和平行拉伸的參數。可藉助2x3矩陣來描述所列的仿射轉換的任意組合。確定六個矩陣係數需要六個方程式，這些方程式可藉由至少三個標記的量測來確定。
可在六個方程式的幫助下確定六個參數。除了前文已經確定的四個參數外，還有剪切和平行拉伸的參數。
至少一高度感測器及/或至少一個粒子束源可與樣品台的座標系統具有已知的關係。
樣品台可沿著平行於樣品台的夾盤表面的至少兩個軸移動，且根據本發明的方法可更包含以下步驟：在不旋轉樣品台的情況下，藉由至少一高度感測器來量測光罩上不位於一直線上的至少三個點的高度差。
根據本發明的方法可更包含以下步驟：從量測的高度差，內插及/或外推在偏離三個量測點的光罩的一位置處的高度差。內插及/或外插可包含線性內插及/或線性外插。
內插及/或外推步驟使得有可能根據三個量測點的量測資料來計算由於光罩的歪斜位置或傾斜位置而造成的光罩的每一點的高度。
因此，用以確定光罩對準的方法可分為三個部分。可根據所需來選擇執行該方法的各個部分的順序。然而，最好是先執行最後提到的部分。基於所量測的高度差，有可能(如上文所述)確定光罩在樣品台上的傾斜或歪斜位置。當針對該方法的其他部分進行量測時，可以考慮此位置。因此，當為了將該光罩帶到量測所需的位置而進行光罩的平移運動時，有可能可靠地防止對光罩的損壞。
在執行了根據本發明的方法之後，通常在光罩座標中指定的缺陷座標(u D, v D)可轉換為樣品台的座標系統(x D, y D, z D)。特別地，有可能確定光罩的高度位置或在其修復位置處的缺陷的高度位置。樣品台可將位在其上的光罩帶到所設想的缺陷修復位置。此外，修復工具可非常精確地定位以處理缺陷。
光罩前側(即帶有圖案的一側)上的點的z座標或高度由三個貢獻所組成：(a)光罩在旋轉軸的位置處的高度，(b)由於光罩的傾斜位置，所考慮的點相對於旋轉軸的高度變化，以及(c)由於旋轉軸未垂直於光罩表面定向，所考慮的點相對於旋轉軸的高度變化。所考慮的點的實際 z 座標是這三個貢獻相加的結果。這三個貢獻是相加的，並且取決於旋轉角度θ。
在第一具體實施例中，一種用於確定樣品台上的光罩對準的裝置(其中樣品台可沿平行於樣品台的夾盤表面的至少一軸位移，並可繞垂直於夾盤表面的至少一軸旋轉)包含：至少一高度感測器，其組態以在樣品台旋轉一預定角度期間量測高度變化，其中至少一高度感測器位於相對於旋轉軸的一預定非零距離處，用於確定樣品台上的光罩的對準。
高度感測器可包含一彩色共焦感測器。高度感測器可更包含來自以下群組中的至少一元件：光學顯微鏡、電容式距離感測器、干涉儀和掃描探針顯微鏡。掃描探針顯微鏡可包含原子力顯微鏡(AFM)、掃描穿隧顯微鏡(STM)、磁力顯微鏡、掃描近場光學顯微鏡、和掃描近場聲學顯微鏡。此外，高度感測器可包含掃描電子顯微鏡(SEM)。
裝置可組態以執行根據本發明的方法的步驟。裝置可組態以自動化形式執行根據本發明的方法。特別地，裝置可組態以自動地執行根據本發明的方法的不同態樣本身或與其他態樣結合。
最後，電腦程式可包含指令，當執行由電腦系統執行時，將使電腦系統執行上述方法的方法步驟。
下文將解釋根據本發明的方法和根據本發明的裝置的當前較佳具體實施例。將基於確定樣品台上光罩的對準來詳細解釋根據本發明的方法，該樣品台除了三個平移軸之外還具有一個旋轉軸。在應用這裡描述的方法時，樣品台不必具有三個平移軸；一個平行於樣品接收表面的位移軸和一個垂直於樣品接收表面的旋轉軸就足夠了。此外，根據本發明的方法和根據本發明的裝置不限於光罩在樣品台上的對準。而是，它們不僅可用於對齊用於奈米壓印微影的模板，還可用於對齊微系統技術中的任意組件(若該組件具有標記)。
圖1顯示了具有三個平移軸和一個旋轉軸的示例性樣品台100的示意圖。平移軸基本上相互垂直，並因此形成正交座標系統。樣品台100在下文中也稱作光罩台100或台100。樣品台100的底板110具有導軌120，用於在y方向上移動樣品台100的夾盤表面。樣品台100的滑動件130可沿著y軸在導軌120上移動。在其頂側，滑動件130承載導軌140，使得樣品台100的樣品台100的第二滑動件150能夠沿x方向移動。第二滑動件150在z方向上形成用於位移單元170的底板160。旋轉軸180在z方向上配置在樣品台100的位移單元170上，該旋轉軸平行於z方向定向或對齊。旋轉軸180承載夾盤190、光罩支架190或光罩板190。在下文中，夾盤190的夾盤表面195表示沒有圖案的光罩在其下側在夾盤190上所承載的點的總和。
在此處(以及說明書中的其他地方)，若使用根據現有技術的量測裝置來量測變量，「基本上」一詞表示在其誤差範圍內的量測變量。
圖2中的示意圖200顯示了穿過圖1中的樣品台100的示意截面圖。樣品台100的座標系統另標示於左側。座標系統x b、y b、z b與圖1中的樣品台100的底板205相關。
底板205承載導軌210，用以在y方向上移動滑動件215，y方向與繪圖平面垂直。滑動件215在其頂側具有導軌220，用以在x方向上移動第二滑動件225。第二滑動件225在z方向上形成用於位移單元235的底板。位移單元235在固定銷230的幫助下固定在第二滑動件225上。藉由移動楔形件237，上板245可在z方向上移動。
在承載於位移單元235上的上板245上，旋轉軸250又藉助於銷255而固定。與上板245的頂側相關聯的座標系統在下文中縮寫為x w、y w、z w。圖1的樣品台100的旋轉軸250定向在z方向。如前文所解釋，旋轉軸250承載夾盤260或夾盤表面265。夾盤260可包含三點安裝。然而，夾盤260也有可能藉助靜電力(靜電夾盤)或通過產生真空(真空夾盤)將光罩270固定在夾盤260上。與夾盤260的頂側相關聯的座標在下文中標示為x ch、y ch、z ch。
夾盤260或光罩板260承載光罩270。光罩270可為透射光罩或反射光罩。光罩270通常至少包含基板275及圖案280。基板275可為包含石英基板及/或具有低熱膨脹係數的材料(LTE(低熱膨脹)基板)。圖案280可為二元光罩270的圖案。在這種情況下，圖案280可包含吸收體結構且可包含例如鉻。然而，圖案280也可包含相移光罩270的圖案280。舉例來說，可藉由將相應的圖案280蝕刻到光罩270的基板275中來產生相移光罩270。此外，圖案280有可能包含結構元件，其使光化輻射的相位相對於入射到基板275上的輻射發生偏移並吸收入射到圖案280上的部分光化波長的光。其例子為OMOG(玻璃上的不透明MoSi (矽化鉬))光罩。
反射光罩270包含用於極紫外(EUV)波長範圍的光罩，其具有通常在10 nm至15 nm範圍內的光化波長。EUV光罩可實現為二元光罩及/或相移光罩。
指向右側的箭頭 u 描述了圖2中光罩座標系統的 u 座標。座標x ch和y ch可藉由粒子束源290的粒子束285來量測，並可與底板110、205的座標系統x b、y b、z b建立關係。粒子束源290與樣品台100的底板110、205之間的關係為已知。這種關係由雙箭頭符號277來表示。
圖3中的示意圖300再次示意性地顯示樣品台100內座標系統的各個中間階段，直至光罩270的座標系統。如框310所示，與樣品台100的底板205相關的座標系統係以x b、y b、z b表示，其中字母b代表「底部(base)」。圖3中的雙箭頭320象徵從樣品台100的底板205到上板245的頂側的轉換，其中旋轉軸250裝配到該頂側。如框330所示，相關座標系統縮寫為x w、y w、z w，其中下標w代表「楔形(wedge)」。相對於底板110、205的座標系統，座標系統x w、y w、z w可在所有三個空間方向上進行平移。
雙箭頭340闡明了從與上板245相關聯的座標系統到夾盤260的座標系統的轉換。除了三個平移座標之外，此座標系統具有(相對於底板的座標系統)旋轉角θ，其描述樣品台100的旋轉以及光罩270繞樣品台100的旋轉軸250的旋轉：x ch、y ch、z ch、θ。下標「ch」代表夾盤(chuck )260。此座標系統表示於圖3中的框350。與夾盤260相關聯的座標系統相對於耦合到上板245的座標系統可具有繞旋轉軸250的旋轉θ。
最後，雙箭頭360象徵從樣品容座或夾盤190、260的座標系統到與光罩270相關聯的座標系統(u、v、w、θ) 370的轉換。如上所述，樣品台100內的各種座標系統的關聯為已知的。這意味著粒子束源290的粒子束285的位置與樣品台100的底板110、205的座標系統之間的關係為已知的。
可選擇SEM 290的聚焦電子束285的參考點，使得以下關係成立：u=0，v=0，w=0，θ=0。在相應的調整之後，SEM 290的電子束285通常是圓形的且因此具有旋轉不變性。如果沒有發生繞旋轉軸250的旋轉，則光罩270和光罩支架260的座標系統縮減為u、v、w和x ch、y ch、z ch。為了描述圖案的結構元素以及可能存在的缺陷，只有光罩座標系統u、v、w中的橫向座標u、v是重要的。因此，光罩製造商通常僅指定標記的參考點的u座標和v座標。
圖4中的示意圖400闡明了光罩410在夾盤190、260上的傾斜位置或歪斜位置的確定。光罩410的傾斜位置可能由夾盤190、260的歪斜所引起。夾盤190、260及/或光罩410的下側420也可能具有導致光罩410傾斜位置的一或多個顆粒(圖4中未示出)。不言而喻，夾盤190、260的傾斜以及夾盤表面195、265和光罩410的下側之間的一或多個顆粒的組合也可能導致光罩410的傾斜位置。
圖4顯示一裝置400，其包含改良的掃描電子顯微鏡(SEM，掃描電子顯微鏡)440作為粒子束源440的示例。在下文中，粒子束源440總是實現為改良的SEM。從SEM 440的柱 445的輸出，電子束 450可在光罩 410的頂側430或前側430上掃描。如前文所作的解釋，電子束450可聚焦到非常小的點，使得後者在光罩410的掃描期間具有非常小的橫向範圍。因此，在存在合適的前驅物氣體的情況下，聚焦電子束450可誘導(圖4中未示出)橫向定界的化學蝕刻反應(EBIE，電子束誘導蝕刻)或局部定界的化學沉積反應(EBID，電子束誘導沉積)。
作為電子束450的替代或補充，還可能使用離子束，例如鎵離子束，用於掃描光罩270、410或用於掃描光罩270、410的標記。原子及/或分子束(例如氦束)同樣可用於此目的。最後，光子束也可用於掃描光罩270、410或其標記。當使用光子時，使用具有最短可能波長的任何粒子束源是合適的，例如用於EUV波長範圍的粒子束源。隨著所使用光子束波長的減小，光束源的解析能力增加。在替代的示例性具體實施例中，數位相機可用於對光罩270、410的標記進行成像。
然而，由於該光束在光束方向上的輪廓，聚焦電子束450在光束方向上的解析能力是有限的。為此，裝置400包含一高度感測器460，其可用於偵測光罩410的高度或z座標。高度感測器460將形式為光束470的粒子束引導到光罩410的頂側或前側430，並基於從前側430反射的輻射來確定高度感測器460和光罩410的頂側430之間的距離，該輻射未顯示於圖4。因此，高度感測器460可用以使光罩410達到電子束450的工作距離。
高度感測器460可以干涉儀的形式實施，例如作為法布立-培諾干涉儀(Fabry-Pérot interferometer)或作為白光干涉儀。然而，高度感測器460也可實施為共焦點感測器、彩色共焦感測器、或共焦雷射掃描顯微鏡。高度感測器460通常具有在次微米範圍的解析能力。為了擴展高度感測器460的解析範圍，高度感測器460可包含具有不同量測範圍和解析能力的兩個或更多個感測器。因此，有可能在第一步驟中以粗解析度量測光罩410的頂側430和高度感測器460之間的距離，並接著在一或多個後續步驟中以越來越高的解析度進行量測。
針對光罩表面不位於一直線上的至少三個點，高度感測器460確定高度感測器460和光罩410的頂側430之間的距離。為此，樣品台100沿x方向和y方向移動光罩410。為了最小化在確定三個量測點的高度差時的量測誤差，選擇量測點使得它們彼此之間的距離盡可能遠是有利的。舉例來說，高度感測器460的至少三個量測點之間的大距離可為D＞5 cm。此外，為了最小化在量測高度差時的量測誤差，如果三個量測點跨越一直角座標系統是有利的。
此外，裝置400包含示例性樣品台100，其未顯示於圖4中。此外，圖4中顯示了分配給樣品台100的底板110、205的座標系統x b、y b、z b以及與光罩410相關的座標系統u、v。最後，座標z w代表光罩410由於其傾斜或歪斜位置而引起的高度變化。
圖5的上方局部影像500闡明了用於從至少三個量測點的高度差來確定光罩的傾斜位置的量測資料，其中光罩410僅具有稀疏圖案520。高度感測器460量測的資料表示光罩410的傾斜位置和圖案幾何形狀的疊加。這種關係在顯示於位在光罩410下方的示意圖530中。示意圖540顯示了如果高度感測器460在圖案元件520、基板510上掃描並接著在第二個圖案元件520上掃描時，高度感測器460所偵測到的光強度的變化。舉例來說，對於二元光罩，圖案元件520的高度或厚度在70 nm到100 nm的範圍內。這意味著，在圖5所示的示例中，高度感測器460的解析度約為10 nm。
圖5中的下方部分影像550顯示了高度感測器460在具有密集圖案570的光罩410上的掃描。示意圖580和590表示在高度感測器460在密集圖案570上進行掃描的過程中，由高度感測器460所偵測到的量測高度分佈和強度分佈。密集圖案570上所量測的高度為基板510的高度與圖案570的頂側距離高度感測器460的高度或距離的組合。
為了避免在量測分佈在光罩410上的至少三個點的高度差時解析度下降，在確定至少三個量測點的高度差時，應盡可能忽略位於密集圖案570內的量測點。在這種情況下，高度感測器460的量測強度分佈540、590可用於確定量測點是否位於密集圖案570中。如果確定高度感測器460的量測點位於密集圖案570的區域中，則此量測點應被丟棄並由位於大面積圖案元件520上或位於光罩410的基板510上的量測點代替。
根據由高度感測器所量測的至少三個量測點的高度差，有可能確定由至少三個量測點所展開且光罩410的頂側430嵌於其中的平面。結果為可確定光罩410的傾斜位置。藉由確定光罩表面上的此點，對於光罩的任意點，可確定光罩的頂側430的高度變化。當然，也有可能藉由內插及/或外推由高度感測器所量測的至少三個點的高度差來確定光罩表面上的任意點的高度或z座標。
一旦知道光罩410的傾斜位置，就可以在樣品台100執行平移運動時考慮到這一點。因此，有可能可靠地防止樣品台100的平移運動對傾斜安裝的光罩410及/或SEM 440造成意外損壞。除了SEM 440，用於識別和修復光罩410的裝置可包含一或多個掃描探針顯微鏡，其未顯示於圖4中。該掃描探針顯微鏡通常安裝在光罩410的頂側430附近與SEM 440相距一定距離處。在傾斜安裝的光罩的情況下，很容易發生以下情況；進行長距離平移運動會導致掃描探針顯微鏡的探針及/或顯微操作器無意中與光罩410接觸。在確定光罩410的傾斜位置之後，可避免這個問題。
圖6顯示標記600或參考符號600的示例。標記600通常由光罩製造商以規則或不規則間隔施加在光罩270、410上。示例性標記600具有邊長640為350 µm的正方形形狀。標記600被兩個橫檔610和620分成四個象限。在右上象限630中，標記600具有一小正方形660。正方形660的右上角定義了標記600的參考點650。
標記600的白色或透明部分630可為光罩270、410的基板275、510。橫檔610、620和黑色小方塊660可包含吸收材料，例如為二元光罩270的吸收材料，例如為鉻。
可藉由SEM 440的電子束450來掃描標記600，且可從掃描資料來確定參考標記600的參考點650。
圖7顯示了光罩700的平面示意圖。示例性光罩700在三個角落處具有直角形式的三個標記710、730、750。示例性標記710、730和750的參考點720、740和760形成直角內部的交點。光罩700上顯示了與光罩700相關聯的座標系統u、v。光罩製造商將光罩座標系統u、v中的參考點u 1、v 1、u 2、v 2和u 3、v 3提供給光罩700的用戶。標記710、730和750通常具有圖6中標記600的形式。
藉由SEM 440的電子束450，掃描三個標記710、730、750中的至少兩個，以確定三個標記710、730、750中的至少兩個參考點720、740、760。為了將標記710、730、750定位在SEM 440的電子束450下方，樣品台100僅執行x方向和y方向上的夾盤190、260的平移運動。不執行用於確定參考點720、740、760的樣品台100的旋轉運動。一旦標記710、730、750的其中一者位於電子束450下方，電子束450就掃描標記710、730、750，以確定其參考點720、740、760。
在掃描兩個標記之後(例如標記710、730)，其在樣品台100的座標系統x、y中的參考點720、740是已知的：x 1、y 1和y 1、y 2。在兩個量測參考點x 1、y 1和x 2、y 2以及光罩製造商所提供的參考點u 1、v 1和u 2、v 2的協助下，有可能確定兩個座標系統相對於彼此的位移、旋轉和縮放。仿射轉換將所量測的參考點x 1、y 1和x 2、y 2與光罩製造商所提供的參考點u 1、v 1和u 2、v 2結合起來。如果僅使用兩個標記，則一般仿射轉換是不確定的。這樣的具體實施例將限制仿射轉換為位移(偏移)、縮放和旋轉。
以使用齊次座標的矩陣表示法給出了仿射座標的既定描述：
在兩個座標系統基於兩個參考點(例如參考點720和740)相對於彼此對齊的情況下，前述的一般向量方程被簡化為：
在這種情況下，參數表示：a、b為位移或偏移；s為縮放；以及α為兩個座標系統相對於彼此的旋轉角度。
插入量測的和預定義的參考點720、740將導致可使用線性代數方法求解的方程式系統。針對光罩700，若對三個標記710、730、750的參考點720、740、760進行量測並將其插入到一般向量方程式中，則除了位移a、b、縮放s、旋轉α之外，還可額外確定剪切m和旋轉拉伸的參數。
識別出的缺陷u D、v D的座標通常以與光罩270、410、700鏈接的座標系統u、v的座標來表示。在確定仿射轉換的參數後，這些座標可轉換為樣品台100的座標。如上所述，SEM 440以樣品台 100的座標進行操作。
現在將在下文中描述如何確定光罩270、410、700的高度變化是由光罩270、410、700的擺動運動引起的，該擺動運動是由於旋轉軸未垂直於光罩410或光罩410的頂側430定向所造成的。首先描述的用以確定SEM 440和高度感測器460之間的距離490、或SEM 440的粒子束450和高度感測器460的粒子束470在光罩270、410、700上的入射點之間的距離的步驟，只有在此距離還不知道的情況下才有必要。舉例來說，這是在裝置400上執行了改變了此距離的維修工作之後的情況。
在兩個子步驟中確定距離490。在第一子步驟中，高度感測器460定位在已由SEM 450的電子束440進行量測的標記710、730、750的參考點720、740、760下方。如果只有兩個標記710和730已由SEM 450的電子束440進行量測，則選擇標記710或730的其中一者用於此目的。
如果樣品台100以類似於SEM 440的電子束 450的方式來掃描標記，則此過程可能非常耗時。與SEM 440的電子束450相比，高度感測器的粒子束470是靜止的。因此，與電子束450的掃描期間的情況相反，為了將高度感測器460的粒子束470定位在標記710、730、750的其中一者的參考點720、740、760下方，光罩270、410、700必須在高度感測器460的粒子束470之下移動。這需要移動光罩270、410、700的質量和樣品台100的大部分質量。因此，將高度感測器460的粒子束470集中在其中一參考點下方是一個耗時的程序。因此，藉由執行樣品台100的平移運動來簡單地掃描光罩270、410、700實際上是無效的。相反地，選擇樣品台的掃描路徑使得標記710、730、750的其中一者的參考點720、740、760在最短的可能掃描時間之後(亦即在樣品台100的盡可能少的平移運動之後)變得位於高度感測器460的粒子束470下方是非常有利的。這所適用的掃描路徑取決於存在於光罩270、410、700上的標記500、710的類型。
圖8示意性地顯示了針對圖6的示例性標記600的一有利的掃描路徑，其使得在短掃描時間之後能夠將標記600的參考點650定位或集中在高度感測器460的粒子束470下方。圖9a和9b中的流程圖900表示將高度感測器460的粒子束470集中在參考點650下方的各個步驟。方法開始於905。步驟910包含在標記600內以相對於橫檔610和620的對角線方向掃描樣品台100。此第一次掃描由圖8左側的部分影像中的直線810表示。選擇第一次掃描810的長度，使得高度感測器460的粒子束470「看到」或成像標記600的橫檔610和620。在第一次掃描810期間由高度感測器460所偵測到的強度信號在圖8右上方的部分影像中示出。在橫檔610和620的位置處，其吸收材料的作用為使從標記反射的強度信號下降或消失。
在第一次掃描810之後，在步驟915中分析由高度感測器460偵測到的信號，並確定兩個橫檔610和620之間的距離d 1。接著，在步驟920中，樣品台100垂直於對角掃描方向移動一預定距離。下一步驟925包含進行第二次掃描820，如圖8所示。之後，在步驟930中，針對第二次掃描820確定標記600的兩個橫檔610和620之間的距離d 2。這在圖8的右方中間的部分影像中示意性地闡明了。消失信號的更寬範圍表示第二次掃描820部分地穿過標記600的正方形660。
接著，決定框935包含決定距離d 1是否大於d 2。如果這適用，樣品台100在第一次掃描810和第二次掃描820之間的位移已在正確的方向(亦即在標記600的參考點650的方向)上進行。如框945中所示，這是朝向右下角的方向。步驟950接著包含確定樣品台100的偏移或位移，這對於引導第三次掃描830對角線地穿過正方形660並因此穿過標記600的參考點650是必要的。在步驟955中，樣品台100垂直於第二次掃描820位移確定的偏移量。
在步驟960中，在樣品台100的幫助下進行第三次掃描830。如圖8所示，沿著正方形660的對角線進行第三次掃描830。之後，在步驟965中，分析第三次掃描830，並從第三次掃描830來確定標記600的參考點650。這示意性地顯示於圖8右下方的部分影像。所尋找的標記600的參考點650是標記600的正方形660的右上角中的點，位於具有消失偵測信號的第三次掃描830的區域的右側邊緣處。最後，方法結束於步驟970。
如果在決定框935中確定了距離d 2大於d 1，則相對於在第一次掃描810和第二次掃描820之間執行的位移，用於下一次掃描的樣品台100的位移方向是相反的。這在圖9中的框940中執行。步驟950包含確定為了引導第三次掃描830穿過正方形660的對角線並因此穿過標記600的參考點650所必需的偏移量。接著，執行進一步的步驟，如前段中所作的解釋。
圖10示意性地顯示了用於將光罩270、410、700的標記710、730、750的參考點720、740、760集中在高度感測器460的粒子束470下方的替代方法。代替前文所解釋的樣品台100的平移運動，也有可能藉助於樣品台100繞一限定旋轉軸或標記710、730、750其中一者內的樞軸點的旋轉，來將高度感測器460的粒子束470定位在其參考點720、740、760下方。
圖10顯示在標記600內的第一次掃描1010。圖10中右上方的部分影像顯示了在樣品台100旋轉期間由高度感測器460所偵測的強度分佈。在所偵測到的第一次掃描1010的光強度中的兩個下降代表高度感測器460的粒子束470在橫檔610和620下的掃描。更寬範圍的消失反射光強度代表高度感測器460的粒子束470在標記600的正方形660的一部分上的掃描。
在標記600內位移旋轉軸的樞軸點之後，藉由旋轉樣品台100的旋轉軸250來執行第二次掃描1020。其結果顯示於圖10右方的中間影像。這再次顯示了高度感測器460的粒子束470在兩個橫檔610和620上以及標記600的正方形66 上的掃描。從兩次掃描1010和1020，確定了標記600內的旋轉軸在兩次掃描之間產生的位移，並確定了引導第三次掃描1030穿過標記600的參考點650的圓形掃描的圓形旋轉運動的半徑、樞軸點和半徑的變化。右下方的部分影像表示在圓形掃描期間由高度感測器460所偵測到的強度分佈。所尋求的標記600的參考點650可從掃描1010、1020和1030確定為標記600的正方形660的右上角650。與參考圖8所解釋的線性掃描810、820、830相比，藉由圓形或新月形掃描1010、1020和1030來確定標記600的參考點650更加複雜。
在集中高度感測器460的粒子束470之後，其在樣品台100的座標系統中的座標為已知的。如前文所解釋，為集中高度感測器460的粒子束470而選擇的標記710、730或750已由SEM 440的電子束450進行了掃描。SEM 400的粒子束450與高度感測器40的粒子束470之間的尋求距離490由以下給出：由SEM 440所量測的標記710、730或750的參考點650的座標與由高度感測器460所量測的標記710、730或750的參考點710、730、750的座標之間的差。
下文描述的三個步驟用於確定光罩270、410、700上的旋轉軸的位置。針對新的或修改後的裝置400必須執行一次這些校準步驟。此外，如果已經丟失相對於樣品台100的座標系統的SEM 440的電子束450的座標，則需要執行這些校準步驟。
在用以確定旋轉軸位置的第一子步驟中，光罩270、410、700與樣品台100一起旋轉90°。圖11顯示圖7中的光罩700繞樣品台100的座標系統的z軸逆時針方向旋轉90°。光罩270、410、700旋轉90°的旋轉角是有利的，因為該角度的選擇使得能夠以最小的誤差確定旋轉軸相對於光罩270、410、700的位置。然而，也有可能在 0 ＜ θ ＜ 180°範圍內選擇旋轉角度。
在旋轉光罩700時，因為由於旋轉而可能產生的擺動運動尚不可知，因此在執行旋轉之前，增加SEM 440的柱445的輸出與(若存在的話)一或多個掃描探針顯微鏡的探針或顯微操作器之間的距離是有利的，以防止損壞光罩700、SEM 440或掃描探針顯微鏡及/或氣體噴射系統。這可例如藉由降低樣品台100的夾盤260來完成。圖4中未顯示的氣體注入系統可用於例如在執行EBIE程序或EBID程序所在的位置處提供一或多種相應的前驅物氣體。
在下一步驟中，通過SEM 440的電子束450再次量測旋轉光罩700的三個標記710、730、750的其中至少兩個的參考點720、740、760。這些量測的實施已在圖6和圖7的討論內容中進行了解釋。如前文所作的解釋，在確定三個標記710、730、750的其中至少兩個的參考點720、740、760的過程中，不允許進行通過樣品台100的旋轉軸250的旋轉。此外，應注意確保在藉由樣品台100來執行旋轉運動和藉由SEM 440的電子束450來量測旋轉光罩700的參考點720、740、760之間，裝置400不執行首先可能改變樣品台100的位置、其次可能改變SEM 400的電子束450的位置的任何任務。
如果光罩270、410、700配置在夾盤190、260上使得其中心點正好位於樣品台100的旋轉軸250上方，則光罩270、410、700通過樣品台100的旋轉軸250的旋轉具有如下效果：標記710、730、750(就像其參考點720、740、760)在繞樣品台100的旋轉軸250的已知圓形路徑上循環。然而，一般來說，由光罩支架固定的光罩270、410、700不滿足此條件，因為在一般情況下，旋轉軸250的位置以及因此參考點720、740、760的圓形路徑的中心點是未知的。
如上所述，可藉由仿射轉換來描述組合的平移和旋轉運動。圖12示意性地說明了光罩700的旋轉，其旋轉軸垂直於該光罩的表面，旋轉任意角度θ。在進行旋轉之前的標記710、730的參考點720、740的座標為：x 1i、y 1i和x 2i、y 2i，其中下標「i」代表標記710、730的參考點720、740的原始座標。在旋轉後，參考點720、740具有座標x 1r、y 1r和x 2r、y 2r；在這種情況下，下標「r」表示旋轉後的標記710、730的參考點720、740的座標。從圖12可以看出，參考點720、740的座標變化可表示為：Δx i= x 2i- x 1i、Δ yi= y 2i- y 1i、Δx r= x 2r- x 1r、以及Δy r= y 2r- y 1r。以下關係也適用：tan(θ i) = Δy i/Δx i、tan(θ r) = Δy r/Δx r、以及θ = θ r– θ i。因此，可從標記710、730的量測參考點720、740確定旋轉角θ。
參數t x和t y代表由旋轉引起的標記710和730的平移或位移。因此，描述旋轉的仿射轉換的結果如下：
光罩旋轉角度θ不應導致光罩700的任何縮放。因此，對於參數s可假設非常近似以下情況：s=1。確定s時的偏差大於確定其他參數時的誤差，因此在確定旋轉軸的位置時，給出了誤差的指示。對於平移參數t x和t y，從上面的矩陣方程式得出以下結果：
接著，目標是找到滿足以下條件的旋轉軸的座標x c、y c：
旋轉軸的座標由x c、y c描述，其中「c」代表中心。標記710、730、750和它們各自的參考點720、740、760在繞旋轉軸250的圓形路徑上移動。如果樣品台100接著在x-和y-方向上移動，使得旋轉軸250的座標x c、y c對應於SEM 440的電子束450的入射點座標，則SEM 440所記錄的影像繞其中心點旋轉，即SEM影像的點具有純粹的旋轉運動。
除了這種特殊情況，即如果旋轉軸250不對應於電子束450的軸，則在光罩700旋轉期間由SEM 440觀察到的所有點都經歷組合的旋轉和平移運動。舉例來說，如果座標為x D、y D的缺陷位於由SEM 440的電子束450所掃描的區域內，則該缺陷通常會在光罩700繞旋轉軸250的旋轉期間遷移出SEM的掃描區域或視野。藉由樣品台100在x和y方向上的補償平移運動，在光罩700的旋轉結束之後，缺陷x D、Y d可再次位移到SEM 440的視野或掃描區域中。樣品台100繞旋轉軸250的旋轉和樣品台100的補償平移運動的組合會導致樣品台100繞缺陷x D、y D旋轉。
夾盤190、260的夾盤表面265的座標系統x c、y c、z c的原點通常選擇為使得SEM 440的電子束450位於座標原點。
經過一些轉換並使用上述針對x i、x r和y i、y r指定的條件後，有可能將中心旋轉軸的座標x c、y c表示為平移t x和t y以及旋轉角度θ的函數： +
在這種情況下，平移參數t x和t y由上面指定的方程式確定，其中標記710、730、750的參考點720、740、760在旋轉之前和之後的量測座標將被插入到該方程式中。
如果在確定參數t x、t y和θ之後，樣品台100發生位移使得旋轉軸具有座標x c、y c，則夾盤190、260的旋轉不會導致SEM 440的電子束450的掃描區域的位移。
圖13顯示了藉由執行旋轉Δθ的點x i、y i的平移，其中旋轉軸的座標不對應於電子束450在光罩270、410、700上的入射點的座標。因此，如前文所作的解釋，旋轉Δθ還導致點x i、y i的位移。這種誘導平移由下標「it」標示。它可表示為點x i、y i的原始座標和旋轉角度Δθ的函數：
為了補償由相對於SEM 440的電子束450的掃描區域的旋轉所引起的平移，樣品台100必須在相反方向上位移上述指定的量值。
圖14中的圖1400闡明了樣品台100的不同組件的各種可能發生的不足或缺陷。如圖14所示，樣品台100的第二滑動件225(其沿x方向移動光罩板190、260)可相對於樣品台100的底板205傾斜角度α。此外，樣品台100的第二滑動件225可相對夾盤190、260或光罩板190、260旋轉角度β。樣品台100的這兩個不足之處導致了光罩270的傾斜或歪斜位置。關於如何可確定光罩270的歪斜位置並在進行樣品台100的平移運動時考慮這些因素，前文已作了詳細解釋。
然而，只要樣品台100的旋轉軸1450垂直於光罩270、410、700或其頂側430，光罩270的傾斜位置就不會導致光罩270的擺動運動。相比之下，旋轉軸1450的定向與光罩270、410、700的垂直線偏離將導致光罩270、410、700在由樣品台100進行旋轉的過程中的高度變化。旋轉期間的光罩270、410、700的高度變化在下文中稱作光罩270、410、700的擺動運動。
圖14示意性地顯示旋轉軸1450相對於樣品台100的底板205的z軸具有角度δ。然而，只要旋轉軸1450相對於光罩270、410、700為垂直定向(即γ=90°成立)，則角度偏差δ不會導致光罩270、410、700在其旋轉期間的擺動運動。在示例性的示意圖1400中，用以量測光罩的表面430與旋轉軸1450的定向之間的角度的角度γ具有偏離90°的數值。然而，角度γ≠90°導致在光罩270、410、700繞旋轉軸1450旋轉期間的高度變化，該高度變化由高度感測器460的粒子束470偵測。
圖15的示意圖1500在上方部分影像中顯示了光罩700的平面圖。樣品台100已經位移光罩700，使得光罩700上的旋轉軸1450的座標1510對應於SEM 440的電子束450的入射點的座標x c、y c。高度感測器460的粒子束470的入射點與SEM 440的電子束450的入射點相距一距離490或d 0。如果旋轉軸(如圖15中下方的部分影像所示)不是垂直於光罩700定向，尋求的是點1520的高度變化、高度分佈或擺動運動。
針對圖15所示的旋轉角，接著假設高度感測器460在光罩700繞旋轉軸1450旋轉的過程中偵測到最大高度變化。因此，此旋轉角被指定為θ max。對於θ max= ±90°，則成立γ=90°，且由於擺動運動導致的高度變化消失。對於θ max= ±180°，高度感測器460偵測到的光罩700的高度變化的符號相反。
從圖15下方的局部影像中，以下可確定最大高度變化，由高度感側器460所偵測到的高度變化Δh max1570：
對於在光罩700繞旋轉軸1450旋轉的過程中由高度感測器460所量測作為旋轉角θ的函數的高度分佈h(θ, d 0)，因此得出以下結果： 或： 其中參數 θ max、Δh max和h off最初是未知的。
圖16中的示意圖1600顯示了作為以弧度度量表示的旋轉角θ的函數的量測高度分佈h(θ, d 0)的示例。高度變化或高度分佈以微米表示。圖16中的點1610代表高度感測器460在旋轉程序過程中的量測點。實線1620代表擬合到量測點1610的函數。舉例來說，數值最佳化演算法(例如Levenberg-Marquardt演算法)可用於擬合量測點1610。根據量測資料1610與上述函數的擬合結果來確定參數θ max、Δh max和h off。
在光罩700的任意點處的高度變化，例如在點1520處，可藉由高度分佈h(θ, d 0)的線性內插及/或線性外推來確定： 其中h(θ, d 0)描述了作為旋轉角θ和距旋轉軸的距離d的函數的光罩700的高度分佈。
圖17中的流程圖1700再次顯示了確定光罩270、410、700在樣品台100上的對準的過程的示例性步驟，其中樣品台100可沿平行於樣品台100的夾盤表面195、265的至少一軸進行位移，且可繞垂直於夾盤表面195、265的至少一旋轉軸250、1450旋轉。該方法開始於步驟1710。
下一步驟1720包含確定光罩270、410、700的傾斜位置。為此目的，高度感測器460量測光罩上至少三個點的z座標，其中三個量測點不位於一直線上。
步驟1730包含確定將樣品台100的座標系統與光罩270、410、700的座標系統結合的仿射轉換的參數。為此目的，藉由粒子束源440的粒子束450來量測光罩270、410、700的至少兩個標記710、730、750的座標。
步驟1720和1730都是選擇性的步驟，因此在圖17中用虛線框表示。
在步驟1740中，樣品台100旋轉一預定角度，且在相對於旋轉軸250、1450的非零距離處旋轉的過程中量測光罩270、410、700的高度變化，以確定光罩270、410、700的對準。
方法在步驟1750結束。
最後，圖18a和18b中的流程圖1800更詳細地顯示了圖17中所解釋的方法。方法開始於步驟1805。
在下一步驟1810中，至少一個高度感測器460量測光罩270、410、700上不位於一直線上的至少三個點的高度差。在步驟1815中，根據所量測的高度差來確定光罩270、410、700的傾斜位置。
接著，在步驟1820中，藉由至少一個粒子束源440的粒子束450來確定光罩270、410、700的至少兩個標記710、730、750的第一組座標。
在步驟1825中，基於第一組量測座標和由光罩製造商所提供的至少兩個標記710、730、750的座標，確定將光罩270、410、700的座標系統與樣品台100的座標系統組合的仿射轉換的參數。
四個步驟1810至1825為選擇性的步驟，因此在圖18中用虛線框表示。
在步驟1830中，高度感測器460位於由至少一粒子束源440的粒子束450進行量測的至少兩個標記710、730、750的其中一者的中心。之後，在步驟1835中，確定至少一個粒子束源440的粒子束450的入射點和高度感測器460的粒子束470的入射點之間的距離490。
舉例來說，僅當距離490為未知時才必須執行步驟1830和1835。這種情況以兩個選擇性步驟周圍的點狀框來說明。
在步驟1840中，光罩270、410、700旋轉0° ＜ α ＜ 180°角度。所產生的旋轉較佳為90°的角度。
然後，在步驟1845中，藉由至少一粒子束源440的粒子束450來量測光罩270、410、700的至少兩個標記710、730、750的第二組座標。之後，在步驟1850中，確定光罩270、410、700上的旋轉軸1450的座標。
步驟1840到1850為選擇性的步驟，因此在圖18中以圍繞它們的點狀框示出。舉例來說，它們可以僅在光罩270、410、700上的旋轉軸1450的位置未知的情況下執行。例如，如果樣品台100的座標系統中的至少一粒子束源440的粒子束450的座標丟失，就會出現這種情況。
在步驟1855中，旋轉軸1450在樣品台100的幫助下選擇性地位移，使得其座標對應於至少一粒子束源440的粒子束450的入射點的座標。
在下一步驟1860中，樣品台100旋轉一預定角度，且量測在旋轉期間的光罩270、410、700的高度變化h(θ, d 0)。
之後，在步驟1865中，可根據所量測的高度變化h(θ, d 0)來確定光罩的擺動運動。方法最後結束於步驟1870。
100:樣品台 110:底板 120:導軌 130:滑動件 140:導軌 150:滑動件 160:底板 170:位移單元 190:夾盤 195:夾盤表面 200:示意圖 205:底板 210:導軌 215:滑動件 220:導軌 225:滑動件 230:銷 235:位移單元 237:楔形件 245:上板 250:旋轉軸 255:銷 260:夾盤 265:夾盤表面 270:光罩 275:基板 277:關係 280:圖案 285:粒子束 290:粒子束源 300:示意圖 310:座標系統 320:轉換 330:座標系統 340:轉換 350:座標系統 360:轉換 370:座標系統 400:裝置 410:光罩 420:下側 430:頂側 440:粒子束源 445:柱 450:電子束 460:高度感測器 470:粒子束 490:距離 500:影像 510:基板 520:圖案元件 530:高度分佈 540:強度分佈 550:影像 570:密集圖案 580:高度分佈 590:強度分佈 600:標記 610:橫檔 620:橫檔 630:象限 640:邊長 650:參考點 660:正方形 700:光罩 710:標記 720:參考點 730:標記 740:參考點 750:標記 760:參考點 810:掃描 820:掃描 830:掃描 900:流程圖 1010:掃描 1020:掃描 1030:掃描 1400:示意圖 1450:旋轉軸 1500:示意圖 1510:座標 1520:點 1570:高度變化 1600:示意圖 1610:量測點 1620:函數 1700:流程圖 1800:流程圖
下文的詳細描述參照附圖描述了本發明的當前較佳示例性具體實施例，其中：
圖1顯示了具有三個平移軸和一個旋轉軸的示例性樣品台的示意圖；
圖2顯示了圖1中示例性樣品台的示意剖面圖；
圖3顯示了示例性樣品台內座標系統的各種座標以及與光罩相關的座標系統；
圖4闡明了圖1中樣品台上光罩的傾斜位置，並示意性地顯示了用於掃描光罩標記的粒子束源和用於量測光罩的z座標的高度感測器；
圖5示意性地顯示了藉由高度感測器對各種光罩圖案進行z座標量測；
圖6顯示了一種標記及其相關參考點的平面圖；
圖7顯示了具有三個標記的示例性光罩的平面圖；
圖8顯示了高度感測器在圖6的標記內的掃描的第一示例；
圖9a顯示了根據圖8的第一示例的高度感測器的掃描的流程圖的第一部分；
圖9b顯示了根據圖8的第一示例的高度感測器的掃描的流程圖的第二部分；
圖10闡明了高度感測器在圖6的標記內掃描的第二示例；
圖11為圖7的光罩旋轉90°的狀態下的平面圖；
圖12是圖7中光罩以任意旋轉角度旋轉後的平面圖；
圖13示意性地闡明了由旋轉引起的平移；
圖14顯示了樣品台上光罩的歪斜位置，並表示旋轉軸不垂直於光罩定向，因此導致光罩在其旋轉過程中的擺動運動；
圖15在上方局部影像中顯示了圖7中光罩的平面圖，其中在與旋轉軸相距一距離d 0處量測了光罩旋轉期間的高度變化和高度分佈，且在下方局部影像中顯示了旋轉軸方向與垂直於光罩的方向的偏差；
圖16顯示了針對未與光罩垂直對齊的旋轉軸，高度分佈作為旋轉角度的函數的一示例；
圖17表示用以確定樣品台上的光罩的對準的本發明方法的流程圖；
圖18a顯示了圖17的流程圖的第一部分，其中詳細說明了更多的細節；以及
圖18b顯示了來自圖17的流程圖的第二部分，其中詳細說明了更多的細節。
205:底板
225:滑動件
250:旋轉軸
260:夾盤
270:光罩
460:高度感測器
470:粒子束
1400:示意圖
1450:旋轉軸

Claims (24)

  1. 一種用以在一樣品台（100）上確定一樣品的一對準的方法（1700、1800），該樣品台對垂直於一樣品封裝表面（195、265）的至少一軸（250）為可旋轉，其中該方法包含以下步驟：將該樣品台（100）旋轉一預定角度並量測該樣品在相對於該旋轉軸（1450）以一預定非零距離（490）進行旋轉的過程中的一高度變化（1570），用於確定該樣品在該樣品台（100）上的該對準。
  2. 如請求項1所述之方法（1700、1800），其中該樣品具有一樣品表面（430），以及其中量測該樣品的該高度變化（1570）包含量測該樣品表面（430）的高度變化（1570）。
  3. 如請求項1或2所述之方法（1700、1800），其中量測該樣品的該高度變化（1570）包含量測相對該樣品封裝表面的高度變化（1570）。
  4. 如請求項1或2所述之方法（1700、1800），其中該樣品包含以下至少一構件：一光罩（270、410、700）、一奈米壓印微影之模板、一晶圓、以及一微系統技術中的一元件。
  5. 如請求項1或2所述之方法（1700、1800），其中該樣品包含至少三個標記（600、710、730、750），其排列不位於一直線上。
  6. 如請求項1或2所述之方法（1700、1800），其中該樣品台（100）旋轉的一角度大於或等於60°。
  7. 如請求項1或2所述之方法（1700、1800），其中該方法包含用以預先確定相對該旋轉軸（1450）的該非零距離的附加步驟。
  8. 如請求項1或2所述之方法（1700、1800），其中該方法包含用以確定該旋轉軸（1450）在該樣品的該表面（430）上的座標的附加步驟。
  9. 如請求項8所述之方法（1700、1800），其中該樣品台（100）沿平行於至少一軸為可位移，該至少一軸平行於該樣品封裝表面（195、265），以及其中決定該旋轉軸（1450）的該座標包含：a. 藉由一粒子束源（440）的一粒子束（450）量測該樣品的至少兩個標記（710、730、750）的一第一組座標，而不旋轉該樣品；b. 以0° ＜ θ ＜ 180°或 180° ＜ θ ＜ 360°的一角度旋轉該樣品；以及c. 藉由該粒子束源（440）的該粒子束（450）量測該旋轉樣品的該至少兩個標記（710、730、750）的一第二組座標。
  10. 如請求項9所述之方法（1700、1800），其中確定該旋轉軸（1450）的該座標包含：從該至少兩個標記（710、730、750）的該第一組和該第二組量測座標來確定該旋轉軸（1450）的該座標。
  11. 如請求項9或10所述之方法（1700、1800），其中量測該至少兩個標記（710、730、750）係藉由至少一粒子束源（440）來實現，該粒子束源係組態以從以下群組中產生至少一聚焦粒子束（450）：一光子束、一電子束、一離子束、一原子束和一分子束。
  12. 如請求項7所述之方法（1700、1800），其中預先確定相對該旋轉軸（1450）的該非零距離包含：確定至少一高度感測器（460）的一粒子束（470）在該樣品上的一入射點的座標。
  13. 如請求項12所述之方法（1700、1800），其中確定該至少一高度感測器（460）的該粒子束（470）的該入射點的該座標包含：掃描該樣品台（100），以將該至少一高度感測器（460）集中在如請求項7所述的該至少兩個標記（710、730、750）中的至少一個之上。
  14. 如請求項13所述之方法（1700、1800），其中掃描該樣品台（100）包含適用於該至少兩個標記（710、730、750）的一掃描路徑（810、820、830、1010、1020、1030）。
  15. 如請求項1或2所述之方法（1700、1800），其中量測該高度變化（1570）包含：位移該旋轉軸（1450）於一粒子束源（440）的一粒子束（450）在該樣品上的一入射點之下。
  16. 如請求項1或2所述之方法（1700、1800），更包含以下步驟：針對偏離該預定非零距離（490）的一數值，內插及/或外推該樣品的該量測高度變化（1570）。
  17. 如請求項1或2所述之方法（1700、1800），更包含以下步驟：量測該樣品在該旋轉軸（1450）上的一z座標。
  18. 如請求項1或2所述之方法（1700、1800），其中該樣品台（100）沿平行於該樣品封裝表面（195、265）的至少兩個軸為可位移，且其中該方法更包含以下步驟：a. 藉由一粒子束源（440）的一粒子束（450）來量測該樣品的至少兩個標記（710、730、750）的座標，而不以該樣品台（100）旋轉該樣品；以及b. 根據該量測的座標確定該樣品的一座標系統和該樣品台（100）的一座標系統之間的一仿射轉換。
  19. 如請求項9所述之方法（1700、1800），更包含以下步驟：根據該第一組座標確定該樣品的一座標系統和該樣品台的一座標系統之間的一仿射轉換。
  20. 如請求項18所述之方法（1700、1800），其中確定該仿射轉換包含：確定該樣品和該樣品台的該座標系統相對於彼此的一平移、一縮放和一旋轉的參數。
  21. 如請求項1或2所述之方法（1700、1800），其中該樣品台沿平行於該樣品台（100）的該樣品封裝表面（195、265）的至少兩個軸為可位移，且其中該方法（1700、1800）更包含以下步驟：藉由該至少一高度感測器（460），在不旋轉該樣品台（100）的情況下，量測該樣品上不位於一直線上的至少三個點的一高度差。
  22. 如請求項21所述之方法（1700、1800），更包含以下步驟：從該量測的高度差，內插及/或外推在偏離該三個量測點的該樣品的一位置處的高度差。
  23. 一種用以確定一樣品在一樣品台（100）上的一對準的裝置（400），該樣品台繞垂直於該樣品封裝表面（195、265）的至少一軸為可旋轉，該裝置（400）包含：至少一高度感測器（460），其組態用以在該樣品台（100）旋轉一預定角度期間量測一高度變化（1570），其中該至少一高度感測器（460）相對於該旋轉軸（1450）處於一預定非零距離（490），用以確定該樣品在該樣品台（100）上的該對準。
  24. 一種包含指令的電腦程式，其中當該指令由一電腦系統執行時，將使該電腦系統執行如請求項1至22的其中任一項所述的方法步驟。
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