專利名稱：工件臺位置水平誤差測量及校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種工件臺位置誤差測量及校正方法，且特別是有關(guān)于一 種工件臺位置水平誤差測量及校正方法。
背景技術(shù)：
在光刻機當中，工件臺的位置普遍采用干涉儀系統(tǒng)來監(jiān)測，這些干涉儀測量 系統(tǒng)由多個干涉儀測量軸組成。圍繞著工件臺，干涉儀系統(tǒng)的多個測量光束從 多個不同方向照向預(yù)先安裝在工件臺特定位置的反射鏡。基于每種干涉儀測量 系統(tǒng)的物理配置，系統(tǒng)需要設(shè)計特定的計算模型來計算工件臺在空間中的六個 自由度。這些計算模型除了基于多個測量軸測得的光束長度計算工件臺的位置 之外，還需要矯正測量中的多種幾何效應(yīng)。這些效應(yīng)包括阿貝效應(yīng)、余弦效應(yīng) 以及測量同一個方向位置偏差的光束不平行入射等。
在位置測量中，由于實際測量軸與物體的運動軸存在偏移，從而使得測量結(jié) 果與實際尺寸產(chǎn)生偏離，便會產(chǎn)生阿貝誤差。二者之間的偏移距離稱為阿貝臂 長。圖1展示了阿貝誤差的產(chǎn)生原理。為了方便，光刻機一般以工件臺上的硅 片在空間中的位置來定義工件臺所處的位置，但是監(jiān)視工件臺位置的干涉儀光 束只能測量工件臺。這就產(chǎn)生了阿貝誤差。
圖2展示了激光距離測量中的另一種常見效應(yīng)-余弦效應(yīng)。它產(chǎn)生的主要原 因為測量軸與物體的運動軸存在一個夾角。用于反射干涉儀測量光束的方鏡位 于工件臺之上，方鏡會隨著工件臺而旋轉(zhuǎn)傾斜。這將造成由方鏡反射回來的光 束隨著工件臺的旋轉(zhuǎn)傾斜而偏移，從而使光束的長度由于余弦效應(yīng)產(chǎn)生額外的 變化。另一方面，當干涉儀的初始出射光束存在一定夾角時，也會導(dǎo)致余弦誤 差的產(chǎn)生。
在計算工件臺位置的時候，光束的偏斜以及實際運動參照面和干涉儀測量面 之間距離形成的阿貝臂長將作為所需參數(shù)提供給位置計算模型，由位置計算模型對這些誤差進行補償。位置計算模型中采用的多個參數(shù)實際上反映的是干涉 儀測量系統(tǒng)的安裝參數(shù)。為了使計算模型能夠隨時計算出正確的結(jié)果，需要定 期地對這些參數(shù)進行校正。
美國專利(專利號為US7，142,314B)提出了在工件臺的位置測量過程中如 何對其水平位置測量進行校準。該專利在硅片上放置一塊以上的具有強反差反 射特性的薄膜。當硅片上載到工件臺上之后，有一束光照射到硅片上，并且有 一個光強測量機構(gòu)測量硅片上反射回來的光強。通過探測由薄膜反射回來的光 強變化，系統(tǒng)確定工件臺的準確位置。將工件臺的實際準確位置和由干涉儀測 得的工件臺位置進行比較，得到干涉儀的測量誤差。這種校正方法可以有效地 測定工件臺在水平方向的定位誤差，并通過加入偏移來對誤差進行補償。然而， 該專利著重測定干涉儀的水平向偏移常量，其測定的只是水平向的常量誤差以 及誤差隨工件臺位置的線性改變。干涉儀測量工件臺位置的過程中遇到的阿貝 誤差、余弦誤差等多種誤差并不僅僅包含常量偏移，利用這類方法無法對這些 誤差進行有效校正，誤差也常大到幾百納米以上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種工件臺位置水平誤差測量及校正方法，以改善現(xiàn)有技術(shù)的 缺失。
本發(fā)明的測量工件臺位置的水平誤差并對其進行校正的方法，適用于一光 刻機系統(tǒng)，光刻機系統(tǒng)包括照明光源系統(tǒng)、投影物鏡成像系統(tǒng)、用于支撐并 精密定位掩模板的掩模臺、用于支撐并精密定位硅片的工件臺以及干涉儀。上 述測量工件臺位置的水平誤差并對其進行校正的方法包括下列步驟上述光刻 機系統(tǒng)在上述硅片上曝光多個場的標記，每個場中分別包含將上述工件臺設(shè)置 成不同的旋轉(zhuǎn)或者傾斜角度的情況曝光得到的標記；讀取上述標記的實際位置； 根據(jù)上述標記的上述實際位置和上述標記的參考位置計算標記位置偏差；以及 依據(jù)上述標記位置偏差獲得計算得到至少一個用于校正干涉儀誤差的參數(shù)，從 而得到曝光時刻上述工件臺的實際位置。
本發(fā)明的工件臺位置水平誤差測量及校正方法通過在硅片上曝光對準標記 的方法直接記錄工件臺的位置，從而可以更加方便地測量曝光時刻工件臺的實 際位置；所采用的對準標記可以是離軸對準標記，套刻對準標記，要知曉曝光時刻的工件臺位置，可以由光刻機或者套刻機讀取對準標記的位置，若采用套
刻機讀取標記，還可以不占用光刻機的機時，從而降低成本；通過將工件臺設(shè) 置成各種不同姿態(tài)來記錄工件臺的位置，從而可以將各種不同的傾斜旋轉(zhuǎn)角度 設(shè)置對工件臺的水平位置引入的誤差進行獨立分析。


圖1所示為阿貝誤差的產(chǎn)生原理圖。 圖2所示為激光距離測量中的另 一種常見效應(yīng)-余弦效應(yīng)。 圖3所示為應(yīng)用本發(fā)明的工件臺位置水平誤差測量及校正方法的光刻機系 統(tǒng)的示意圖。
圖4所示為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的工件臺位置水平誤差測量及校正方法 的流程圖。
圖5所示為才艮據(jù)本發(fā)明第一實施例的硅片上曝光出的多個圖案的示意圖。 圖6所示為根據(jù)本發(fā)明第 一 實施例的硅片上的曝光場的布局的示意圖。 圖7所示為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的工件臺位置水平誤差測量及校正方法 的流程圖。
圖8所示為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的硅片上的曝光場的布局的示意圖。
具體實施例方式
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳 實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。
圖3所示為應(yīng)用本發(fā)明的工件臺位置水平誤差測量及校正方法的光刻^L系 統(tǒng)的示意圖。
如圖3所示，光刻機系統(tǒng)10包括照明光源系統(tǒng)1、投影物鏡成像系統(tǒng)4、 用于支撐并精密定位掩才莫板2的掩模臺3、用于支撐并精密定位硅片5的工件臺 6以及干涉儀7。照明光源系統(tǒng)l發(fā)出光線；掩模板2上具有標記S;硅片5設(shè) 置于工件臺6上；干涉儀7用于測量工件臺6的位置；標記S經(jīng)投影物鏡成像 系統(tǒng)2成像于硅片5上。
圖4所示為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的工件臺位置水平誤差測量及校正方法的流程圖。工件臺6位置水平誤差測量及校正方法包括下列步驟
S201，光刻機系統(tǒng)在硅片5上曝光多個場的標記，在本實施例中標記S為
套刻標記。此過程中，工件臺6的旋轉(zhuǎn)角度或傾斜角度分別被設(shè)置成零以及特
定的值，進行了套刻標記的兩層曝光。
S203，讀取硅片上套刻標記的套刻誤差。
S205，根據(jù)上述套刻標記的套刻誤差得到由旋轉(zhuǎn)或傾斜引入的工件臺的位 置偏差。
S207，依據(jù)上述工件臺的位置偏差和工件臺的傾斜與旋轉(zhuǎn)不為零時設(shè)置的 角度獲得工件臺干涉儀位置計算模型的正確參數(shù)。
接下來，同時結(jié)合圖5與圖6給出發(fā)明第一實施例具體的實施過程。
首先，在硅片5上曝光出圖5所示的多個圖案。整個硅片5上共有6個場。 每個場的布局分布如圖6所示。每個場由18組套刻標記組成，可進一步分成6 個小場。每個小場包含三組套刻標記，這三組套刻標記均為在相同條件下曝光 得到。套刻標記為Box-in-Box結(jié)構(gòu)，白色下層為工件臺6的旋轉(zhuǎn)角度和傾斜角 度都為零的情況下曝光得到的，黑色上層是按照要求在工件臺6設(shè)置成特定的 旋轉(zhuǎn)角度或傾斜角度的情況下曝光得到。圖6中每個小場的下方都標出了該小 場對應(yīng)的曝光黑色上層時工件臺6設(shè)置的角度(Rx,Ry，Rz)。例如(l.O， 0， O)表示 曝光該標記黑色上層的時刻工件臺的角度設(shè)置值為Rx=1.0毫弧度(mrad)， Ry=Omrad， Rz=Ommd。同理，(0， 0, 1.2)表示曝光該標記黑色上層的時刻工件臺 的角度設(shè)置值為Rx=Omrad, Ry=Omrad, Rz= 1.2mrad。
接著，利用套刻機讀取每組套刻標記曝光到硅片上的套刻誤差，并保存。 硅片上曝光顯影的套刻標記上層標記中心位置與下層標記中心位置的差相對于 掩模上套刻標記上層標記中心位置與下層標記中心位置的差的偏移量即為套刻 誤差。如果套刻標記的上層標記中心與下層標記中心重合，則套刻誤差為曝光 在硅片上的套刻標記上層標記中心位置與下層標記中心位置的差。
利用上面測量得到的三組套刻標記的套刻誤差，代入工件臺的水平位置計 算公式進行擬和，得到公式中相應(yīng)系數(shù)。
工件臺的水平位置坐標(x， y)分別是xl， yl， Rx, Ry, Rz和干涉儀模型系數(shù)的函數(shù)。x = f(xl， Rx， Ry, Rz, a， 〃, ;0
y = f(yl,Rx,Ry,Rz，;7,《，s) (1)
其中，xl,yl分別為干涉儀測得的X向和Y向的光束長度。Rx,Ry，Rz分別
為對應(yīng)的曝光套刻標記的黑色上層時工件臺的傾斜角度和旋轉(zhuǎn)角度。 a，〃，y，77，《，s代表干涉儀的模型系數(shù)。
通過整理，可以將上式整理成以xl，yl,Rx,Ry，Rz為變量且以干涉儀的模型
系數(shù)為參數(shù)的函數(shù)
x = a + 6*a + c*/ + <i*;K
其中，a， b， c, d, e， f， g, h是函數(shù)中包含了 xl， yl， Rx, Ry, Rz變量的函數(shù)。 測量硅片上各個對準套刻標記的位置，并且用(x(,力')表示工件臺的旋轉(zhuǎn)角度 或傾斜角度非零時曝光得到的標記位置，相應(yīng)地用(;c;,^)表示與之對應(yīng)的工件臺 的旋轉(zhuǎn)角度或傾斜角度為零時曝光得到的標記位置。此時硅片上套刻標記的位 置等效為曝光時刻工件臺的位置，套刻誤差等效于對應(yīng)的工件臺的位置偏差， 基于公式(2)，可以得到下式
x; - < = a〖-a;+(c〖(《-《) r
e;+(/1'-/0')"+fe(-g;)《+(^-^)" 。
根據(jù)各個曝光時刻工件臺的角度設(shè)置值，結(jié)合三組套刻標記的套刻誤差， 將它們分別代入以上公式進行擬和，便可求得模型中的相應(yīng)模型系數(shù)。
采用本發(fā)明，可以對"，"，"，"，纟，s等多個系數(shù)進行有效校正，從而有效消
除由于工件臺的旋轉(zhuǎn)、傾斜或者它們的組合角度引入的多種誤差。
只要工件臺位置控制系統(tǒng)的精度、投影物鏡的相差、干涉儀模型本身的精 度，以及光刻機的標記讀取系統(tǒng)的精度達到納米級，利用本發(fā)明提出的方法進 行測校，即可通過校正干涉儀模型的系數(shù)，使干涉儀測量系統(tǒng)的測量精度達到 納米級別。
圖7所示為才艮據(jù)本發(fā)明第二實施例的工件臺位置水平誤差測量及校正方法 的流程圖。同時結(jié)合圖3與圖7，工件臺6位置水平誤差測量及校正方法包括下 列步驟
S501，在硅片上曝光離軸對準標記。每個場均包含兩行標記，每行中上面
8一排標記在工件臺的旋轉(zhuǎn)和傾斜角度都為零的情況下曝光得到，而下面 一排的 標記是按照要求在工件臺設(shè)置成特定的旋轉(zhuǎn)或傾斜角度的情況下曝光得到。
S503,讀取離軸對準標記的位置，在讀取過程中工件臺6的旋轉(zhuǎn)角度和傾 斜角度為零。
S505,根據(jù)上述離軸對準標記的位置得到由旋轉(zhuǎn)或傾斜引入的工件臺的位 置偏差。
S507，依據(jù)上述工件臺的位置偏差，獲得干涉儀位置計算模型的正確參數(shù)。 接下來，同時結(jié)合圖3與圖7給出發(fā)明第二實施例具體的實施過程。 首先，在一個硅片5上曝光出圖5所示的多個圖案。整個硅片5上共有6 個場。每個場的布局分布如圖8所示。這里每個場由36個標記組成，可進一步 分成6個小場。每個小場包含兩行標記。每行中上面一排的3個標記在工件臺 的旋轉(zhuǎn)角度和傾斜角度都為零的情況下曝光得到，而下面一排的3個標記是按 照要求在工件臺設(shè)置成特定的旋轉(zhuǎn)角度或傾斜角度的情況下曝光得到。
圖8中每個小場的下方標出了該小場對應(yīng)的(Rx,Ry,Rz)設(shè)置角度。例如(1.0， 0, O)表示曝光該標記的時刻工件臺的Rx=l.Omrad, Ry-Omrad， Rz=Omrad。同理， (0， 0, 1.2)表示曝光該標記的時刻工件臺的Rx=Omrad, Ry=Omrad， Rz=l.2mrad。 離軸對準標記進行曝光后，利用對準標記讀取系統(tǒng)讀出各個標記在硅片上 的位置并保存；
利用上面測量得到的標記位置，代入工件臺的水平位置計算公式進行擬和，
得到公式中相應(yīng)系數(shù)。
假設(shè)工件臺的水平位置坐標(x， y)分別是xl, yl， Rx, Ry， Rz和干涉儀模型系數(shù)
的函數(shù)。 '
x = f(xl,Rx，Ry， Rz,a,/ ，"
y二f(yl，Rx,Ry,Rz,仏f) (1)
其中，xl，yl分別為激光干涉儀測得的X向和Y向的光束長度。Rx，Ry,Rz 分別為對應(yīng)的工件臺的傾斜和旋轉(zhuǎn)角度?！?，/^，7，纟^代表干涉儀的模型系數(shù)。
通過整理，可以將以上^^式整理成以xl, yl， Rx, Ry， Rz為變量且以工件臺位 置模型的參數(shù)為系數(shù)的函數(shù)。
>;=e + /" + g《+ /7" (2)
9其中，a， b， c， d, e， f， g， h是函數(shù)中包含了 xl， yl, Rx, Ry， Rz變量的函數(shù)部分。
測量硅片上各個標記位置，并且用(;c; ，y;)表示工件臺的旋轉(zhuǎn)或傾斜角度非零
時曝光得到的下面 一排的標記位置，相應(yīng)地用(;c; ， x )表示與之對應(yīng)的工件臺的旋
轉(zhuǎn)或傾斜角度為零時曝光得到的上面一排標記位置。此時硅片上標記的位置等
效為曝光時刻工件臺的位置，基于公式(2),可以得到下式 x:-義X a; + (《-6;) a + (q' - 4) 〃 + (of;-《)v
乂' 一 乂 =《—e; + (,'— /。') ;/ + (3)
根據(jù)各個曝光時刻工件臺的角度設(shè)置值，并結(jié)合測量得到的每個離軸對準 標記的位置，將它們分別代入以上公式進行擬和，便可求得干涉儀的模型系數(shù)。 為了能夠更加詳細地顯示擬和的過程，以下給出一個具體的公式。在以上兩
個實施例中，若(2)式中X向的公式為
;c = JW [1 + 0.5(i z - itcz0)2 + 0.5(外-~0)2]+ 0.5AT(i y2 + i z2)
1 1 (4) 一 Mjc + — M力+ JV;c (外——ilci z)
2 2
其中Rxzo、 Rxy0、 K、 Mx、 Nx為表征安裝特征的相關(guān)系數(shù)，為待求的量。 根據(jù)兩種情況下曝光得到的標記位置，將公式進行相減，得到
義1 一 "^0 =.
、4l + 0.5(/ z。 - itcz0)2 +0.5(&。-柳0)2]+0.5乖>>02
(5)
她,。+會^。^v。 )+m,。
其中帶下標0的量為零層曝光相關(guān)的量，為工件臺不帶有旋轉(zhuǎn)和傾斜時的測 量值；帶下標1的量為一層曝光相關(guān)的量，為工件臺帶有旋轉(zhuǎn)和傾斜時的測量 值。將上式進行整理，得到(3)式的具體表達式為
jc, -;c。 — "l + 0，')2 +0.5 ]-["。 *(1 + 0，。)2 +0.5(外。)2)]} -0.5- A70) ((Ztcz0)2 + 0.5(勿0)2)
=0.5(/^,2 -外02 + ikj - &02 )尺+ ("。 )/te0 + ("。
i ;;。 - i 乂 )~0 (6)
其中，爿2 = 及z。 - ^Z! 化， ； 2 =腿0
j4 = i z。—及z! + 0急oi^ - 0.5化i 乂 ， / 4 = 冼=i 乂 -卸o + 0.5i x07 >>Q -0.5化i 力/ 5 = iVx
將標記曝光過程中測得的X1、 Yl、 Rx、 Ry、 Rz代入上式進行擬和，即可求 得系數(shù)。
綜上所述，本發(fā)明的工件臺位置水平誤差測量及校正方法通過在硅片上曝 光對準標記的方法直接記錄工件臺的位置，從而可以更力。方便地測量曝光時刻 工件臺的實際位置；所采用的對準標記可以是離軸對準標記，套刻對準標記， 要知曉曝光時刻的工件臺位置，可以由光刻機或者套刻機讀取對準標記的位置， 若采用套刻機讀取標記，還可以不占用光刻機的機時，從而降低成本；通過將 工件臺設(shè)置成各種不同姿態(tài)來記錄工件臺的位置，從而可以將各種不同的傾斜 旋轉(zhuǎn)角度設(shè)置對工件臺的水平位置引入的誤差進行獨立分析。
本發(fā)明中所述具體實施案例僅為本發(fā)明的較佳實施案例而已，并非用來限 定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修 飾，都應(yīng)做為本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1. 一種測量工件臺位置的水平誤差并對其進行校正的方法，適用于一光刻機系統(tǒng)，光刻機系統(tǒng)包括照明光源系統(tǒng)、投影物鏡成像系統(tǒng)、用于支撐并精密定位掩模板的掩模臺、用于支撐并精密定位硅片的工件臺以及干涉儀，上述測量工件臺位置的水平誤差并對其進行校正的方法的特征在于，包括下列步驟上述光刻機系統(tǒng)在上述硅片上曝光至少一個場的標記，每個場中分別包含將上述工件臺設(shè)置成不同的旋轉(zhuǎn)或者傾斜角度的情況曝光得到的標記；讀取上述標記的位置；根據(jù)測得的上述標記的位置，計算工件臺由于旋轉(zhuǎn)和傾斜引起的工件臺的位置偏差；以及依據(jù)上述標記位置偏差獲得計算得到至少一個用于校正干涉儀誤差的參數(shù)，從而對工件臺的水平位置誤差進行校正。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量工件臺位置的水平誤差并對其進行校正的方 法，其特征在于，曝光的上述標記為可以使用測量系統(tǒng)測得的并確定其位置的 對準標記。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量工件臺位置的水平誤差并對其進行校正的方 法，其特征在于，其中上述對準標記為離軸對準標記。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量工件臺位置的水平誤差并對其進行校正的方 法，其特征在于，其中上述對準標記為套刻標記。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量工件臺位置的水平誤差并對其進行校正的方 法，其特征在于，上述讀取上述標記的上述位置為讀取上述標記在上述工件臺 的旋轉(zhuǎn)角度或傾斜角度不為零時的位置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的測量工件臺位置的水平誤差并對其進行校正的方 法，其特征在于，上述對準標記的參考位置為上述對準標記在上述工件臺的旋 轉(zhuǎn)角度或傾斜角度為零時的位置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量工件臺位置的水平誤差并對其進行校正的方 法，其特征在于，曝光各個標記時，將工件臺設(shè)置成多種不同的旋轉(zhuǎn)和傾斜姿 態(tài)，以觀測設(shè)置成這些姿態(tài)時，這些旋轉(zhuǎn)和傾斜設(shè)置值對工件臺水平位置的影響。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量工件臺位置的水平誤差并對其進行校正的方 法，其特征在于，曝光時刻工件臺的旋轉(zhuǎn)和傾斜角度(/ JC,/^， i z)這三個值中，其 中一個值為非零時，其它兩個值為零。
全文摘要
本發(fā)明提出一種工件臺位置水平誤差測量及校正方法，包括下列步驟光刻機系統(tǒng)在硅片上曝光多個場的標記，每個場中分別包含將工件臺設(shè)置成不同的旋轉(zhuǎn)或者傾斜角度的情況曝光得到的標記；讀取標記在硅片上的位置；計算工件臺帶有一定旋轉(zhuǎn)或者傾斜角度與旋轉(zhuǎn)傾斜角度均為零的情況下曝光得到的標記位置偏差；以及依據(jù)標記位置偏差獲得計算得到至少一個用于校正干涉儀誤差的參數(shù)，從而對工件臺位置的測量結(jié)果進行有效的校正。本發(fā)明可以有效測量出由旋轉(zhuǎn)或者傾斜等不同組合情況下引入的誤差，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，精度更高。
文檔編號G03F7/20GK101510058SQ20091004758
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者彬 林 申請人:上海微電子裝備有限公司