CN103454862B - 用于光刻设备的工件台位置误差补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于光刻设备的工件台位置误差补偿方法，其特征在于，包括：步骤一、设置旋转台的旋转角度为零，并与水平向运动台保持固定的位置关系，在硅片上套刻曝光，读取曝光标记偏差，计算各曝光场的旋转角度；步骤二、根据所述各曝光场的旋转角度，拟合由所述运动轨道扭转引入的旋转角度；步骤三、使所述工件台先后沿第一方向和与第一方向垂直的第二方向运动，测量工件台的旋转角度；步骤四、根据所述工件台的旋转角度，拟合获得由缩放效应引入的旋转角度；步骤五、根据所述工件台的旋转角度、所述运动轨道扭转引入的旋转角度与缩放效应引起的旋转角度，计算方镜面形引起的旋转角度，获得一补偿后的方镜形貌。

Description

用于光刻设备的工件台位置误差补偿方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域,尤其涉及一种用于光刻设备的工件台位置误差补偿方法。

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。

在当前的光刻设备中，具有精密定位性能的工件台***是其配备的关键分***之一。工件台的定位性能决定了掩模上的图案能否快速精确地成像在曝光基底之上。

如附图1中所示为一种双层结构的工件台。它X方向的运动导轨7与Y方向的运动导轨8在垂向上叠合在一起，驱动可以在水平向运动的水平运动台1。在水平运动台1的上方再安装承放硅片5的旋转台4。测量工件台3位置的激光干涉仪2a、2b照射在水平向运动台之上，用于测量它的水平位置，如图1所示。该工件台3在X向和Y向分别有两个激光干涉仪测量轴2a与2b，从两个方向测量水平向运动台1的位置（x,y,Rz）。由于曝光基底位于旋转台4之上，而非直接放在水平向运动台1之上，因此激光干涉仪无法测量曝光硅片的旋转角度Rz。

在激光干涉仪各测量轴都测量正确的前提之下，上述激光干涉仪组成的测量***测量水平向运动台的位置时，还受到三方面误差的影响：1）、方镜面形误差；2）、同方向上两轴激光干涉仪不平行，因此造成测得的旋转角度存在水平方向的缩放；3）、水平向运动台沿着导轨上运动时，由于导轨的直线度不理想引起的运动台的旋转。这三方面误差如果没有经过专门的校正，将使水平向运动台的位置（x,y,Rz）定位不准。

为了消除方镜面形对位置测量结果引入误差，需要进行方镜面形的测量。US5790253提出了一种测量方镜面形并对误差进行补偿的方法。该方法假设激光干涉仪测量水平运动台旋转角度时测量结果没有误差，因此位置测量模型必须经硬件或者软件校准过。对于图1所示的工件台结构，干涉仪测量***无法控制水平向运动台的旋转角度，因此无法利用X向和Y向两个干涉仪测量运动台旋转角度的冗余性对旋转角度测量结果进行直接校准。测量方镜面形时，方镜面形误差、干涉仪光轴不平行引起的旋转角度缩放效应以及导轨不直引起的运动台本身的旋转，这三者都对测量结果产生影响，阻碍了方镜面形的有效测量，从而无法对方镜面形进行有效补偿，导致运动台定位精度不高，整机套刻精度下降。

综上所述，现有技术中需要一种新的对工件台位置误差进行补偿的方法。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种对工件台位置误差进行补偿的方法，可以有效消除轨道面形误差和缩放角度误差。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于光刻设备的工件台位置误差补偿方法，其特征在于，包括：步骤一、设置旋转台的旋转角度为零，并与水平向运动台保持固定的位置关系，在硅片上套刻曝光，读取曝光标记偏差，计算各曝光场的旋转角度；步骤二、根据所述各曝光场的旋转角度，拟合由所述运动轨道扭转引入的旋转角度；步骤三、使所述工件台先后沿第一方向和与第一方向垂直的第二方向运动，测量工件台的旋转角度；步骤四、根据所述工件台的旋转角度，拟合获得由缩放效应引入的旋转角度；步骤五、根据所述工件台的旋转角度、所述运动轨道扭转引入的旋转角度与缩放效应引起的旋转角度，计算方镜面形引起的旋转角度，获得一补偿后的方镜形貌。

更进一步地，所述步骤二中根据所述曝光场的旋转角度，拟合因所述运动轨道扭转引入的旋转角度的具体计算公式为：

，

其中，Rzx _rm 、Rzy _rm 为所述运动轨道扭转引入的的旋转角度，a _r 、b _r 、c _r 、d _r 为拟合系数。

更进一步地，所述步骤四中所述缩放效应引入的旋转角度的具体计算公式为：

，，

其中，Rzx _scale 、Rzy _scale 为由缩放效应引入的旋转角度，a _s 、b _s 、c _s 、d _s 为拟合系数。

其中，所述计算方镜面形引起的旋转角度的具体计算公式为：

，

其中，Rzx _meas 、Rzy _meas 为由所述工件台的旋转角度，Rzx _mm 、Rzy _mm 为方镜面形引入的旋转角度，Rzx _scale 、Rzy _scale 为由缩放效应引入的旋转角度。

更近一步地，还包括步骤六：重复执行步骤一至五，直至测量结果收敛。

与现有技术相比较，本发明提供一种对工件台位置误差进行补偿的方法，可以有效消除轨道面形误差和缩放角度误差，使得包含在测量结果中的三方面的误差可以有效分离。本发明通过在硅片上进行特定设置的方式进行曝光套刻标记，从套刻场内的旋转计算出工件台的旋转角度，有效地得到轨道的扭转。采用正常的方镜面形测试，但是在数据处理阶段，首先将方镜面形引起的旋转角度同缩放旋转误差进行分离之后，再进行面形计算。本发明在模型计算上通过计算轨道面形误差、计算缩放角度误差、计算方镜面形旋转角度误差等三步的数据处理，使得方镜面形的旋转角度从其它两种掺杂在的旋转量有效分离出来。最终使方镜面形误差得到有效的测量和补偿，进而提高运动台的定位精度，提高整机套刻精度。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是现有技术中常见的双层结构的工件台的结构示意图；

图2是根据曝光图案测量得到的各个套刻标记偏差的示意图；

图3是工件台因角度旋转产生缩放效应的原理示意图；

图4是本发明所示出的工件台位置误差补偿方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的一种具体实施例的用于光刻设备的工件台位置误差补偿方法。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。此外，在以下描述中所使用的“X向”一词主要指与水平向平行的方向；“Y向”一词主要指与水平向平行，且与X向垂直的方向；“Z向”一词主要指与水平向垂直，且与X、Y向均垂直的方向。

如图1所示为一种双层结构的工件台3，包括运动台1和旋转台4。它X方向的运动导轨7与Y方向的运动导轨8在垂向上叠合在一起，驱动可以在水平向运动的水平运动台1。在水平运动台1的上方再安装承放硅片5的旋转台4。测量工件台3位置的激光干涉仪2a、2b照射在水平向运动台之上，用于测量它的水平位置，如图1所示。该工件台3在X向和Y向分别有两个激光干涉仪测量轴2a与2b，从两个方向测量水平向运动台1的位置（x,y,Rz）。由于曝光基底位于旋转台4之上，而非直接放在水平向运动台1之上，因此激光干涉仪无法测量曝光硅片的旋转角度Rz。

在激光干涉仪各测量轴都测量正确的前提之下，上述激光干涉仪组成的测量***测量水平向运动台1的位置时，还受到三方面误差的影响：1）、方镜面形误差；2）、同方向上两轴激光干涉仪不平行，因此造成测得的旋转角度存在水平方向的缩放；3）、水平向运动台沿着导轨上运动时，由于导轨的直线度不理想引起的运动台的旋转。这三方面误差如果没有经过专门的校正，将使水平向运动台的位置（x,y,Rz）定位不准。

为了消除方镜面形对位置测量结果引入误差，需要进行方镜面形的测量。为了测量具有图1所示结构工件台3的方镜面形，并对其进行误差补偿。需要分成以下几个步骤：1、在硅片5上进行套刻曝光，根据曝光图案计算出运动轨道7、8引起的工件台3旋转；2、让工件台3分别沿着X向和Y向运动测量方镜面形；3、计算方镜面形误差并对其进行补偿。

本实施例描述的是本发明在一台步进光刻机上的实施场景。

首先让光刻机在硅片5上进行套刻曝光。曝光各个场时，设置旋转台4的旋转角度为零，让旋转台4和水平向运动台保持固定的位置关系。图1给出了根据曝光图案测量得到的各个套刻标记偏差，从该图可以看出曝光场6在硅片上的分布。如该图所示，每个曝光场6由6*8＝48个套刻标记组成，根据这48个套刻标记可以计算出场内的旋转角度。以上曝光场景中工件台3没有额外设置旋转角度，因此曝光场的旋转角度真实反应了工件台3的旋转角度，该旋转角度正是由轨道的扭转引入的。每个曝光场在硅片上的位置与工件台3的位置对应，因此可以将该旋转角度基于场的位置进行拟合得到轨道的旋转形貌RM。考虑到导轨的直线特性，一般进行三阶可以反应它对旋转角度的影响，进行如下式的拟合

···················································()

由此得到轨道的旋转面形。上式中x、y运动台的位置，Rzx _rm 、Rzy _rm 为轨道的旋转面形角度误差（由X向干涉仪测得的旋转角度为Rzx，由Y向干涉仪测得的旋转角度为Rzy），其余为拟合系数。

接着测量方镜面形。让工件台先后沿着X向和Y向步进运动，在工件台运动到每个位置处时，两个方向的干涉仪分别测量工件台的旋转角度并保存。上面已经分析过，以上测量得到的旋转角度包含了三个方面的信息量，如式(2)所示

················································(2)

上式中Rzx _meas 、Rzy _meas 为由激光干涉仪测得的运动台的旋转角度；Rzx _mm 、Rzy _mm 为方镜面形引入的旋转角度误差；Rzx _scale 、Rzy _scale 为由缩放效应引入的旋转角度误差。

在模型计算阶段，需要根据测量阶段得到的旋转角度进行处理，将其中光束不平行引起的角度缩放量和轨道面形去除，只采用由方镜不平整引起的角度变化进行方镜面形计算。如此得到的方镜面形才能真实反应方镜的起伏。首先将这些测量得到的Rzx和Rzy根据测量时刻工件台的位置相应地减去(1)式给出的该位置处的轨道面形，此时就得到了只包含由方镜面形引起的旋转角度和缩放效应引起的角度，下面的步骤基于这个计算结果继续进行。

图1表示了旋转角度缩放产生的原因和效果。当工件台3沿着该方向运动，使干涉仪的两个测量轴的光程产生变化时，缩放效应才显现，否则缩放产生的缩放角度为一固定值。

当工件台沿着X向运动，Rzx随着工件台沿X向运动产生缩放变化。此过程中X向干涉仪始终照射在X向方镜的同一个地方，面形量在此过程中为固定值。另外，由于此过程中Y向不运动，Rzy的角度缩放为一个固定值。因此将该测量过程中得到的Rzx基于工件台的X向位置进行线性拟合，可以得到缩放引起的角度误差。

····························································(3)

同理对于Y向运动时的Rzy，也可进行类似的拟合

···························································(4)

式(3)(4)中a _s 、b _s 、c _s 、d _s 为拟合系数。

如此，由式(5)可以计算得到纯粹由方镜面形引起的旋转角度

················································(5)

由Rzx _mm 、Rzy _mm 进行类似US5790253所述的方法进行方镜面形计算，便可得到方镜形貌。

以下将结合图4，详细说明本发明所公开的工件台位置误差补偿方法的具体实施步骤。

S101，在硅片上进行套刻曝光。

S102，读取曝光标记偏差。

S103，计算各曝光场的旋转。由于曝光场景中工件台没有额外设置旋转角度，因此曝光场的旋转角度真实反应了工件台的旋转角度，该旋转角度正是由轨道的扭转引入的。

S104，拟合得到轨道的旋转形貌，所使用的拟合公式参见上文所述的公式1。

S105，测量工件台的方镜面形，让工件台先后沿着X向和Y向步进运动，在工件台运动到每个位置处时，两个方向的干涉仪分别测量工件台的旋转角度并保存。

S106，从测量角度中减去轨道的旋转形貌。将这些测量得到的Rzx和Rzy根据测量时刻工件台的位置相应地减去公式1给出的该位置处的轨道面形，此时就得到了只包含由方镜面形引起的旋转角度和缩放效应引起的角度。

S107，从测量角度中减去旋转角度的缩放。当工件台沿着X向运动，Rzx随着工件台沿X向运动产生缩放变化。此过程中X向干涉仪始终照射在X向方镜的同一个地方，面形量在此过程中为固定值。另外，由于此过程中Y向不运动，Rzy的角度缩放为一个固定值。因此将该测量过程中得到的Rzx基于工件台的X向位置进行线性拟合，可以得到缩放引起的角度误差。

S108，计算方镜面形。

与现有技术相比较，本发明提供一种对工件台位置误差进行补偿的方法，可以有效消除轨道面形误差和缩放角度误差，使得包含在测量结果中的三方面的误差可以有效分离。本发明通过在硅片上进行特定设置的方式进行曝光套刻标记，从套刻场内的旋转计算出工件台的旋转角度，有效地得到轨道的扭转。采用正常的方镜面形测试，但是在数据处理阶段，首先将方镜面形引起的旋转角度同缩放旋转误差进行分离之后，再进行面形计算。本发明在模型计算上通过计算轨道面形误差、计算缩放角度误差、计算方镜面形旋转角度误差等三步的数据处理，使得方镜面形的旋转角度从其它两种掺杂在的旋转量有效分离出来。最终使方镜面形误差得到有效的测量和补偿，进而提高运动台的定位精度，提高整机套刻精度。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (5)

1.一种用于光刻设备的工件台位置误差补偿方法，其特征在于，包括：

步骤一、设置旋转台的旋转角度为零，并与水平向运动台保持固定的位置关系，水平向运动台沿着运动轨道运动，在硅片上套刻曝光，读取曝光标记偏差，计算各曝光场的旋转角度；

步骤二、根据所述各曝光场的旋转角度，拟合由所述运动轨道扭转引入的旋转角度；

步骤三、使所述工件台先后沿第一方向和与第一方向垂直的第二方向运动，测量工件台的旋转角度；

步骤四、根据所述工件台的旋转角度，拟合获得由缩放效应引入的旋转角度；

步骤五、根据所述工件台的旋转角度、所述运动轨道扭转引入的旋转角度与缩放效应引起的旋转角度，计算方镜面形引起的旋转角度，从而对工件台位置误差进行补偿。

2.如权利要求1所述的工件台位置误差补偿方法，其特征在于，所述步骤二中根据所述曝光场的旋转角度，拟合因所述运动轨道扭转引入的旋转角度的具体计算公式为：

Rzx_rm＝a_rx³+b_rx²+c_rx+d_r

Rzy_rm＝e_ry³+f_ry²+g_ry+h_r，

其中，x,y为所述测量工件台当前位置获得的坐标值，Rzx_rm、Rzy_rm为所述运动轨道扭转引入的的旋转角度，a_r、b_r、c_r、d_r为拟合系数。

3.如权利要求1所述的工件台位置误差补偿方法，其特征在于，所述步骤四中所述缩放效应引入的旋转角度的具体计算公式为：

Rzx_scale＝a_s·x+b_s，Rzy_scale＝c_s·y+d_s，

其中，x,y为所述测量工件台当前位置获得的坐标值，Rzx_scale、Rzy_scale为由缩放效应引入的旋转角度，a_s、b_s、c_s、d_s为拟合系数。

4.如权利要求1所述的工件台位置误差补偿方法，其特征在于，所述计算方镜面形引起的旋转角度的具体计算公式为：

Rzx_mm＝Rzx_meas-Rzx_rm-Rzx_scale

，

Rzy_mm＝Rzy_meas-Rzy_rm-Rzy_scale

其中，Rzx_meas、Rzy_meas为由所述工件台的旋转角度，Rzx_rm、Rzy_rm为所述运动轨道扭转引入的的旋转角度，Rzx_mm、Rzy_mm为方镜面形引入的旋转角度，Rzx_scale、Rzy_scale为由缩放效应引入的旋转角度。

5.如权利要求1所述的工件台位置误差补偿方法，其特征在于，还包括步骤六：重复执行步骤一至五，直至测量结果收敛。