CN109426094B - 曝光方法、测量方法以及曝光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种曝光方法、测量方法以及曝光装置，所述曝光方法包括：得到工件台、掩模台和投影物镜的垂向正交多项式运动轨迹；得到工件台、掩模台和投影物镜的水平向正交多项式运动轨迹；将垂向正交多项式运动轨迹与水平向正交多项式运动轨迹的轨迹系数发给执行机构。在本发明提供的曝光方法、测量方法以及曝光装置中，所述曝光方法获取掩模板以及基板的面形信息的畸变信息，根据坐标系关系拆解得到所述工件台、所述掩模台、空间像的位置轨迹系数，通过投影物镜的补偿、总的工件台的面形补偿量、总的工件台的栅格变形补偿量，确定垂向正交多项式运动轨迹与水平向正交多项式运动轨迹，通过执行机构在曝光时同步执行所规划轨迹，确保了曝光精度。

Description

曝光方法、测量方法以及曝光装置
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及曝光方法、测量方法以及曝光装置。
背景技术
半导体制造中关于平板显示器件的制造技术是以投影光刻技术为核心，配合成膜、涂胶、显影、刻蚀等工艺，多次循环，最终在玻璃基底上形成微米级尺寸的光电显示器件，并在微米级尺寸的范围内排列成密集阵列。
平板显示器件的发展趋势有两点：第一是更加致密、细微的单元显示器件，以获得更高的显示分辨率；第二是更大尺寸的显示面积。这个趋势对投影光刻机提出了更高的要求。以曝光装置为核心的光刻技术，其本质是跨尺寸微纳制造，即使用宏观的手段，在大尺寸的物料上，进行微纳结构的快速制造，尺寸的跨度越大，所面临的挑战越大，需要处理的技术问题越多，进而导致需要用各种新的技术方法，克服光刻设备整体及关键局部的工程问题。
现有技术在半导体制造中使用到大尺寸的物料时，往往会由于物料的形变产生不可控因素，特别是光刻技术中的掩模板，掩模板在曝光装置具有很高的要求，掩模板产生的形变影响到曝光的结果，使曝光精确度不足，影响产品的质量。因此，如何获得较佳的曝光精确度是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供曝光方法、测量方法以及曝光装置，解决曝光精确度不足的问题。
本发明提供的曝光方法，包括：
将掩模板设置在掩模台上，将基板设置在工件台上；
测量所述基板上表面多点高度，平面拟合得到全局调平所述工件台的高度和倾斜设定值，使所述基板上表面与焦面重合；
测量得到所述掩模板的图形面的面形信息和畸变信息；
测量得到投影物镜的焦面信息；
测量得到所述基板的面形信息和畸变信息；
通过二维正交多项式系数拟合，得到所述掩模板的图形面的面形系数、所述基板上表面的面形系数、所述掩模板的图形面相对于所述基板的待曝光面的畸变系数；
按照所述工件台、所述掩模台、所述投影物镜布局的相对坐标系关系，将所述图形面的面形系数、所述上表面的面形系数和所述待曝光面的畸变系数拆解成所述工件台、所述掩模台、空间像的位置轨迹系数；
将所述基板的面形拆解为二维正交多项式表达，由所述工件台补偿所述基板的面形的0阶量、1阶量、1阶交叉量，由所述投影物镜补偿所述基板的面形的高阶量；
将所述基板的畸变拆解为二维正交多项式表达，光刻机对三阶以内所述基板的畸变量进行补偿；
对所述掩模板的面形的补偿量进行拆分，所述掩模台补偿所述掩模板的畸变的0～3阶量，所述投影物镜补偿由物镜拼接导致的1～3阶校正残差量；
将所述基板的栅格拆解为二维正交多项式表达，由所述工件台补偿所述基板的栅格的0阶量、1阶量、1阶交叉量，由所述投影物镜补偿所述基板的栅格的高阶量；
将所述掩模板的栅格拆解为二维正交多项式表达，由所述掩模台补偿所述掩模板的栅格的0～3阶量，所述投影物镜补偿由物镜拼接导致的1～3阶校正残差量；
将所述工件台对所述掩模板的面形的补偿量和所述基板的面形的补偿量合并，得到所述工件台总的面形补偿量，对所述工件台、所述掩模台和所述投影物镜的面形补偿量进行正交多项式拟合，得到所述工件台、所述掩模台和所述投影物镜的垂向正交多项式运动轨迹；
将所述工件台对所述掩模板的栅格的补偿量和所述基板的栅格的补偿量合并，得到所述工件台总的栅格变形补偿量，对所述工件台、所述掩模台和所述投影物镜的栅格变形补偿量进行正交多项式拟合，得到所述工件台、所述掩模台和所述投影物镜的水平向正交多项式运动轨迹；
将所述垂向正交多项式运动轨迹与所述水平向正交多项式运动轨迹的轨迹系数发给执行机构，所述执行机构在曝光时同步执行所规划轨迹。
可选的，在所述曝光方法中，根据所述投影物镜的灵敏度矩阵，将所述空间像的位置轨迹系数转换为所述投影物镜内部多个可动机构的联合轨迹系数。
可选的，在所述曝光方法中，所述投影物镜补偿所述基板的面形的高阶量是由单元投影物镜各自的低阶补偿量拼接而成。
可选的，在所述曝光方法中，所述投影物镜补偿所述基板的栅格的高阶量是由单元投影物镜各自的低阶补偿量拼接而成。
可选的，在所述曝光方法中，所述掩模台设置有掩模整形装置，通过所述掩模整形装置对所述掩模板进行整形。
可选的，所述掩模整形装置包括整形罩，所述整形罩包括罩体及设置于所述罩体上的密封圈，所述罩体具有透明窗口，所述罩体罩住所述掩模台承载的所述掩模板并通过所述密封圈形成密闭空间。
本发明还提供一种测量方法，所述测量方法用于上述曝光方法，所述测量方法包括：
掩模台的垂向位置及姿态在测量过程中保持不变，在所述掩模台水平向移动过程中间，使用掩模测量***测量所述掩模板各位置高度；
将所述掩模台水平向位置数据和所述掩模测量***测得的垂向高度同步对应后，在图形区范围内对高度数据进行二维多项式拟合，得到所述掩模板的面形测量结果；
工件台的水平向位置及姿态在测量过程中保持不变，在所述工件台水平向移动过程中间，使用基板测量***测量基板各位置高度；
将所述工件台的水平向位置数据和所述基板测量***测得的垂向高度同步对应后，在每个曝光场范围内对高度数据进行二维多项式拟合，得到各曝光场的基板的面形测量结果；
在所述掩模板的图形区域内布置掩模对准标记，所述掩模台将所述掩模对准标记驱动到投影物镜正上方，利用安装在所述工件台上的同轴对准传感器测量所述掩模对准标记的成像位置相对于名义位置的偏移量，将该偏移量基于名义位置进行二维多项式拟合，得到所述掩模板的畸变测量结果；
将所述工件台的基准标记版驱动到离轴对准传感器正下方，测量离轴对准传感器中心相对于所述基准标记版上各对应基准标记的水平向位置偏差；
在基板上每个曝光场内制作基板对准标记；
所述工件台将所述基板对准标记驱动到所述离轴对准传感器正下方，由所述离轴对准传感器测量所述基板对准标记相对于传感器中心的水平向位置偏差，修正后得到所述基板对准标记在所述工件台坐标系下相对名义位置的偏移量，将该偏移量在每个曝光场内，基于名义位置进行二维多项式拟合，得到各曝光场畸变测量结果。
可选的，在所述测量方法中，所述掩模对准标记的形状为栅格状；所述基板对准标记的形状为栅格状。
可选的，在所述测量方法中，还包括：所述掩模台将物方基准板驱动到所述投影物镜上方，由传感器阵列捕获标记所成空间像。
可选的，在所述测量方法中，还包括：垂向移动所述工件台，获取空间像对比度，确定所述工件台的高度，作为焦面高度的测量结果。
可选的，在所述测量方法中，通过掩模台驱动装置驱动所述掩模台，所述掩模台驱动装置包括第一驱动装置和第二驱动装置，所述第一驱动装置的最小移动距离为所述第二驱动装置的最小移动距离的10倍以上。
本发明还提供一种曝光装置，采用上述曝光方法，至少包括两个并列设置的曝光***，每个所述曝光***均包括掩模台***、掩模整形***、工件台***、掩模测量***、基板测量***、掩模传输***、基板传输***以及框架***。
在本发明提供的曝光方法、测量方法以及曝光装置中，所述曝光方法获取掩模板以及基板的面形信息的畸变信息，根据坐标系关系拆解得到所述工件台、所述掩模台、空间像的位置轨迹系数，通过投影物镜的补偿、总的工件台的面形补偿量、总的工件台的栅格变形补偿量，确定垂向正交多项式运动轨迹与水平向正交多项式运动轨迹，从而通过执行机构在曝光时同步执行所规划轨迹，完成整个曝光过程，确保了曝光精度，提高了生产质量。
附图说明
图1为本发明实施例中的曝光装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中的掩模整形装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
本发明提供一种曝光方法，包括：
将掩模板设置在掩模台上，将基板设置在工件台上，可以由掩模传输***与掩模台***交接，下载上批次掩模板，上载本批次，可通过掩模台***吸附掩模板，完成掩模板上板，可以由基板传输***与工件台***交接，下载已曝光基板，上载未曝光基板，可通过工件台***吸附基板，完成基板上片，可采用如图1所示的曝光装置，包括掩模整形装置100、工件台300和照明装置400，所述工件台300用于支撑基板500，所述照明装置400可形成曝光光线，所述曝光光线经过所述掩模整形装置100后可对所述基板500进行曝光；
可由基板测量***测量所述基板上表面多点高度，平面拟合得到全局调平所述工件台的高度和倾斜设定值，由工件台***承载基板运动，使所述基板上表面与焦面重合，例如可使基板上表面整体上与最佳曝光的焦面重合；
可采用掩模测量***测量得到所述掩模板的图形面的面形信息和畸变信息；
可采用掩模测量***测量得到投影物镜的焦面信息；
可采用基板测量***测量得到所述基板的面形信息及畸变信息；
在上述掩模板的图形面的面形信息和畸变信息、投影物镜的焦面信息以及基板的面形信息及畸变信息的基础上，通过二维正交多项式***拟合，得到所述掩模板的图形面的面形系数、所述基板上表面的面形系数、所述掩模板的图形面相对于所述基板的待曝光面的畸变系数；
按照所述工件台、所述掩模台、所述投影物镜布局的相对坐标系关系，将所述图形面的面形系数、所述上表面的面形系数和所述待曝光面的畸变***拆解成所述工件台、所述掩模台、空间像的位置轨迹系数，通过坐标系关系建立轨迹系数；
可通过基板面形补偿模型，将所述基板的面型拆解为二维正交多项式表达，在扫描曝光过程中，由所述工件台补偿所述基板的面形的0阶量、1阶量、1阶交叉量，由所述投影物镜补偿所述基板的面形的高阶量；
将所述基板的畸变拆解为二维正交多项式表达，光刻机对三阶以内所述基板的畸变量进行补偿；
可通过掩模面形补偿模型，对所述掩模板的面形的补偿量进行拆分，所述掩模台补偿所述掩模板的畸变的0～3阶量，可含交叉项，所述投影物镜补偿由物镜拼接导致的1～3阶校正残差量；
可通过基板栅格补偿模型，将所述基板的栅格拆解为二维正交多项式表达，在扫描曝光过程中，由所述工件台补偿所述基板的栅格的0阶量、1阶量、1阶交叉量，由所述投影物镜补偿所述基板的栅格的高阶量；
可通过掩模板栅格补偿模型，将所述掩模板的栅格拆解为二维正交多项式表达，在扫描曝光过程中，由所述掩模台补偿所述掩模板的栅格的0～3阶量，可含交叉项，所述投影物镜补偿由物镜拼接导致的1～3阶校正残差量；
将所述工件台对所述掩模板的面形的补偿量和所述基板的面形的补偿量合并，得到所述工件台总的面形补偿量，将各面形上的补偿量进行整合，对所述工件台、所述掩模台和所述投影物镜的面形补偿量进行正交多项式拟合，得到所述工件台、所述掩模台和所述投影物镜的垂向正交多项式运动轨迹，面形是垂向的形貌特征，通过垂向正交多项式运动轨迹来确定工件台、掩模台和投影物镜的移动；
将所述工件台对所述掩模板的栅格的补偿量和所述基板的栅格的补偿量合并，得到所述工件台总的栅格变形补偿量，将各栅格上的补偿量进行整合，对所述工件台、所述掩模台和所述投影物镜的栅格变形补偿量进行正交多项式拟合，得到所述工件台、所述掩模台和所述投影物镜的水平向正交多项式运动轨迹，栅格是水平向的形貌特征，通过水平向正交多项式运动轨迹来确定工件台、掩模台和投影物镜的移动；
将所述垂向正交多项式运动轨迹与所述水平向正交多项式运动轨迹的轨迹系数发给执行机构，执行机构可以是各导轨、机械臂、转轴等运行机构，执行机构将各设备按轨迹系数进行移动，所述执行机构在曝光时同步执行所规划轨迹，完成曝光过程。
在投影物镜内，根据所述投影物镜的灵敏度矩阵，将所述空间像的位置轨迹系数转换为所述投影物镜内部多个可动机构的联合轨迹系数，为了实现投影物镜的调整，可在投影物镜内设多个可动机构，便于投影物镜对光路的设置。
在本实施例中，所述投影物镜补偿所述基板的面形的高阶量是由单元投影物镜各自的低阶补偿量拼接而成，投影物镜由单元投影物镜组成，通过单元投影物镜的低阶补偿量拼接可实现基板的面形的高阶量的补偿。
在本实施例中，所述投影物镜补偿所述基板的栅格的高阶量是由单元投影物镜各自的低阶补偿量拼接而成，通过单元投影物镜的低阶补偿量拼接可实现基板的栅各的高阶量的补偿。
为了提高精度，所述掩模台设置有掩模整形装置，通过所述掩模整形装置对所述掩模板进行整形，通过掩模整形装置来抵消掩模板的形变，可适用于大尺寸的掩模板，从而防止掩模形变导致的产品质量问题。
如图2所示，所述掩模整形装置100包括整形罩10，所述整形罩10包括罩体及设置于所述罩体上的密封圈11，所述罩体具有透明窗口12，所述罩体罩住所述掩模台20承载的所述掩模板30并通过所述密封圈12形成密闭空间，通过掩模整形装置形成密闭空间，从而通过密闭空间与大气之间形成压差对掩模板进行整形，当形成密闭空间后，当掩模板产生形变时，密闭空间的气体量不变但体积发生变化，从而形成与大气之间的气压差，密闭空间形成作用于掩模板形变的反向作用力，从而防止由于掩模板自身重力导致的下沉变形，曝光光线可经由透明窗口通过。
在具体实施方式中，掩模整形装置100包括整形罩10，可设置在掩模台20上，所述整形罩10包括罩体及设置于所述罩体上的密封圈11，所述罩体具有透明窗口12，掩模台20可用于承载掩模板30，所述罩体罩住所述掩模台20承载的所述掩模板30并能够通过所述密封圈11形成密闭空间，在其它实施例中，也可以采用密封胶或密封条等多种方式来形成密闭空间，密封圈为较佳的方式，在运用时，还可以在所述整形罩10或所述掩模台20设置有气道40，所述气道40连通所述密闭空间，在具体的实施方式中，整形罩10可设置在掩模台20上罩在掩模板30上形成密闭空间，通过形成气道40可实现调控密闭空间，从而可以满足不同掩模板的需要，例如，气道可通过阀门等采用开孔或设置管路等方式来实现。
掩模整形装置还可通过设置气体泵从所述气道40对所述密闭空间进行送气，送气包括送入和送出，也就是进行抽气和进气。当掩模板位于密闭空间的下方时，通过抽气形成密闭空间相对于大气(室内气压)的负压，使大气从外作用于掩模板；当掩模板位于密闭空间在上方时，通过进气形成密闭空间相对于大气的正压，使密闭空间内气体从内作用于掩模板，这里的负压或正压是指气压低于或高于标准大气压，也就是通常意义上的大气(室内气压)，标准大气压在标准大气条件下海平面的气压，标准大气压值为101.325kPa，通过对掩模板的上下表面形成气压差来平衡掩模板自身的重力，从而有效地抵消掩模板由于重力导致的下沉变形，尤其是大尺寸的掩模板。
本发明还提供一种测量方法，所述测量方法可用于上述曝光方法，所述测量方法包括：
掩模台的垂向位置及姿态在测量过程中保持不变，在所述掩模台水平向移动过程中间，使用掩模测量***测量所述掩模板各位置高度；
将所述掩模台水平向位置数据和所述掩模测量***测得的垂向高度同步对应后，在图形区范围内对高度数据进行二维多项式拟合，得到所述掩模板的面形测量结果；
工件台的垂向位置及姿态在测量过程中保持不变，在所述工件台水平向移动过程中间，使用基板测量***测量基板各位置高度；
将所述工件台的水平向位置数据和所述基板测量***测得的垂向高度同步对应后，在每个曝光场范围内对高度数据进行二维多项式拟合，得到各曝光场的基板的面形测量结果；
在所述掩模板的图形区域内布置掩模对准标记，所述掩模台将所述掩模对准标记驱动到投影物镜正上方，利用安装在所述工件台上的同轴对准传感器测量所述掩模对准标记的成像位置相对于名义位置的偏移量，将该偏移量基于名义位置进行二维多项式拟合，得到所述掩模板的畸变测量结果，名义位置也就是理论位置或参考位置等。
将所述工件台的基准标记版驱动到离轴对准传感器正下方，测量离轴对准传感器中心相对于所述基准标记版上各对应基准标记的水平向位置偏差；
可在工艺层曝光之间，在基板上每个曝光场内制作基板对准标记，在工艺中的曝光场可为一个也可以为多个，当为一个是只需要对此曝光场进行操作；
所述工件台将所述基板对准标记驱动到所述离轴对准传感器正下方，由所述离轴对准传感器测量所述基板对准标记相对于传感器中心的水平向位置偏差，修正后得到所述基板对准标记在所述工件台坐标系下相对名义位置的偏移量，将该偏移量在每个曝光场内，基于名义位置进行二维多项式拟合，得到各曝光场畸变测量结果。
可选的，所述掩模对位标记的形状为栅格状，所述基板对准标记的形状为栅格状，通过多个栅格的图形来实现精确对位。
在本实施例中，所述测量方法还包括：所述掩模台将物方基准板驱动到所述投影物镜上方，由传感器阵列捕获标记所成空间像，得到相应的空间关系，物方基准板可设置在掩模台上用来定位，传感器阵列可设置投影物镜上。
在本实施例中，所述测量方法还包括：垂向移动所述工件台，可在不同高度获取空间像对比度，确定所述工件台的高度，例如在对比度最大时工件台的高度，作为焦面高度的测量结果。
对于掩模台的移动方式，通过掩模台驱动装置驱动所述掩模台，使掩模整形装置在垂直方式或水平方向进行移动，从而调整掩模板的位置，所述掩模驱动装置包括第一驱动装置和第二驱动装置，所述第一驱动装置的最小移动距离为所述第二驱动装置的最小移动距离的10倍以上，例如，所述第一驱动装置进行行程运动，行程运动为大范围内的移动，所述第二驱动装置进行精度位置控制，精度位置控制可在较小范围内的移动，例如，采用行程运动最小移动距离为精度位置控制最小移动距离的10、20、25、30或40倍等，第二驱动装置的最小移动距离并非对本申请的限制，为驱动装置所能达到的移动距离，具体的可为0.01mm、0.005mm、0.001mm、0.0001mm、0.0005mm、0.0008mm等。
曝光装置设置有测量装置，通过测量装置来测量其它各装置之间的位置关系，测量装置的位置相对于待测量物设置，所述测量装置可包括基板测量装置和掩模板测量装置，所述基板测量装置可用于测量所述基板的位置，所述掩模板测量装置可用于测量所述掩模板的位置，通过基板测量装置可用于测量基板以及基板相对于工件台等的位置关系，通过掩模板测量装置可用于测量掩模板以及掩模板相对于基板等的位置关系。
基板测量装置还可包括离轴测量阵列和基板面形测量阵列，所述离轴测量阵列为测量所述基板的栅格方位的成阵列的光学测量器件，所述基板面形测量阵列为测量所述基板的面形形貌的成阵列的光学测量器件，通过离轴测量阵列测量基板的空间位置，由在基板上设定的标记得到离轴量和离轴角来进行测量，基板面形测量阵列用来测量基板表面的水平高度，例如采用光学干涉的方法进行测量，通过光源发出两束光，这两束光具有相同的频率，一束由基准面反射、另外一束由测量面反射，当两路光相遇后会产生干涉图案，通过对干涉图案的处理判断出被测物体的面形，够得到被测物体表面上多点的形貌数据和位置数据。本发明中的面形也就是表示各物料的上或下表面的形状关系及数据等，针不同的需求选用。
同样的，掩模板测量装置可包括同轴测量阵列和掩模面形测量阵列，所述同轴测量阵列为测量所述掩模板的栅格方位的成阵列的光学测量器件，所述掩模面形测量阵列为测量所述掩模板的面形形貌的成阵列的光学测量器件，从而测得掩模板的位置关系。
曝光装置设置有具有物镜组200的投影物镜，所述物镜组200可用于调制经过所述掩模整形装置100后的所述曝光光线，通过调整投影物镜内的物镜来调制曝光光线的光路，从而满足曝光的光路要求。
在所述工件台上可以设置有光强传感器阵列，所述光强传感器阵列用于测量到达所述基板的所述曝光光线的光强，可通过形成阵列的多个光强传感器来检测工件台上基板所受的光强，及时发现照明装置发出的光照出现异常的情况，例如部分灯具损坏或长时间使用光强下降等情况。
为了精确定位，可通过基板测量装置测量所述基板的表面多点高度，通过所述工件台的驱动装置调整所述基板位置，使所述基板的表面与曝光的聚焦面重合，从而使基板精确定位于曝光所需要的位置。由于本发明中各装置或物料之间的位置关系都是相对设置的，所以关于相对位置是通常意义上位置关系的描述。
在曝光方法中具有补偿，所述补偿的方法分别可包括基板补偿方法和掩模板补偿方法，所述基板补偿方法用于补偿所述基板的畸变，所述掩模板补偿方法用于补偿所述掩模板的畸变，畸变为曝光的物料中难以避免的误差等情况，由于生产的差异、环境的影响以及随着时间增加产生的变化等，物料上细微的差异都为畸变，通过本申请的补偿方法来对曝光方法中的基板和掩模板进行调整。
其中，所述基板补偿方法包括基板面形补偿和基板栅格补偿，所述基板面形补偿用于补偿所述基板的面形形貌，所述基板栅格补偿所述基板上的栅格方位；所述掩模板补偿方法包括掩模板面形补偿和掩模板栅格补偿，所述掩模板面形补偿用于补偿所述掩模板的面形形貌，所述掩模板栅格补偿用于补偿所述掩模板上的栅格方位。通过不同的方式来实现补偿，基板面形为基板上表面的形貌，基板栅格为基板上可划分为栅格的若干区域，掩模板面形为掩模板上表面的形貌，掩模板栅格为掩模板上可划分为栅格的若干区域，对面形和栅格分别进行补偿以满足曝光精度的要求。
所述基板面形补偿为：通过将所述基板的面形拆解为二维正交多项式形成第一表达式，由所述工件台和所述物镜组基于所述第一表达式对所述基板进行补偿，可通过调整工件台和物镜组内各投影物镜的相对位置来实现基板面形补偿。例如，由基板的面形可拆解出的0阶、1阶、1阶交叉量以及其它高阶量，即第一表达式中包括对应的0阶、1阶、1阶交叉量以及其它高阶量，通过工件台可以实现补偿基板的面形的0阶、1阶和1阶交叉量等低阶补偿量，通过物镜组可以实现补偿基板的面形的高阶量，高阶量的补偿具体由物镜组内的单元投影物镜各自的低阶补偿量拼接而成，高阶量为相对于0阶、1阶和1阶交叉量等低阶补偿量的其它数据关系。
所述基板栅格补偿为：通过将所述基板上的栅格拆解为二维正交多项式形成第二表达式，由所述工件台和所述物镜组基于所述第二表达式对所述栅格进行补偿，可通过调整工件台和物镜组内各投影物镜的相对位置来实现基板栅格补偿。同样的，由基板的栅格可拆解出的0阶、1阶、1阶交叉量以及其它高阶量，即第二表达式中包括对应的0阶、1阶、1阶交叉量以及其它高阶量，通过工件台可以补偿基板上栅格的0阶、1阶和1阶交叉量等低阶补偿量，由物镜组补偿基板上栅格的高阶量，高阶量的补偿具体可由物镜组内的单元投影物镜各自的低阶补偿量拼接而成，高阶量为相对于0阶、1阶和1阶交叉量等低阶补偿量的其它数据关系。
在工件台的垂向位置及姿态在测量过程中可保持不变时，当工件台水平向移动过程中间，使用基板测量装置测量基板各位置高度；将工件台水平向位置数据和基板测量装置测得的垂向高度同步对应后，在每个曝光场范围内对高度数据进行二维多项式拟合，得到的各组拟合系数即为各曝光场的基板面形测量结果。通过基板测量装置测得基板的水平向位置偏差，在进行曝光之前，在基板上每个曝光场内划分成栅格并可设置基板对准标记；工件台将基板对准标记驱动到基板测量装置下方，由基板测量装置测量基板对位标记相对于各传感器中心的水平向位置偏差，修正后得到各基板对位标记在工件台坐标系下相对于各名义位置偏差；将该偏移量在每个曝光场内，基于名义位置进行二维多项式拟合，得到的拟合系数即为各曝光场基板栅格测量结果。
以上所述正交多项式，可采用勒让德(Legendre)多项式形式或车比雪夫(Chebyshev)多项式形式作为基函数。
1维勒让德多项式形式如下：
f0(x)＝1；
f1(x)＝x；
Figure BDA0001395724240000131
Figure BDA0001395724240000132
Figure BDA0001395724240000133
Figure BDA0001395724240000134
…
1维车比雪夫多项式形式如下：
f0(x)＝1；
f1(x)＝x；
f2(x)＝2·x2-1；
f3(x)＝4·x3-3·x；
f4(x)＝8·x4-8·x2+1；
f5(x)＝16·x5-20·x3+5；
以上基函数均在[-1，1]范围内归一化，即-1≤x≤1，在确定基板或掩模板上的基准后，即可通过x代表基板或掩模板上任意一位置。
任意一维曲线可表达为：
s(x)＝c0·f0+c1·f1+c2·f2+c3·f3+c4·f4+c5·f5…＝∑ci·fi
则系数矢量
Figure BDA0001395724240000135
可以表示该曲线，
Figure BDA0001395724240000136
i表示为多项式阶数，扩展到2维形式，从而得到基板或掩模板上任意位置的相对位置数据，将对应的数值关系代入到勒让德(Legendre)多项式形式或车比雪夫(Chebyshev)多项式从而得到各自的二维正交多项式，采用相同多项式定义y方向基函数gi(y)，则任意矩形区域内的表面形貌可表达为：
W(x，y)＝c00·f0·g0+c01·f0·g1+c10·f1·g0+c02·f0·g2+c20·f2·g0+c11·f1·g1…＝∑cij·fi·gj
则系数矢量
Figure BDA0001395724240000141
可以表示该表面形貌，
Figure BDA0001395724240000142
i+j为多项式阶数。
进一步扩展为任意矩形区域内栅格的畸变的表达：
Tx(x，y)＝cx00·f0·g0+cx01·f0·g1+cx10·f1·g0+cx02·f0·g2+cx20·f2·g0+cx11·f1·g1…＝∑cxij·fi·gj
Ty(x，y)＝cy00·f0·g0+cy01·f0·g1+cy10·f1·g0+cy02·f0·g2+cy20·f2·g0+cy11·f1·g1…＝∑cyij·fi·gj
则系数张量
Figure BDA0001395724240000143
可以表示该栅格畸变，
Figure BDA0001395724240000144
，i+j为多项式阶数。
可基于上述正交多项式，所述掩模板面形补偿为：通过将所述掩模板的面形拆解为二维正交多项式形成第三表达式，由所述掩模整形装置和所述物镜组基于所述第三表达式对所述掩模板进行补偿，可通过调整掩模板和物镜组内各投影物镜的相对位置来实现掩模板面形补偿。例如，对掩模板面形的补偿量进行拆分，由掩模台补偿掩模板畸变的0～3阶量以及交叉项，通过物镜组补偿由各投影物镜拼接导致的1～3阶校正残差量。
可基于上述正交多项式，，所述掩模板栅格补偿可为：通过将所述掩模板上的栅格拆解为二维正交多项式形成第四表达式，由所述掩模整形装置和所述物镜组基于所述第四表达式对所述掩模板进行补偿，可通过调整掩模板和物镜组内各投影物镜的相对位置来实现掩模板栅格补偿。例如，可由掩模整形装置补偿掩模板上栅格的0～3阶量以及交叉项，可由投影物镜补偿由各投影物镜拼接导致的1～3阶校正残差量。
在掩模台的垂向位置及姿态在测量过程中可保持不变时，当掩模台水平向移动过程中间，使用掩模板测量装置测量掩模板各位置高度；将掩模台水平向位置数据和掩模板测量装置测得的垂向高度同步对应后，在图形区范围内对高度数据进行二维多项式拟合，得到的拟合系数即为掩模面形测量结果。在掩模板的图形区域内可划分若干栅格状并可分布掩模对准标记，掩模台将掩模对准标记驱动到物镜组上方，利用安装在工件台上的掩模板测量装置测量掩模对准标记的成像位置相对于名义位置的偏移量；将该偏移量基于名义位置进行二维多项式拟合，得到的拟合系数即为掩模栅格测量结果。
在曝光机台内所有参与同步扫描曝光的可动机构，其运动轨迹均按照正交多项式方式规划，每个特定轨迹均用多项式系数表达；所有可动机构均包含逻辑轴到物理轴的线性变换机制，描述在逻辑轴上的轨迹系数，通过该转换机制，得到每个电机的轨迹系数；每个电机均对应各自的轨迹生成器，在曝光装置扫描曝光过程中，将轨迹系数同步转换为每个伺服周期的位置、速度、加速度设定值。
本发明还提供一种曝光装置，采用上述曝光方法，至少包括两个并列设置的曝光***，每个所述曝光***均包括掩模台***、掩模整形***、工件台***、掩模测量***、基板测量***、掩模传输***、基板传输***以及框架***。通过并列设置的曝光***来实现并完成更大尺寸物料的生产，同时通过上述曝光方法保证在大尺寸物料的生产过程中的精度要求，每个曝光***内各部件的组合及其结合方式依据曝光要求设置，在此不作过多描述。
在本发明提供的曝光方法、测量方法以及曝光装置中，所述曝光方法获取掩模板以及基板的面形信息的畸变信息，根据坐标系关系拆解得到所述工件台、所述掩模台、空间像的位置轨迹系数，通过投影物镜的补偿、总的工件台的面形补偿量、总的工件台的栅格变形补偿量，确定垂向正交多项式运动轨迹与水平向正交多项式运动轨迹，从而通过执行机构在曝光时同步执行所规划轨迹，完成整个曝光过程，确保了曝光精度，提高了生产质量。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (12)

1.一种曝光方法，其特征在于，所述曝光方法包括：
将掩模板设置在掩模台上，将基板设置在工件台上；
测量所述基板上表面多点高度，平面拟合得到全局调平所述工件台的高度和倾斜设定值，使所述基板上表面与投影物镜的焦面重合；
测量得到所述掩模板的图形面的面形信息和畸变信息；
测量得到投影物镜的焦面信息；
测量得到所述基板的面形信息和畸变信息；
通过二维正交多项式系数拟合，得到所述掩模板的图形面的面形系数、所述基板上表面的面形系数、所述掩模板的图形面相对于所述基板的待曝光面的畸变系数，所述基板的待曝光面是指掩模板的图形曝光在所述基板上表面形成掩膜图像的面；
按照所述工件台、所述掩模台、所述投影物镜布局的相对坐标系关系，将所述图形面的面形系数、所述上表面的面形系数和所述掩模板的图形面相对于所述基板的待曝光面的畸变系数拆解成所述工件台、所述掩模台、空间像的位置轨迹系数，所述空间像为照明装置通过投影物镜在基板上所形成光强分布的图像；
将所述基板的面形拆解为二维正交多项式表达，由所述工件台补偿所述基板的面形的0阶量、1阶量、1阶交叉量，由所述投影物镜补偿所述基板的面形的高阶量；
将所述基板的畸变拆解为二维正交多项式表达，光刻机对三阶以内所述基板的畸变量进行补偿；
对所述掩模板的面形的补偿量进行拆分，所述掩模台补偿所述掩模板的畸变的0～3阶量，所述投影物镜补偿由物镜拼接导致的1～3阶校正残差量；
将所述基板的栅格拆解为二维正交多项式表达，由所述工件台补偿所述基板的栅格的0阶量、1阶量、1阶交叉量，由所述投影物镜补偿所述基板的栅格的高阶量，所述基板的栅格为所述基板内划分的若干区域；
将所述掩模板的栅格拆解为二维正交多项式表达，由所述掩模台补偿所述掩模板的栅格的0～3阶量，所述投影物镜补偿由物镜拼接导致的1～3阶校正残差量，所述掩模板的栅格为所述掩模板内划分的若干区域；
将所述工件台对所述基板的面形的补偿量和所述掩模台对所述掩模板的面形的补偿量合并，得到所述工件台总的面形补偿量，对所述工件台、所述掩模台和所述投影物镜的面形补偿量进行正交多项式拟合，得到所述工件台、所述掩模台和所述投影物镜的垂向正交多项式运动轨迹；
将所述工件台对所述基板的栅格的补偿量和所述掩模台对所述掩模板的栅格的补偿量合并，得到所述工件台总的栅格变形补偿量，对所述工件台、所述掩模台和所述投影物镜的栅格变形补偿量进行正交多项式拟合，得到所述工件台、所述掩模台和所述投影物镜的水平向正交多项式运动轨迹；
将所述垂向正交多项式运动轨迹与所述水平向正交多项式运动轨迹的轨迹系数发给执行机构，所述执行机构在曝光时同步执行所规划轨迹。
2.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，根据所述投影物镜的灵敏度矩阵，将所述空间像的位置轨迹系数转换为所述投影物镜内部多个可动机构的联合轨迹系数。
3.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述投影物镜补偿所述基板的面形的高阶量是由单元投影物镜各自的低阶补偿量拼接而成。
4.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述投影物镜补偿所述基板的栅格的高阶量是由单元投影物镜各自的低阶补偿量拼接而成。
5.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述掩模台设置有掩模整形装置，通过所述掩模整形装置对所述掩模板进行整形。
6.如权利要求5所述的曝光方法，其特征在于，所述掩模整形装置包括整形罩，所述整形罩包括罩体及设置于所述罩体上的密封圈，所述罩体具有透明窗口，所述罩体罩住所述掩模台承载的所述掩模板并通过所述密封圈形成密闭空间。
7.一种测量方法，所述测量方法用于如权利要求1-6任意一项所述的曝光方法，所述测量方法包括：
掩模台的垂向位置及姿态在测量过程中保持不变，在所述掩模台水平向移动过程中间，使用掩模测量***测量所述掩模板各位置的垂向高度；
将所述掩模台水平向位置数据和所述掩模测量***测得的垂向高度同步对应后，在图形区范围内对高度数据进行二维多项式拟合，得到所述掩模板的面形测量结果；
工件台的垂向位置及姿态在测量过程中保持不变，在所述工件台水平向移动过程中间，使用基板测量***测量基板各位置的垂向高度；
将所述工件台的水平向位置数据和所述基板测量***测得的垂向高度同步对应后，在每个曝光场范围内对高度数据进行二维多项式拟合，得到各曝光场的基板的面形测量结果；
在所述掩模板的图形区域内布置掩模对准标记，掩模板的图形区域内可划分若干区域并分布所述掩模对准标记，所述掩模台将所述掩模对准标记驱动到投影物镜正上方，利用安装在所述工件台上的同轴对准传感器测量所述掩模对准标记的成像位置相对于名义位置的偏移量，将该偏移量基于名义位置进行二维多项式拟合，得到所述掩模板的畸变测量结果；
将所述工件台的基准标记版驱动到离轴对准传感器正下方，测量离轴对准传感器中心相对于所述基准标记版上各对应基准标记的水平向位置偏差；
在基板上每个曝光场内制作基板对准标记，在基板上每个曝光场内划分成若干区域并设置基板对准标记；
所述工件台将所述基板对准标记驱动到所述离轴对准传感器正下方，由所述离轴对准传感器测量所述基板对准标记相对于传感器中心的水平向位置偏差，修正后得到所述基板对准标记在所述工件台坐标系下相对名义位置的偏移量，将该偏移量在每个曝光场内，基于名义位置进行二维多项式拟合，得到各曝光场畸变测量结果。
8.如权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述掩模对准标记的形状为栅格状；所述基板对准标记的形状为栅格状。
9.如权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括：所述掩模台将物方基准板驱动到所述投影物镜上方，由传感器阵列捕获标记所成空间像。
10.如权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括：垂向移动所述工件台，获取空间像对比度，确定所述工件台的高度，作为焦面高度的测量结果。
11.如权利要求7所述的测量方法，其特征在于，通过掩模台驱动装置驱动所述掩模台，所述掩模台驱动装置包括第一驱动装置和第二驱动装置，所述第一驱动装置的最小移动距离为所述第二驱动装置的最小移动距离的10倍以上。
12.一种曝光装置，采用如权利要求1-5任意一项所述的曝光方法，至少包括两个并列设置的曝光***，每个所述曝光***均包括掩模台***、掩模整形***、工件台***、掩模测量***、基板测量***、掩模传输***、基板传输***以及框架***。
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