波像差测量装置的误差校准方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种波像差测量装置的误差校准方法。
【背景技术】
[0002] 随着光刻机关键尺寸节点的向下延伸，物镜像质对CD和套刻的影响越来越明显， 所以需要对物镜波像差和畸变进行精确测量。对物镜的波像差测量通常使用双光栅横向剪 切干涉原理，通过物面和像面两个相互匹配的光栅形成剪切干涉图对物镜进行检测。
[0003] 波像差测量分系统使用的像面标记板标记结构如图1所示，中间的波像差测量标 记区域布满波像差测量标记；区域周围存在八个WA标记，可用于对准，标记板镀铬，存在较 高的反射率，可供FLS进行测量。在常规的测量流程中，通过掩模对准和硅片对准完成物面 和像面标记的对准过程。但是这样就存在一个问题，这种方法保证的是对准标记之间的对 准精度，而不是波像差测量标记之间的对准精度。这就意味着波像差测量标记之间的对准 精度除了受掩模对准精度影响之外还包括了标记加工制造误差、标记板应力变形和热变形 导致的误差。这就导致物面和像面的标记会存在倾斜和旋转，直接影响波像差测量的精度。 掩模板标记加工精度目前在几十个纳米数量级，而标记板受应力和热变形影响导致测量区 域内的平整度达到几百个纳米，这些影响对于波像差测量而言，影响较大。
[0004] 对准标记距离波像差测试标记越是远，带来的误差可能越大。目前波像差测试标 记和硅片对准标记之间距离将近10mm，如图1所示，已经很难保证波像差测量标记的对准 精度。
[0005] 同样使用调焦调平传感器对波像差测量标记板进行调平也存在类似问题，测量和 调整的是整个标记板的倾斜和旋转，无法测量波像差测量标记的倾斜。
[0006] 而且，由于单个波像差测量标记的旋转未知，导致像面运动台或者物面运动台在 扫描或者移相的过程中，可能会导致标记移相和扫描方向之间非正交，这一点也会影响波 像差测量的精度。
[0007] 所以通过掩模对准、硅片对准和FLS调焦调平之后，物面和像面波像差标记的对 准结果可能如图2所示，存在倾斜和旋转。在这种情况下，如果需要进一步提高波像差测量 精度，就必须得到物面和像面波像差测量标记的直接对准精度，并进行调整从而保证两者 之间不存在倾斜和旋转。
【发明内容】
[0008] 本发明要解决的技术问题是如何通过对波像差标记的使用提高对准精度，并进行 调整。
[0009] 为了解决这一技术问题，本发明提供了一种波像差测量装置的误差校准方法，包 括以下步骤：
[0010] 步骤一：通过掩模台的掩模板上的物面测量标记和工件台的基准板上的若干个 像面测量标记的相对运动进行波像差测量，然后通过测量的结果计算所述基准板的倾斜情 况。
[0011] 步骤二：通过测量的结果计算所述基准板的旋转角度；
[0012] 步骤三：根据所述基准板的倾斜情况和旋转角度对所述基准板进行调整补偿。
[0013] 还包括以下步骤：
[0014] 步骤四：通过一个物面测量标记和一个像面测量标记的相对运动获取位相图，然 后通过位相图计算掩模台的运动方向与像面测量标记的夹角或者工件台的运动方向与物 面测量标记的夹角；
[0015] 步骤五：根据所述夹角对掩模台位置或工件台位置进行调整补偿。
[0016] 在所述步骤一中包括如下步骤：
[0017] S101 :将掩模板上的物面测量标记移动至物镜的视场中心点，将基准板上的像面 测量标记的区域中心移动到与物面测量标记对应的名义位置。
[0018] S102:选择基准板上的若干所述像面测量标记，将所述物面测量标记分别与每个 像面测量标记发生相对运动，传感器进行图像采集和波像差测量，得到这若干个像面测量 标记对应的泽尔尼克像差系数；
[0019] S103:根据所述泽尔尼克像差系数计算若干所述像面测量标记对应的离焦位置， 再通过所述离焦位置计算出所述基准板的倾斜情况Tx、Ty。
[0020] 所述像面测量标记的数量为至少4个。
[0021] 所述像面测量标记对应的离焦位置dF根据泽尔尼克像差系数Z4通过以下公式 获得：
[0025]其中，n为中间值，dF为离焦量，NA为物镜的数值孔径，X为波长。
[0026] 所述基准板的倾斜情况Tx、Ty以及离焦量dF之间的关系符合以下的公式：
[0027] dF=Tx?x+Ty?y+c
[0028] 其中，x、y是所述像面测量标记的名义位置，dF为离焦量，c为常数，进而根据该公 式和测量结果计算得到所述基准板的倾斜情况Tx、Ty。
[0029] 在计算所述基准板的倾斜情况Tx、Ty时，选择若干所述像面测量标记中至少三个 的测量结果，应用到以下的公式中：
[0030]
[0031] 其中，（Xpyj、（x2,y2)和（x3,y3)是所述像面测量标记的名义位置，inv为求矩阵 的逆，从而计算得到所述基准板的倾斜情况Tx、Ty。
[0032] 所述步骤二包括如下步骤：
[0033]S201:根据所述波像差测量，获得像面测量标记对应的泽尔尼克像差系数，可以计 算出所述若干个像面测量标记的实际位置X、Y;
[0034]S202:根据上述实际位置计算所述基准板的旋转角度Rz。
[0035] 在所述步骤S201中，所述波像差测量标记的数量为至少4个，选择所述像面测量 标记中两个测量结果，利用这两个测量结果中的Z2、Z3,应用到以下公式中，获得所述像面 测量标记对应的实际位置（XpY〇、（X2,Y2):
[0038] 其中，NA为物镜的数值孔径。
[0039] 将所述像面测量标记对应的实际位置应用到以下公式中，计算所述基准板的旋转 角度Rz:
[0040]
[0041] 所述步骤四包括如下步骤：
[0042]S401:使一个所述物面测量标记与一个所述像面测量标记之间发生相对运动，传 感器采集位相图，即位相随标记的运动距离变化而变化的曲线图；
[0043]S402:根据该位相图计算位相差，再通过所述位相差计算出掩模台的运动方向与 像面测量标记方向的夹角，或工件台的运动方向与物面测量标记方向的夹角。
[0044] 在所述步骤S401中，所述像面测量标记位置不变，所述物面测量标记沿第一方向 做直线移动以扫描所述像面标记，选定所述像面标记第二方向上的两个区域，所述第一方 向垂直于第二方向，移动所述物面测量标记的同时，先对所述像面标记的第一个区域沿第 一方向扫描若干个周期，然后所述物面标记切换到所述像面标记的第二个区域，在移动所 述物面测量标记的同时沿第一方向扫描若干个周期，从而采集到两个区域的位相图。
[0045] 所述波像差测量标记为光栅。
[0046] 利用采集到的位相图计算得到位相差，计算得到所述掩模台的运动方向与像面测 量标记方向的夹角，或工件台的运动方向与物面测量标记方向的夹角。
[0047] 所述掩模台的运动方向与像面测量标记方向的夹角，或工件台的运动方向与物面 测量标记方向的夹角通过以下公式得到：
[0048]
[0049] 其中，p为运动光栅周期，d为运动光栅的切换距离，A0为位相差。
[0050] 当测量Y方向的旋转时，所述光栅的线条沿Y方向设置，X方向与所述第一方向同 向。
[0051] 当测量X方向的旋转时，所述光栅的线条沿X方向设置，Y方向与所述第一方向同 向。
[0052] 所述的波像差测量装置的误差校准方法还包括步骤六：根据所述调整补偿的结 果，进行波像差测量。
[0053] 本发明摒弃了使用掩模对准、硅片对准和FLS来进行物面和像面波像差标记对准 的方法，而是使用了波像差测量标记来