调焦调平光斑水平位置的测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种调焦调平光斑水平位置的测量方法，应用于投影光刻机设备中，采用工具硅片，所述工具硅片上设有对准标记、方形标记和参考区域，该测量方法包括：步骤1：利用工具硅片上的对准标记和硅片对准系统，计算工具硅片中心与对准光轴的位置偏差；步骤2：通过调焦调平光斑在工具硅片的四个上片方向上对工具硅片上的方形标记和参考区域进行扫描，并获取扫描结果；步骤3：利用工具硅片中心与对准光轴的位置偏差和扫描结果，计算调焦调平光斑中心与对准光轴的位置偏差。本发明采用工具硅片作为辅助工具，采用硅片对准的方法测量调焦调平光斑的水平位置，由于硅片对准的精度较高，因此可以获得更加精确的光斑位置。
【专利说明】调焦调平光斑水平位置的测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及投影光刻领域，特别涉及一种调焦调平光斑水平位置的测量方法。
【背景技术】
[0002] 投影光刻技术已经广泛应用于集成电路制造工艺，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。调焦调平系统（Focus&Level Sensor，简称FLS)是 光刻机的重要分系统之一，它负责测量娃片上表面的高度和倾斜信息。通过与承载娃片的 工件台系统和测量硅片与工件台位置关系的硅片对准系统结合，使硅片的被曝光区域一直 处于光刻机物镜系统的焦深之内，从而使掩模板上的图形理想地转移到硅片上。
[0003] 随着投影光刻机的分辨率不断提高，焦深不断减小，对光刻机调焦调平分系统的 测量精度的要求也越来越高。由于测量精度与安装机械空间的限制，目前高精度的投影光 刻机调焦系统均采用了三角法的测量原理测量硅片表面相对于最佳焦面的高度信息，并采 用多个光斑测量硅片表面的方法测量硅片相对于最佳焦面的倾斜信息。
[0004] 由于调焦调平系统存在机械安装误差，将导致光斑中心位置与物镜光轴不重合。 此时调焦调平系统测量位置不再是物镜光轴与工件台的交点。如工件台与物镜光轴垂直， 由于待测点与测量点Z向位置相同，因此该误差对测量结果没有影响。但如工件台与物镜 光轴不垂直，由于待测点与测量点Z向位置不相同，因此该误差将影响测量结果。
[0005] 如目前使用的一种测量方法，依靠在不同倾斜下光斑实际高度与期望位置间的偏 差，拟合计算得到结果。该方法受到工件台旋转中心与工件台物理中心校准误差、工件台物 理中心与物镜光轴校准误差以及工件台倾斜范围的影响，测量精度不高。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种调焦调平光斑水平位置的测量方法，以提高调焦调平测量系统的 测量精度。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供一种调焦调平光斑水平位置的测量方法，应用 于投影光刻机设备中，采用工具硅片，所述工具硅片上设有对准标记、方形标记和参考区 域，该测量方法包括：
[0008] 步骤1 :利用工具硅片上的对准标记和硅片对准系统，计算工具硅片中心与对准 光轴的位置偏差；
[0009] 步骤2 :通过调焦调平光斑在四个方向上对工具硅片上的方形标记和参考区域进 行扫描，并获取扫描结果；
[0010] 步骤3 :利用工具硅片中心与对准光轴的位置偏差和扫描结果，计算调焦调平光 斑中心与对准光轴的位置偏差。
[0011] 作为优选，所述对准标记为精对准标记。
[0012] 作为优选，所述方形标记的截面为等腰梯形。
[0013] 作为优选，所述方形标记的名义高度大于200nm，顶部边长不小于调焦调平光斑的 外接圆直径，且在扫描方向上所述方形标记两侧关于方形标记的中心轴对称。
[0014] 作为优选，所述方形标记有三个，且两个方形标记之间的间距大于调焦调平光斑 边长的2倍。
[0015] 作为优选，所述参考区域包括：与所述三个方形标记关于所述工具硅片中心对称 的区域。
[0016] 作为优选，所述参考区域的高度与所述方形标记的顶部或底部高度相同。
[0017] 作为优选，所述步骤2包括：a、以90°上工具硅片；b、进行工具硅片对准；c、规划 扫描路径，并依次扫描方形标记和参考区域；d、记录扫描结果后下片；e、以270°上片，重 复步骤b?步骤d;f、以0°上片，重复步骤b?步骤d;g、以180°上片，重复步骤b?步骤 d〇
[0018] 作为优选，所述步骤3包括：1)利用工具硅片中心与对准光轴的位置偏差和扫描 结果，获取方形标记高度和工件台位置对应关系表；2)选取多组方形标记高度测量值并进 行线性拟合，所述方形标记高度测量值在方形标记的名义高度的25%?75%之间；3)计算 方形标记中心；4)计算调焦调平光斑中心与对准光轴的位置偏差。
[0019] 作为优选，所述的方形标记高度和工件台位置对应关系表中，方形标记高度为调 焦调平光斑测得的方形标记与参考区域的高度差。
[0020] 作为优选，采用最小二乘法对多组方形标记高度测量值进行线性拟合，获取拟合 直线的斜率和截距。
[0021] 作为优选，根据拟合直线的斜率和截距，计算出方形标记高度为50%名义高度时， 工件台的水平向坐标，从而计算方形标记中心。
[0022] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明采用工具硅片作为辅助工具，采用 硅片对准的方法测量调焦调平光斑的水平位置，由于硅片对准的精度较高，因此可以获得 更加精确的光斑位置。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图Ia为光斑理论位置与实际位置对比示意图；
[0024] 图Ib为光斑水平位置误差造成垂向测量误差示意图；
[0025] 图2a?2b为本发明一【具体实施方式】中的测试流程图；
[0026] 图3为本发明一【具体实施方式】中工具硅片的结构示意图；
[0027] 图4为图3中对准标记的结构示意图；
[0028] 图5为本发明一【具体实施方式】中方形标记剖面图；
[0029] 图6为本发明一【具体实施方式】中Y向偏差测试原理图；
[0030] 图7为本发明一【具体实施方式】中X向偏差测试原理图；
[0031] 图8a为本发明一【具体实施方式】中调焦调平光斑测量高度和水平坐标对应关系；
[0032] 图8b为本发明一【具体实施方式】中Y向扫描时方形标记中心计算原理图。
【具体实施方式】
[0033] 由于调焦调平系统存在机械安装误差，会造成调焦调平光斑中心与理论位置存在 偏移，如图Ia所示。当工件台与物镜光轴不垂直时，所述偏移会导致垂向测量误差。图Ib 为光斑水平位置偏差造成垂向测量误差的示意图，图中A为光斑的理论位置，A'为光斑实 际位置，垂向误差计算公式如下
[0034] AZ = -9y. ΔΧ+θχ· ΔΥ
[0035] 其中，Δ ζ为垂向误差，θ ,Ρ θ χ为工件台的倾斜角度，ΔΧ和Δ Y为调焦调平光 斑水平位置偏移量。采用本发明的调焦调平光斑水平位置的测量方法能够精确测量光斑水 平位置误差，减小垂向测量误差。
[0036] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的【具体实施方式】做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精 准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0037] 请参照图2a?8b，本发明提供的调焦调平光斑水平位置的测量方法，主要应用于 投影光刻机设备中，并采用工具硅片1作为辅助工具。具体地，请重点参照图3?5,所述 工具硅片1上设有对准标记20、方形标记10和参考区域30,其中，所述对准标记20为镜对 准标记，每个方形标记10与对准标记20之间的距离是固定的，也就是说，每个对准标记20 均设有固定坐标，当工具硅片1对准后，即可以计算出每个方形标记10相对于对准标记20 的位置。进一步的，方形标记10包括A、B、C三个标记，且两个方形标记10之间的间距L2 大于调焦调平光斑的外接圆直径；并且所述方形标记10的截面为等腰梯形，即梯形的两腰 的倾斜角θ 1= Θ 2，其名义高度Htl大于200nm，顶部边长Ll不小于调焦调平光斑的外接圆直 径，且在扫描方向上所述方形标记10两侧关于方形标记10的中心轴对称。
[0038] 作为优选，所述参考区域30包括与所述三个方形标记10关于所述工具硅片1中 心对称的区域，该参考区域30没有任何标记，且所述参考区域30的高度与所述方形标记10 的顶部或底部高度相同。
[0039] 请参照图2a?2b，并结合图3?8b，本发明提供的调焦调平光斑水平位置的测量 方法包括：
[0040] 步骤1 :利用工具硅片1上的对准标记20和硅片对准系统，计算工具硅片1中心 与对准光轴的Χ、γ方向位置偏差（ΛΧΜ、Λ YWA)。需特别说明的是对准系统的测量坐标系由 工件台测量系统进行标定。
[0041] 步骤2 :通过调焦调平光斑在四个方向上对工具硅片1上的方形标记10和参考区 域30进行扫描，并获取方形标记10、参考区域30表面高度height及表面高度Iieight i所 对应的X、Y向坐标值（Xpyi),将获取的数据（IieightpXpyi)作为扫描结果保存。具体地， 请重点参照图2b，所述步骤2主要包括：
[0042] a、以90°上工具硅片1 ;
[0043] b、进行工具硅片1对准；
[0044] c、规划扫描路径，并依次扫描方形标记10和参考区域30 ;
[0045] d、记录扫描结果后下片；
[0046] e、以270°上片，重复步骤b?步骤d ;
[0047] f、以0°上片，重复步骤b?步骤d;
[0048] g、以180°上片，重复步骤b?步骤d。
[0049] 具体地，以测量Y向偏差为例，测量Y向偏差时，首先将工具硅片1以90°上片， 移动工件台，使调焦调平光斑沿Y轴依次扫描工具硅片1上的方形标记10和参考区域30， 获取不同Y向坐标值下的调焦调平光斑的测量高度（即标记10、参考区域30表面高度)。然 后将工具硅片1下片，旋转180°后上片，再做一次Y方向的扫描运动，可以消除工具硅片1 面型对测量的影响。
[0050] 同理，测量X向偏差时，将工具硅片1以0°上片，在对方形标记10进行X向扫描 后下片，将工具硅片1旋转180°，再做一次方形标记10的X向扫描，进而可以计算获得调 焦调平光斑中在X向上的偏移量。
[0051] 需要说明的是，所述工具硅片1上设有切口，定义工具硅片1的切口方向向下时工 具硅片1为0°，沿逆时针针方向依次旋转90°后，工具硅片1的角度依次为90°、180°和 270。。
[0052] 步骤3 :利用工具硅片1中心与对准光轴的位置偏差和扫描结果，计算调焦调平光 斑中心与对准光轴的位置偏差。其主要包括：
[0053] 1)利用工具硅片1中心与对准光轴的位置偏差，修正方形标记扫描过程中获取的 X、Y向坐标值Xi、yi，即在所获得的Xi、Yi值的基础上分别减去上述步骤1所获得的工具硅 片1中心与对准光轴的位置偏差ΛX WA、Λ Ywa。结合修正后的X、Y向坐标值与X、Y修正前 对应的FLS测量结果heighti，可以建立所述方形标记高度值height和工件台Χ、Υ向位置 对应关系表，进而完成调焦调平测量系统坐标系下的光斑水平向（X、Y向）测量值向工件台 坐标下的坐标值的转换。
[0054] 为了消除工件台倾斜的影响，每次对方形标记10扫描后，需要扫描参考区域30的 高度值，方形标记10扫描结果减去参考区域30扫描结果，就是调焦调平系统测得的方形标 记10的高度，也就是说，所述方形标记10高度为调焦调平光斑测得的方形标记10与参考 区域30的高度差。仍以Y向测量为例，利用在步骤2中Y向的两次扫描测得的高度值和其 对应的Y坐标，并利用步骤1的结果对Y向坐标值进行修正，即由调焦调平光斑扫描获得的 方形标记表面高度值对应的Y向坐标值Y i值减去Λ Ywa，可以得到如图8a所示的工件台坐 标系下方形标记表面高度值与Y向坐标值之间的对应关系，从而计算出梯形中心的Y坐标， 进而得到方形标记10中心的Y坐标，对6个方形标记10中心Y坐标取均值，就可以得到调 焦调平光斑在Y向上的偏移量。
[0055] 2)选取多组方形标记10的高度测量值并进行线性拟合，所述方形标记10高度测 量值在方形标记10的名义高度HO的25%?75%之间。较佳的，可以采用最小二乘法对多 组方形标记10高度测量值进行线性拟合，获取拟合直线的斜率和截距。具体请重点参照图 8b，此处以三个方形标记10中的B标记为例，选取测量结果在25%H Q至75%HQ间的数据，采 用最小二乘法进行线性拟合，得到直线La和Lb。直线拟合的公式如下：
[0056] heighti = kXy^b
[0057] 其中，heighti为测量点的调焦调平测量值，Yi为测量点的Y向坐标，k为拟合直 线的斜率，b为拟合直线的截距。
[0058] 3)计算方形标记10中心；具体地，根据拟合直线的斜率k和截距b，计算出方形标 记10高度为50%名义高度时，工件台的水平向坐标，从而计算方形标记10中心。同样以B 标记为例，图8b中Bl和B2为B标记的梯形的腰上高度为50%HQ的点，对应的Y值分别为 yB1和yB2，则该B标记在Y方向的中心yB的计算方法为
[0059] Yb = (Ybi+Yb2) 2
[0060] 同理，计算得到A标记和C标记的中心分别为yA和y。。将工具硅片1旋转180° 后，再次测量计算得到A、B、C标记的中心分别为y' A、y' B、y'。。
[0061] 4)调焦调平光斑中心与对准光轴的位置偏差为
【权利要求】
1. 一种调焦调平光斑水平位置的测量方法，应用于投影光刻机设备中，采用工具娃片， 所述工具娃片上设有对准标记、方形标记和参考区域，该测量方法包括： 步骤1;利用工具娃片上的对准标记和娃片对准系统，计算工具娃片中也与对准光轴 的位置偏差； 步骤2 ;通过调焦调平光斑在工具娃片的四个上片方向上对工具娃片上的方形标记和 参考区域进行扫描，并获取方形标记和参考区域的表面高度及表面高度所对应的X、Y向坐 标值，将获取的数据作为扫描结果保存； 步骤3 ;利用工具娃片中也与对准光轴的位置偏差和扫描结果，计算调焦调平光斑中 也与对准光轴的位置偏差。
2. 如权利要求1所述的调焦调平光斑水平位置的测量方法，其特征在于，所述对准标 记为精对准标记。
3. 如权利要求1所述的调焦调平光斑水平位置的测量方法，其特征在于，所述方形标 记的截面为等腰梯形。
4. 如权利要求1所述的调焦调平光斑水平位置的测量方法，其特征在于，所述方形标 记的名义高度大于200nm，顶部边长不小于调焦调平光斑的外接圆直径，且在扫描方向上所 述方形标记两侧关于方形标记的中也轴对称。
5. 如权利要求1所述的调焦调平光斑水平位置的测量方法，其特征在于，所述方形标 记有H个，且两个方形标记之间的间距大于调焦调平光斑边长的2倍。
6. 如权利要求5所述的调焦调平光斑水平位置的测量方法，其特征在于，所述参考区 域包括；与所述H个方形标记关于所述工具娃片中也对称的区域。
7. 如权利要求6所述的调焦调平光斑水平位置的测量方法，其特征在于，所述参考区 域的高度与所述方形标记的顶部或底部高度相同。
8. 如权利要求1所述的调焦调平光斑水平位置的测量方法，其特征在于，所述步骤2包 括： a、 W 90。上工具娃片； b、 进行工具娃片对准； C、规划扫描路径，并依次扫描方形标记和参考区域； t记录扫描结果后下片； e、W 270°上片，重复步骤b?步骤d; two。上片，重复步骤b?步骤d; g、Wl80°上片，重复步骤b?步骤d。
9. 如权利要求1所述的调焦调平光斑水平位置的测量方法，其特征在于，所述步骤3包 括： 1) 利用工具娃片中也与对准光轴的位置偏差和扫描结果，获取方形标记高度和工件台 位置对应关系表； 2) 选取多组方形标记高度测量值并进行线性拟合，所述方形标记高度测量值在方形标 记的名义高度的25%?75%之间； 3) 计算方形标记中也； 4) 计算调焦调平光斑中也与对准光轴的位置偏差。
10. 如权利要求9所述的调焦调平光斑水平位置的测量方法，其特征在于，所述的方形 标记高度和工件台位置对应关系表中，方形标记高度为调焦调平光斑测得的方形标记与参 考区域的高度差。
11. 如权利要求9所述的调焦调平光斑水平位置的测量方法，其特征在于，采用最小二 乘法对多组方形标记高度测量值进行线性拟合，获取拟合直线的斜率和截距。
12. 如权利要求11所述的调焦调平光斑水平位置的测量方法，其特征在于，根据拟合 直线的斜率和截距，计算出方形标记高度为50%名义高度时，工件台的水平向坐标，从而计 算方形标记中也。
【文档编号】G03F9/00GK104460235SQ201310429103
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】韩春燕 申请人:上海微电子装备有限公司