本发明涉及投影光刻技术领域，尤其涉及一种基底面型测量方法及测量装置。
背景技术：
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。光刻机中一种新兴的垂向控制方法为基底面型测量法，即：通过调焦调平系统预先测量得到基底面型，并根据面型值计算每个曝光场的基底台垂向设定值，使基底上的曝光场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基底上。
随着投影光刻机的分辨率不断提高，焦深不断减小，对光刻机垂向控制精度的要求也日益提高，对基底面型测量精度的要求也随之增高。目前高精度的投影光刻机系统均采用基底台承载基底运动，同时记录基底台垂向传感器和调焦调平系统测量值的方法获得基底面型信息，但由于基底台垂向传感器的基准面(大理石上表面或干涉仪平面镜表面)存在加工制造误差和安装误差，将导致测量得到的基底面型中包含了上述误差，影响垂向控制精度并最终导致曝光场离焦。
如公开号为cn101105389a的中国专利中公开了一种非接触三维面型测量装置，其工作台面在基座上做x向运动，z向运动单元在龙门架上做y向和z向运动。利用固定在z向运动单元上的激光测量传感器量测置于工作台面上的被测物体，但由于基座和龙门架在平面度上均存在一定的误差，该误差会直接影响被测物体的面型，测量精度不高；且采用单个激光测量传感器，测量效率低。
因此，如何提供一种具有更高的测量精度和更快的测量速度的基底面型测量方法及测量装置，是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。
技术实现要素：
本发明提供一种基底面型测量方法及测量装置，以解决上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基底面型测量方法，包括：
s1：上载基底到基底台上，通过基底台位置测量装置测量所述基底台的位置得到基底台位置值，开启调焦调平系统，将m×n的光斑矩阵入射到所述基底上，所述光斑矩阵的列距为d1，行距为d2，其中n≥3，m≥3；
s2：在所述基底上规划扫描路径，移动所述基底台，使所述光斑矩阵沿着所述扫描路径相对所述基底台移动，并记录每次移动时所述光斑矩阵中每个子光斑测得的基底位置值，其中所述光斑矩阵在x方向上移动的步长为d1，在y方向上移动的步长为d2；
s3：整理步骤s2中所述子光斑测得的所有基底位置值，并根据所述基底位置值和所述基底台位置值，对所述基底位置值进行修正，最后根据修正后的所述基底位置值计算所述基底的面型。
较佳地，所述步骤s3包括以下步骤：
s31：将所述光斑矩阵沿着所述扫描路径移动时，每个所述子光斑测量的位置称为测量点，整理所述子光斑在所述测量点处的基底位置值，再以所述基底上中心位置或邻近中心位置处的测量点为参考点，将以所述参考点为中心点或邻近中心点的m×n的所述测量点作为计算矩阵，并将所述测量点的基底位置值拟合为基准面；
s32：根据所述计算矩阵覆盖的所述测量点的基底位置值和所述基底台位置值，计算所述基准面和所述计算矩阵中每个测量点相对所述基准面的高度，将计算结果转换到基底坐标系下，得到所述测量点在所述基底坐标系下的位置参数；
s33：将所述计算矩阵沿着y轴正方向以步长d1移动，将当前所述计算矩阵覆盖的测量点与先前所述计算矩阵覆盖的测量点中重复的点称为已知点，未重复的点称为未知点，利用所述已知点在先前所述计算矩阵中相对应的基准面的高度来修正所述已知点在当前所述计算矩阵中的基底位置值；
s34：将修正后的所述已知点的基底位置值拟合为新的基准面，计算所述未 知点相对新的基准面的高度，将计算结果进行转换得到所述未知点在所述基底坐标系下的位置参数；
s35：返回步骤s33，将y轴正方向上的全部测量点的基底位置值进行修正，得到y轴正方向上所有所述测量点在所述基底坐标系下的位置参数；
s36：所述计算矩阵分别沿y轴负方向、平行于x轴正方向、平行于x轴负方向移动，按照步骤s33至s35所述的方法修正所有所述测量点的基底位置值，得到所述测量点在基底坐标系下的位置参数，其中所述计算矩阵沿平行于x轴方向移动的步长为d2；
s37：利用全部所述测量点在所述基底坐标系下的位置参数绘制所述基底的面型。
较佳地，步骤s32中包括以下步骤：
s321：根据所述计算矩阵覆盖的所述测量点的基底水平值(spotij_x、spotij_y)，和基底高度值fls_zij，以及基底台高度值z_ws，计算所述基准面的高度值z_ref和倾斜值(rx_ref、ry_ref)，其中i＝0,1,…,m，j＝0,1,…,n：
s322：计算所述计算矩阵中每个所述测量点相对所述基准面的高度spotij_d0；
s323：将计算结果转换到所述基底坐标系下，得到所述计算矩阵覆盖的所有测量点在所述基底坐标系下的基底参数：
其中，(xs，ys)表示所述基底上第s个测量点在所述基底坐标系下的水平参数，zs表示所述第s个测量点在所述基底坐标系下的高度参数。
较佳地，所述步骤s33中，利用所述已知点在先前所述计算矩阵中相对应的所述基准面的高度来修正所述已知点在当前所述计算矩阵中的基底位置值为：
其中：
fls_zl,k为当前所述计算矩阵中第l行第k列的测量点的基底高度值；
fls_zl,k为当前所述计算矩阵中第l行第k列的测量点的修正后的基底高度值；
spotp,q_djump为所述计算矩阵沿y轴正方向第jump次步进后，所述计算矩阵中第p行第q列的测量点相对该次步进时对应的所述基准面的高度。
较佳地，步骤s34中所述的将计算结果进行转换得到所述未知点在所述基底坐标系下的位置参数，方法如下：
其中，(xs，ys)表示所述基底上第s个测量点在基底坐标系下的水平参数，zs表示所述基底上第s个测量点在基底坐标系下的高度参数；(x_ws，y_ws)为所述基底台的基底台水平值。
较佳地，所述扫描路径为：相邻两列顺次首尾相接形成的蛇形路径。
本发明还提供了一种实现如上所述的基底面型测量方法的基底面型测量装置，包括基底台、固定于所述基底台上的基底、用于测量所述基底台位置的干涉仪组件、调焦调平系统以及数据处理单元，所述调焦调平系统将m×n的光斑矩阵入射到所述基底上，其中n≥3，m≥3，所述光斑矩阵对所述基底的表面进行 步进扫描，测量得到若干所述基底的基底位置值，其中所述光斑矩阵在x方向上的步长与所述光斑矩阵的列距相等，在y方向上的步长与所述光斑矩阵的行距相等，所述数据处理单元根据所述光斑矩阵测得的若干所述基底位置值和所述干涉仪组件测得的基底台位置值，对所述基底位置值进行修正，最后根据修正后的所述基底位置值计算所述基底的面型。
较佳地，所述干涉仪组件包括z向干涉仪、x方镜、y方镜、45°镜及z向长条镜，所述x方镜和y方镜分别贴在所述基底台的两个相邻的侧立面上，所述45°镜设在所述x方镜的底部，所述z向长条镜设在所述基底台的上方，所述z向干涉仪发出的参考光垂直入射至所述x方镜和y方镜，经反射后入射至所述z向干涉仪；所述z向干涉仪发出的测量光入射至所述45°镜，偏转90°后入射至所述z向长条镜，最后沿原路返回到所述z向干涉仪。
较佳地，所述基底通过吸盘固定于所述基底台上。
本发明还提供了另外一种实现如上所述的基底面型测量方法的基底面型测量装置，包括基底台、固定于所述基底台上的基底、用于测量所述基底台位置的光栅尺组件、调焦调平系统及数据处理单元，所述调焦调平系统将m×n的光斑矩阵入射到所述基底上，其中n≥3，m≥3，所述光斑矩阵对所述基底的表面进行步进扫描，测量得到若干所述基底的基底位置值，其中所述光斑矩阵在x方向上的步长与所述光斑矩阵的列距相等，在y方向上的步长与所述光斑矩阵的行距相等，所述数据处理单元根据所述光斑矩阵测得的若干所述基底位置值和所述光栅尺组件测得的基底台位置值，对所述基底位置值进行修正，最后根据修正后的所述基底位置值计算所述基底的面型。
与现有技术相比，本发明提供的基底面型测量方法及测量装置，该方法包括s1：上载基底到基底台上，通过基底台位置测量装置测量基底台的位置得到基底台位置值，开启调焦调平系统，将m×n的光斑矩阵入射到基底上，光斑矩阵的列距为d1，行距为d2，其中n≥3，m≥3；s2：在基底上规划扫描路径，移动基底台，使光斑矩阵沿着扫描路径相对基底台移动，并记录每次移动时光斑矩阵中每个子光斑测得的基底位置值，其中光斑矩阵在x方向上移动的步长为d1，在y方向上移动的步长为d2；s3：整理步骤s2子光斑测得的所有基底位置值，并根据基底位置值和基底台位置值，对基底位置值进行修正，最后根据 修正后的基底位置值计算基底的面型。这样，在相邻的两次扫描测量中，基底上总有至少6个光斑被重复测量，根据前后两次测量的信息即可消除由于基底台高度和倾斜姿态的改变而引起的测量值改变，进而得到准确的基底面型信息，这种方式测量精度更高，且测量速度更快。
附图说明
图1为本发明实施例一的基底面型测量装置的结构示意图；
图2为本发明实施例一中干涉仪的布局图；
图3为本发明实施例一中的光斑布局图；
图4为本发明实施例一的测量路径示意图；
图5为本发明实施例一中无基底面型有镜片面型时的测量原理图；
图6为本发明实施例一中无镜片面型有基底面型时的测量原理图；
图7为本发明实施例一中既有镜片面型又有基底面型时的测量原理图；
图8为本发明实施例一中推算路径示意图；
图9a～9d依次为本发明实施例一中沿y轴正向、y轴负向、x轴负向、x轴负向扫描时推算路径示意图；
图10为本发明实施例一中基底面型测量方法的流程图；
图11为本发明实施例二的基底面型测量装置的结构示意图。
图中：10-基底台、20-基底、31-z向干涉仪、32-x方镜、33-y方镜、34-45°镜、35-z向长条镜、40-调焦调平系统、50-光栅尺组件、60-大理石台。
具体实施方式
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。
实施例一
本发明提供了一种基底面型测量装置，如图1和图2所示，包括基底台10、 固定于所述基底台10上的基底20(较佳地，所述基底20通过吸盘固定于所述基底台10上)、用于测量所述基底台10位置的干涉仪组件、调焦调平系统40以及数据处理单元(未图示)，所述调焦调平系统40将m×n的光斑矩阵入射到所述基底20上，其中n≥3，m≥3，所述光斑矩阵对所述基底20的表面进行步进扫描，测量得到若干所述基底20的基底位置值，其中所述光斑矩阵在x方向上的步长与所述光斑矩阵的列距相等，在y方向上的步长与所述光斑矩阵的行距相等，所述数据处理单元根据所述光斑矩阵测得的若干所述基底位置值和所述干涉仪组件测得的基底台位置值，对所述基底位置值进行修正，最后根据修正后的所述基底位置值计算所述基底20的面型。
较佳地，请继续参考图1和图2，所述干涉仪组件包括z向干涉仪31、x方镜32、y方镜33、45°镜34及z向长条镜35，所述x方镜32和y方镜33分别贴在所述基底台10的两个相邻的侧立面上，所述45°镜34设在所述x方镜32的底部，所述z向长条镜35设在所述基底台10的上方，所述z向干涉仪31发出的参考光垂直入射至所述x方镜32和y方镜33，经反射后入射至所述z向干涉仪31；所述z向干涉仪31发出的测量光入射至所述45°镜34，偏转90°后入射至所述z向长条镜35，最后沿原路返回到所述z向干涉仪31。
请重点参考图2，当基底台10沿x方向运动时，z向干涉仪31的测量光会入射到z向长条镜35的不同位置，因此z向长条镜35的面型会影响z向干涉仪31的测量值，称为xtz；同时y方镜33的面型还会影响rx的测量值，称为xrx；同理，当基底台10沿y方向运动时，z向干涉仪31的测量光会入射到45°镜34的不同位置，参考光会入射到x方镜32的不同位置，因此45°镜34和x方镜32的面型也会影响z向干涉仪31的测量值，称为ytz；同时x方镜32的面型还会影响ry的测量值，称为yry，xtz、ytz、xrx和yry表征了基底台10在xy方向运动时对垂向三自由度z、rx、ry的影响。为了获得更高精度的基底面型测量结果，需要在实际测量值中去除xtz、ytz、xrx和yry对面型的影响，但是受测量条件的限制，通常情况下很难精确的测量出xtz、ytz、xrx和yry的真实值。
本实施例中，以调焦调平系统40入射至所述基底20上表面所形成9个子光斑为例，即n＝3，m＝3，调焦调平系统40的光斑布局图如图3所示，x向相 邻两子光斑间距为d1，y向相邻两子光斑间距为d2，测量时基底台10可六自由度移动，其以x向步距为d1，y向步距为d2做步进或扫描运动，通过如图4所示路径规划方法使测量点布满整张基底20。在每个测量点处记录基底台10的x、y、z测量值(x_ws、y_ws、z_ws)和调焦调平系统40中9个子光斑的测量值(fls_z1、fls_z2……fls_z9)。
上述光斑布局可以满足在相邻的两次测量中基底20上总有6个点被重复测量的需求。在两次测量中，基底面型为不变量，引起测量值改变的原因为z向干涉仪31的镜片面型。图5是简化后的无基底面型有镜片面型时的测量原理图，如图所示，当基底20在x方向或y方向运动时，虽然基底20的姿态不同，但是基底20上测量点(m1，m2，m3或m1’，m2’，m3’)总在一条直线上(l1或l2)；图6是简化后的有基底面型无镜片面型时的测量原理图，如图所示，m3相对直线l1的距离与m3’相对直线l2的距离相等，并不随基底台10水平位置的移动而变化，以此类推，基底20上所有点相对于测量点m1(m1’)和m2(m2’)连成的参考线的高度是固定不变的，这部分为基底面型，即在没有镜片面型的情况下，三个子光斑测量基底20上同一点的高度是不变的；图7是简化后的既有基底面型也有镜片面型测量原理图，如图所示，当基底台10运动后，基底20上的相同点m2和m2’以及m3和m3’的测量值并不相等，结合图5和图6得出的结论，可以判断这是由基底台10的高度和倾斜姿态改变引起的，通过以下计算可以消除基底台10的高度和倾斜姿态改变引起的测量值改变：
1.根据m1和m2测量值计算第一次测量参考线l1的高度和倾斜，由于m1和m2是参考点，因此m1到l1的距离d1和m2到l1的距离d2满足：d1＝d2＝0；
2.计算m3到第一次测量参考线l1的距离d3；
3.用d2和d3修正第二次测量得到的m2’和m3’，修正方法为m2”＝m2’-d2，m3”＝m3’-d3；
4.用修正后的m2”和m3”拟合参考线l2，l2相对l1的变化量即为第二个测量点相对第一个测量点基底台10姿态的改变量；
5.求m4’相对参考线l2的距离d4；
6.d1、d2、d3、d4即为基底面型。
由上述分析可以看出，本申请的核心思想为：基于一个基准面，求基底20 上各点相对于基准面的高度，这里所说的基准面是指基底20上某个测量点在调焦调平系统40的光斑覆盖范围内的理想平面(拟合平面)。图8所示的推算路径将参考点选择在基底20的中心，采用调焦调平系统40的9个子光斑在基底20中心测量值的拟合平面作为整张基底20的基准面。
请重点参考图10，本发明提供一种基底面型测量方法，包括：
s1：上载基底20到基底台10上，通过基底台10位置测量装置测量所述基底台10的位置得到基底台位置值，开启调焦调平系统40，将m×n的光斑矩阵入射到所述基底20上，所述光斑矩阵的列距为d1，行距为d2，其中n≥3，m≥3；
s2：在所述基底20上规划扫描路径，本实施例中，所述扫描路径为：相邻两列顺次首尾相接形成的蛇形路径，移动所述基底台10，使所述光斑矩阵沿着所述扫描路径相对所述基底台10移动，并记录每次移动时所述光斑矩阵中每个子光斑测得的基底位置值，其中所述光斑矩阵在x方向上移动的步长为d1，在y方向上移动的步长为d2；
s3：整理步骤s2中所述子光斑测得的所有基底位置值，并根据所述基底位置值和所述基底台位置值，对所述基底位置值进行修正，最后根据修正后的所述基底位置值计算所述基底20的面型。
较佳地，所述步骤s3具体包括以下步骤：
s31：将所述光斑矩阵沿着所述扫描路径移动时，每个所述子光斑测量的位置称为测量点，所有测量点形成为s×t的测量矩阵，整理所述子光斑在所述测量点处的基底位置值，以所述基底20上中心位置或邻近中心位置处的测量点为参考点，将以所述参考点为中心点或邻近中心点的m×n的所述测量点作为计算矩阵，并将所述测量点的基底位置值拟合为基准面；
s32：根据所述计算矩阵覆盖的所述测量点的基底位置值和所述基底台位置值，计算所述基准面和所述计算矩阵中每个测量点相对所述基准面的高度，将计算结果转换到基底坐标系下，得到所述测量点在所述基底坐标系下的位置参数；
较佳地，步骤s32中具体包括以下步骤：
s321：根据所述计算矩阵覆盖的所述测量点的基底水平值(spotij_x、spotij_y)，和基底高度值fls_zij，以及基底台高度值z_ws，计算所述基准面的高度值z_ref 和倾斜值(rx_ref、ry_ref)，其中i＝0,1,…,m，j＝0,1,…,n：
s322：计算所述计算矩阵中每个所述测量点相对所述基准面的高度spotij_d0；
s323：将计算结果转换到所述基底坐标系下，得到所述计算矩阵覆盖的所有测量点在所述基底坐标系下的基底参数：
其中，(xs，ys)表示所述基底20上第s个测量点在所述基底坐标系下的水平参数，zs表示所述第s个测量点在所述基底坐标系下的高度参数。
s33：将所述计算矩阵沿着y轴正方向(如图9a所示)以步长d1移动，将当前所述计算矩阵覆盖的测量点与先前所述计算矩阵覆盖的测量点中重复的点称为已知点，未重复的点称为未知点，利用所述已知点在先前所述计算矩阵中相对应的基准面的高度来修正所述已知点在当前所述计算矩阵中的基底位置值；
较佳地，所述步骤s33中，利用所述已知点在先前所述计算矩阵中相对应的所述基准面的高度来修正所述已知点在当前所述计算矩阵中的基底位置值具体为：
其中：
fls_zl,k为当前所述计算矩阵中第l行第k列的测量点的基底高度值；
fls_zl,k为当前所述计算矩阵中第l行第k列的测量点的修正后的基底高度值；
spotp,q_djump为所述计算矩阵沿y轴正方向第jump次步进后，所述计算矩阵中第p行第q列的测量点相对该次步进时对应的所述基准面的高度。
s34：将修正后的所述已知点的基底位置值拟合为新的基准面，计算所述未知点相对新的基准面的高度，将计算结果进行转换得到所述未知点在所述基底坐标系下的位置参数；
较佳地，步骤s34中所述的将计算结果进行转换得到所述未知点在所述基底坐标系下的位置参数，具体如下：
其中，(xs，ys)表示所述基底上第s个测量点在基底坐标系下的水平参数，zs表示所述基底20上第s个测量点在基底坐标系下的高度参数；(x_ws，y_ws)为所述基底台10的基底台水平值。
s35：返回步骤s33，将y轴正方向(如图9a所示)上的全部测量点的基底位置值进行修正，得到y轴正方向上所有所述测量点在所述基底坐标系下的位置参数；
s36：所述计算矩阵分别沿y轴负方向(图9b)、平行于x轴正方向(图9d)、平行于x轴负方向(图9c)移动，按照步骤s33至s35所述的方法修正所有所述测量点的基底位置值，得到所述测量点在基底坐标系下的位置参数，其中所述计算矩阵沿平行于x轴方向移动的步长为d2；
s37：利用全部所述测量点在所述基底坐标系下的位置参数绘制所述基底20的面型。
采用本发明的基底面型测量方法，测量时无论光斑矩阵沿x向运动或是y向运动，在相邻的两次扫描测量中，基底20上总有至少6个子光斑被重复测量，根据前后两次测量的信息即可消除由于基底台10高度和倾斜姿态的改变而引起的测量值改变，进而得到准确的基底20面型信息，这种方式测量精度更高，且 测量速度更快。
实施例二
请重点参考图11，本实施例与实施例一的区别在于：本实施例采用光栅尺组件50控制所述基底台10运动，具体地，本实施例提供的另外一种实现如上所述的基底面型测量方法的基底面型测量装置，包括基底台10、固定于所述基底台10上的基底20、用于测量所述基底台10位置的光栅尺组件50、调焦调平系统40及数据处理单元，所述调焦调平系统40将m×n的光斑矩阵入射到所述基底20上，其中n≥3，m≥3，所述光斑矩阵对所述基底20的表面进行步进扫描，测量得到若干所述基底20的基底位置值，其中所述光斑矩阵在x方向上的步长与所述光斑矩阵的列距相等，在y方向上的步长与所述光斑矩阵的行距相等，所述数据处理单元根据所述光斑矩阵测得的若干所述基底位置值和所述光栅尺组件50测得的基底台位置值，对所述基底位置值进行修正，最后根据修正后的所述基底位置值计算所述基底20的面型。
本实施例中，由于大理石台60的加工制造误差，其上表面并不是一个理想的平面，在这样的情况下测量基底面型必然会引入较大的误差。采用上述结构和方法，同样可以消除由于大理石台60的表面不平整引入的测试误差，提高测试精度。
综上所述，本发明提供的基底面型测量方法及测量装置，该方法包括：s1：上载基底20到基底台10上，通过基底台位置测量装置测量所述基底台10的位置得到基底台位置值，开启调焦调平系统40，将m×n的光斑矩阵入射到所述基底20上，所述光斑矩阵的列距为d1，行距为d2，其中n≥3，m≥3；s2：在所述基底20上规划扫描路径，移动所述基底台10，使所述光斑矩阵沿着所述扫描路径相对所述基底台10移动，并记录每次移动时所述光斑矩阵中每个子光斑测得的基底位置值，其中所述光斑矩阵在x方向上移动的步长为d1，在y方向上移动的步长为d2；s3：整理步骤s2中所述子光斑测得的所有基底位置值，并根据所述基底位置值和所述基底台位置值，对所述基底位置值进行修正，最后根据修正后的所述基底位置值计算所述基底20的面型。这样，在相邻的两次扫描测 量中，基底20上总有至少6个子光斑被重复测量，根据前后两次测量的信息即可消除由于基底台10高度和倾斜姿态的改变而引起的测量值改变，进而得到准确的基底面型信息，这种方式测量精度更高，且测量速度更快。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。