一种运动台定位误差补偿装置及补偿方法与流程

本发明涉及光刻技术领域，具体涉及一种运动台定位误差补偿装置及补偿方法。

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。光学投影装置作为集成电路制造工艺中的重要设备，最终决定集成电路的特征尺寸，其精度要求对于光刻工艺相当重要。在曝光过程中，由于承载硅片的工件台与承载掩模的掩模台会发生步进或者扫描运动，因此运动台的定位精度势必直接影响曝光于硅片上的图样质量。

采用干涉仪控制的运动台测量系统中影响定位精度的是反射平面镜，采用平面光栅尺控制的运动台测量系统中影响定位精度的是平面光栅。无论采用哪种控制方式，尽管反射镜平面或光栅尺平面经过了精密的机械加工、打磨，但是在其表面上仍然不可避免地会存在缺陷。即使是只有几纳米大小的缺陷点，也使光学投影装置的精度产生相当大的误差。为尽可能的减少上述误差，必须在曝光之前对光学平面表面进行测试，得到其表面面形图像的测量数据，然后对表面缺陷进行修正补偿，从而满足系统的高精度要求。

现有技术中提供了一种运动台定位误差校准方法，利用干涉仪测量轴的冗余性获取干涉仪反射镜面型数据，并对数据进行滤波处理得到最终的面型数据。在实际使用时，根据测量得到的面型数据对运动台控制参数进行前馈补偿，从而减小运动定位误差。然而该方法仅适用于采用具有冗余测量轴的干涉仪作为控制传感器的运动台系统，随着光刻技术的不断发展，平面光栅尺已经替代干涉仪成为主流的测量传感器，因此该方式已经不再适用。

技术实现要素：

本发明提供了一种运动台定位误差补偿装置及补偿方法，以解决现有技术中存在的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种运动台定位误差补偿装置，包括：

掩模版，所述掩模版上设有用于运动台定位误差测量的测量标记，所述测量标记包括x向测量标记和y向测量标记；

掩模台，用于承载所述掩模版；

工件台，用于承载涂胶后的基底；

投影物镜，将掩模版上的测量标记成像到基底上；

对准装置，用于测量测量标记在显影后基底上的成像标记；

所述x向测量标记包括两个呈阶梯状的x向光栅，所述y向测量标记包括两个呈阶梯状的y向光栅，所述x向测量标记和y向测量标记单独排列，两个所述x向光栅沿x轴方向错位排列，两个所述y向光栅沿y轴方向错位排列。

进一步的，还包括与所述掩模台连接掩模台控制系统。

进一步的，还包括与所述工件台连接的工件台控制系统。

进一步的，所述掩模台控制系统和工件台控制系统采用干涉仪、光栅尺或平面光栅尺。

进一步的，所述对准装置采用ccd或光栅尺。

进一步的，所述x向测量标记和y向测量标记组合排列形成组合标记，所述x向测量标记和y向测量标记分别沿x向和y向交替排列，其中所述x向测量标记中的两个x向光栅沿y轴方向平行排列，所述y向测量标记中的两个y向光栅沿x轴方向平行排列，所述其中x向测量标记和y向测量标记边缘之间的距离大于x向光栅或y向光栅的宽度。

本发明还提供了一种运动台定位误差补偿装置的补偿方法，包括以下步骤：

s1：对基底进行涂胶，将涂胶后的基底上载至工件台；

s2：进行工件台定位误差测试曝光；

s3：进行掩模台定位误差测试曝光；

s4：下载曝光完成的基底进行显影；

s5：将显影完成的基底重新上载至工件台上并移动到对准装置下方进行测量；

s6：根据测量结果计算工件台和掩模台的定位误差，并进行数据处理得到定位误差补偿表；

s7：利用得到的补偿表分别对工件台控制系统和掩模台控制系统进行前馈补偿；

其中，所述步骤s2、s3中定位误差测试曝光时采用了权利要求1-6项中任意一项权利要求所述的运动台定位误差补偿装置。

进一步的，所述步骤s2中，进行工件台定位误差测试曝光包括以下步骤：

s21：上载x向测量标记和y向测量标记单独排列的掩模版；

s22：将x向测量标记移动到投影物镜上方，并保持掩模台不动；

s23：设置曝光窗口大小，保证只有x向测量标记区域透光，进行x向步进曝光；

s24：将y向测量标记移动到投影物镜上方，并保持掩模台不动，设置曝光窗口大小，保证只有一个y向测量标记大小的区域透光，进行y向步进曝光。

进一步的，所述x向步进曝光的步距dx和y向步进曝光的步距dy为：

其中，dx为x向测量标记中两个x向光栅的间距，dy为y向测量标记中两个y向光栅的间距，m为物镜倍率。

进一步的，所述步骤s3中，进行工件台定位误差测试曝光包括以下步骤：

s31：上载x向测量标记和y向测量标记单独排列的掩模版；

s32：在基底上选择一个空白区域，并将该区域移动到投影物镜下方；

s33：设置曝光窗口大小，保证只有一个y向测量标记大小的区域透光；

s34：以步距ly进行y向运动掩模台，同时进行以步距dy进行工件台y向步进曝光，所述步距dy＝dy·m；

其中，ly是掩膜上y向测量标记之间的间距，dy为y向测量标记中两个y向光栅的间距，m为物镜倍率。

进一步的，所述步骤s6中，分别通过计算工件台和掩模台定位误差测试曝光中相邻三次步进曝光中x向测量标记的偏差量和y向测量标记的偏差量得到工件台和掩模台的定位误差。

进一步的，所述步骤s7中，若没有设定参考值，则将第一次测试得到的补偿表作为参考值，并在工件台控制系统和掩模台控制系统进行伺服控制时进行前馈补偿；若已经设定参考值，则将第一次测试得到的补偿表与参考值进行比较，若差值小于预设的警告阈值，则采用新测的补偿表进行前馈补偿，反之发出警告信息提示用户，并由用户选择是否继续量产曝光，若用户选择继续生产，则采用新测的补偿表进行前馈补偿，否则停止生产；若差值大于预设的错位阈值，则发出错误信息，并停止生产。

进一步的，所述步骤s2中，进行工件台定位误差测试曝光包括以下步骤：

s21：上载x向测量标记和y向测量标记组合排列的掩模版；

s22：将掩模版上组合标记移动到投影物镜上方，并保持掩模台不动；

s23：设置曝光窗口大小，保证只有一个组合标记区域透光；

s24：进行x向步进曝光或y向步进曝光。

进一步的，所述x向步进曝光的步距dx和y向步进曝光的步距dy为：

其中，dx为掩模版上x向测量标记中两个x向光栅的间距，dy为掩模版上y向测量标记中两个y向光栅的间距，m为物镜倍率。

进一步的，所述步骤s3中，进行掩膜台定位误差测试曝光包括以下步骤：

s31：上载x向测量标记和y向测量标记组合排列的掩模版；

s32：在基底上选择一个空白区域，并将该区域移动到投影物镜下方；

s33：设置曝光窗口大小，保证只有一个组合标记大小的区域透光；

s34：以步距ly进行y向运动掩模台，同时进行以步距dy进行工件台y向步进曝光，所述步距dy＝dy·m；

其中，ly是掩膜上组合标记之间的间距，dy为y向测量标记中两个y向光栅的间距，m为物镜倍率。

本发明提供的运动台定位误差补偿装置及补偿方法，该装置包括掩模版，所述掩模版上设有用于运动台定位误差测量的测量标记，所述测量标记包括x向测量标记和y向测量标记；掩模台，用于承载所述掩模版；工件台，用于承载涂胶后的基底；投影物镜，将掩模版上的测量标记成像到基底上；对准装置，用于测量测量标记在显影后基底上的成像标记。在掩模版上设置x向测量标记和y向测量标记，分别针对工件台和掩模台进行定位误差测试曝光，通过对准装置测量结果得到工件台和掩模台的定位误差，并进行数据处理得到定位误差补偿表；利用得到的补偿表分别对工件台控制系统和掩模台控制系统进行前馈补偿，本发明可以用于在线补偿和离线校准，不受传感器类型限制，具有更强的适应性。

附图说明

图1是本发明实施例1中运动台定位误差补偿装置的结构示意图；

图2a、2b分别是本发明实施例1中x向测量标记和y向测量标记单独排列的示意图；

图3是本发明实施例1中运动台定位误差补偿装置的补偿方法流程图；

图4是本发明实施例1中掩模版上测量标记的示意图；

图5是本发明实施例1中工件台和掩模版定位误差测试曝光后的测量标记示意图；

图6a、6b分别是本发明实施例1中相邻三次x向步进曝光和y向步进曝光后的测量标记示意图；

图7是本发明实施例2中x向测量标记和y向测量标记组合排列的示意图；

图8是本发明实施例2中掩模版上测量标记的示意图；

图9a、9b分别是本发明实施例2中相邻三次x向步进曝光和y向步进曝光后的测量标记示意图。

图10a、10b分别是本发明实施例2中另一种相邻三次x向步进曝光和y向步进曝光后的测量标记示意图。

图中所示：1、掩模版；11、x向测量标记；12、y向测量标记；2、掩模台；3、掩模台控制系统；4、工件台；5、工件台控制系统；6、投影物镜；7、基底；8、对准装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

实施例1

如图1-2b所示，本发明提供了一种运动台定位误差补偿装置，包括：

掩模版1，所述掩模版1上设有用于运动台定位误差测量的测量标记，所述测量标记包括x向测量标记11和y向测量标记12。

掩模台2，用于承载所述掩模版1；

掩模台控制系统3，连接所述掩模台2，控制所述掩模台2运动，所述掩模台控制系统3采用干涉仪、光栅尺或平面光栅尺。

工件台4，用于承载涂胶后的基底7；

工件台控制系统5，连接所述工件台4，控制所述工件台4运动，所述工件台控制系统5采用干涉仪、光栅尺或平面光栅尺。

投影物镜6，将掩模版1上的测量标记成像到基底7上；

对准装置8，用于测量测量标记在显影后基底7上的成像标记，采用ccd或光栅尺。

在掩模版1上设置x向测量标记和y向测量标记，分别针对工件台4和掩模台2进行定位误差测试曝光，通过对准装置8的测量结果得到工件台4和掩模台2的定位误差，并进行数据处理得到定位误差的补偿表；利用得到的补偿表分别对工件台控制系统5和掩模台控制系统3进行前馈补偿。

优选的，所述x向测量标记11包括两个呈阶梯状的x向光栅，所述y向测量标记12包括两个呈阶梯状的y向光栅，所述x向测量标记11和y向测量标记12单独排列成为单独的标记，如图2a、2b所示，两个所述x向光栅沿x轴方向错位排列，且两个x向光栅之间的距离为dx，两个所述y向光栅沿y轴方向错位排列，两个y向光栅之间的距离为dy。

如图3所示，本发明还提供一种运动台定位误差补偿装置的补偿方法，包括以下步骤：

s1：对基底7进行涂胶，将涂胶后的基底7上载至工件台4；

s2：进行工件台4定位误差测试曝光，包括以下步骤：

s21：上载x向测量标记11和y向测量标记12单独排列的掩模版2，如图4所示，该掩模版2中，y向测量标记12沿y轴排列，x向测量标记11位于除y向测量标记12区域外的任意位置，相邻两个y向测量标记12的间距可根据测试精度需求调整。

s22：将x向测量标记11移动到投影物镜6上方，并保持掩模台2不动；

s23：设置曝光窗口大小，保证只有x向测量标记11区域透光，进行x向步进曝光，所述x向步进曝光的步距dx＝dx·m，dx为x向测量标记11中两个x向光栅的间距，m为物镜倍率。

s24：将y向测量标记12移动到物镜上方，并保持掩模台2不动，设置曝光窗口大小，保证只有一个y向测量标记12大小的区域透光，进行y向步进曝光，所述y向步进曝光的步距dy＝dy·m，dy为y向测量标记12中两个y向光栅的间距，m为物镜倍率。

s3：进行掩模台2定位误差测试曝光，包括以下步骤：

s31：上载x向测量标记11和y向测量标记12单独排列的掩模版2，如图4所示。

s32：在基底上选择一个空白区域，并将该区域移动到投影物镜6下方；

s33：设置曝光窗口大小，保证只有一个y向测量标记12大小的区域透光；

s34：以步距ly进行y向运动掩模台，同时进行以步距dy进行工件台y向步进曝光，所述步距dy＝dy·m，ly是掩膜上y向测量标记之间的间距，dy为y向测量标记12中两个y向光栅的间距，m为物镜倍率。

s4：下载曝光完成的基底7进行显影，其中步骤s2中进行工件台4定位误差测试曝光后基底7上测量标记的分布如图5中黑色标记所示，其中三角形标记为x向测量标记11在基底7上的投影，圆形标记为y向测量标记12在基底7上的投影；步骤s3中进行掩模台2定位误差测试曝光后基底上测量标记的分布如图5中灰色标记所示，圆形标记代表y向测量标记12在基底7上的投影。

s5：将显影完成的基底7重新上载至工件台4上并移动到对准装置8下方进行测量；如图6a所示，为相邻三次x向步进曝光后的标记图，第一次、第二次x向步进曝光后x向测量标记11重叠区域的偏差量为δx1，第二次、第三次x向步进曝光后x向测量标记11重叠区域的偏差量为δx2，如图6b所示，为相邻三次y向步进曝光后的分布图，第一次、第二次y向步进曝光后y向测量标记11重叠区域的偏差量为δy1,第二次、第三次y向步进曝光后y向测量标记11重叠区域的偏差量为δy2。

s6：根据测量结果计算工件台4和掩模台2的定位误差，并进行插值、滤波等数据处理得到定位误差的补偿表；即分别通过计算工件台4和掩模台2定位误差测试曝光中上述偏差量δx1、δx2以及δy1、δy2得到工件台4和掩模台2的定位误差，并根据上述定位误差计算得到补偿表，如根据x向测量结果计算x向运动台定位误差的方法见公式(1)：

其中：

δxi——第i个标记的偏差量；

mxi——第i个位置的xtx面型，xtx是指运动台x向运动时x位置的补偿表。

通过计算可以得到xtx面型，同理可以得到yty面型，在此不再赘述，yty是指运动台y向运动时y位置的补偿表。由于掩模台yty面型测量中包含了部分工件台yty面型，因此在计算时还要去除工件台面型的影响。

s7：利用得到的补偿表分别对工件台控制系统5和掩模台控制系统3进行前馈补偿。具体的，若没有设定参考值，则将第一次测试得到的补偿表作为参考值，并在工件台控制系统5和掩模台控制系统3进行伺服控制时进行前馈补偿；若已经设定参考值，则将第一次测试得到的补偿表与参考值进行比较，若差值小于预设的警告阈值，则采用新测的补偿表进行前馈补偿，反之发出警告信息提示用户，并由用户选择是否继续量产曝光，若用户选择继续生产，则采用新测的补偿表进行前馈补偿，否则停止生产；若差值大于预设的错位阈值，则发出错误信息，并停止生产。

实施例2

如图7所示，本实施例与实施例1不同的是，所述x向测量标记11和y向测量标记12组合排列形成组合标记，所述x向测量标记11和y向测量标记12分别沿x向和y向交替排列，其中所述x向测量标记11中的两个x向光栅沿y轴方向平行排列，所述y向测量标记12中的两个y向光栅沿x轴方向平行排列，所述其中x向测量标记11和y向测量标记12边缘之间的距离m大于x向光栅或y向光栅的宽度l。

对应的，在运动台定位误差补偿装置补偿方法的步骤s2中，进行工件台4定位误差测试曝光包括以下步骤：

s21：上载x向测量标记11和y向测量标记12组合排列的掩模版1，如图8所示，其中的圆形标记代表图7中所示组合标记，图中，相邻两个组合标记沿x向的间距为lx，沿y向的间距为ly。

s22：将掩模版1上组合标记移动到物镜上方，并保持掩模台2不动；

s23：设置曝光窗口大小，保证只有一个组合标记区域透光；

s24：进行x向步进曝光或y向步进曝光，所述x向步进曝光的步距dx和y向步进曝光的步距dy为：

其中，dx为掩模版上x向测量标记11中两个x向光栅的间距，dy为掩模版上y向测量标记12中两个y向光栅的间距，m为物镜倍率。

对应的，在运动台定位误差补偿装置补偿方法的步骤s3中，进行掩膜台定位误差测试曝光包括以下步骤：

s31：上载x向测量标记11和y向测量标记12组合排列的掩模版2；

s32：在基底上选择一个空白区域，并将该区域移动到投影物镜6下方；

s33：设置曝光窗口大小，保证只有一个组合标记大小的区域透光；

s34：以步距ly进行y向运动掩模台，同时进行以步距dy进行工件台y向步进曝光，所述步距dy＝dy·m；

其中，ly是掩膜上组合标记之间的间距，dy为y向测量标记12中两个y向光栅的间距，m为物镜倍率。

这样就利用组合标记，在x向步进曝光的同时得到x向测量标记误差和y向测量标记的误差，即可以得到xtx和xty，其中xty是指运动台x向运动时y位置的补偿表，如图9a所示。同理也可以利用组合标记，在y向曝光的同时得到x向测量标记误差和y向测量标记的误差，即可以得到ytx和yty，其中ytx是指运动台y向运动时x位置的补偿表，如图9b所示。

如图9a所示，为组合标记相邻三次x向步进曝光后的标记示意图，第一次、第二次x向步进曝光后y向测量标记11重叠区域的偏差量为δy1’，第二次、第三次x向步进曝光后y向测量标记11重叠区域的偏差量为δy2’，如图9b所示，为组合标记相邻三次y向步进曝光后的分布图，第一次、第二次y向步进曝光后x向测量标记11重叠区域的偏差量为δx1’,第二次、第三次y向步进曝光后x向测量标记11重叠区域的偏差量为δx2’。利用组合标记，只需要通过一个方向的步进曝光，x向或y向，即可得到工件台4定位误差测试曝光中上述偏差量δx1’、δx2’以及δy1’、δy2’得到工件台4的定位误差。

更进一步的，选取如图8所示掩模版上x向的一排标记，并进行y向步进曝光，可以得到如图10a所示的曝光图形，根据曝光结果可以计算得到yrz，yrz是指运动台y向运动时rz位置的补偿表。同理，选取如图8所示掩模版上y向的一列标记，并进行x向步进曝光，可以得到如图10b所示的曝光图形，根据曝光结果可以计算得到xrz，xrz是指运动台x向运动时rz位置的补偿表。

利用组合标记实现实施例1中第3步所述掩模台定位误差测试中的ytx测量和计算方法与工件台定位误差ytx类似，不同之处在于，曝光过程中掩模台y向根据掩模上的标记间距ly步进，同时工件台根据像面标记间距dy步进。同理，选取一排标记曝光还可以得到掩模台yrz。

综上所述，本发明提供的运动台定位误差补偿装置及补偿方法，该装置包括掩模版1，所述掩模版1上设有用于运动台定位误差测量的测量标记，所述测量标记包括x向测量标记11和y向测量标记12；掩模台2，用于承载所述掩模版1；工件台4，用于承载涂胶后的基底7；投影物镜6，将掩模版1上的测量标记成像到基底7上；对准装置8，用于测量测量标记在显影后基底上的成像标记。在掩模版1上设置x向测量标记11和y向测量标记12，分别针对工件台4和掩模台2进行定位误差测试曝光，通过对准装置8的测量结果得到工件台4和掩模台2的定位误差，并进行数据处理得到定位误差补偿表；利用得到的补偿表分别对工件台控制系统5和掩模台控制系统3进行前馈补偿，本发明可以用于在线补偿和离线校准，不受传感器类型限制，具有更强的适应性。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。