用于光刻机镜头的远心测量装置及方法.pdf

本发明公开一种用于光刻机镜头的远心测量装置，其特征在于，包括：一光学散射器件，用于将所述光刻机的照明装置的出射光散射为各角度均匀出射的散射光；一针孔标记，所述针孔标记位于所述镜头的物方视场内；一能量传感器，用于测量所述针孔标记成像的中心位置。本发明还公开一种用于光刻机镜头的远心测量装置的测量方法。

权利要求书
1.  一种用于光刻机镜头的远心测量装置，其特征在于，包括：
一光学散射器件，用于将所述光刻机的照明装置的出射光散射为各角度均匀出射的散射光；
一针孔标记，所述针孔标记位于所述镜头的物方视场内；
一能量传感器，用于测量所述针孔标记成像的中心位置。

2.  如权利要求1所述的远心测量装置，其特征在于，当所述光刻机有多个镜头，每个所述镜头的物方视场内对应包括至少一个针孔标记，所述能量传感器的数量及位置与所述针孔标记相对应。

3.  如权利要求2所述的远心测量装置，其特征在于，所述光刻机多个镜头组成镜头单元。

4.  如权利要求3所述的远心测量装置，其特征在于，所述每个镜头下有对应的2个所述针孔标记，所述针孔标记组成针孔标记阵列，所述能量传感器的数量及位置与所述针孔标记相对应，组成能量传感器阵列。

5.  如权利要求1所述的远心测量装置，其特征在于，所述光学散射器件为毛玻璃。

6.  一种用于光刻机镜头的远心测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
使用光学散射器件使物镜充满以排除照明系统位置偏差影响； NA至少两个镜头时使用能量传感器测量光锥轮廓以确定光锥中心位置； 在不同的垂向位置处测量光锥轮廓以确定光锥中心位置； 使用不同垂向位置处测量得到的光锥中心位置计算光轴倾斜； 根据光轴倾斜调整物镜光轴位置； 卸载散射器件； 使用能量传感器测量光锥轮廓以确定光锥中心位置； 在不同的垂向位置处测量光锥轮廓以确定光锥中心位置； 使用不同垂向位置处测量得到的光锥中心位置计算光束主光线方向； 根据主光线方向调整照明位置。

7.  如权利要求6所述的远心测量方法，其特征在于，当所述光刻机仅有一个镜头时，所述镜头的物方视场内仅包括一个针孔标记。

8.  如权利要求6所述的远心测量方法，其特征在于，当所述光刻机包括至少两个镜头时，每个镜头的物方视场内均包括两个针孔标记。

说明书用于光刻机镜头的远心测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种用于至少一个镜头光刻机的远心测量装置及方法。 
背景技术
多镜头光刻机用于高世代TFT显示器和OLED显示器的制造工艺上。大基板，高产率，要求曝光视场相应增大。单一物镜很难在增大视场的同时保持或提高成像质量，由多个小视场的物镜进行视场拼接是大视场的一种实现方式。由多个单物镜拼接而成的总物镜可以称为拼接物镜。单个物镜的远心问题由照明和物镜本身的成像性能决定，而拼接物镜的远心问题与单物镜的远心问题形成的原因不同，多物镜的拼接存在单物镜间相对的位置装配误差，导致各单物镜光轴不平行，照明系统与对应单物镜之间也存在装配误差，这些误差在整个拼接视场内表现为远心问题。 
现有技术，如专利CN100549835中公开一种量产过程中使用的变位量测定装置。该变位量测定装置的结构如图1至3中所示。如图 1至 3所示，将各镜头分为两个镜组单元U1和U2，使用变位传感器c测量U1和U2镜组框体间的空间位置关系，用此位置关系评价远心。此方法存在下述问题：第一、镜组单元框体间的空间位置关系并不能和远心问题等同；第二、每个镜组单元框体内的单物镜的相对远心问题无法测量。 
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种用于至少一个镜头光刻机的远心测量装置及方法，该装置和方法能在排除照明系统对物镜的影响后对物镜的远心进行测量。 
为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于光刻机镜头的远心测量装置，其特征在于，包括：一光学散射器件，用于将所述光刻机的照明装置的出射光散射为各角度均匀出射的散射光；一针孔标记，所述针孔标记位于所述镜头的物方视场内；一能量传感器，用于测量所述针孔标记成像的中心位置。 
更近一步地，当所述光刻机有多个镜头，每个所述镜头的物方视场内对应包括至少一个针孔标记，所述能量传感器的数量及位置与所述针孔标记相对应。所述光刻机多个镜头组成镜头单元。所述每个镜头下有对应的2个所述针孔标记，所述针孔标记组成针孔标记阵列，所述能量传感器的数量及位置与所述针孔标记相对应，组成能量传感器阵列。所述光学散射器件为毛玻璃。 
  
下步骤地本发明还公开一种用于光刻机镜头的远心测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：使用光学散射器件使物镜充满以排除照明系统位置偏差影响；NA至少两个镜头时使用能量传感器测量光锥轮廓以确定光锥中心位置；在不同的垂向位置处测量光锥轮廓以确定光锥中心位置；使用不同垂向位置处测量得到的光锥中心位置计算光轴倾斜；根据光轴倾斜调整物镜光轴位置； 卸载散射器件；使用能量传感器测量光锥轮廓以确定光锥中心位置；在不同的垂向位置处测量光锥轮廓以确定光锥中心位置；使用不同垂向位置处测量得到的光锥中心位置计算光束主光线方向；根据主光线方向调整照明位置。
更进一步地，当该光刻机仅有一个镜头时，该镜头的物方视场内仅包括一个针孔标记。 
当该光刻机包括至少两个镜头时，每个镜头的物方视场内均包括两个针孔标记。 
     与现有技术相比较，本方法用于单镜头光刻机投影物镜光轴方向的测量。使物镜NA充满，测量出射光锥主光线方向即为光轴方向。首先排除照明系统位置偏差的影响，使用散射器件使单物镜的光瞳充满，测量单物镜的光轴方向，在单物镜的光轴方向得到校正之后，再测量照明系统位置偏差的影响。4.    现有的镜组框体的机械相互距离关系的测量技术，不能直接反应成像性能本身；本方法直接测量拼接物镜的远心。 
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。 
图1是现有技术中所使用的变位量测定装置的传感器结构示意图之一； 
图2是现有技术中所使用的变位量测定装置的传感器结构示意图之二；
图3是现有技术中所使用的变位量测定装置的传感器结构示意图之三；
图4是本发明所提供的多镜头光刻机远心测量装置的俯视图；
图5是本发明所提供的多镜头光刻机远心测量装置的主视图；
图6是本发明所提供的多镜头光刻机远心测量装置的针孔标记的结构示意图；
图7是本发明所提供的多镜头光刻机远心测量装置的散射器件的结构示意图；
图8是本发明所提供的多镜头光刻机远心测量装置的能量传感器的结构示意图；
图9是本发明所提供的多镜头光刻机远心测量装置的能量传感器的布局方式的俯视图；
图10是本发明所提供的多镜头光刻机远心测量装置的能量传感器的布局方式的主视图；
图11是本发明所提供的多镜头光刻机远心测量装置的结构示意图；
图12是本发明所提供的多镜头光刻机远心测量装置的测量流程示意图；
图13是本发明所提供的多镜头光刻机远心测量方法的总体流程图；
图14是本发明所提供的多镜头光刻机远心测量方法的测量并计算各单物镜光轴方向的流程图；
图15是本发明所提供的多镜头远心测量装置的测量与校正效果示意图；
图16是离焦测量针孔标记成像的原理图；
图17是能量传感器分析当前离焦面标记像中心位置的原理图；
图18是能量传感器分析各离焦面标记像中心位置的原理图；
图19是根据各高度标记像中心位置计算光轴倾角的原理图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。 
 本发明的目的在于提供一种用于多镜头光刻机远心测量与校正。造成多镜头光刻机远心问题的因素主要有两个:一是机械安装精度有限导致的各单物镜光轴方向的位置偏差，二是机械安装精度有限导致的单照明系统与对应单物镜之间的位置偏差。 
为了详细说明本发明所提供的多镜头光刻机远心测量装置及方法，在接下来的实施方式中将以五个拼接镜头作为说明，本领域技术人员应当知道，该实施例只是本发明的较佳实施方式，不应当作为限制对本发明的限制。 
以下将介绍用于单镜头光刻机光轴方向的测量装置及方法。 
该测量装置包括： 
1）  针孔标记阵列，见图6。在物镜物方视场内布置一个或多个针孔标记。本例为一个。
2）  散射器件，见图7，201-散射器件，202-散射器件载体。散射器件改变入射光的角度，使从散射器件出射的光线可以覆盖物镜NA。本例散射器件为毛玻璃，长条矩形，为针孔标记提供覆盖物镜NA的照明；散射器件载体为掩模台基准板，设计有凹槽，可以将毛玻璃置入和取出。 
3）  能量传感器，见图8。能量传感器固定于工件台上，可随工件台一起运动。本例能量传感器为CCD。 
该测量流程为： 
先装载散射器件，将针孔标记置于物镜物方视场，移动工件台将能量传感器置于针孔标记某离焦位置处，使用能量传感器测量与计算针孔标记成像中心位置，垂向移动工件台至另一离焦位置处，使用能量传感器测量与计算针孔标记成像中心位置，重复测量得到多个垂向位置处标记成像的中心位置，计算光轴方向；根据光轴方向校正镜头位置，然后卸载散射器件，用相同的步骤测量多个垂向位置处标记成像中心位置，计算主光线方法；根据主光线方向校正照明系统位置。
图13为是该流程的说明。先装载散射器件，测量与计算物镜远心，再卸载散射器件，测量照明系统位置偏差。 
图15展示了照明系统、投影物镜的位置偏差问题，散射器件的作用，测量及校正的效果。 
计算方法为： 
在各垂向位置 处测量各针孔标记空间像形状，通过图像处理得到针孔标记图像水平向中心位置坐标(，)，图16、图17、图18。用下式拟合计算出射光束的主光线方向，图19：

写成矩阵形式为：

通过伪逆运算解得：

那么主光线方向为：

对于单物镜光轴测量流程来说，此主光线方向即为单物镜光轴；对于照明系统位置偏差测量来说，此主光线方向反应了照明系统位置偏差。
如图4、5中所示，多镜头光刻机的物镜布局为两排交错排列，本例展示了5个镜头拼接的光刻机镜头布局，物镜按排可分为U1、U2两个镜组单元。镜组单元U1包括物镜401、402及403，镜组单元U2包括物镜404及405。图5还展示了镜头间光轴倾斜的情况。 
本发明所提供的多镜头光刻机远心测量装置包括针孔标记阵列、散射器件201以及能量传感器501-506。光刻机的照明系统发出的光束经过散射器件201及针孔标记阵列用于形成一出射光锥，该出射光锥被能量传感器探测，并根据探测信号对光刻机镜头的远心进行测量及校正。 
如图6中所示该针孔标记阵列中均匀分布一列针孔标记301-306。针孔标记301-306放置于掩模台基准板202上。 
散射器件201的结构详见图7中所示，图7中散射器件201位于掩模台基准板202上方。本实施方式中，散射器件为毛玻璃，长条矩形，为针孔标记301-306提供覆盖物镜NA的照明。散射器件的载体为掩模台基准板202，可以将掩模台基准板202上设计一凹槽，用于放置该散射器件。 
能量传感器的主要结构如图8-10中所示。在本实施方式中，能量传感器的数量与针孔标记一致，能量传感器501-506均匀地固定在工件台601上，且可以随工件台601一起运动。在本实施方式中，能量传感器为CCD或COMS。 
图11是本发明所提供的多镜头光刻机远心测量装置的结构示意图。如图11中所示，照明系统101发出的光束经过散射器件201照射真空标记301-306。针孔标记301-306放置于物镜的上方，并使每个物镜视场放置两个针孔标记。如图12所示，图12展示了针孔标记的布局和拼接物镜视场的位置关系，标记置于U1镜头单元测量位置时，每个单镜头视场可以放置两个针孔标记，例如301和302位于401视场内。标记随掩模台运动，标记置于U2镜头单元测量位置时，每个单镜头视场也放置两个针孔标记，例如302和303位于404视场内。 
图 9图 10展示了能量传感器布局图，传感器的位置关系与针孔标记的布局对应，例如能量传感器501测量针孔标记301。 
测量的主要流程为： 
1301先装载散射器件，将针孔标记置于物镜物方视场，移动工件台将能量传感器置于针孔标记某离焦位置处；1302使用能量传感器测量与计算针孔标记成像中心位置，垂向移动工件台至另一离焦位置处，使用能量传感器测量与计算针孔标记成像中心位置，重复测量得到多个垂向位置处标记成像的中心位置，计算光轴方向；1303根据光轴方向校正镜头位置，然后1304卸载散射器件，用相同的步骤测量多个垂向位置处标记成像中心位置，计算主光线方法；1304根据主光线方向校正照明系统位置。
图14为测量与计算物镜远心和照明系统位置偏差的流程，两个测量与计算流程相同。如图14所示，由于本实施方式中使用的是两组拼接镜头，分别测试两组镜头时，测量与计算的流程相同。以下将介绍U1的测量流程。1401移动掩模台，使针孔标记置于镜组单元U1物方视场。1402移动工件台，使能量传感器置于标记空间像名义位置。1403垂向移动工件台，在不同的高度测量并计算各标记形状中心位置。1404判断是否所有预定高度测量完毕，若判断结果为是则测量U2，若判断结果为否，则再次进入步骤1403。 
图15为测量与校正效果。如图15中所示，(a)加载散射器件测量物镜光轴 (b)物镜光轴校正后，卸载散射器件测量照明系统偏差 (c)最终校正效果。 
测量的数据与计算的方法说明如下： 
移动掩模台使针孔标记置于镜组单元物方视场测量位置，移动工件台置于标记空间像名义位置，垂向移动工件台，在各垂向位置处测量各针孔标记空间像形状，通过图像处理得到标记图像水平向中心位置坐标(，)。此处计算方法的原理图参见图16-17，其中图16是离焦测量针孔标记成像的原理图；图17是能量传感器分析当前离焦面标记像中心位置的原理图；图18是能量传感器分析各离焦面标记像中心位置的原理图。
若镜组单元的单镜头视场内包含标记，那么用下式拟合计算出射光束的主光线方向，原理图见图19： 

以镜头401（）为例，其所属的镜组单元为，视场内的标记为301（）、302（），那么使用测量数据、、、、计算主光线方向（，）的方法为：

写成矩阵形式为：

通过伪逆运算解得：

那么主光线方向为：

用同样的计算方法得到其余各单物镜出射光束的主光线方向。
对于单物镜光轴测量流程来说，此主光线方向即为单物镜光轴；对于照明系统位置偏差 
测量来说，此主光线方向反应了照明系统位置偏差。
与现有技术相比较： 
1. 本方法用于单镜头光刻机投影物镜光轴方向的测量。使物镜NA充满，测量出射光锥主光线方向即为光轴方向。
2. 本方法首先排除照明系统位置偏差的影响，使用散射器件使单物镜的光瞳充满，测量单物镜的光轴方向，在单物镜的光轴方向得到校正之后，再测量照明系统位置偏差的影响。 
3. 现有的镜组框体的机械相互距离关系的测量技术，不能直接反应成像性能本身；本方法直接测量拼接物镜的远心。 
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。