曝光装置及离焦倾斜误差补偿方法技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种曝光装置及离焦倾斜误差
补偿方法。
背景技术
随着液晶显示尺寸的不断地增大，分辨率不断地提高，而投影光刻机作为
液晶显示行业核心的加工设备之一，面临着众多的技术难题。当前，高世代的
光刻机为了满足液晶显示尺寸及分辨率的需求，主要通过一下两种方式：一是
将投影物镜做大，来满足大尺寸玻璃基板的高产率需求，如日本Canon公司采
用该种技术来实现高世代的投影光刻；一是采用拼接式的多物镜方式，来达成
大尺寸玻璃基板的高产率曝光，如日本Nikon公司，具体可参见名称为曝光方
法、曝光装置及元件制造方法(CN1459671A)的专利。
请参照专利CN1459671A中曝光装置的示意图，该曝光装置包括沿垂向依
次分布的透明系统IL、掩模载物台MST、投影光学系统PL、及感光基板P；其
中所述掩模载物台MST用于承载掩模M。该曝光装置的工作原理，当掩模M
和感光基板P相对投影光学系统PL沿X轴方向同步移动时，通过在感光基板
P上的投影光学系统PL的投影区域对感光基板P进行曝光，而在曝光之前为了
保证线条和套刻的精度，必须进行对准测量和调焦测量。但是在对对准测量和
调焦测量的过程中常常出现离焦倾斜误差的问题，极大的降低了对准精度，影
响制造的电子元件的良率。
为了解决上述问题，本领域技术人员一直在寻找解决的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种曝光装置及离焦倾斜误差补偿方法，通过合理
的布置对准测量传感器及调焦测量传感器的位置，配合离焦倾斜误差补偿方法，
将离焦量倾斜误差进行合理补偿，彻底解决离焦量倾斜误差对对准精度造成的
影响。
为解决上述技术问题，本发明提供一种曝光装置及离焦倾斜误差补偿方法，
所述曝光装置包括：掩模承载台、投影物镜阵列以及基底承载台，还包括：
若干对准测量传感器，沿第一方向排列，用于探测基底上的对准标记来获
取基底的对准测量信息；
若干调焦测量传感器，用于探测基底的调焦测量信息，每个对准测量传感
器都有一个与其对应的调焦测量传感器，并且每个对准测量传感器与其所对应
的调焦测量传感器在第一方向上的坐标相同。
可选的，在所述的曝光装置中，所述投影物镜阵列分布于所述调焦测量传
感器及所述对准测量传感器周围。
可选的，在所述的曝光装置中，所述掩模承载台和所述基底承载台沿第二
方向同步移动时，所述掩模承载台上的掩模和所述基底承载台上的基底沿第二
方向同步移动时，投影物镜阵列对基底进行曝光，将掩模的图像成在所述基底
上，所述第一方向垂直于所述第二方向。
可选的，在所述的曝光装置中，所述若干调焦测量传感器平均分布于若干
对准测量传感器的两侧，或者所述若干调焦测量传感器均位于若干对准测量传
感器的一侧。
可选的，在所述的曝光装置中，投影物镜阵列中的每个投影物镜分别对应
一个调焦测量传感器和一个对准测量传感器，每个投影物镜与其所对应的调焦
测量传感器和对准测量传感器在第一方向上的坐标相同。
可选的，在所述的曝光装置中，所述投影物镜阵列平均分布于所述若干调
焦测量传感器和所述若干对准测量传感器的两侧，或者所述投影物镜阵列均位
于若干调焦测量传感器和所述若干对准测量传感器的一侧。
可选的，在所述的曝光装置中，所述调焦测量传感器、所述对准测量传感
器和所述对准标记的数量相同且均为三个以上。
可选的，在所述的曝光装置中，所述基底划分为多个扫描曝光视场，每个
扫描曝光视场沿第二方向包括两列对准标记，每列对准标记沿第一方向排列，
所述第一方向垂直于所述第二方向，每列对准标记的数量与所述对准测量传感
器的数量相同，使得所述若干对准测量传感器能同时探测一列对准标记。
可选的，在所述的曝光装置中，所述对准测量传感器采用宽带光源，通过
照明镜组和分束棱镜、成像前组照明对准标记，测量光经对准标记反射后，再
经过成像前组、分束棱镜以及照明后组，将对准标记成像到图像传感器上，图
像传感器输出的图像经过图像处理之后，即可获得当前对准标记的对准位置。
可选的，在所述的曝光装置中，所述调焦测量传感器采用宽带光源，通过
照明镜组照明投影标记，继而通过第一反射镜和投影成像镜组将投影标记成像
在基底表面，测量光经基底反射之后，通过探测成像镜组和第二反射镜，将投
影标记的像成像在图像传感器上，通过图像处理获得当前基底的离焦信息。
本发明还提供一种离焦倾斜误差补偿方法，所述离焦倾斜误差补偿方法包
括如下步骤：
提供如上所述的曝光装置，所述曝光装置还包括用于测量基底承载台位置
的干涉测量装置以及位于基底承载台上的对准基准板；
采用所述对准测量传感器和所述调焦测量传感器对基底上的单个扫描曝光
视场进行扫描测量，同时干涉测量装置测量基底承载台位置信息；
根据单个扫描曝光视场的扫描测量，记录当前扫描曝光视场中对准测量传
感器探测的对准测量信息(Xj,Yj)和调焦测量传感器探测的调焦测量信息Zi
以及干涉测量装置测量的基底承载台位置信息；
根据记录的对准测量信息(Xj,Yj)和调焦测量信息Zi以及基底承载台位置
信息，计算对准测量传感器在X轴的离焦倾斜误差ΔX或者Y轴的离焦倾斜误
差ΔY；
根据已计算出的X轴的离焦倾斜误差ΔX或者Y轴的离焦倾斜误差ΔY，
修正所述对准测量信息(Xj,Yj)，得到修正后的对准测量信息(Xj’,Yj’)；
根据修正后的对准测量信息(Xj’,Yj’)，计算当前扫描曝光视场的对准位
置(X,Y)，完成离焦倾斜误差的补偿。
可选的，在所述的离焦倾斜误差补偿方法中，所述修正后的对准测量信息
(Xj’,Yj’)与修正前的所述对准信息(Xj,Yj)关系为：(Xj’,Yj’)＝(Xj-ΔX,Yj)
或者(Xj’,Yj’)＝(Xj,Yj-ΔY)。
可选的，在所述的离焦倾斜误差补偿方法中，所述根据记录的对准测量信
息(Xj,Yj)和调焦测量信息Zi以及基底承载台位置信息，计算X轴的离焦倾
斜误差ΔX或者Y轴的离焦倾斜误差ΔY包括如下步骤：
计算对准测量传感器的最佳测量平面的离焦量ΔZ1；
通过离线测校，计算对准测量传感器的对准测量光轴的偏离X轴的倾斜量
Φx或者偏离Y轴的倾斜量Φy；
计算X轴的离焦倾斜误差ΔX或者Y轴的离焦倾斜误差ΔY；其中ΔX＝Δ
Z1tan(Φx),ΔY＝ΔZ1tan(Φy)。
可选的，在所述的离焦倾斜误差补偿方法中，所述计算对准测量传感器的
最佳测量平面的离焦量ΔZ1包括如下步骤：
确定所述对准测量传感器的最佳测量平面、及调焦测量传感器的零平面；
计算所述对准测量传感器的最佳测量平面和所述调焦测量传感器的零平面
之间的固有偏差ΔZ0；
根据基底承载台位置信息，获取所述对准测量传感器和调焦测量传感器的
测量点的水平向位置；
根据所述测量点的水平向位置查找所述调焦测量信息Zi，确定对准标记的
高度ΔZ2，计算出所述最佳测量平面的离焦量ΔZ1，其中ΔZ1＝ΔZ0-ΔZ2。
可选的，在所述的离焦倾斜误差补偿方法中，所述通过离线测校，计算对
准测量传感器的对准测量光轴的偏离X轴的倾斜量Φx或者偏离Y轴的倾斜量
Φy包括如下步骤：
水平移动所述曝光装置中的基底承载台，使得所述对准测量传感器和所述
调焦测量传感器测量所述基底承载台上承载的对准基准板；
将所述基底承载台沿垂向步进至少两次，记录每次步进所述调焦测量传感
器的测量结果、及所述对准测量传感器的测量结果；
分别计算每相邻两次步进所述对准测量传感器的测量结果在X轴的偏差Δ
X0或者在Y轴的偏差ΔY0，及所述调焦测量传感器的测量结果的偏差ΔZ；
计算所述偏离X轴的倾斜量Φx或者所述偏离Y轴的倾斜量Φy；其中，Φ
x＝artan(ΔY0/ΔZ),Φy＝-1*artan(ΔX0/ΔZ)。
在本发明所提供的曝光装置及离焦倾斜误差补偿方法中，通过在每个对准
测量传感器都设置有一个与其对应的调焦测量传感器，并且每个对准测量传感
器与其所对应的调焦测量传感器在第一方向上的坐标相同，使得对准测量传感
器与调焦测量传感器两者位于同一条直线上，此时调焦测量信息与对准测量信
息可共同表征对准标记，以便对对准测量信息存在误差时进行修正，完成离焦
倾斜误差的补偿，极大的提高了对准精度，提高产品良率。
附图说明
图1是离焦倾斜误差的原理示意图；
图2是本发明一实施例中的曝光装置的示意图；
图3是本发明的曝光装置中对准测量传感器的测量原理示意图；
图4是本发明的曝光装置中调焦测量传感器的测量原理示意图；
图5是本发明的离焦倾斜误差补偿方法的流程图；
图6是图5中实现步骤S33的具体流程示意图；
图6A是图6中实现步骤S330的具体流程示意图；
图6B是图6中实现步骤S331的具体流程示意图；
图7是本发明一实施例中基底上对准标记及扫描曝光视场的分布示意图；
图8是本发明中对准测量传感器的测量点和调焦测量传感器的测量点的分
布示意图；
图9是使用本发明中的曝光装置在一扫描曝光视场进行扫描测量的示意图；
图9A是使用本发明中的曝光装置进行调焦测量时的示意图；
图9B是使用本发明中的曝光装置进行对准测量时的示意图；
图10是确定对准测量最佳测量平面及固有偏差ΔZ0的示意图；
图11是对准传感器的对准测量光轴倾斜时进行离线测校的原理示意图；
图12是对准测量传感器的对准测量光轴偏离X轴时，进行离焦倾斜误差补
偿的示意图；
图13是对准测量传感器的对准测量光轴偏离Y轴时，进行离焦倾斜误差补
偿的示意图；
图14是本发明中的曝光装置设计的曝光流程图。
其中，图1-图14中：
照明系统-100；掩模承载台-200；掩模-210；投影光学系统-300；投影物镜
阵列-300a、300b、300c、300d、300e、300f；物镜的曝光视场-310a、310b、310c、
310d、310e、310f；扫描曝光视场-910a、910b、910c、910d；基底承载台-400；
基底-410；对准标记-411、411a、411b、411c、411d、411e、411f、412a、412b、
412c、412d、412e、412f、413a、413b、413c、413d、413e、413f、414a、414b、
414c、414d、414e、414f、415a、415b、415c、415d、415e、415f、416a、416b、
416c、416d、4116e、416f，416A、416B、417c、417d、417e、417f、418a、418b、
418c、418d、418e、418f；对准基准板-420；基准板对准标记-421；对准测量传
感器-500a、500b、500c、500d、500e、500f；对准测量传感器的测量点-530、530a、
530b、530c、530d、530e、530f；调焦测量传感器-600a、600b、600c、600d、
600e、600f；调焦测量传感器的测量点-630、630a、630b、630c、630d、630e、
630f；对准传感器的测量光轴-553；调焦传感器的测量光轴-653；最佳对准测量传
感器的测量点-551；对准测量传感器的最佳测量平面-550；调焦测量传感器的零平
面-650；宽带光源-520，620；照明镜组-521，621；分束棱镜-522；成像前组-523；
照明后组-524；图像传感器-525，627；投影标记-622；第一反射镜-623；投影成
像镜组-624；探测成像镜组-625；第二反射镜-626。
具体实施方式
经过试验研究，对于离焦量倾斜误差产生的原因主要与离焦量和进行对准
测量的对准测量传感器的测量光轴的倾斜角有关。具体请参照图1，其为离焦倾
斜误差的原理示意图。如图1所示，553为对准测量传感器的测量光轴，550为
对准测量传感器的最佳测量平面，415表征基底的表面存在翘曲时的状态，对准
测量的测量点就由最佳对准测量传感器的测量点551的位置变成了对准测量传
感器的测量点530的位置，对准测量传感器的测量点530和最佳对准测量传感
器的测量点551之间存在一个高度差，所述高度差即对准测量传感器的最佳测
量平面的离焦量ΔZ1，当对准传感器的测量光轴553存在倾斜量Φ时，就会导
致对准测量存在一个X轴的离焦倾斜误差ΔX或者Y轴的离焦倾斜误差ΔY，
其中△X＝△Z1*tan(Φ)或者△Y＝△Z1*tan(Φ)。由上式，我们可以清楚的知道离
焦量倾斜误差的影响因素为：对准测量传感器的最佳测量平面的离焦量ΔZ1和
对准测量传感器的对准测量光轴553的倾斜量Φ，因此只要将两个影响离焦量
倾斜误差的因素中的一个变为零，即可将焦量倾斜误差降低至零。通常有两种
方法：第一种，通过严格控制对准传感器的对准测量光轴的倾斜量，但是这种
方法这势必会提高对准传感器的开发和制造成本；第二种，就是严格控制基底
承载台的平整度，从而控制好基底的表面的平整度，但是对于这种方式，会提
高基底承载台的开发和制造成本，同时对将来预期的柔性基底不会有很好的适
应性。
由上述对于离焦倾斜误差的相关研究知识为出发点，本发明基于影响离焦
倾斜误差的两个因素：对准测量传感器的最佳测量平面的离焦量ΔZ1和对准测
量传感器的对准测量光轴的倾斜量Φ为出发点，提出了一种曝光装置及离焦倾
斜误差补偿方法，以提高对准精度，满足半导体行业中生产需求的需要。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的曝光装置及离焦倾斜误差补偿
方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将
更清楚。需说明的是，附图均采用非常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。
请参考图2，其为本发明一实施例中的曝光装置的示意图，如图2所示，所
述曝光装置，包括掩模承载台200、投影物镜阵列300以及基底承载台400，还
包括：若干对准测量传感器500a、500b、500c、500d、500e、500f，沿第一方向
排列，用于探测基底上的对准标记来获取基底的对准测量信息；若干调焦测量
传感器600a、600b、600c、600d、600e、600f，用于探测基底的调焦测量信息，
每个对准测量传感器都有一个与其对应的调焦测量传感器，并且每个对准测量
传感器与其所对应的调焦测量传感器在第一方向上的坐标相同。此外，所述曝
光装置还包括用于曝光的照明系统100。
请参照图3，其为本发明的曝光装置中对准测量传感器的测量原理示意图。
如图3所示，所述对准测量传感器采用宽带光源520，通过照明镜组521和分束
棱镜522、成像前组523照明对准标记411，测量光经对准标记411反射后，再
经过成像前组523、分束棱镜522、以及照明后组524，将对准标记411成像到
图像传感器525上，图像传感器525输出的图像经过图像处理之后，即可获得
当前对准标记411的对准位置。本实施例所述的对准测量传感器采用的是典型
的基于机器视觉的对准测量技术。
请参照图4，其为本发明的曝光装置中调焦测量传感器的测量原理示意图。
如图4所示，所述调焦测量传感器采用宽带光源620，通过照明镜组621照明投
影标记622，继而通过第一反射镜623和投影成像镜组624将投影标记622成像
在基底表面。测量光经基底反射之后，通过探测成像镜组625和第二反射镜626，
将投影标记622的像成像在图像传感器627上，通过图像处理获得当前基底的
离焦信息。本实施例所述的调焦测量传感器采用的是典型的三角测量原理。
进一步地，所述投影物镜阵列分布于所述调焦测量传感器及所述对准测量
传感器周围。具体为投影物镜阵列中的每个投影物镜分别对应一个调焦测量传
感器和一个对准测量传感器，每个投影物镜与其所对应的调焦测量传感器和对
准测量传感器在第一方向上的坐标相同。进而使得投影物镜阵列、对准测量传
感器和调焦测量传感器三者位于同一条直线上，更加靠近物镜的曝光视场，提
高了对准精度。
较佳的，所述投影物镜阵列平均分布于所述若干调焦测量传感器和所述若
干对准测量传感器的两侧，或者所述投影物镜阵列均位于若干调焦测量传感器
和所述若干对准测量传感器的一侧。
请继续参照图2，在掩模承载台200上承载有掩模210，所述掩模承载台200
和所述基底承载台400沿第二方向同步移动时，所述掩模承载台200上的掩模
210和所述基底承载台400上的基底410沿第二方向同步移动时，投影物镜阵列
300a、300b、300c、300d、300e、300f对基底410进行曝光，将掩模210的图像
成在所述基底410上，所述第一方向垂直于所述第二方向。本实施例中，投影
物镜阵列共有两组，一组三个，每组物镜沿着第一方向分布，两组投影物镜阵
列均沿着Y轴分布。在两组投影物镜阵列中间设置了6个对准测量传感器500a、
500b、500c、500d、500e、500f，在两组物镜中间设置了6个调焦测量传感器
600a、600b、600c、600d、600e、600f。6个对准传感器沿着X轴分布，每个对
准传感器都跟随有一个调焦测量传感器，并且，每个对准测量传感器与其所跟
随的调焦测量传感器的第一方向坐标相同(即X轴坐标相同)。
请参照图2及图8，其中，图8为本发明中对准测量传感器的测量点和调焦
测量传感器的测量点的分布示意图。结合图2及图8所示，6个对准测量传感器
(即500a、500b、500c、500d、500e、500f)和6个调焦测量传感器(即600a、
600b、600c、600d、600e、600f)在所述基底410上分别对应分布有对准测量传
感器的测量点630a、630b、630c、630d、630e、630f及调焦测量传感器的测量
点530a、530b、530c、530d、530e、530f，分别对应对准测量传感器的测量点
630a、630b、630c、630d、630e、630f分布有物镜的曝光视场310a、310b、310c、
310d、310e、310f。由于每个对准测量传感器都有一个与其对应的调焦测量传感
器，并且每个对准测量传感器与其所对应的调焦测量传感器在第一方向上的坐
标(本实施例中第一方向上的坐标为X轴坐标)相同。因此，对准测量传感器
的测量点的X轴坐标与其对应的调焦测量传感器的测量点的第一方向坐标相
同，对准测量传感器的测量点在Y轴坐标可以比与其对应的调焦测量传感器的
测量点在Y轴坐标大，也可以比与其对应的调焦测量传感器的测量点在Y轴坐
标小。
本发明所述调焦测量传感器、所述对准测量传感器和所述对准标记的数量
相同且均为三个以上。其中，所述若干调焦测量传感器平均分布于若干对准测
量传感器的两侧，或者所述若干调焦测量传感器均位于若干对准测量传感器的
一侧。
请参照图7，其为本发明一实施例中基底上对准标记及扫描曝光视场的分布
示意图。由图7所示，所述基底划分为四个扫描曝光视场(即910a、910b、910c、
910d、)，每个扫描曝光视场沿第二方向包括两列对准标记，每列对准标记沿第
一方向排列，所述第一方向垂直于所述第二方向，每列对准标记的数量与所述
对准测量传感器的数量相同，使得所述若干对准测量传感器能同时探测一列对
准标记。当然，对于基底划分的扫描曝光视场的个数不局限于本实施例中的个
数，可以根据需要将基底划分为多个扫描曝光视场。
请参考图5，其为本发明的离焦倾斜误差补偿方法的流程图。如图5所示的
离焦倾斜误差补偿方法包括如下步骤：
首先，执行步骤S30，提供如上所述的曝光装置，所述曝光装置还包括用于
测量基底承载台位置的干涉测量装置以及位于基底承载台上的对准基准板。
接着，执行步骤S31，采用所述对准测量传感器和所述调焦测量传感器对基
底上的单个扫描曝光视场进行扫描测量，同时干涉测量装置测量基底承载台位
置信息。
接着，执行步骤S32，根据单个扫描曝光视场的扫描测量，记录当前扫描曝
光视场中对准测量传感器探测的对准测量信息(Xj,Yj)和调焦测量传感器探测
的调焦测量信息Zi以及干涉测量装置测量的基底承载台位置信息。
在本实施例中，请参照图9，其为使用本发明中的曝光装置在一扫描曝光视
场进行扫描测量的示意图。如图10A所示，910a、910b、910c、910d均为扫描
曝光视场，在基底410上的对应以上的扫描曝光视场分别设置有对准标记411a、
411b、411c、411d、411e、411f；412a、412b、412c、412d、412e、412f；413a、
413b、413c、413d、413e、413f；414a、414b、414c、414d、414e、414f；415a、
415b、415c、415d、415e、415f；416a、416b、416c、416d、4116e、416f，416A、
416B、417c、417d、417e、417f；418a、418b、418c、418d、418e、418f。
请参照图9A及图9B，其中图9A为使用本发明中的曝光装置进行调焦测量
时的示意图，图9B为使用本发明中的曝光装置进行对准测量时的示意图。如图
10B及图9B所示，本实施例以扫描曝光视场910a为例，基底承载台沿着第二
方向(本实施例中指Y轴方向)运动，当调焦测量传感器的测量点630a、630b、
630c开始进入扫描曝光视场910a时，开始记录基底承载台的位置及扫描曝光视
场910a内的实时的调焦测量信息Zi，本实施例中，调焦测量信息依次为Za、
Zb、Zc、Zd、Ze、Zf，由于每个对准测量传感器都有一个与其对应的调焦
测量传感器，并且每个对准测量传感器与其所对应的调焦测量传感器在第一方
向上的坐标相同，对准测量传感器的测量点的X轴坐标与其所跟随的调焦测量
传感器的测量点的第一方向坐标相同，因此基底承载台运动的过程中，当前扫
描曝光视场中的对准标记会先后落入调焦测量传感器的测量点的视场范围，此
时可以获知每个对准标记的高度值，即对准标记的调焦测量信息。当所有调焦
测量传感器的测量点均不能完整的落在基底410上时，对当前的扫描曝光视场
的调焦测量结束，对基底410上的其余未进行扫描测量的扫描曝光视场进行扫
描测量。
请继续参照图9A及图9B，如图9B所示，当第1列的对准标记411a、411b、
411c、411d、411e、411f位于对准测量传感器的测量点530a、530b、530c、530d、
530e、530f的视场范围内时，基底承载台停止运动，开始进行对准测量，获得
相应的对准测量信息(Xj,Yj)，本实施例中相对应的对准测量信息依次为(Xa1,
Ya1)、(Xb1,Yb1)、(Xc1,Yc1)、(Xd1,Yd1)、(Xe1,Ye1)、(Xf1,Yf1)；第1列的
对准标记的对准测量结束后，基底承载台继续沿Y轴方向自右向左运动。同理，
在第2列的对准标记412a、412b、412c、412d、412e、412f位于对准测量传感
器的测量点530a、530b、530c、530d、530e、530f的视场范围内时，基底承载
台停止运动，开始进行对准测量，获得相应的对准测量信息(Xj,Yj)，本实施例
中相对应的对准测量信息依次为(Xa2Ya2)、(Xb2,Yb2)、(Xc2,Yc2)、(Xd2,Yd2)、
(Xe2,Ye2)、(Xf2,Yf2)。同理对基底410上的其余未进行扫描测量的扫描曝光
视场进行对准测量，并记录相应的对准测量信息。
接着，执行步骤S33，根据记录的对准测量信息(Xj,Yj)和调焦测量信息
Zi以及基底承载台位置信息，计算对准测量传感器在X轴的离焦倾斜误差ΔX
或者Y轴的离焦倾斜误差ΔY。
请参照图1，当对准传感器的测量光轴553存在倾斜量Φ和基底410存在翘
曲时，步骤S32中所测量的对准测量信息就存在离焦倾斜误差，本发明中降低
离焦倾斜误差所采用的方法是将离焦倾斜误差求出来，并进行补偿。
具体的，请参照图6，其是图5中实现步骤S33的具体流程示意图。如图6
所示，步骤33是通过如下步骤来实现的：
首先，执行步骤S330，计算对准测量传感器的最佳测量平面的离焦量ΔZ1。
进一步地，请参照图6A，其是图6中实现步骤S330的具体流程示意图，
具体包括如下步骤：
首先，执行步骤S333，确定所述对准测量传感器的最佳测量平面、及调焦
测量传感器的零平面。
具体，请参照图10，其为确定对准测量最佳测量平面及固有偏差ΔZ0的示
意图。如图10所示，水平向运动基底承载台，使得对准测量传感器的测量点530
和调焦测量传感器的测量点630测量基底承载台对准基准板420，其中，当对准
基准板420上的基准板对准标记421位于对准测量传感器的测量点530的视场
范围内时，通过对准测量传感器的测量点对基准板对准标记421进行对准测量；
先后使基底承载台420沿垂向进行至少3次步进。本实施例中以6次步进，曝
光装置仅设置有一调焦传感器及一对准传感器为例，在每次步进位上，记录调
焦测量传感器的调焦测量信息Zf1、Zf2、Zf3、Zf4、Zf5、Zf6，同时，在每个步
进位上，通过对准测量传感器获取基准板对准标记421在对准CCD525上的对
比度MT1、MT2、MT3、MT4、MT5、MT6。通过抛物线拟合对比度MT1、MT2、
MT3、MT4、MT5、MT6和调焦测量信息Zf1、Zf2、Zf3、Zf4、Zf5、Zf6，获
得基准板对准标记421对比度最大的位置，即为此对准测量传感器的最佳测量
平面550。由上述调焦测量信息即可确定调焦测量传感器的零平面600。
接着，执行步骤S334，计算所述对准测量传感器的最佳测量平面和所述调
焦测量传感器的零平面之间的固有偏差ΔZ0。所述对准测量传感器的最佳测量
平面和所述调焦测量传感器的零平面之间的固有偏差ΔZ0即为所述对准测量传
感器的最佳测量平面和所述调焦测量传感器的零平面之间的垂直距离。
接着，执行步骤S335，根据基底承载台位置信息，获取所述对准测量传感
器和调焦测量传感器的测量点的水平向位置。
接着，执行步骤S336，根据所述测量点的水平向位置查找所述调焦测量信
息Zi，确定对准标记的高度ΔZ2，计算出所述最佳测量平面的离焦量ΔZ1，其
中ΔZ1＝ΔZ0-ΔZ2。
请继续参照图9-图9B，所述调焦测量信息Zi是调焦测量传感器对对准标记
的调焦测量的结果，也是对准标记的高度值。通过查找所述干涉测量装置测量
基底承载台位置的测量结果，可获得对准测量传感器的测量点和调焦测量传感
器的测量点的水平向位置，最终确定所需要的对准标记的高度值即为调焦测量
信息Zi。
接着，执行步骤S331，通过离线测校，计算对准测量传感器的对准测量光
轴的偏离X轴的倾斜量Φx或者偏离Y轴的倾斜量Φy。
由于对准测量光轴的倾斜量Φ存在两种情况，即偏离X轴的倾斜量Φx或
者偏离Y轴的倾斜量Φy，因此需要针对不同的情况进行分析计算。请参照图
6B，其是图6中实现步骤S331的具体流程示意图，如图6B所示，要实现步骤
S331的具体流程包括如下步骤：
首先，执行步骤S337，水平移动所述曝光装置中的基底承载台，使得所述
对准测量传感器和所述调焦测量传感器测量所述基底承载台上承载的对准基准
板。
接着，执行步骤S338，将所述基底承载台沿垂向步进至少两次，记录每次
步进所述调焦测量传感器的测量结果、及所述对准测量传感器的测量结果。
接着，执行步骤S339，分别计算每相邻两次步进所述对准测量传感器的测
量结果在X轴的偏差ΔX0或者在Y轴的偏差ΔY0，及所述调焦测量传感器的
测量结果的偏差ΔZ。
接着，执行步骤S340，计算所述偏离X轴的倾斜量Φx或者所述偏离Y轴
的倾斜量Φy；其中，Φx＝artan(ΔY0/ΔZ),Φy＝-1*artan(ΔX0/ΔZ)。
请参照图11，其为对准传感器的对准测量光轴倾斜时进行离线测校的原理
示意图。如图11所示，水平向运动基底承载台，使得对准测量传感器的测量点
530和调焦测量传感器的测量点630测量基底承载台上的对准基准板420，其中，
所述对准基准板420上设置有基准板对准标记421。为后期使用离线测校对于对
准传感器的测量光轴553的倾斜量的确定提供基础。当对准基准板420上的基
准板对准标记421位于对准测量传感器的测量点530的视场范围内时，通过对
准测量传感器的测量点对基准板对准标记421进行对准测量；先后使基底承载
台420沿垂向进行至少两次步进。在本实施例中以两次步进，曝光装置仅设置
有一调焦测量传感器及一对准测量传感器为例。在每个步进位上，记录此时调
焦测量传感器的测量结果Zfa、Zfb，同时，在每个步进位上，通过对准测量传
感器获取当前基准板对准标记421的对准测量信息。如果对准光轴553存在光
轴倾斜Φy，则两个步进位上的对准测量结果在X轴会存在偏差ΔX0，在这里
记ΔZ＝Zfa-Zfb，则Φy＝-1*artan(ΔX0/ΔZ)。同理，如果对准光轴553存在光轴
倾斜Φx，则两个步进位上的对准测量结果在Y轴会存在偏差ΔY0，在这里记
ΔZ＝Zfa-Zfb，则Φx＝artan(ΔY0/ΔZ)。
请参照图12及图13，其中，图12是对准测量传感器的对准测量光轴偏离
X轴时，进行离焦倾斜误差补偿的示意图；图13是对准测量传感器的对准测量
光轴偏离Y轴时，进行离焦倾斜误差补偿的示意图。如图12及图13所示，执
行步骤S332，计算X轴的离焦倾斜误差ΔX或者Y轴的离焦倾斜误差ΔY；其中
ΔX＝ΔZ1tan(Φx),ΔY＝ΔZ1tan(Φy)。本实施例中，调焦测量传感器的测量光轴
653不存在倾斜量，因此通过调焦传感器对调焦测量传感器的测量点630测量的
结果，(即调焦测量信息)即可确定对准标记的高度ΔZ2。
接着，执行步骤S34，根据已计算出的X轴的离焦倾斜误差ΔX或者Y轴
的离焦倾斜误差ΔY，修正所述对准测量信息(Xj,Yj)，得到修正后的对准测量
信息(Xj’,Yj’)。
进一步地，所述修正后的对准测量信息(Xj’,Yj’)与修正前的所述对准信息
(Xj,Yj)关系为：(Xj’,Yj’)＝(Xj-ΔX,Yj)或者(Xj’,Yj’)＝(Xj,Yj-ΔY)。
接着，执行步骤S35，根据所述调焦测量信息Zi及修正后的对准测量信息
(Xj’,Yj’)，分别计算调焦位置Z及对准位置(X,Y)；其中，所述计算调焦位置
Z是由当前扫描曝光视场的调焦测量信息Zi进行拟合计算得到的；所述计算对
准位置(X,Y)是由修正后的对准测量信息(Xj’,Yj’)进行拟合计算得到的。
接着，执行步骤S35，根据修正后的对准测量信息(Xj’,Yj’)，计算当前
扫描曝光视场的对准位置(X,Y)，完成离焦倾斜误差的补偿。
具体的，由于调焦测量信息是不存在误差的，对准测量信息是经过修正后
的(即经过离焦倾斜误差补偿的)，因此计算的调焦位置Z及对准位置(X,Y)具
有较高的精准度，提高了对准精度。经验证当最佳测量平面的离焦量Δ
Z1＝10um，离焦量Φ＝3mrad时，使用本发明所提供的离焦倾斜误差补偿方法可
使对准精度相比采用现有技术提高30nm左右。
为了进一步对以上内容进行理解，请参照图14，其为本发明中的曝光装置
设计的曝光流程图。如图14所示，应用本发明的曝光装置在进行曝光流程包括
如下步骤：
首先，执行步骤S10，将基底放置于基底承载台上；
接着，执行步骤S11，对基底进行预对准；
接着，执行步骤S12，将基底承载台移动至第1个扫描曝光视场进行扫描测
量，当调焦测量传感器的测量点开始进入该扫描曝光视场时开始进行调焦测量，
并记录各个时刻的调焦测量信息；
接着，执行步骤S13，对当前扫描曝光视场中的第1列对准标记进行对准测
量，并记录对准测量信息；
接着，执行步骤S14，对当前扫描曝光视场中的第2列对准标记进行对准测
量，并记录对准测量信息；
接着，执行步骤S15，当所有调焦测量传感器的测量点全部离开当前扫描曝
光视场时，停止进行调焦测量及对调焦测量信息的记录；
接着，执行步骤S16，修正已记录的对准测量信息；
接着，执行步骤S17，根据修正后的对准测量信息，计算对准位置；
接着，执行步骤S18，根据记录的调焦测量信息，计算调焦位置；
接着，执行步骤S19，判断是否已对所有的曝光扫描视场进行了扫描测量；
若是，则接着执行步骤S20；若否，则返回执行步骤S13；
接着，执行步骤S20，按照每个曝光扫描视场计算的对准位置及调焦位置驱
动工件台，完成各个曝光扫描视场的扫描曝光；
接着，执行步骤S21，将进行过扫描曝光后的基底从基底承载台上拿下来。
综上，在本发明所提供的曝光装置及离焦倾斜误差补偿方法中，通过在每
个对准测量传感器都设置有一个与其对应的调焦测量传感器，并且每个对准测
量传感器与其所对应的调焦测量传感器在第一方向上的坐标相同，使得对准测
量传感器与调焦测量传感器两者位于同一条直线上，此时调焦测量信息与对准
测量信息可共同表征对准标记，以便对对准测量信息存在误差时进行修正，完
成离焦倾斜误差的补偿，极大的提高了对准精度，提高产品良率。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，
本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权
利要求书的保护范围。