CN101174092A - 减少因镜头慧差导致成像畸变的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减少因镜头慧差导致成像畸变的方法，它可以实时监控成像畸变，并通过反馈系统及时调整，提高了光刻机的使用效率，同时提升了光刻机精度的可靠性。它包括，第一步，在光刻机进行套刻之前，选取掩膜板和硅片平面的相同位置通过透镜成像系统分别成像到透镜成像系统的焦平面空间像收集探测器阵列上；第二步，根据两组成像的空间位置差异计算出透镜成像畸变；第三步，根据计算得出的成像畸变参数通过反馈系统对透镜成像系统的环境参数进行调整。
Description
技术领域
本发明涉及一种减少因镜头慧差导致成像畸变的方法。
背景技术
随着光刻技术的不断进步，半导体器件的关键尺寸(CD CriticalDemotion)越来越小，物镜NA(数值孔径)要求越来越大，镜头的物理尺寸也对应着越做越大。在这种情况下，由镜头慧差所造成的成像图形形变会变得尤为明显(与透镜半径的3次方成正比)，如何更好，更精确的监控镜头慧差状况是保证先进光刻工艺的关键。
传统的镜头形变测量(distortion)必须通过在成像平台上的硅片曝光或者平台上的光电像探测器记录的方法来实施，这两种方法都需要光刻机停止生产，浪费了生产时间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种减少因镜头慧差导致成像畸变的方法，它可以实时监控成像畸变，并通过反馈系统及时调整，提高了光刻机的使用效率，同时提升了光刻机精度的可靠性。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种减少因镜头慧差导致成像畸变的方法，它包括，第一步，在光刻机进行套刻之前，选取掩膜板和硅片平面的相同位置通过透镜成像系统分别成像到透镜成像系统的焦平面空间像收集探测器阵列上；第二步，根据两组成像的空间位置差异计算出透镜成像畸变；第三步，根据计算得出的成像畸变参数通过反馈系统对透镜成像系统的环境参数进行调整。
所述透镜成像系统至少包括：主透镜、傅立叶平面附近的45度角度分束板组、45度角度反光镜组、投影透镜组、焦平面空间像收集探测器阵列、电子控制光快门组、曝光光源；所述主透镜为光刻机的投影透镜，主要负责将来自掩膜版的图像成像于硅片平面，所述傅立叶平面附近的45度角度分束板组包括上分束板和下分束板，所述上、下分束板分别对来自掩膜板的光和硅片平面的反射光进行分光，并分别透过45度角度反光镜组的上、下反光镜投影到焦平面空间像收集探测器阵列上；所述电子控制光快门组分为上、下快门，上快门用于对掩膜板光路的控制，下快门用于对硅片表面的反射光路控制；所述投影透镜组，它是位于掩膜版和硅片之间所有透镜的总称，用于形成一个成像的光路；所述曝光光源，用于光刻的曝光光源。
因为本发明在光刻机进行套刻之前就选取掩膜板和硅片平面的相同位置进行成像对比，进而计算出透镜成像畸变，这样可以实现实时测量，无需成像后再利用专门设备测量，这样就可以简化工艺，提高了光刻机的使用效率。而通过反馈系统的及时调整，则提升了光刻机精度的可靠性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明透镜成像系统和反馈系统示意图；
图2是本发明透镜成像系统的焦平面空间像收集探测器结构示意图；
图3是掩膜板成像光线图。
下面是图示标号说明：
1、投影透镜组；
2上45度角度分束板
3下45度角度分束板
4上45度角度反光镜
5下45度角度反光镜
6A，6B完全相同透镜
6C主透镜
7焦平面空间像收集探测器阵列
8电子控制光快门上快门
9电子控制光快门下快门
10附属照明光源
11掩膜版平面
12硅片平面
13焦平面空间像收集探测器像传感器
14焦平面空间像收集探测器放大透镜
15反馈系统
具体实施方式
如图1所示，它是本发明透镜成像系统和反馈系统示意图。透镜成像系统主要包括：主透镜6C、傅立叶平面附近的45度角度分束板组、45度角度反光镜组、投影透镜组1、焦平面空间像收集探测器阵列7、电子控制光快门组、附属照明光源10、曝光光源16。主透镜1为光刻机的投影透镜，主要负责将来自掩膜版11的图像成像于硅片平面12，由于投影透镜组的透镜具有不同的光学效应或折射或反射，因而它可以起到协调整个透镜组的光学参数变量；傅立叶平面附近的45度角度分束板组包括上分束板2和下分束板3，分别对来自掩膜板11的光和硅片平面12的反射光进行分光；45度角度反光镜组包括上反射镜4和下反射镜5，分别将来自掩膜板11的光和硅片平面12的反射光透过45度角度反光镜组的上、下反射镜4、5投影到焦平面探测器阵列7上；所述电子控制光快门组分为上快门8和下快门9，上快门8用于对掩膜板光路的控制，下快门9用于对硅片表面的反射光路控制；所述投影透镜组1包括投影透镜6A、6B等，它们是位于掩膜版11和硅片12之间所有透镜的总称，主要作用是形成一个用于成像的光路；附属照明光源10，用作背景光源；曝光光源16用于光刻的曝光光源。
反馈系统15主要包括运算处理单元和机械控制单元。运算处理单元主要是根据硅片平面12和掩膜版11的空间像差异来解析出镜头组中哪些透镜发生形变影响光路；机械控制单元主要是一些温度及压力的控制单元，位于投影透镜组1的各个透镜位置，通过对单个或多个透镜局部区域温度或压力的调节来使镜头发生轻微形变来实现调节光路的目的。
另外，如图2所示，焦平面空间像收集探测器阵列7的每个焦平面空间像收集探测器由放大透镜14和像传感器13组成。
附属照明光源10通常为可见光，用它来做背景光源可得到较高的信噪比因而图像信号较好；曝光光源波长通常从193nm、248nm至365nm不等，由于其波长较小因而成像更为精细。
本发明就是利用上述透镜成像系统实现的，第一步，在光刻机进行套刻之前，选取掩膜板11和硅片平面12的相同位置的测试图形(也就是测试位置)通过透镜成像系统分别成像到透镜成像系统的焦平面空间像收集探测器阵列7上；测试位置可以选取掩膜板和硅片平面的多个不同位置，由于掩膜版上不同位置的测试图形会通过镜头不同区域成像于硅片，因而更多地收集不同位置测试图形能更全面的反应镜头状况。另外入射到硅片平面12的光束能量应远远小于硅片表面光刻胶的Eth值(即光刻胶解析所需的能量初始值)，但需要大于所述焦平面空间像收集探测器阵列的感应值，这样入射的曝光光束不会对硅片平面的光刻胶产生化学反应。
第二步，根据两组成像的空间位置差异计算出透镜成像畸变；当然如果第一步取的测试位置为多个的话，可以计算成像畸变的平均值。
第三步，根据计算得出的成像畸变参数通过反馈系统对透镜成像系统的环境参数进行调整。环境参数包括透镜成像系统的温度和压力。
慧差的形成主要是由于透镜的形变导致透镜光轴发生了轻微倾斜，由于物体不处于光轴上因而在成像时每一像点都具有不同的焦平面。具体反映在硅平面的测试图形上为图形在某一方向上关键尺寸(CD)异常且成像质量较差，尤其在像场的边缘区域这种现象更为明显。所以测试图形(也就是测试位置的图形)的排列应侧重于掩膜板11和硅片平面12的周边(通常镜头边缘部成像较差所以要侧重周边，上下左右都需要)，不仅在X和Y方向，也包括45度角度和其余任何方向的分布。且测试图形中包括任何需要监控的结构，如：线，孔和沟道等。
该方法在纪录硅平面上的空间像时，由于光波两次通过主透镜6C(首先通过主透镜6C汇聚于硅片平面12然后再反射穿过主透镜6C，由下分束板3导出)，所以实际上体现了主镜头6C两倍慧差所造成的效果。目前光刻机主镜头6C直径在30cm-50cm之间，而通常每个shot(在硅片上每次曝光的面积)的大小约为2cm*2cm，所以不必考虑主镜头6C无法收集到来自硅片平面12的反射光线。
如图3所示，它是掩膜板11成像光线图。首先曝光光源16照射掩膜板11，并且将其图像透过透镜6A放大，然后经过上45度角度分束板2进行分光，分别向下、向右分光，向右光线经过上45度角度反光镜4反射到透镜6B(此时上快门8打开)，透镜6B对图像进行缩小，其缩小比例和透镜6A的放大比例一致，最后成像到焦平面空间像收集探测器阵列7上，由于透镜6A和透镜6B的比例一致，这样投影到焦平面空间像收集探测器阵列7的图像和掩膜板11上的原始测试图像大小一致。
另外，从上45度角度分束板2向下的分光穿过下45度角度分束板3经过主透镜6C汇聚于硅片平面12上，并再次经过主透镜6C反射到下45度角度分束板3，并经下45度角度分束板3向右分光，此时由于下快门9关闭，所以光线无法继续进行，如果下快门打开，那么光线与掩膜板成像类似，可以经过下45度角度反光镜5反射、穿过上45度角度反光镜4，经过透镜6B最终成像到焦平面空间像收集探测器阵列7。
Claims (8)
1.一种减少因镜头慧差导致成像畸变的方法，其特征在于，第一步，在光刻机进行套刻之前，选取掩膜板和硅片平面的相同位置通过透镜成像系统分别成像到透镜成像系统的焦平面空间像收集探测器阵列上；第二步，根据两组成像的空间位置差异计算出透镜成像畸变；第三步，根据计算得出的成像畸变参数通过反馈系统对透镜成像系统的环境参数进行调整。
2.如权利要求1所述的减少因镜头慧差导致成像畸变的方法，其特征在于，在第一步所述成像的对象可以选取掩膜板和硅片平面的多个相同位置，而第二步计算的成像畸变的数值为平均值。
3.如权利要求1所述的减少因镜头慧差导致成像畸变的方法，其特征在于，所述第一步中入射到硅片平面的光束能量应远远小于硅片表面光刻胶的Eth值，但需要大于所述焦平面空间像收集探测器阵列的感应值。
4.如权利要求1所述的减少因镜头慧差导致成像畸变的方法，其特征在于，所述的相同位置为位于掩膜板和硅片平面的周边位置。
5.如权利要求1所述的减少因镜头慧差导致成像畸变的方法，其特征在于，第三步所述的环境参数包括透镜成像系统的温度和压力。
6.如权利要求1所述的减少因镜头慧差导致成像畸变的方法，其特征在于，所述透镜成像系统至少包括：主透镜、傅立叶平面附近的45度角度分束板组、45度角度反光镜组、投影透镜组、焦平面空间像收集探测器阵列、电子控制光快门组、曝光光源；所述主透镜为光刻机的投影透镜，主要负责将来自掩膜版的图像成像于硅片平面，所述傅立叶平面附近的45度角度分束板组包括上分束板和下分束板，所述上、下分束板分别对来自掩膜板的光和硅片平面的反射光进行分光，并分别透过45度角度反光镜组的上、下反光镜投影到焦平面空间像收集探测器阵列上；所述电子控制光快门组分为上、下快门，上快门用于对掩膜板光路的控制，下快门用于对硅片表面的反射光路控制；所述投影透镜组，它是位于掩膜版和硅片之间所有透镜的总称，用于形成一个成像的光路；所述曝光光源，用于光刻的曝光光源。
7.如权利要求6所述的减少因镜头慧差导致成像畸变的方法，其特征在于，所述透镜成像系统还包括附属照明光源，用作背景光源。
8.如权利要求1所述的减少因镜头慧差导致成像畸变的方法，其特征在于，反馈系统主要包括运算处理单元和机械控制单元；所述运算处理单元主要是根据硅片平面和掩膜版的空间像差异来解析出镜头组中哪些透镜发生形变影响光路；所述机械控制单元主要是一些位于投影透镜组的各个透镜位置上的温度及压力的控制单元，其通过对单个或多个透镜局部区域温度或压力的调节来使镜头发生轻微形变用于调节光路。
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