CN101174104B - 确定光刻投影装置最佳物面和最佳像面的方法及相关装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种确定光刻投影装置最佳物面和最佳像面的方法及相关装置。其利用二维曝光的方法，即控制掩膜版与晶片在一定运动范围内步进，而在晶片上得到一组对应于不同物面、像面位置的曝光标记，比较此组曝光标记的分辨率，而确定最佳物面和最佳像面的位置。与先前技术相比，此方法所得到的最佳物面及最佳像面精度更高，且解决了先前技术中为提高精度所带来的成本问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种光刻方法及光刻装置，特别是涉及一种确定光刻投影装置最佳物面、最佳像面的方法及相关装置。
背景技术
光刻装置主要用于集成电路IC或其它微型器件的制造。通过光刻装置，可将掩膜图形成像于涂覆有光刻胶的晶片上，例如半导体晶片或LCD板。光刻装置通过投影物镜曝光，将设计的掩膜图形转移到光刻胶上，而作为光刻装置的核心元件，投影物镜的物面和镜面位置对光刻成像质量有重要影响。
为了获得最佳的成像效果，在曝光时刻，掩膜图形下表面需置于物镜最佳物面高度，涂有光刻胶的晶片上表面需置于最佳像面高度。因此，在系统集成阶段，需精密地确定物镜最佳物面及最佳像面位置。
已知的方法是通过机械工装方式保证物面或像面的精度，然而，机械工装的精度一般为微米量级，如要进一步提高精度，会增大加工的复杂度，也会大幅增加制造成本，且不利于进行在线测试。美国专利US5856052就揭露了一种通过步进曝光确定物面位置的方法。即利用曝光的方法，通过在一定的范围内步进搜索，可得成像质量相对较佳的物面位置或像面位置。根据光学原理可知，物平面固定时，沿光轴在一定范围内移动像平面，或像平面固定时，沿光轴在一定范围内移动物平面，均能获得清晰像。然而，作为固定位置的像面或物面位置，不能保证其为投影物镜的最佳像面或物面，因而通过此方法所得到的物面或像面的精度无法得到保证。因此，如何提供一种更为精确的最佳物面和像面的确定方法，已成为业界研究的一大问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种确定光刻投影装置最佳物面、最佳像面的方法及相关装置，以实现光刻投影装置中更为精确的物面与像面定位。
为达上述目的，本发明提供一种确定光刻投影装置最佳物面、最佳像面的方法，包括以下步骤：投射一光束于一掩膜版，此光束通过一投影物镜在一晶片上形成对应于上述掩膜版一标记图形的一曝光标记；控制上述掩膜版及晶片在一定运动范围内步进，从而在上述晶片上得到一组曝光标记；比较此组曝光标记的分辨率，确定最佳物面和最佳像面的位置。
进一步的，上述最佳物面和最佳像面的位置即为对应于上述分辨率最小的物面及像面位置。
进一步的，当上述掩膜版及晶片在一定运动范围内步进的步数分别为Nu和Nv时，所得到的上组曝光标记为一Nu×Nv个曝光标记构成的曝光矩阵。
进一步的，上述方法还包括调整上述晶片表面曝光剂量，得到对应于不同剂量的多组曝光标记，比较这些曝光标记的分辨率，确定最佳曝光剂量。
进一步的，上述最佳曝光剂量即为对应于上述分辨率最小的曝光剂量。
为达上述目的，本发明另提供一光刻投影装置，其具有一光源及一投影物镜，以产生并传送一投射光束。该投影装置包括一具有一标记图形的掩膜版以及一晶片，其中上述投射光束通过上述掩膜版及投影物镜在此晶片上形成对应于掩膜版标记图形的一曝光标记，上述掩膜版及晶片在一定运动范围内步进，从而在晶片上得到一组曝光标记，比较此组曝光标记的分辨率，确定最佳物面和最佳像面的位置。
进一步的，上述最佳物面和最佳像面的位置即为对应于上述分辨率最小的物面及像面位置。
进一步的，当上述掩膜及晶片在一定运动范围内步进的步数分别为Nu和Nv时，所得到的上组曝光标记为一Nu×Nv个曝光标记构成的曝光矩阵。
进一步的，上述光刻投影装置还包括：一掩膜台，用以置放上述掩膜版而带动掩膜版在一定运动范围内步进；以及一工件台，用以置放上述晶片而带动晶片在一定运动范围内步进。
进一步的，上述光刻投影装置还包括：一掩膜台运动控制器，连接上述掩膜台，以控制上述掩膜台带动掩膜版在一定运动范围内步进；以及一工件台运动控制器，连接上述工件台，以控制上述工件台带动晶片在一定运动范围内步进。
进一步的，上述晶片表面涂覆有光刻胶，调整上述光刻胶的剂量，得到对应于不同剂量的多组曝光标记，比较这些曝光标记的分辨率，确定最佳曝光剂量。
进一步的，上述最佳曝光剂量即为对应于上述分辨率最小的剂量。
本发明利用二维曝光的方法，获得不同物面、像面位置处曝光图案；通过观察图形曝光质量，可获取特定物面的焦深范围及特定像面的景深范围，进而可确定投影物镜镜头最佳物面及最佳像面位置；通过在晶片上不同区域以不同剂量多次进行二维曝光，还可同时确定最佳曝光剂量，进而获取最佳工艺窗口。该方法测量精度高，且无需增加额外硬件设备，高效简捷，易于在线实施，成本低廉。
附图说明
图1为本发明一实施例的光刻投影装置结构示意图；
图2为利用本发明一实施例的光刻投影装置所得到的晶片表面曝光图样示意图；
图3为对应于不同的曝光条件的曝光图案线条的分辨率示意图；
图4为本发明另一实施例的不同曝光剂量在晶片上形成的多个曝光矩阵示意图；
图5为对应于图4中不同曝光剂量的最小分辨率曲线示意图；
图6为本发明一实施例的掩膜标记布局图案示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
图1为一光刻投影装置结构示意图。该光刻投影装置100包括光源101，投影物镜104，掩膜台103及位于其上的掩膜版102，工件台106及位于其上的晶片105。光源101用于产生投射光束。此投射光束照射至掩膜台103夹持的掩膜版102后，通过投影物镜104，将掩膜版102上的电路图形成像于晶片105上表面的光刻胶中。完成曝光的晶片105经化学处理过程后，掩膜版102上的图形转移至晶片105表面的光刻胶中。此光刻投影装置100还包括掩膜台运动控制器107和工件台运动控制器108，用以控制掩膜台103及工件台106的三维运动。本技术领域的技术人员可知，为获得期望曝光结果，针对光源101产生的特定电磁能量，需选择光刻胶的种类，并控制曝光后的处理过程。
本发明一实施例提供一种确定光刻投影装置最佳物面、最佳像面的方法，下面结合反应晶片表面曝光图样的图2来详细说明此方法：首先，投射光束于掩膜版102，此光束通过投影物镜104在晶片105上形成对应于上述掩膜版标记图形的一曝光标记E；控制掩膜版102及晶片105在一定运动范围内步进，从而在晶片105上得到一组曝光标记M；比较此组曝光标记M的分辨率，以确定最佳物面和最佳像面的位置。详细描述如下：
如图所示，当物面、像面固定于某一特定高度时，可在晶片105表面形成曝光标记E。保持物面高度不变，工件台运动控制器108控制工件台106在理想像面附近的一定范围内步进；设步长为Δv，步数为Nv，由此，可在晶片105上形成对应不同像面高度的一列曝光标记C，其包括Nv个曝光标记。同理，掩膜台运动控制器107控制掩膜台103在理想物面附近的一定范围内步进；设步长为Δu，步数为Nu，由此，可在晶片105上形成对应不同物面高度的一行曝光标记R，其包括Nu个标记。故最终可晶片表面得到Nu×Nv个标记构成的曝光矩阵M。
通过比较此曝光矩阵M中各个标记的分辨率，便可以确定最佳物面与最佳像面的位置，其中，上述最佳物面和最佳像面的位置即为对应于分辨率最小的物面及像面位置。下面参考附图3以及表1，进一步详细说明此确定过程。
表1给出了对应于不同的曝光条件的曝光标记的线条分辨率，图3为相应分辨率的示意图。其中，物面中心位置为u0＝0.0μm，像面中心位置为v0＝0.0μm；物面步进距离Δu＝1μm，步数Nu＝5；像面步进距离Δv＝0.1μm，步数Nv＝11。由此在晶片表面可得到11×5的曝光矩阵。有表1及图3可知，对于固定的物面位置，对应线条分辨率最小的像面位于0.1μm；对于固定的像面位置，对应线条分辨率最小的物面位于-1.0μm。由此，最佳物面位置为-1.0μm，最佳像面位置为0.1μm。
表1
| 标记行号 | 标记列号 | 物面高度(μm) | 像面高度(μm) | 线条分辨率(μm) |
| 1 | 1 | -2.0 | -0.5 | 0.40 |
| 2 | 1 | -2.0 | -0.4 | 0.40 |
| 3 | 1 | -2.0 | -0.3 | 0.35 |
| 4 | 1 | -2.0 | -0.2 | 0.35 |
| 5 | 1 | -2.0 | -0.1 | 0.35 |
| 6 | 1 | -2.0 | 0.0 | 0.30 |
| 7 | 1 | -2.0 | 0.1 | 0.30 |
| 8 | 1 | -2.0 | 0.2 | 0.25 |
| 9 | 1 | -2.0 | 0.3 | 0.30 |
| 10 | 1 | -2.0 | 0.4 | 0.30 |
| 11 | 1 | -2.0 | 0.5 | 0.35 |
| 1 | 2 | -1.0 | -0.5 | 0.35 |
| 2 | 2 | -1.0 | -0.4 | 0.35 |
| 3 | 2 | -1.0 | -0.3 | 0.30 |
| 4 | 2 | -1.0 | -0.2 | 0.30 |
| 5 | 2 | -1.0 | -0.1 | 0.25 |
| 6 | 2 | -1.0 | 0.0 | 0.25 |
| 7 | 2 | -1.0 | 0.1 | 0.20 |
| 8 | 2 | -1.0 | 0.2 | 0.25 |
| 9 | 2 | -1.0 | 0.3 | 0.25 |
| 10 | 2 | -1.0 | 0.4 | 0.30 |
| 11 | 2 | -1.0 | 0.5 | 0.30 |
| 1 | 3 | 0.0 | -0.5 | 0.40 |
| 2 | 3 | 0.0 | -0.4 | 0.40 |
| 3 | 3 | 0.0 | -0.3 | 0.35 |
| 4 | 3 | 0.0 | -0.2 | 0.35 |
| 5 | 3 | 0.0 | -0.1 | 0.35 |
| 6 | 3 | 0.0 | 0.0 | 0.30 |
| 7 | 3 | 0.0 | 0.1 | 0.30 |
| 8 | 3 | 0.0 | 0.2 | 0.25 |
| 9 | 3 | 0.0 | 0.3 | 0.30 |
| 10 | 3 | 0.0 | 0.4 | 0.30 |
| 11 | 3 | 0.0 | 0.5 | 0.35 |
| 1 | 4 | 1.0 | -0.5 | 0.45 |
| 2 | 4 | 1.0 | -0.4 | 0.40 |
| 3 | 4 | 1.0 | -0.3 | 0.40 |
| 4 | 4 | 1.0 | -0.2 | 0.40 |
| 5 | 4 | 1.0 | -0.1 | 0.35 |
| 6 | 4 | 1.0 | 0.0 | 0.35 |
| 7 | 4 | 1.0 | 0.1 | 0.30 |
| 8 | 4 | 1.0 | 0.2 | 0.30 |
| 9 | 4 | 1.0 | 0.3 | 0.35 |
| 10 | 4 | 1.0 | 0.4 | 0.35 |
| 11 | 4 | 1.0 | 0.5 | 0.40 |
| 1 | 5 | 2.0 | -0.5 | 0.50 |
| 2 | 5 | 2.0 | -0.4 | 0.45 |
| 3 | 5 | 2.0 | -0.3 | 0.45 |
| 4 | 5 | 2.0 | -0.2 | 0.40 |
| 5 | 5 | 2.0 | -0.1 | 0.40 |
| 6 | 5 | 2.0 | 0.0 | 0.40 |
| 7 | 5 | 2.0 | 0.1 | 0.35 |
| 8 | 5 | 2.0 | 0.2 | 0.35 |
| 9 | 5 | 2.0 | 0.3 | 0.40 |
| 10 | 5 | 2.0 | 0.4 | 0.40 |
| 11 | 5 | 2.0 | 0.5 | 0.40 |
可见，利用二维曝光的方法，可得到较先前技术更为精确的最佳物面，像面位置。同时，本领域的技术人员可知，光刻曝光效果对曝光剂量具有相当灵敏的依赖关系，同时工艺过程中使用的光刻胶不同，其名义曝光剂量也有所差异。为此结合本发明的二维曝光方法，通过观察图形曝光质量，可确定最佳曝光剂量。即调整晶片105表面曝光剂量，得到对应于不同剂量的多组曝光标记12、13、14、15及16(参看图4)，比较这些曝光标记的分辨率，便可确定最佳曝光剂量。其中上述最佳曝光剂量即为对应于上述分辨率最小的曝光剂量。
以下将详细说明其确定过程。
为确定最佳曝光剂量，设名义剂量为25.0mJ/cm2，分别以名义剂量的80％、90％、100％、110％、120％为实际剂量进行曝光，可在晶片表面形成如图4所示的曝光图样，其中，实际剂量为名义剂量的80％、90％、100％、110％、120％进行曝光所得到的曝光图样分别对应于图中的曝光图样12、13、14、15及16。继续参考图5，其为对应于不同曝光剂量的最小分辨率曲线示意图。可以看出对应于实际光刻装置的最佳曝光剂量为27.5mJ/cm2。
本发明一实施例还提供一种一光刻投影装置，继续参考图1，以详细说明之。此光刻投影装置100具有一光源101及一投影物镜104，以产生并传送一投射光束；其还包括一具有标记图形的掩膜版102以及一晶片105。其中，投射光束通过掩膜版102及投影物镜104后在晶片105上形成对应于掩膜版标记图形的一曝光标记E(参看图2)；掩膜版102及晶片105在一定运动范围内步进便可在晶片上得到一组曝光标记M(参看图2)，通过比较此组曝光标记的分辨率，便可确定最佳物面和最佳像面的位置。
如前所述，最佳物面和最佳像面的位置即为对应于分辨率最小的物面及像面位置。详细确定方法已于上面描述，在此不再赘述。
为了更好的控制掩膜版102及晶片105的步进，光刻投影装置100还包括一掩膜台103，用以置放掩膜版102而带动掩膜版102在一定运动范围内步进；一工件台106，用以置放晶片105而带动晶片105在一定运动范围内步进。另外一掩膜台运动控制器107连接掩膜台103以控制掩膜台103带动掩膜版102在一定运动范围内步进；一工件台运动控制器108，连接工件台106，以控制工件台106带动晶片105在一定运动范围内步进。至于如何控制掩膜台103以及工件台106的运动，以及其运动范围的限制为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
另外，晶片105表面涂覆有光刻胶，其最佳曝光剂量是通过比较不同剂量对应的曝光标记的分辨率而确定的，如上所述最佳曝光剂量即为对应于上述分辨率最小的剂量，在此不再赘述。
图6给出了本发明实施例中掩膜标记布局图案示意图。该掩膜标记由水平方向和垂直方向不同宽度的密集线条和孤立线条构成。当然此实施例中所给出的掩膜版图形仅为举例，并非用于限制本发明。
由上可以看出，本发明确定最佳物面、最佳像面的精度取决于工件台、掩膜台最小步进距离及曝光图样分辨率检视设备性能。台控制器精度越高，工件台、掩膜台步进距离越小，检测设备分辨率越高，确定的物面、像面精度也会越高。
综上所述，本发明实施例利用二维曝光的方法，获得不同物面、像面位置处曝光图案，通过观察曝光图案的质量，可获取特定物面焦深范围及特定像面景深范围，进而可确定物镜镜头最佳物面及最佳像面位置；另外，通过在晶片上不同区域以不同剂量多次进行二维曝光，可同时确定最佳曝光剂量，进而获得最佳工艺窗口。
Claims (10)
1.一种确定光刻投影装置最佳物面、最佳像面的方法，其特征是，包括：
投射一光束于一掩膜版，此光束通过一投影物镜在一晶片上形成对应于上述掩膜版一标记图形的一曝光标记；
控制晶片在像面附近一定范围内步进，且步进的步数为Nv，以在所述晶片上形成对应不同像面高度的一列曝光标记；
控制掩模版在物面附件一定范围内步进，且步进的步数为Nu，以在所述晶片上形成对应不同物面高度的一行曝光标记，从而在上述晶片上得到一组Nu×Nv个曝光标记构成的曝光矩阵；以及
比较所述曝光矩阵中Nu列曝光标记的分辨率以确定最佳像面的位置，以及比较所述曝光矩阵中Nv行曝光标记的分辨率，确定最佳物面的位置。
2.根据权利要求1所述的确定光刻投影装置最佳物面、最佳像面的方法，其特征是，其中上述最佳物面和最佳像面的位置即为对应于上述分辨率最小的物面及像面位置。
3.根据权利要求1所述的确定光刻投影装置最佳物面、最佳像面的方法，其特征是，更包括：
调整上述晶片表面曝光剂量，得到对应于不同剂量的多组曝光标记，比较这些曝光标记的分辨率，确定最佳曝光剂量。
4.根据权利要求3所述的确定光刻投影装置最佳物面、最佳像面的方法，其特征是，其中上述最佳曝光剂量即为对应于上述分辨率最小的曝光剂量。
5.一光刻投影装置，具有一光源及一投影物镜，以产生并传送一投射光束，其特征是，该投影装置包括：
一掩膜版，具有一标记图形；
一晶片，其中上述投射光束通过上述掩膜版及投影物镜在此晶片上形成对应于掩膜版标记图形的一曝光标记，
其中，所述晶片在像面附近一定范围内步进，且步进的步数为Nv，以在所述晶片上形成对应不同像面高度的一列曝光标记；掩模版在物面附件一定范围内步进，且步进的步数为Nu，以在所述晶片上形成对应不同物面高度的一行曝光标记，从而在上述晶片上得到一组Nu×Nv个曝光标记构成的曝光矩阵；以及比较所述曝光矩阵中Nu列曝光标记的分辨率以确定最佳像面的位置，以及比较所述曝光矩阵中Nv行曝光标记的分辨率，确定最佳物面的位置。
6.根据权利要求5所述的光刻投影装置，其特征是，其中上述最佳物面和最佳像面的位置即为对应于上述分辨率最小的物面及像面位置。
7.根据权利要求5所述的光刻投影装置，其特征是，该光刻投影装置还包括：
一掩膜台，用以置放上述掩膜版而带动掩膜版在一定运动范围内步进；
一工件台，用以置放上述晶片而带动晶片在一定运动范围内步进。
8.根据权利要求7所述的光刻投影装置，其特征是，该光刻投影装置还包括：
一掩膜台运动控制器，连接上述掩膜台，以控制上述掩膜台带动掩膜版在一定运动范围内步进；
一工件台运动控制器，连接上述工件台，以控制上述工件台带动晶片在一定运动范围内步进。
9.根据权利要求5所述的光刻投影装置，其特征是，其中上述晶片表面涂覆有光刻胶，其最佳曝光剂量是通过比较不同剂量对应的曝光标记的分辨率而确定。
10.根据权利要求9所述的光刻投影装置，其特征是，其中上述最佳曝光剂量即为对应于上述分辨率最小的剂量。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
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