CN101477315A

CN101477315A - 掩模台扫描倾斜的测量方法及装置

Info

Publication number: CN101477315A
Application number: CNA2009100455947A
Authority: CN
Inventors: 江传亮
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2009-01-20
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2029-01-20
Also published as: CN101477315B

Abstract

本发明提供一种掩模台扫描倾斜的测量方法及装置，所述方法包括：1.在掩模台上放置一测试掩模，其上具有多列对准标记；2.移动掩模台，使测试掩模上的一列对准标记位于曝光光源系统的视场中心；3.开启曝光光源，使多个对准标记成像于投影物镜下方；4.水平及垂向移动像传感器系统，对一列对准标记的空间像进行扫描，以获取对准标记空间像垂向位置相对于投影物镜像方焦面的高度差Z_f；5.将Z_f转化为对准标记垂向位置相对于投影物镜物方焦面的高度差Z_i；6.重复执行步骤2至5，以获取对应于不同列的对准标记的Z_i，并根据掩模台的扫描倾斜偏差与Z_i之间的关系，建立多个相应的扫描倾斜偏差模型；7.根据多个模型计算出掩模台的扫描倾斜偏差。

Description

掩模台扫描倾斜的测量方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用于光刻机系统的测量方法及装置，特别是一种用于测量光刻机系统中掩模台的扫描倾斜的方法及装置。

背景技术

如图1所示，在光刻机系统的扫描曝光过程中，掩模台10的高度由3个执行器20控制(为简明起见，图1中仅示出两个执行器)，承版台30承载着掩模40在掩模台10的大理石上表面沿掩模台的扫描方向(即Y方向)移动。

然而，由于加工精度的限制，掩模台10的大理石上表面并非理想地与投影物镜70的最佳物面50平行，因此在用曝光光源80进行扫描曝光的过程中，其所承载的掩模40相对于投影物镜70的最佳物面50有一定的倾斜偏差60，称之为掩模台扫描倾斜(RS wedge)。

为达到最佳的曝光效果，必须测量出该扫描倾斜60，并在扫描运动中补偿掩模台10的高度偏差，从而保证掩模40在扫描过程中保持与最佳物面50平行。

现有技术中的测量掩模台扫描倾斜的方法为将二元掩模(FEM)的标记图像曝光在涂胶硅片上，经过显影后在光学显微镜下读取掩模台不同位置处的焦面值进行拟合计算。在曝光过程中，掩模台始终保持在物面高度，移动掩模台到某一位置处，在Z方向以设定的间隔步进移动承版台，同时也在掩模台的扫描方向(即Y向)移动硅片，将有限元掩模上的一组标记模块中的一列图样静态曝光至硅片上，移动掩模台到另一位置处。重复上述曝光过程，曝出硅片图样如图2所示。硅片经显影后，在光学显微镜下读取最佳焦面点，通过最小二乘拟合得到掩模台不同移动位置处的最佳焦面值，再对这些焦面值进行第二次最小二乘拟合得到掩模台的扫描倾斜。

但是，现有技术中使用曝光的方法测量扫描倾斜需要耗费一块涂胶硅片，同时，在光学显微镜下读取掩模台不同位置处的焦面会带来较大的随机误差。另外，如前所述的现有技术中测量掩模台扫描倾斜的方法需要经过涂胶、曝光、显影、读数、拟合计算等步骤，耗时较长。

发明内容

本发明的目的是提供一种掩模台扫描倾斜的测量方法及装置，以简化现有的掩模台扫描倾斜测量方法，从而减少耗时，提高测量效率及测量准确度。

为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种掩模台扫描倾斜的测量方法，用于测量光刻机系统中掩模台的扫描倾斜偏差，所述方法包括下列步骤：S1、在掩模台上放置一测试掩模，所述测试掩模上具有多列对准标记；S2、移动掩模台，使所述测试掩模上的一列对准标记位于曝光光源系统的视场中心；S3、开启曝光光源，使多个对准标记成像于投影物镜下方；S4、水平及垂向移动像传感器系统，对所述一列对准标记的空间像进行扫描，以获取所述空间像垂向位置相对于投影物镜像方焦面的高度差；S5、将所述高度差转化为对准标记垂向位置相对于投影物镜物方焦面的高度差；S6、重复执行步骤S2至步骤S5，以获取对应于不同列的对准标记的垂向位置相对于投影物镜物方焦面的高度差，并根据掩模台的扫描倾斜偏差与对准标记垂向位置相对于投影物镜物方焦面的高度差之间的关系，建立多个相应的扫描倾斜偏差模型；S7、根据所述多个扫描倾斜偏差模型计算出所述掩模台的扫描倾斜偏差。

在步骤S5中，对准标记空间像垂向位置相对于投影物镜像方焦面的高度差与对准标记垂向位置相对于投影物镜物方焦面的高度差的转化通过公式：Z_i＝Z_f/M²实现，其中M为投影物镜的放大倍率，Z_f为对准标记空间像垂向位置相对于投影物镜像方焦面的高度差，Z_i为对准标记垂向位置相对于投影物镜物方焦面的高度差。

上述步骤S6中建立如下扫描倾斜偏差模型：Z_i＝w_qy_i ²+w_ly_i+c i＝1，2，3...；其中，w_q为掩模台扫描倾斜二阶楔形，w_l为掩模台扫描倾斜一阶楔形，y_i为所述掩模台的多个扫描位置，Z_i为对应于所述掩模台多个扫描位置的对准标记的垂向位置相对于投影物镜像方焦面的高度差，c为物面高度偏差。步骤S7中，根据多个扫描倾斜偏差模型，利用最小二乘法计算出所述掩模台扫描倾斜二阶楔形w_q以及所述掩模台扫描倾斜一阶楔形w_l。

较佳地，步骤S3中，将曝光光源设置为最优照明模式，以保证像传感器系统快速准确地扫描得到所述对准标记空间像垂向位置相对于投影物镜像方焦面的高度差。在执行步骤S2时，始终将所述掩模台保持在投影物镜的物方焦面高度处。多次执行步骤S4，使所述像传感器系统对每个对准标记进行多次扫描，以提高测量精度。

此外，步骤S3中，所述掩模台可沿着掩模台扫描方向的正向或者负向移动。

本发明还提供了一种掩模台扫描倾斜的测量装置，用于测量光刻机系统中掩模台的扫描倾斜偏差，所述测量装置包括曝光光源、投影物镜以及像传感器系统，所述测量装置还包括一测试掩模，所述掩模台承载着测试掩模沿着掩模台扫描方向移动；所述测试掩模上具有多个对准标记，所述多个对准标记透过所述投影物镜形成多个对应的空间像；所述像传感器系统对所述空间像进行扫描以获取所述空间像垂向位置相对于投影物镜像方焦面的高度差，再将所述高度差转换为所述对准标记垂向位置相对于投影物镜物方焦面的高度差，并建立掩模台的扫描倾斜偏差与对准标记垂向位置相对于投影物镜物方焦面的高度差之间的关系模型计算出所述掩模台的扫描倾斜偏差。

应用本发明的掩模台倾斜偏差的测量方法及装置，不需要硅片，无需涂胶、显影、读数等步骤，可大大简化测量工序，减少耗时。此外，由于采用了像传感器系统而非人工读数，避免了现有技术中由于人工读取数据带来的误差问题，提高了测量精度。

附图说明

通过以下对本发明的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：

图1为现有技术中光刻机系统的扫描曝光过程中产生掩模台倾斜偏差的示意图；

图2为现有技术中所使用硅片曝光图样的示意图；

图3为光刻机系统的结构示意图；

图4为本发明测量掩模台扫描倾斜的过程示意图；

图5为本发明的掩模台扫描倾斜的测量方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的掩模台扫描倾斜的测量方法及装置作进一步的详细描述。

请参阅图3所示的光刻机系统的结构示意图，所述光刻机系统包括：曝光光源1，承载着测试掩模2的掩模台3，投影物镜4以及像传感器系统5。

接着，请结合图4，其显示了本发明测量掩模台扫描倾斜的过程示意图。如图所示，测试掩模2在掩模台3的带动下可沿着掩模台的扫描方向(Y方向)移动，该移动既可以是正向的，也可以是反向的。所述测试掩模2上具有多个对准标记20，这些对准标记的结构可以如图2所示，也可以采用其他的标记结构，主要取决于像传感器系统，只要标记结构所成的空间像能够被像传感器系统捕获到即可。所述多个对准标记20透过所述投影物镜4形成多个对应的空间像(未图示)，利用所述像传感器系统5对所述多个空间像进行扫描以捕获所述多个空间像垂向位置相对于投影物镜像方焦面的高度差。然后，再将所述高度差通过公式Z_i＝Z_f/M²转化为对准标记垂向位置相对于投影物镜物方焦面的高度差，其中M为投影物镜的放大倍率，Z_f为对准标记空间像垂向位置相对于投影物镜像方焦面的高度差，Z_i为对准标记垂向位置相对于投影物镜物方焦面的高度差。最后，通过模型计算出所述掩模台3的扫描倾斜偏差，在本实施例中，采用下述模型计算：

Z_i＝w_qy_i ²+w_ly_i+c i＝1，2，3...；

其中，w_q为掩模台扫描倾斜二阶楔形；w_l为掩模台扫描倾斜一阶楔形；y_i为所述掩模台的多个扫描位置，该位置值为掩模台设定值，是已知值，由掩模台系统控制；Z_i为对应于所述掩模台多个扫描位置的对准标记的物面高度；c为物面高度偏差。利用最小二乘法计算出w_q和w_l，即确定了掩模台的扫描倾斜。

在本实施例中，所述曝光光源1具有最优照明模式，以保证所述像传感器系统5快速准确地扫描得到多个空间像的垂直位置。

接着，请参阅图5，其显示了本发明一较佳实施例的测量方法的流程图。本发明的掩模台扫描倾斜的测量方法应用于包括曝光光源、用于承载掩模的掩模台、投影物镜以及像传感器系统的光刻机系统中。

首先，执行步骤S1，提供一测试掩模，所述测试掩模上具有多个对准标记。

接着，执行步骤S2，移动所述掩模台，使所述测试掩模上的一列对准标记位于所述曝光光源系统的视场中心。在本实施例中，所述掩模台可沿着掩模台扫描方向的正向或者负向移动，且掩模台始终保持在投影物镜的物方焦面高度处，使所述对准标记的成像质量达到最佳。

随后，执行步骤S3，开启所述曝光光源，使所述多个对准标记成像于所述投影物镜下方。在本实施例中，所述光刻机系统的曝光光源具有最优照明模式，可以先将所述曝光光源置于最优照明模式，以保证所述像传感器系统单元快速准确地扫描得到所述多个空间像垂向位置相对于投影物镜像方焦面的高度差。

接着，执行步骤S4，移动所述像传感器系统对所述一列对准标记的空间像进行扫描，以获取所述空间像垂向位置相对于投影物镜像方焦面的高度差。在本实施例中，在执行步骤S4时，令所述像传感器系统单元对每个对准标记进行多次扫描，以提高测试精度。

然后，执行步骤S5，将所述高度差通过公式Z_i＝Z_f/M²转化为对准标记垂向位置相对于投影物镜物方焦面的高度差，其中M为投影物镜的放大倍率，Z_f为对准标记空间像垂向位置相对于投影物镜像方焦面的高度差，Z_i为对准标记垂向位置相对于投影物镜物方焦面的高度差

重复执行步骤S2至步骤S5，对测试掩模上不同列的对准标记分别进行扫描，并计算对准标记垂向位置相对于投影物镜物方焦面的高度差Z_i。根据前述模型公式，联立多个方程：

Z₁＝w_qy₁ ²+w_ly₁+c

Z₂＝w_qy₂ ²+w_ly₂+c

...

Z_n＝w_qy_n ²+w_ly_n+c

写成矩阵相乘的形式为：

(\begin{matrix} y_{1}^{2} & y_{1} & 1 \\ y_{2}^{2} & y_{2} & 1 \\ \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot \\ y_{n}^{2} & y_{n} & 1 \end{matrix}) \cdot (\begin{matrix} w_{q} \\ w_{l} \\ c \end{matrix}) = (\begin{matrix} Z_{1} \\ Z_{2} \\ \cdot \cdot \cdot \\ Z_{n} \end{matrix})

最后执行步骤S6，根据所测得的y₁～y_n，Z₁～Z_n，解上述矩阵表达式，从而得到w_q和w_l，即掩模台的倾斜偏差。在本实施例中，利用最小二乘法计算出所述掩模台倾斜偏差二阶楔形w_q以及所述掩模台的倾斜偏差一阶楔形w_l。

需要特别说明的是，本发明的掩模台扫描倾斜的测量方法及装置不局限于上述实施例中所限定结构以及步骤执行顺序，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1、一种掩模台扫描倾斜的测量方法，用于测量光刻机系统中掩模台的扫描倾斜偏差，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

S1、在掩模台上放置一测试掩模，所述测试掩模上具有多列对准标记；

S2、移动掩模台，使所述测试掩模上的一列对准标记位于曝光光源系统的视场中心；

S3、开启曝光光源，使多个对准标记成像于投影物镜下方；

S4、水平及垂向移动像传感器系统，对所述一列对准标记的空间像进行扫描，以获取所述空间像垂向位置相对于投影物镜像方焦面的高度差；

S5、将所述高度差转化为对准标记垂向位置相对于投影物镜物方焦面的高度差；

S6、重复执行步骤S2至步骤S5，以获取对应于不同列的对准标记垂向位置相对于投影物镜物方焦面的高度差，并根据掩模台的扫描倾斜偏差与对准标记垂向位置相对于投影物镜物方焦面的高度差之间的关系，建立多个相应的扫描倾斜偏差模型；

S7、根据所述多个扫描倾斜偏差模型计算出所述掩模台的扫描倾斜偏差。

2、根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，步骤S5中，将空间像垂向位置相对于投影物镜像方焦面的高度差Z_f转换为对准标记垂向位置相对于投影物镜像方焦面的高度差Z_i的计算公式为：Z_i＝Z_f/M²，其中M为投影物镜的放大倍率。

3、根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，步骤S6中建立如下扫描倾斜偏差模型：

Z_i＝w_qy_i ²+w_ly_i+c i＝1，2，3...；

其中，w_q为掩模台扫描倾斜二阶楔形，w_l为掩模台扫描倾斜一阶楔形，y_i为所述掩模台的多个扫描位置，Z_i为对应于所述掩模台多个扫描位置的对准标记的垂向位置相对于投影物镜像方焦面的高度差，c为物面高度偏差。

4、根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，步骤S7中，根据多个扫描倾斜偏差模型，利用最小二乘法计算出所述掩模台扫描倾斜二阶楔形w_q以及所述掩模台扫描倾斜一阶楔形w_l。

5、根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，步骤S3中，将曝光光源设置为最优照明模式，以保证像传感器系统快速准确地扫描得到所述多个空间像的垂直高度。

6、根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，在执行步骤S2时，始终将所述掩模台保持在投影物镜的物方焦面高度处。

7、根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，多次执行步骤S4，使所述像传感器系统对每个对准标记进行多次扫描，以提高测量精度。

8、根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，步骤S2中，所述掩模台沿着掩模台扫描方向的正向或者负向移动。

9、一种掩模台扫描倾斜的测量装置，用于测量光刻机系统中掩模台的扫描倾斜偏差，所述测量装置包括曝光光源、投影物镜以及像传感器系统，其特征在于：所述测量装置还包括一测试掩模，所述掩模台承载着测试掩模沿着掩模台扫描方向移动；所述测试掩模上具有多个对准标记，所述多个对准标记透过所述投影物镜形成多个对应的空间像；所述像传感器系统对所述空间像进行扫描以获取所述空间像垂向位置相对于投影物镜像方焦面的高度差，再将所述高度差转换为所述对准标记垂向位置相对于投影物镜物方焦面的高度差，并建立掩模台的扫描倾斜偏差与对准标记垂向位置相对于投影物镜物方焦面的高度差之间的关系模型计算出所述掩模台的扫描倾斜偏差。

10、根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，将空间像垂向位置相对于投影物镜像方焦面的高度差Z_f转换为对准标记垂向位置相对于投影物镜像方焦面的高度差Z_i的计算公式为：Z_i＝Z_f/M²，其中M为投影物镜的放大倍率。

11、根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述掩模台的扫描倾斜偏差模型为：

Z_i＝w_qy_i ²+w_ly_i+c i＝1，2，3...；

12、根据权利要求11所述的测量装置，其特征在于，根据多个扫描倾斜偏差模型，利用最小二乘法计算出所述掩模台扫描倾斜二阶楔形w_q以及所述掩模台扫描倾斜一阶楔形w_l。

13、根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述曝光光源设置在最优照明模式，以保证所述像传感器系统快速准确地扫描得到所述多个空间像的垂直高度。

14、根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述掩模台沿着掩模台扫描方向的正向或者负向移动。