CN101799633A - 一种离线测量成像系统最佳物面的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种离线测量成像系统最佳物面的装置和方法，该装置包括光源模块，该模块能发出多个不同波长的激光；光耦合装置，耦合光源模块发出的激光，形成照明光斑；针孔掩模，其上具有m×n小孔阵列，接收光耦合装置形成的照明光斑；投影物镜，对针孔掩模进行成像，投影物镜的视场大小与针孔掩模上的小孔阵列的分布大小相同；传感器，接收投影物镜所成的像，并能测量像点的位置；根据掩模板上小孔位置和像点位置，所述装置能拟合出对应当前波长和掩模面高度的放大倍率。利用拟合得到的多个波长的放大倍率进行仿真，得到对应的掩模面位置，根据当前掩模面位置以及理论最佳物面高度差，进行掩模面高度调整，确定倍率色差最小值对应的掩模面位置为最佳物面。

Description

一种离线测量成像系统最佳物面的方法和装置

技术领域

本发明涉及成像系统最佳物面的测量，尤其涉及光刻系统中的成像系统最佳物面的测量。

背景技术

在光刻成像系统中，光刻装置通过投影物镜曝光，使设计的掩模图形在光刻胶上成像。而作为光刻装置的核心部件，投影物镜的成像质量直接影响光刻效果，而投影物镜的最佳物面将直接影响投影物镜的成像质量。

目前，寻找最佳物面的方法主要有两种，一是通过光学设计以及机械加工和安装进行保证，通过控制机械加工精度和安装精度，来保证其实际加工安装的物面和设计的物面保证在一定精度范围内。该方法对机械加工精度和装配公差都有严格的要求，不仅加工难度大，并且相对精度较低。二是通过曝光的方法来寻找最佳物像面。专利CN101174104说明了如何用曝光的方法来寻找最佳物像面。通过一定的步距垂向移动掩模标记和光刻胶面，其中，移动步距可以按照投影物距的放大倍率进行设计。通过在m×n个位置进行扫描曝光，得到m×n个曝光线条，比较这些线条的分辨率，最小值的对应的掩模位置和晶片位置即为最佳物像面。对于存在掩模垂向调节机构的光刻装置，采用该方法能够很好的在在线的情况下寻找投影物镜的最佳物像面，但需要每台光刻机都安装垂向扫描机构，增加结构的复杂性，增加制造成本，对于不存在掩模垂向扫描装置的光刻装置不适用。

发明内容

本发明主要针对宽波带汞灯照明的光刻装置，提出了一种离线测试最佳物面的方法和装置。针对宽波带照明，其由于为复合波长照明，故一定存在倍率色差。其倍率色差直接影响曝光成像质量。在物镜设计中，物镜处于最佳物像面时，其倍率色差为0，根据此原则，本发明提出了根据测试其倍率色差来寻找其最佳物像面的方法，并设计了相应测试装置。

本发明提出了一种离线测量成像系统最佳物面的装置，该装置包括：

光源模块，该模块能发出多个不同波长的激光；

光耦合装置，耦合光源模块发出的激光，形成照明光斑；

针孔掩模，其上具有m×n小孔阵列，接收光耦合装置形成的照明光斑；

投影物镜，对针孔掩模进行成像，投影物镜的视场大小与针孔掩模上的小孔阵列的分布大小相同；

传感器，接收投影物镜所成的像，并能测量像点的位置；

掩模运动平台，调整掩模的位置；

传感器运动平台，能带动传感器和掩模运动平台进行同步扫描；

根据掩模板上小孔位置和像点位置，所述装置能拟合出对应当前掩模面高度的放大倍率。

其中，传感器是Hartmann传感器，通过测量传感器上像点相对于传感器标定点的位置确定各个像点的位置。

其中，利用激光干涉仪测量传感器的标定点的位置。

其中，光源模块包括三个不同波长的激光光源，其波长分别对应于汞灯光源的三种典型波长，分别为375nm，405nm，440nm。

其中，针孔掩模为9×9的标准2um小孔阵列。

其中，掩模运动平台包括一个三维运动平台和三个垂向调节电机，用于调整掩模的水平位置、高度和倾斜度，垂向调节电机的垂向调节精度为1um。

其中，传感器运动平台为一二维运动平台，带动传感器和掩模运动平台进行同步扫描。

本发明还提出了一种离线测量成像系统最佳物面的方法，该方法利用根据前述任意一个装置进行测量，包括如下步骤：

步骤1：进行放大倍率测试，测试出不同波长的光对应的放大倍率；

步骤2：进行仿真，得到与当前放大倍率对应情况的掩模面位置；

步骤3：根据当前掩模面位置以及理论最佳物面高度差，进行掩模面高度调整；

步骤4：重复步骤1-3，直到仿真得到的掩模面与理论最佳物面的高度差收敛到10um以内；

步骤5：在10um以内进行掩模面垂向扫描，步距1um，得出不同掩模面高度对应的倍率色差，其最小值对应的掩模面的位置即为最佳物面。

利用本发明的装置和方法可以准确地测量出物镜的最佳物面，避免了仅仅通过物像距设计和加工保证物像面位置而产生的风险，并且不需要在线去测量，对于没有垂向掩模平台结构的光刻装置，可以很好的保证其物像面的安装准确性。

附图说明

通过本发明实施例并结合其附图的描述，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所示为根据本发明的测量系统的结构示意图；

图2所示为不同波长在非最佳物像面上产生的倍率色差示意图；

图3所示为根据本发明的方法的测试流程图。

具体实施方式

下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。为了便于描述和突出显示本发明，附图中省略了现有技术中已有的相关部件，并将省略对这些公知部件的描述。

本发明提供了一种离线测量成像系统最佳物面的方法和装置，用于确定光刻投影装置的最佳物面。

根据本发明的测量系统的结构示意图如图1所示。该系统主要包括光源模块1、光耦合装置2、针孔掩模3、光源运动平台4、传感器5、激光干涉仪6、投影物镜7、传感器运动平台8、测试平台框架9、掩模运动平台10。

光源模块1包括三个不同波长的激光光源，其激光光源波长分别对应于汞灯光源的三种典型波长。分别为375nm，405nm，440nm。

光源模块1产生一激光光源，经过光耦合装置2耦合，形成照明光斑入射到针孔掩模4上。针孔掩模为9×9的标准2um小孔阵列，其小孔的分布大小与投影物镜视场大小相同。照明光斑经过掩模小孔后产生一理想点光源，用于代替实际曝光中的照明光源，该点光源功率低，结构简单，不会引入过大的热源，这样，在进行投影物镜测试过程中，容易控制投影物镜的温度。

光源运动平台4用于调整外界照明光源位置，包括X、Y、Z三个自由度，在视场内对81个点进行扫描，即针孔掩模3对应的81个点的位置。掩模运动平台10包括三个垂向调节电机用于调整掩模面的高度和倾斜，其垂向调节精度为1um。掩模上的小孔产生的理想点光源经过投影物镜7成像，入射到传感器5中进行像点位置测量。在本实施例中，传感器5采用的是波前传感器。更为优选的，本实施例所采用的波前传感器是Shack-Hartmann传感器，即沙克-哈特曼传感器(以下简称Hartmann传感器)。像点位置测量是在指波像差测试的时候，本身Hartmann传感器中也有微透镜阵列，其自身也会引起波前误差，为消除这个误差，事先对hartmann传感器本身需要用标准点光源进行标定，用标准点光源标定的时候，其点光源相对hartmann的位置就是标定的像点。在本实施例中，Hartmann传感器5可以直接测试出当前实际像点位置相对于Hartmann标定像点位置的差。运动平台8为一二维运动平台和掩模运动平台10进行同步扫描，行程为100mm，带动Hartmann传感器5运动，测试对应小孔的81个视场点的像点相对Hartmann传感器5的标定点的位置。另外，Hartmann自身的位置可以通过激光干涉仪6进行检测，这样，就能够准确得到81个视场点对应的像点的位置，根据掩模板上小孔位置和像点位置，拟合出当前对应掩模面高度的放大倍率。

保持物面位置不变，按照上述方法分别测试378nm，407nm和442nm3种波长的对应的放大倍率。每次更换激光光源，都需要通过掩模台三维移动平台调节激光光源相对掩模的位置。

运用Code V仿真，得出与当前对应的放大倍率所处的大致位置与最佳物像面工作距设计值之间的偏差，调整掩模板高度。

重复上述步骤，直到当前掩模板高度与其最佳物像面偏差在10um以内。

在当前位置进行扫描，步进为1um，行程为10um，得到一系列的倍率色差值，其倍率色差最小位置处即为最佳物面。图3给出了具体的测试流程。

图2给出了对于不同波长，在非最佳物像面上，其产生的倍率色差示意图，从图中可以看出，在最佳物像面时，其倍率色差为0。可利用倍率色差的大小来判断当前掩模面是否在最佳物面。在实际测量中，其倍率色差大小由于其加工安装误差，即使在最佳物面，其倍率色差也不会为0，故，判断最佳物像面的准则为，当倍率色差为最小时，即三个波长所对应的倍率相差最小时，此时掩模面处于最佳物面。

在实际测试过程中，经过调整后三个波长在其最佳物像面放大倍率中，378nm时放大倍率为1+1.8ppm，407nm时放大倍率为1+0.4ppm，442nm时放大倍率为1-0.1ppm，其最大相差为1.9ppm。由Code V仿真可知，掩模面与最佳物距的偏离量与其放大倍率成单调变化，其偏离量越大，倍率色差也越大，当物面离最佳物面相距1um时，Code V仿真得到的三个波长的放大倍率与理论放大倍率偏差分别为：1.07ppm，0.75ppm，0.33ppm，所示结果与实测结果相差不大。故可认为，最佳物面的确定精度为1um。

得到物面位置以后，可以利用光栅尺长度计测量出掩模面相对物镜上基准面之间的距离。在本实施例中，采用海德汉长度计，即Heidehain长度计。Heidehain长度计的测量精度为0.1um，测量行程为60mm。这样，将物镜安装到光刻装置中时，通过控制掩模面到物镜上基准面的工作距离，就能够准确的确定其最佳物面。

本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，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。

Claims (8)

1.一种离线测量成像系统最佳物面的装置，该装置包括：

光源模块，该模块能发出多个不同波长的激光；

光耦合装置，耦合光源模块发出的激光，形成照明光斑；

针孔掩模，其上具有m×n小孔阵列，接收光耦合装置形成的照明光斑；

投影物镜，对针孔掩模进行成像，投影物镜的视场大小与针孔掩模上的小孔阵列的分布大小相同；

传感器，接收投影物镜所成的像，并能测量像点的位置；

掩模运动平台，调整掩模的位置；

传感器运动平台，能带动传感器和掩模运动平台进行同步扫描；

根据掩模板上小孔位置和像点位置，所述装置能拟合出对应当前掩模面高度的放大倍率。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，传感器是Hartmann传感器，通过测量传感器上像点相对于传感器标定点的位置确定各个像点的位置。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，利用激光干涉仪测量传感器的标定点的位置。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，光源模块包括三个不同波长的激光光源，其波长分别对应于汞灯光源的三种典型波长，分别为375nm，405nm，440nm。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，针孔掩模为9×9的标准2um小孔阵列。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，掩模运动平台包括一个三维运动平台和三个垂向调节电机，用于调整掩模的水平位置、高度和倾斜度，垂向调节电机的垂向调节精度为1um。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，传感器运动平台为一二维运动平台，带动传感器和掩模运动平台进行同步扫描。

8.一种离线测量成像系统最佳物面的方法，该方法利用根据权利要求1～7中任意一个所述的装置进行测量，包括如下步骤：

步骤1：进行放大倍率测试，测试出不同波长的光对应的放大倍率；

步骤2：进行仿真，得到与当前放大倍率对应情况的掩模面位置；

步骤3：根据当前掩模面位置以及理论最佳物面高度差，进行掩模面高度调整；

步骤4：重复步骤1-3，直到仿真得到的掩模面与理论最佳物面的高度差收敛到10um以内；

步骤5：在10um以内进行掩模面垂向扫描，步距1um，得出不同掩模面高度对应的倍率色差，其最小值对应的掩模面的位置即为最佳物面。

Images