CN102200690B - 一种光刻机投影物镜像面在线测量方法 - Google Patents

Abstract

一种光刻机投影物镜像面在线测量标记及利用该标记的测量方法。所述标记由周期分布的子标记组成，所述子标记中包括多种不同的线条标记。所述方法在预期的最佳像面附近，在不同的高度上扫描标记的空间像，记录空间像能量分布，根据能量分步计算测量标记在不同测量高度处的空间像的频率分布，根据频率分布计算视场中不同位置的最佳成像高度，最后根据最佳成像高度拟合像面高度、倾斜、场曲等参数。

Description

一种光刻机投影物镜像面在线测量方法

技术领域

本发明涉及光刻领域，尤其涉及一种光刻机投影物镜像面在线测量标记及测量方法。 

背景技术

光刻装置主要用于集成电路工C或其它微型器件的制造。通过光刻装置，可将掩模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，将设计的掩模图形转移到光刻胶上，而作为光刻装置的核心元件，投影物镜的像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，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μm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量。美国专利US5856052就揭露了一种通过步进曝光确定像面位置的方法。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像面位置。这种利用曝光的方法测量时间长，测量方法复杂，不易操作。因此，如何提供一种测量方法简单、快速、测量精度更高的测量方法，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测量方法简单、快速、测量精度更高的光刻机像面在线检测标记及测量方法。 

为实现上述目的，本发明通过设计间隔分布不同尺寸宽度线条的光栅标记，并利用光能量传感器测量成像视场中各位置的最佳成像高度，最终拟合出光刻机投影物镜的像面、场曲、高阶场曲等参数。 

本发明提供了一种光刻机投影物镜像面在线测量标记，所述标记由周期分布的子标记组成，其中，所述子标记中包括多种不同的线条标记。 

其中，所述子标记包括第一线条标记和第二线条标记，第一线条标记为一较宽的线条， 第二线条标记由与第一线条平行的多条较窄的线条排列组成。 

其中，所述标记的子标记的周期一般应大于子标记宽度的2倍。 

其中，所述第一线条标记的线条宽一般应为所述投影物镜分辨率的5到20倍。 

其中，所述第二线条标记由2到10条较窄的线条排列组成，每条较窄的线条宽应为所述投影物镜分辨率的1到2倍。 

本发明还提供了一种利用前述测量标记在线测量光刻机投影物镜像面的测量方法，该方法使用了具有下述结构的系统： 

产生投影光束的光源； 

用于调整所述光源发出的光束的光强分布和部分相干因子的照明系统； 

能将掩模图案成像且其数值孔径可以调节的成像光学系统； 

能承载所述掩模并精确定位的掩模台； 

能承载硅片并精确定位的工件台； 

可使工件台精确定位的激光干涉仪； 

能精确测量所述掩模上标记成像能量空间分布的光能量探测器； 

所述方法包含以下步骤： 

(1)所述光源发出的光经照明系统照射到刻有测量标记的掩模上，掩模选择性地透过一部分光线，这部分光线经成像光学系统，成像到最佳像面； 

(2)以x为步长，在预期的最佳像面附近，从-kμm到kμm的不同高度上，利用光能量探测器扫描标记的空间像，记录空间像能量分布； 

(3)根据步骤(2)中所述能量分布，计算测量标记在不同测量高度处的空间像的频率分布； 

(4)根据步骤(3)中所述标记不同测量高度时的空间像的频率分布，计算视场中不同位置的最佳成像高度； 

(5)根据步骤(4)所述的视场中不同位置的最佳成像高度，拟合像面高度、倾斜、场曲等参数。 

其中，所述光能量探测器的受光尺寸应为所述最小线宽线条宽度的0.5到2倍。 

其中，在步骤(4)中，利用标记不同测量高度F_set与其对应的空间高频成分比重E_{high_fre}建立二次曲线关系，公式如下： 

$E_{\mathrm{high}\_\mathrm{fre}}=E_0+F_{\mathrm{set}}*E_1+F_{\mathrm{set}}^2{E}_2$

利用测量数据，拟合出二次曲线系数E₀、E₁、E₂，二次曲线对应的极值点F_focus即为该测量 位置的最佳成像高度。 

其中，步骤(5)中，由不同位置(x，y)的最佳成像高度ΔF_i(F_focus)，拟合像面高度F、倾斜Rx、Ry、场曲FC的拟合公式为： 

ΔF_i＝F+x*Ry-y*Rx+(x²+y²)*FC。 

本发明提供的测量标记采用了不同尺寸宽度的线条间隔分布的设计，在增加了测量范围的同时，提高了测量精度，同时也提高了测量速度。 

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实施例的测量标记的结构示意图； 

图2所示为本发明所使用的系统的结构示意图； 

图3所示为根据本发明的实施例中扫描空间像时的扫描路径的示意图； 

图4a所示为根据本发明的实施例的空间像的能量分布示意图； 

图4b所示为根据本发明的实施例的空间像的空间频率分布示意图。 

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。 

图1所示为根据本发明的实施例的测量标记的结构示意图。本实施例的测量标记201为x向间隔分布不同宽度线条的测量标记，该标记由周期分布的标记202组成，在本实施例中标记202的周期为1mm。标记202包含两种不同线条宽度的标记203、204，标记204在物面的线条宽为4μm(像面成像线条宽度1μm)，标记203由5条物面的线条宽度为800nm的线条标记205组成(像面成像线条宽度200nm)。图中黑色部分表示透光区。 

图2所示为本发明所使用的系统的结构示意图，该系统包括：产生投影光束的光源101；用于调整所述光源发出的光束的光强分布和部分相干因子的照明系统102；能将掩模图案成像的成像光学系统104(在本实施例中采用的放大倍率为0.25)；能承载掩模103并精确定位的掩模台108；能承载硅片105并精确定位的工件台106；可使工件台精确定位的激光干涉仪107；能精确测量掩模103上标记成像能量空间分布的光能量探测器109，光能量探测器109 的受光尺寸为100nm。 

利用上述装置测量光刻机投影物镜像面的步骤如下： 

1.光源101发出的深紫外激光经照明系统102照射到刻有所述测量标记201的掩模103上，掩模选择性地透过一部分光线，这部分光线经成像光学系统104，成像于最佳像面处； 

2.以200nm为步长，在预期的最佳像面附近，从-2μm到2μm的不同高度上，利用光能量探测器109按照图3所示的扫描路径从测量标记201所成的像的一角以垂直于标记中线条的方向来回往复地扫描标记201的空间像，记录空间像能量分布，直至扫描完整个空间像； 

3.根据步骤2中的扫描结果(即空间像的能量分布，如图4a所示)，计算标记在不同测量高度时的空间像的频率分布(如图4b所示)； 

4.根据标记在不同测量高度处的空间像的频率分布，计算视场中不同位置的最佳成像高度； 

5.根据步骤4的计算结果，拟合像面高度、倾斜、场曲等参数。 

步骤3中，当测量高度与最佳像面相距较大时，能量探测器仅能分辨粗线条标记，空间像频率只要低频成分，当测量高度与最佳像面逐渐接近时，能量探测器能逐渐分辨出细线条标记，空间像高频成分逐渐增加，如图4所示。 

步骤4中，利用标记不同测量高度(F_set)与其对应的空间高频成分比重(E_{high_fre})建立二次曲线关系，公式如下： 

$E_{\mathrm{high}\_\mathrm{fre}}=E_0+F_{\mathrm{set}}*E_1+F_{\mathrm{set}}^2{E}_2$

利用测量数据，拟合出二次曲线系数E₀、E₁、E₂，二次曲线对应的极值点F_focus即为该测量位置的最佳成像高度。 

步骤5中，由不同位置(x，y)的最佳成像高度ΔF_i(F_focus)，拟合像面高度F、倾斜Rx、Ry、场曲FC的拟合公式为： 

ΔF_i＝F+x*Ry-y*Rx+(x²+y²)*FC。 

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 (4)

1.一种在线测量光刻机投影物镜像面的测量方法，该方法使用了具有下述结构的系统：

产生投影光束的光源；

用于调整所述光源发出的光束的光强分布和部分相干因子的照明系统；

能将掩模图案成像且其数值孔径可以调节的成像光学系统；

能承载所述掩模并精确定位的掩模台；

能承载硅片并精确定位的工件台；

可使工件台精确定位的激光干涉仪；

能精确测量所述掩模上标记成像能量空间分布的光能量探测器，所述标记由周期分布的子标记组成，所述子标记中包括多种不同的线条标记，所述子标记包括第一线条标记和第二线条标记，第一线条标记为一较宽的线条，第二线条标记由与第一线条平行的多条较窄的线条排列组成；

所述方法包含以下步骤：

(1)所述光源发出的光经照明系统照射到刻有所述标记的掩模上，掩模选择性地透过一部分光线，这部分光线经成像光学系统，成像到最佳像面；

(2)以x为步长，在预期的最佳像面附近，从-kμm到kμm的不同高度上，利用光能量探测器扫描标记的空间像，记录空间像能量分布；

(3)根据步骤(2)中所述能量分布，计算所述标记在不同测量高度处的空间像的频率分布；

(4)根据步骤(3)中所述标记不同测量高度时的空间像的频率分布，计算视场中不同位置的最佳成像高度；

(5)根据步骤(4)所述的视场中不同位置的最佳成像高度，拟合像面高度、倾斜和场曲。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光能量探测器的受光尺寸为最小线宽线条宽度的0.5到2倍。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，在步骤(4)中，利用标记不同测量高度F_set与其对应的空间高频成分比重E_{high_fre}建立二次曲线关系，公式如下：

$E_{\mathrm{high}\_\mathrm{fre}}=E_0+F_{\mathrm{set}}*E_1+F_{\mathrm{set}}^2{E}_2$

利用测量数据，拟合出二次曲线系数E₀、E₁、E₂，二次曲线对应的极值点ΔF_i即为该测量位置的最佳成像高度。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤(5)中，由不同位置(x，y)的最佳成像高度ΔF_i，拟合像面高度F、倾斜Rx、Ry、场曲FC的拟合公式为：

ΔF_i＝F+x*Ry-y*Rx+(x²+y²)*FC。

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