CN102692820A - 一种测量投影物镜畸变的装置及方法 - Google Patents

一种测量投影物镜畸变的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种测量投影物镜畸变的装置，包括掩模台及位于掩模台上的掩模版，工件台及位于工件台上的基底，该掩模版上还包括一特征标记，通过移动该掩模台及该工件台使该特征标记曝光在该基底的任意位置。本发明同时公开一种测量投影物镜畸变的方法，通过移动工件台和掩模台以得到特征图形位置的偏差。

Description

一种测量投影物镜畸变的装置及方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种光刻设备中所使用的用于测量投影物镜畸变的装置及方法。
背景技术
光刻技术或称光学刻蚀术，已经被广泛应用于集成电路制造工艺中。该技术通过光刻系统曝光，将设计的掩模图形转移到光刻胶上。由于最终决定集成电路的特征尺寸，光刻系统作为集成电路制造工艺中的重要设备，其精度要求对于光刻工艺的重要性不言自明。为获得最佳成像效果，在曝光时，涂有光刻胶的硅片被吸附于承片台上，且其上表面需置于最佳像面高度。光刻机是一种应用于集成电路制造的装备，利用该装备包括但不限于：集成电路制造光刻装置、液晶面板光刻装置、光掩模刻印装置、MEMS(微电子机械系统)/MOMS(微光机系统)光刻装置、先进封装光刻装置、印刷电路板光刻装置及印刷电路板加工装置等。
现有技术中所使用的，在光刻机的使用过程中，测量投影物镜畸变的方法主要有以下两种：
第一种测量方法：利用光刻机的掩模对准传感器进行投影物镜像质的测量，如在先专利US7333175及WO94/01808中所公开的技术方案。在这种测量方法中，光刻机掩模对准时光路通过物镜，所以对准结果可以用来表达物镜的畸变。但此种方法的缺点为：首先，测量物镜畸变的精度基于掩模对准标记测量的重复性，对光刻机的干涉仪、掩模对准分系统的性能要求较高。并且对掩模对准方式存在依赖性，如果光刻机采用的CCD对准或者其它的对准方式，就无法很好的测量物镜畸变。同时，对准标记的光栅制造和加工的难度比较高，制作一个高精度对准标记阵列的专用掩模代价较大。最后，物镜高阶畸变本身就会影响掩模对准传感器测量对准位置，所以这种方法存在局限性，仅用来测量物镜的低阶畸变，无法较好的测量物镜高阶畸变。
第二种测量方法：通过像质传感器测量投影物镜畸变，如在先专利US0136070、US0144043、US0264827及US6650399中所公开的技术内容。该方法采用专用测量物镜像质的传感器，可以测量物镜的高阶相差及性能，并且测量的精度高，但是这种传感器精密复杂，特别光学元件的加工异常昂贵。同时，测量物镜畸变时，还需要高性能光刻机整机才能够配合，才能充分发挥此传感器的测量性能。因此并不是每台光刻机都可以配备这种传感器，现在主要应用在最高端光刻机上，对光刻机的适应性不强。
现有技术中急需要一种测量精度高且适用性强的用于测量光刻设备的投影物镜畸变的装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量投影物镜畸变的装置及方法，该测量装置及方法能够达到较高的测量精度且适用性强。
本发明公开一种测量投影物镜畸变的装置，包括掩模台及位于掩模台上的掩模版，工件台及位于工件台上的基底，该掩模版上还包括一特征标记，通过移动该掩模台及该工件台使该特征标记曝光在该基底的任意位置。
更进一步地，该特征标记是通用型套刻标记。该特征标记均匀分布在该掩模版的曝光区域内。
本发明同时公开一种测量投影物镜畸变的方法，包括：
步骤一、将一包含有特征标记的掩模版放置于掩模台，将一基底放置于工件台；
步骤二、进行掩模台步进曝光及工件台步进曝光；
步骤三、获得曝光后基底的特征图形；
步骤四、按照掩模台步进曝光及工件台步进曝光产生的误差，计算投影物镜畸变。
更进一步地，步骤一包括使该基底被放置与投影物镜的中心位置。
更进一步地，步骤二为先进行掩模台步进曝光再进行工件台步进曝光，或者先进行工件台步进曝光再进行掩模台步进曝光。
更进一步地，掩模台步进曝光进一步包括以下步骤：
步骤2.1、优化曝光路径；
步骤2.2、移动该工件台使该基底位于第一曝光场位置；
步骤2.3、完成第一次曝光，在该基底上形成该第一曝光场的第一特征图形；
步骤2.4、使该掩模台朝X或Y向步进；
步骤2.5、完成第二次曝光，在该基底上形成该第一曝光场的第二特征图形。
更进一步地，掩模台步进曝光进一步包括以下步骤：
步骤2.6、移动该工件台使该基底位于第二曝光场位置；
步骤2.7、完成第一次曝光，在该基底上形成该第二曝光场的第一特征图形；
步骤2.8、使该掩模台朝X或Y向步进；
步骤2.9、完成第二次曝光，在该基底上形成该第二曝光场的第二特征图形。
该步进的距离为D*Nom_mag，其中D为该特征标记的中心距离，Nom_mag为物镜的名义倍率。
更进一步地，该工件台步进曝光进一步包括以下步骤：
步骤3.1、优化曝光路径；
步骤3.2、固定该掩模台不动，移动该工件台使该特征标记被曝光至基底上。
更进一步地，该步骤四进一步包括以下步骤：
步骤4.1、记录(Wx，Wy)、(Fx，Fy)及(Ex，Ey)，其中(Wx，Wy)是该特征图形在该硅片坐标系下的位置，(Fx，Fy)是该特征图形在其曝光场坐标系下的位置，(Ex，Ey)是该特征图形的标记偏差；
步骤4.2、去除曝光过程中误差，获得该特征图形的残差(dx，dy)，计算(dx，dy)的公式如下：Ex＝Tx-Rx·Fy+dx
Ey＝Ty+Ry·Fx+dy
Fx∈[-Xslit/2，Xslit/2]，Fy∈[-Yslit/2，Yslit/2]
步骤4.3、消除该特征标记的中心距离D所带来的投影物镜偏差，获得(dx1，dy1)；
步骤4.4、消除该特征标记所带来的投影物镜偏差，获得(dx2，dy2)；
步骤4.5、根据(dx1，dy1)及(dx2，dy2)获得偏差(Δx，Δy)，计算(Δx，Δy)的公式
如下：Δx＝dx2-dx1
Δy＝dy2-dy1
步骤4.6、根据偏差(Δx，Δy)计算投影物镜畸变，计算公式如下：
Δx＝Tx+Mx·x-Rx·y+Txy·x·y+D2x·x2+(D2x-Tyx)·y2
+D3·x·r2+D4x·x2·r2+D4y·x·y·r2+D5·x·r4
Δy＝Ty+My·y+Ry·x+Tyx·y·x+D2y·y2+(D2y-Txy)·x2
+D3·y·r2+D4x·x·y·r2+D4y·y2·r2+D5·y·r4
x∈[-Xslit/2，Xslit/2]，y∈[-Yslit/2，Yslit/2]
其中，(x，y)为成像位置在视场坐标系的名义坐标，且r2＝x2+y2；XSlit和YSlit分别为视场X和Y尺寸。
更进一步地，该特征标记是通用型套刻标记。该特征标记均匀分布在该掩模版的曝光区域内。
与现有技术相比较，本发明所提供的技术方案的优点如下：
首先，该曝光标记可为通用型的套刻标记，与套刻掩模共用，也可以设计特殊的标记，因此该技术方案对标记的依赖性不强。其次，测量物镜畸变的过程与光刻机真实工作状态一致，能够反映出光刻机在曝光过程中物镜像质畸变，测量结果更加客观准确。再次，本技术方案直接曝光的方式，测量的精度直接反映的是物镜像质参数，对光刻机的外设和配置要求不高，可以适用于各种高、低端光刻机的测量中。最后，由于采用了本技术方案，对光刻机对准方式不作任何限制，减少光刻机的造价成本，应用适应性强。
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
图1是本发明所涉及的测量投影物镜畸变的装置的结构示意图；
图2是本发明所涉及的测量投影物镜畸变的方法的流程图；
图3是本发明所涉及的曝光过程图；
图4是本发明所涉及的数据的分解与计算流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。
本发明所使用的主要发明构思是采用曝光的方法进行物镜畸变的测量，其主要的原理为利用特征图形，通过移动工件台和掩模台以得到特征图形位置的偏差。由于该特征图形存在尺寸，如果移动工件台，则曝光位置是在物镜中的不同一位置，物镜畸变包含在偏差中；如果移动掩模台，曝光位置在物镜中的同一位置，测量的偏差中就不包含物镜的畸变。通过统计这两种不同曝光方式产生的误差，能够分析出来物镜的畸变。
如图1中所示，图1是本发明所涉及的测量投影物镜畸变的装置的结构示意图。该测量投影物镜畸变的装置包括特征标记1，该标记均匀分布在掩模版5的曝光区域内。掩模版5被夹持或固定在掩模台6上，掩模版5可随掩模版产生多个自由度的运动。硅片2被吸附于工件台3上，并能跟随工件台3一起移动。通过投影物镜7，可以把掩模版5上的特征标记1成像于硅片2上。通过移动工件台3和掩模台6，使该特征标记1曝光在硅片的任意位置上。通过上述部件，即可实现投影物镜7的畸变的测量。
特征标记1如图1中所示，该特征标记1由两部分图形组成，该特征标记1是通用型的套刻标记，其中101的中心与102的中心之间的距离为D。该特征标记1可以与套刻掩模共用，也可以设计为其他较为特殊的标记。对该特征标记1没有固定的要求，因此为该特征标记的依赖性也不强。在本实施方式中，该特征标记1的第一部分101由四条形状相同的线条首尾相接组成一个正方形。第二部分102与第一部分101平行，是一个正方形。
下面结合附图2、图3、图4，说明如何利用该装置实现投影物镜畸变的测量。
如图2中所示，图2是本发明所涉及的测量投影物镜畸变的方法的流程图。该流程图主要包括四个工作步骤，其中步骤一是准备阶段8，步骤二是曝光阶段，步骤三是硅片工艺处理阶段11，步骤四是物镜畸变统计阶段12。步骤二中又进一步包括两个阶段，掩模步进曝光9和硅片匹配曝光10，该掩模步进曝光9和硅片匹配曝光10可以先后进行，且不分先后次序。
具体而言，在准备阶段8中，需要将包含有特征标记1的掩模版5被预先以位置相对固定的形式放置于掩模台6上，而且该特征标记1合理均匀地分布在掩模版5的曝光图形区域中。将硅片2放置于工件台3上面。在整个测量过程中，至少需要2片硅片2，其中1片硅片含有硅片标记的理想硅片，可以被用来进行掩模对准和硅片对准。在准备阶段8中，为了使测试精度达到最佳，还可以使硅片2被放置于投影物镜7的中心位置，使曝光区域与投影物镜7的被测量区域基本重合。上述准备阶段8的目的在于使该测量投影物镜畸变的装置的各个组成部分都各就各位。
步骤二是曝光阶段，该曝光阶段进一步包括两个阶段：掩模步进曝光9和硅片匹配曝光10。曝光阶段的具体执行过程图如图4所示。
针对掩模步进曝光9，具体包括以下步骤：步骤1是优化曝光路径16。步骤2是调整控制曝光系统17，是光刻机达到曝光硅片图形条件。步骤3是对第一次曝光18，主要包括移动工件台，使工件台3上的硅片2位于第一曝光场的位置，对第一片硅片的第一层标记进行曝光。曝光完毕后，在硅片上即会出现第一个特征图形13，如图3中所示。步骤4是第二次曝光19。在第二次曝光19的过程中，首先固定工件台3，然后控制掩模台6朝Y向的正方向步进(也可以选择超Y的负方向步进，或朝X向的正方向步进，或朝X向的负方向步进)，步进距离L为L＝D*Nom_mag，Nom_mag为物镜的名义倍率。该步骤为第一个曝光场的第2次曝光，曝光完毕后在硅片2上形成第二个特征图形。步骤5是移动工件台至下一个曝光场20后重复两次曝光过程，即再次完成18、19的过程。
硅片匹配曝光10即移动工件台使工件台与掩模台以相同方向相同步进距离移动。具体包括以下步骤：首先进行优化曝光路径21。然后调整控制曝光系统22，使光刻机达到曝光硅片图形的条件，步骤21、22和16、17类似，因此可参考上文描述。固定掩模台，移动工件台曝光23。在本步骤中，使掩模台6保持固定，移动工件台3，并使特征标记被曝光在整个标准硅片上。
步骤三是硅片工艺处理阶段11，主要包含硅片图像的显影和定形，此部分属于硅片的工艺处理，在现有文献中已有详细地充分地介绍，在此省略。
步骤四是物镜畸变统计阶段12，主要进行特征标记曝光偏差的处理。通过对特征标记偏差的处理，求解出投影物镜的畸变。其详细步骤如图4所示。
首先进入以下步骤：获得并保存特征图形偏差24。具体而言，通过测量读特征图形15，得到偏差并将该偏差以文件的形式保存。根据曝光路径、掩模5的标记分布和读取曝光在硅片上的特征图形偏差的顺序，计算出该曝光在硅片上的特征图形15在硅片2坐标系下的位置(Wx，Wy)和在每个曝光场坐标系下的位置(Fx，Fy)，以及这个标记位置对应的标记偏差(Ex，Ey)。
去除曝光过程中误差25。在曝光过程中，工件台3和掩模台6需要以步进的方式移动，同时因为存在着定位的精度，所以由工件台3和掩模台6的移动会带来特征图形曝光至硅片上的平移和旋转。该误差被包含在特征图形的偏差中，与投影物镜7的畸变混合在一起，需要去掉该误差。去掉曝光过程中误差的方法如下：以曝光场为单位，按照下述公式计算并拟合出每个特征图形的残差(dx，dy)，
Ex＝Tx-Rx·Fy+dx
Ey＝Ty+Ry·Fx+dy
Fx∈[-Xslit/2，Xslit/2]，Fy∈[-Yslit/2，Yslit/2]
根据该残差(dx，dy)，可以把特征图形(15)偏差(Ex，Ey)中包含因工件台或掩模台的平移，旋转造成的场间误差去除。
获得掩模台步骤曝光后偏差(dx1，dy1)26。步骤26对应步骤9，如上文中该，步骤9是掩模台步进曝光，因此步骤26用于消除特征标记1的标记101和102之间的距离D所带来的投影物镜偏差.因此经过步骤26后获得的误差为(dx1，dy1)，主要包含就是掩模的制造误差。
获得工件台步骤曝光后误差(dx2，dy2)27。步骤27对应步骤10，如上文中该，步骤10是工件台步进曝光。在工件台步进曝光的过程中所测量出来的偏差(dx2，dy2)。因为特征标记1本身具有沿XY方向的一定的尺寸，所以特征标记1曝光位置在物镜7上成像位置与第一层图形不同。所以，投影物镜7的畸变会通过曝光位置测量偏差的方式体现在残差(dx，dy)中。
获得偏差(Δx，Δy)28。在步骤28中，根据掩模台步骤曝光后偏差(dx1，dy1)及工件台步骤曝光后误差(dx2，dy2)，可以获得偏差(Δx，Δy)，即去除了了掩模制造等误差对投影物镜7畸变的影响。偏差(Δx，Δy)的计算公式为：Δx＝dx2-dx1
Δy＝dy2-dy1
拟合投影物镜的畸变29。根据上一步骤中所计算出来的(Δx，Δy)，拟合出投影物镜7的畸变，其公式如下：
Δx＝Tx+Mx·x-Rx·y+Txy·x·y+D2x·x2+(D2x-Tyx)·y2
+D3·x·r2+D4x·x2·r2+D4y·x·y·r2+D5·x·r4
Δy＝Ty+My·y+Ry·x+Tyx·y·x+D2y·y2+(D2y-Txy)·x2
+D3·y·r2+D4x·x·y·r2+D4y·y2·r2+D5·y·r4
x∈[-Xslit/2，Xslit/2]，y∈[-Yslit/2，Yslit/2]
在以上公式中，(x，y)为成像位置在视场坐标系的名义坐标，且r2＝x2+y2；XSlit和YSlit分别为视场X和Y尺寸。
本说明书中该的只是本发明的较佳具体实施例，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 (13)

1.一种测量投影物镜畸变的装置，包括掩模台及位于掩模台上的掩模版，工件台及位于工件台上的基底，其特征在于，所述掩模版上还包括一特征标记，通过移动所述掩模台及所述工件台使所述特征标记曝光在所述基底的任意位置。
2.如权利要求1所述的测量投影物镜畸变的装置，其特征在于，所述特征标记是通用型套刻标记。
3.如权利要求1所述的测量投影物镜畸变的装置，其特征在于，所述特征标记均匀分布在所述掩模版的曝光区域内。
4.一种测量投影物镜畸变的方法，包括：
步骤一、将一包含有特征标记的掩模版放置于掩模台，将一基底放置于工件台；
步骤二、进行掩模台步进曝光及工件台步进曝光；
步骤三、获得曝光后基底的特征图形；
步骤四、按照掩模台步进曝光及工件台步进曝光产生的误差，计算投影物镜畸变。
5.如权利要求4所述的测量投影物镜畸变的方法，其特征在于，所述步骤一包括使所述基底被放置与投影物镜的中心位置。
6.如权利要求4所述的测量投影物镜畸变的方法，其特征在于，所述步骤二为先进行掩模台步进曝光再进行工件台步进曝光，或者先进行工件台步进曝光再进行掩模台步进曝光。
7.如权利要求4所述的测量投影物镜畸变的方法，其特征在于，所述掩模台步进曝光进一步包括以下步骤：
步骤2.1、优化曝光路径；
步骤2.2、移动所述工件台使所述基底位于第一曝光场位置；
步骤2.3、完成第一次曝光，在所述基底上形成所述第一曝光场的第一特征图形；
步骤2.4、使所述掩模台朝X或Y向步进；
步骤2.5、完成第二次曝光，在所述基底上形成所述第一曝光场的第二特征图形。
8.如权利要求7所述的测量投影物镜畸变的方法，其特征在于，所述掩模台步进曝光进一步包括以下步骤：
步骤2.6、移动所述工件台使所述基底位于第二曝光场位置；
步骤2.7、完成第一次曝光，在所述基底上形成所述第二曝光场的第一特征图形；
步骤2.8、使所述掩模台朝X或Y向步进；
步骤2.9、完成第二次曝光，在所述基底上形成所述第二曝光场的第二特征图形。
9.如权利要求7至8任一项所述的测量投影物镜畸变的方法，其特征在于，所述步进的距离为D*Nom_mag，其中D为所述特征标记的中心距离，Nom_mag为物镜的名义倍率。
10.如权利要求4所述的测量投影物镜畸变的方法，其特征在于，所述工件台步进曝光进一步包括以下步骤：
步骤3.1、优化曝光路径；
步骤3.2、固定所述掩模台不动，移动所述工件台使所述特征标记被曝光至基底上。
11.如权利要求4所述的测量投影物镜畸变的方法，其特征在于，所述步骤四进一步包括以下步骤：
步骤4.1、记录(Wx，Wy)、(Fx，Fy)及(Ex，Ey)，其中(Wx，Wy)是所述特征图形在所述硅片坐标系下的位置，(Fx，Fy)是所述特征图形在其曝光场坐标系下的位置，(Ex，Ey)是所述特征图形的标记偏差；
步骤4.2、去除曝光过程中误差，获得所述特征图形的残差(dx，dy)，计算(dx，dy)的公式如下：Ex＝Tx-Rx·Fy+dx
Ey＝Ty+Ry·Fx+dy
Fx ∈[-Xslit/2，Xslit/2]，Fy∈[-Yslit/2，Yslit/2]
步骤4.3、消除所述特征标记的中心距离D所带来的投影物镜偏差，获得(dx1，dy1)；
步骤4.4、消除所述特征标记所带来的投影物镜偏差，获得(dx2，dy2)；
步骤4.5、根据(dx1，dy1)及(dx2，dy2)获得偏差(Δx，Δy)，计算(Δx，Δy)的公式如下：Δx＝dx2-dx1
Δy＝dy2-dy1
步骤4.6、根据偏差(Δx，Δy)计算投影物镜畸变，计算公式如下：
Δx＝Tx+Mx·x-Rx·y+Txy·x·y+D2x·x2+(D2x-Tyx)·y2
+D3·x·r2+D4x·x2·r2+D4y·x·y·r2+D5·x·r4
Δy＝Ty+My·y+Ry·x+Tyx·y·x+D2y·y2+(D2y-Txy)·x2
+D3·y·r2+D4x·x·y·r2+D4y·y2·r2+D5·y·r4
x∈[-Xslit/2，Xslit/2]，y∈[-Yslit/2，Yslit/2]
其中，(x，y)为成像位置在视场坐标系的名义坐标，且r2＝x2+y2；XSlit和YSlit分别为视场X和Y尺寸。
12.如权利要求4所述的测量投影物镜畸变的方法，其特征在于，所述特征标记是通用型套刻标记。
13.如权利要求4所述的测量投影物镜畸变的方法，其特征在于，所述特征标记均匀分布在所述掩模版的曝光区域内。
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