CN102735425A - 一种透镜热效应测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种透镜热效应的测量系统，沿光传输方向依序包括掩模、物方标记、待测透镜和工件台，还包括：至少一个机器视觉系统，所述至少一机器视觉系统位于所述工件台，从所述物方标记出射的光经所述待测透镜成像于所述至少一机器视觉系统。以及一种透镜热效应的测量方法。

Description

一种透镜热效应测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及光刻领域，尤其涉及在光刻领域中利用机器视觉系统的透镜热效应测量系统及测量方法。

背景技术

在曝光过程中，镜头的热效应是导致成像质量变差的一个非常重要的因素。镜头的热效应是指：由于镜片在曝光过程中吸热，产生微小的形变，使镜头的一些光学参数(如倍率、畸变、离焦、波像差等)相对其设计值产生偏差。当曝光剂量需求变大，并且在对硅片连续曝光的过程中，透镜持续吸热，这种形变会更加明显，因此，必须对透镜热效应加以校正。

当前测量透镜热效应采用的办法有两种：一种是将掩模/掩模台基准板上的标记曝光到硅片上，通过读取硅片上的标记信息，拟合计算出热效应比例因子和时间常数；另一种是通过对准的办法，利用工件台相应的传感器测量标记位置的变化，拟合计算热效应比例因子和时间常数。

由于本发明主要面向中低端的光刻设备，相应地，当前的两种测量方法就分别会有很多问题出现。

对第一种方法，要求镜头持续处于曝光状态下，这将导致的问题是：

1、硅片受热，很容易产生形变，导致采样数据不准确；

2、对场点持续曝光，会使得图形线条变细，在某些地方线条断裂，甚至会看不到线条；

3、照明系统的杂散光很强，也会造成曝光在硅片上的图像污染。

由此造成拟合结果不准确，达不到所要求的目标。

对第二种方法，在工件台上，必须要使用特定传感器，这样会有问题：

1、传感器的测量精度要足够高，这同时造成传感器造价过高；

2、测量标记和传感器是一一对应的，因此，测量热效应时，能够使用的标记类型单一；

3、在中低端市场，对套刻要求较低，有一套简单实用的系统就足够了。

针对以上两种情况，提出使用机器视觉系统来测量和校正透镜热效应。这种方法成本低，测量准确、使用简单方便，使用多种标记且不会受到场点曝光时间过长的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于透镜热效应的测量系统及测量方法，可以测量持续受热情况下，投影物镜像质的变化情况，从而得到透镜热效应比例因子和时间常数，反过来又可以预测透镜热效应。

根据本发明的一种透镜热效应的测量系统，沿光传输方向依序包括掩模、物方标记、待测透镜和工件台，还包括：至少一个机器视觉系统，所述至少一机器视觉系统位于所述工件台，从所述物方标记出射的光经所述待测透镜成像于所述至少一机器视觉系统。

或者，所述至少一机器视觉系统位于所述透镜热效应的测量系统的物方，从所述物方标记出射的光经所述待测透镜成像于位于所述工件台上形成所述物方标记的像，所述物方标记的像经所述工件台上的标记反射至所述至少一机器视觉系统。

其中所述待测透镜为投影物镜。

其中所述物方标记为所述掩模或掩模台基准板上标记。

一种透镜热效应测试的方法，包括：选取测试采样时间点；持续曝光的同时按照选取好的采样时间点采集数据；对所采样数据进行数学处理，拟合计算热效应比例因子和时间常数。

其中，采用双指数模型来描述透镜热效应，所述模型为：

Drift(t)＝A₁*[1-exp(-t/τ₁)]+A₂*[1-exp(-t/τ₂)]·······(1)

A₁＝μ₁*S*T*I*WR...............(2)

A₂＝μ₂*S*T*I*WR..............(3)

其中：t为时间；μ1，μ2为LH模型的比例因子参数；τ1，τ2为LH模型的时间常数参数；S为成像视场尺寸；T为掩模版透射率；I为光通量；WR为硅片反射率因子。

一种透镜热效应测试的方法，包括：选取测试采样时间点；关闭曝光光源，然后按照选取好的采样时间点采集数据；对所采样数据进行数学处理，拟合计算热效应比例因子和时间常数。

其中，采用双指数模型来描述透镜热效应，所述模型为：

Drift(t)＝A₁*[1-exp(-t/τ₁)]+A₂*[1-exp(-t/τ₂)]·······(1)

A₁＝μ₁*S*T*I*WR...............(2)

A₂＝μ₂*S*T*I*WR..............(3)

其中：t为时间；μ1，μ2为LH模型的比例因子参数；τ1，τ2为LH模型的时间常数参数；S为成像视场尺寸；T为掩模版透射率；I为光通量；WR为硅片反射率因子。

本发明采用了机器视觉系统(MVS)系统，只要能测定标记的位置，使用哪种标记没有特别的要求；由于采用的是MVS读取标记位置的方式，不需要硅片，因此，不会受到硅片受热变形等造成的影响。由于标记的测量位置是通过工件台上的机器视觉系统采集的，不使用硅片，不会受到曝光时间长短的影响。而且，测量设备成本低廉，使用图像处理算法测量标记位置，工艺适用性较高。

附图说明

图1所示为根据本发明的测量透镜热效应的方法的第一和第二实施例所用的热效应测量系统的结构示意图；

图2所示为一热效应的上升曲线；

图3所示为一热效应的下降曲线；

图4所示为根据本发明的的测量透镜热效应的方法所用的热效应测量系统的另一种结构示意图。

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。

第一实施例

根据本发明的利用机器视觉系统测量透镜热效应的方法所用的热效应测量系统的结构示意图如图1所示，该设备包括：掩模台基准板1、掩模/掩模台上标记2、掩模3、投影物镜4、机器视觉系统(MVS)5和工件台6。

利用该设备进行热效应测试的基本方法是：将掩模/掩模台上标记2通过投影物镜4投射到工件台6上，由工件台6上的MVS5测量标记位置随时间的变化情况，收集时间和位置信息直到热平衡状态(需要几个小时)，通过数学方法找出时间和像质参数变化的关系，即热效应比例因子和时间常数。

一般而言，采用双指数模型，可以比较精确的描述透镜热效应：

Drift(t)＝A₁*[1-exp(-t/τ₁)]+A₂*[1-exp(-t/τ₂)]·······(1)

A₁＝μ₁*S*T*I*WR...............(2)

A₂＝μ₂*S*T*I*WR..............(3)

其中：

t为时间；

μ1，μ2为LH模型的比例因子参数；

τ1，τ2为LH模型的时间常数参数；

S为成像视场尺寸；

T为掩模版透射率；

I为光通量；

WR为硅片反射率因子。

根据本发明的第一实施例的测试方法包括下面的步骤：

确定测试的目标是上升曲线还是下降曲线，即要持续加热(曝光)还是要持续放热(冷却，关闭曝光)，这决定了热效应曲线的上升/下降趋势；在本实施例中选择热效应曲线的上升曲线作为测试的目标，因而镜头需要持续加热，即镜头处于“冷”状态；

图2所示为一典型的热效应的上升曲线；横轴表示测试时间，纵轴表示像质变化(已归一化)。可以看到热效应曲线在测量初始阶段变化较快，约5000s之后，基本达到饱和。

选取测试采样时间点，即经过多长时间采样一次，采用先紧后松的策略，即开始时的采样时间间隔长，后来的采样时间间隔短；

检查分系统状态：包括MVS、掩模/掩模台基准板、工件台等是否已准备好；

将硅片上到工件台上，以使测试工况和实际的曝光工况相同；

曝光，然后按照选取好的采样时间点采集数据；

对采样数据进行数学处理，拟合计算热效应比例因子和时间常数。

以上步骤完成之后，冷却镜头，在下一个“冷”状态下，重复以上步骤三一步骤六，用拟合数据和当前实验数据相比较，可以验证模型正确性。

第二实施例

在本实施例中进行下降曲线的测试。如图3所示，其中，横轴表示测试时间，纵轴表示像质变化(已归一化)。热效应曲线在测量初始阶段变化较快，约5000s之后，基本达到饱和。由于透镜热效应比例因子和时间常数对上升曲线和下降曲线的作用相同，因此，也可以利用下降曲线做热效应测试，并可以通过上升和下降曲线互相进行曲线验证。

本次测试包括下面的步骤(由于本方法用于下降曲线，因此需要镜头在开始时处于“热”状态)：

用先紧后松的策略选取测试采样时间点；

检查分系统状态：包括MVS、掩模/掩模台基准板、工件台等是否已准备好；

将硅片上到工件台上，以使测试工况和实际的曝光工况相同；

关闭曝光光源，然后按照选取好的采样时间点采集数据；

对采样数据进行数学处理，拟合计算热效应比例因子和时间常数。

以上步骤完成之后，加热镜头，在下一个“热”状态下，重复以上步骤四一步骤五，用拟合数据和当前实验数据相比较，可以验证模型正确性。

第一实施例和第二实施例2的共同特点是测试开始状态总在热平衡状态下，因此，不管哪个过程先执行，总可以成为下一个测试过程的初始状态，并可以同时提供测试和验证两种功能。

既然MVS的主要目的是测量标记的位置偏移，也可以把MVS放置在物方，即掩模上方，利用反射光测量标记位置，计算热效应，这两种方式是等价的。该系统如图4所示，掩模13上的标记12经投影物镜14成像于工件台16上并被标记17反射，MVS测量反射的像的位置。

另外，可以仅使用1个MVS测量透镜热效应，虽然由于MVS的测量范围导致了视场比较小，但此方法相对两个MVS而言，工艺适用性更高，而且，还可以消除两个MVS之间所固有的误差。实际操作中，尽管具有两个MVS，也可以直接使用其中一个MVS测量并校正。

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)

1.一种透镜热效应的测量系统，沿光传输方向依序包括掩模、物方标记、待测透镜和工件台，其特征在于，透镜热效应的测量系统还包括：

至少一个机器视觉系统，所述至少一机器视觉系统位于所述工件台，从所述物方标记出射的光经所述待测透镜成像于所述至少一机器视觉系统。

2.一种透镜热效应的测量系统，沿光传输方向依序包括掩模、物方标记、待测透镜和工件台，其特征在于，透镜热效应的测量系统还包括：

至少一个机器视觉系统，所述至少一机器视觉系统位于所述透镜热效应的测量系统的物方，从所述物方标记出射的光经所述待测透镜成像于位于所述工件台上形成所述物方标记的像，所述物方标记的像经所述工件台上的标记反射至所述至少一机器视觉系统。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述待测透镜为投影物镜。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述物方标记为所述掩模或掩模台基准板上标记。

5.一种透镜热效应测试的方法，包括：

选取测试采样时间点；

持续曝光的同时按照选取好的采样时间点采集数据；

对所采样数据进行数学处理，拟合计算热效应比例因子和时间常数。

6.根据权利要求5所述的透镜热效应测试方法，其中，采用双指数模型来描述透镜热效应，所述模型为：

Drift(t)＝A₁*[1-exp(-t/τ₁)]+A₂*[1-exp(-t/τ₂)]·······(1)

A₁＝μ₁*S*T*I*WR...............(2)

A₂＝μ₂*S*T*I*WR..............(3)

其中：t为时间；μ1，μ2为LH模型的比例因子参数；τ1，τ2为LH模型的时间常数参数；S为成像视场尺寸；T为掩模版透射率；I为光通量；WR为硅片反射率因子。

7.一种透镜热效应测试的方法，包括：

选取测试采样时间点；

关闭曝光光源，然后按照选取好的采样时间点采集数据；

对所采样数据进行数学处理，拟合计算热效应比例因子和时间常数。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，采用双指数模型来描述透镜热效应，所述模型为：

Drift(t)＝A₁*[1-exp(-t/τ₁)]+A₂*[1-exp(-t/τ₂)]·······(1)

A₁＝μ₁*S*T*I*WR...............(2)

A₂＝μ₂*S*T*I*WR  ..............(3)

其中：t为时间；μ1，μ2为LH模型的比例因子参数；τ1，τ2为LH模型的时间常数参数；S为成像视场尺寸；T为掩模版透射率；I为光通量；WR为硅片反射率因子。

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