CN103163741B - 光刻机可变狭缝最佳位置的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种光刻机可变狭缝最佳位置的测量方法，包括如下步骤：第一步：设定可变狭缝为一定大小且移动到中心位置，开启曝光光源；第二步：移动工件台至某一高度，工件台上的探测器测量视场中央区域的光强作为参考光强，确定目标光强；第三步：使用探测器在可变狭缝某一刀口半影区域内沿垂直于所述刀口的方向采用一定的步长、步进采样方式，查找目标光强对应的位置点，并测量所述位置点的水平位置；第四步：移动工件台至下一高度，重复执行第二步和第三步，直到每一高度均采样和测量完毕；第五步：通过每一高度下的目标光强和水平位置的关系，拟合所述每一高度和水平位置的抛物线，所述抛物线的极值点对应的高度即为所述可变狭缝某一刀口的最佳位置。本发明的光刻机可变狭缝最佳位置的测量方法测量过程简单、快速，同时提高了测量的精度。

Description

光刻机可变狭缝最佳位置的测量方法

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，具体地涉及一种光刻机可变狭缝最佳位置的测量方法。

背景技术

在光刻机中，可变狭缝单元可控部件由两个可动刀片组成，每个可动刀片由分布在四周的音圈电机驱动，并通过相位灵敏传感器测量和反馈位置信息。通过控制两个可动刀片相对位置，以及相对打开和关闭，可以实现曝光视场设置和同步扫描曝光。可变狭缝控制单元由控制器、执行器、音圈电机、相位位置传感器和切换传感器组成。

在生产曝光中，可变狭缝用来将设定视场大小的光线入射到掩模面上，进而将掩模上的图形曝光到硅片上，由于可变狭缝距离面光源本身具有一定的距离，当可变狭缝的机械安装完成时，在硅片面上可变狭缝的刀口具有一定半影大小。为了准确的将可变狭缝调整到最佳位置，需要确定可变狭缝的最佳高度位置，即可变狭缝在硅片面上半影最小时，对应可变狭缝为最佳位置。

测量可变狭缝半影时，可变狭缝的大小标记投影到工件台上时，其边缘线条的像是一段明暗渐变的区域，一般通过测量指定光强的目标位置，然后计算出最小半影时可变狭缝的最佳位置。

通常测量光刻机可变狭缝半影最佳位置的方法是：

第一种方法是：将可变狭缝的四个刀口打开一定大小，移动工件台垂向位置到某一高度，工件台上的光电探测器在明暗过渡区域垂直边缘线条的方向上，以固定的步长，进行多次采样光强，从而找到目标光强对应的位置，当定位目标的精度要求很高时，采样的步长必须很小，那么在固定的采样长度区域内采样的点数必然增加，从而测量可变狭缝最佳位置花费的时间也相应得增加。

第二种方法是：移动工件台到某一垂向高度位置，工件台上的光电探测器在明暗渐变过渡区域垂直边缘线条的方向上，以明暗边界二分查找法测量四个刀口的75%和50%目标光强大小对应的位置，计算当前高度半影大小；再次移动到另一高度，完成同样的目标光强大小采样，得到当前高度目标光强对应的位置，重复以上步骤；最后计算最佳半影位置，从而求解得到可变狭缝最佳调节距离大小。

现有测量方法存在的问题是：第一：目标位置采样精度取决于传感器本身光敏面积的大小，光敏面积越小，则采样位置精度越高；通常判断目标位置的方法是检查最后两次光强采样的差值是否满足一定的光强精度，如果满足，则差值计算目标位置，否则继续二分法查找法采样寻找目标光强；直至最后两次采样的目标光强的差值满足精度要求；然而，光强采样精度受限于光敏面积的大小；当定位目标的精度要求很高时，那么要求传感器的光敏面积要尽可能的小，且采样的点数必然增加，从而花费的扫描测试时间相应得增加。

第二：在测量过程中采用探测器在某一高度测量半影大小的方式来计算可变狭缝的最佳位置，测量时间较长。

第三：二分查找法要求必须进行明暗边界光强的跨越，即每一次对目标位置扫描时要求光电探测器必须跨越目标光强点，因此，造成扫描中有可能失败，无法完成正常的测试。

发明内容

本发明的目的在于提出一种快速简单及精确的测量光刻机可变狭缝最佳位置的方法，克服现有技术中测量耗费时间长及测量精度不准确问题。

本发明提出一种光刻机可变狭缝最佳位置的测量方法，包括如下步骤：第一步：设定可变狭缝为一定大小且移动到中心位置，开启曝光光源；第二步：移动工件台至某一高度，工件台上的探测器测量视场中央区域的光强作为参考光强，确定目标光强；第三步：使用探测器在可变狭缝某一刀口半影区域内沿垂直于所述刀口的方向采用一定的步长、步进采样方式，查找目标光强对应的位置点，并测量所述位置点的水平位置；第四步：移动工件台至下一高度，重复执行第二步和第三步，直到每一高度均采样和测量完毕；第五步：通过每一高度下的目标光强和水平位置的关系，拟合所述每一高度和水平位置的抛物线，所述抛物线的极值点对应的高度即为所述可变狭缝某一刀口的最佳位置。

较优地，还包括第六步：重复执行第二步至第五步，获得所述可变狭缝其它刀口的最佳位置。

其中，所述第五步还包括如下步骤：所述拟合过程中若发现无所述极值点的情况，根据在正负离焦下半影的所述目标光强位置具有同样偏移的趋势，采用对称收敛的方法，即连续计算得到的目标光强位置是否具有同样的偏移趋势，如果是，则测量中以某一高度目标光强的水平位置偏离光轴最近的点为对称点，测量相反高度的目标光强位置，从而根据此收敛的特征，可以找到所述极值点。

其中，在工件台上所述可变狭缝的调节距离为：

                                                                          

    其中，为所述最佳位置，BF为最佳焦面，和分别为照明镜组和物镜的倍率。

其中，所述可变狭缝坐标系的调节距离为。

其中，所述目标光强已减去所述探测器暗场背景噪声。

其中，查找所述位置点的方法为二向边界扫描查找法。 

其中，所述每一高度下测量的光强和水平位置的关系通过一次线性拟合得到。

其中，所述目标光强大小为所述参考光强的3% -97%。

其中所述探测器在半影区域内的线性渐变区进行所述采样和测量，所述线性渐变区的光强大小为所述参考光强的3%-97%。

本发明的光刻机可变狭缝最佳位置的测量方法测量过程简单、快速，同时提高了测量的精度。

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为光刻机可变狭缝成像结构示意图；

图2为本发明测量方法中明暗二分边界扫描方法示意图；

图3为本发明测量方法中光强随位置变化趋势图；

图4为本发明测量方法中明暗采样点；

图5为本发明测量方法中随高度半影变化趋势图；

图6为本发明测量方法中可变狭缝位置与半影位置的关系示意图；

图7为本发明测量方法测试流程图。

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。

光刻机可变狭缝成像结构示意图如图1所示，其中101为发光光源，102为可变狭缝，103为掩模台，104为投影物镜，105为工件台。图6为本发明测量方法中可变狭缝位置与半影位置的关系示意图。图7所示为本发明专利中测量可变狭缝最佳位置的测试流程示意图。具体测试步骤如下，参见图2-7：

第一步：设定可变狭缝为一定大小且移动到中心位置，开启曝光光源；第二步：移动工件台上的光电探测器至垂向某一高度、水平位置到视场中央区域，设定该高度为Z1，光电探测器测量该高度的光强大小，以此值为参考光强大小, 并确定目标光强，其大小可为所述参考光强的3% -97%。如图2所示，二向边界扫描查找法测量目标光强位置的方法，其中0和1分别为二分法查找目标光强的起始位置点和终止位置点坐标。后面的2，3，4，5，6均是按照二分法查找光强，每一次查找的距离是上一次步长的一半，直到最后两次的目标光强满足一定要求时，停止扫描，近似认为目标光强点已经找到。图3所示为二项边界扫描查找法光强渐变区域的位置。图4所示为步进采样光强数据和位置的示意图。参见图5，第三步：参见图6，光电探测器在线形明暗渐变区域沿垂直于可变狭缝刀口的方向以一定步长步进采样，即查找目标光强对应的位置点，同时记录当前的高度值、采样的光强值、水平位置点坐标，则在高度Z1位置采样光强及位置坐标为：，，…（本测试定义光强渐变区域为3%-97%区域为线性渐变区）。则在半影区域根据光强与位置为一次线性的关系，建立以下模型：

写成矩阵相乘的形式为：

············· (1)

根据所测得的~，~，解上述矩阵表达式，则可以通过以上式子求解得到和，则在当前高度Z1时，可准确地计算到对应的目标光强点的位置，此实施例中，仅仅设定目标光强为参考光强的75%，对于正负离焦的不同高度，同一目标光强点位置具有同样的偏离趋势，且唯一的目标光强点的位置可以代表当前曲线的趋势。

第四步：工件台携带光电探测器移动至下一高度，并重复执行第二步、第三步，直至所有待测的垂向高度测试完成以获得垂向不同高度的目标光强的水平位置。

以下公式(2)为二次抛物线拟合的模型，其中z是当前测量高度，Pos_n是刀口在该高度测量得到的位置大小。

                        ············ (2)

如图5所示，利用最小二乘法拟合确定透光区所成像边界上75%参考光强的水平位置。当光电探测器位于不同离焦位置时，因为透光区域所成像发生弥散，像边界的75%参考光强位置也有所偏移。正负离焦时，75%参考光强的位置有相同的偏移趋势。因此，采样仅仅测量75%参考光强数据，这样可以加快测量的时间，通过对已测得的数据拟合曲线，曲线极值对应的垂向位置即为最佳半影的位置。

第五步：根据计算的不同高度及该高度所对应的目标光强的水平位置进行二次拟合取极值运算，当拟合得到拟合抛物线的极值点时，此时所对应的z为最佳半影位置，设此半影最佳位置为；设最佳焦面为BF，照明镜组和物镜的倍率分别为，，则在工件台硅片面上可变狭缝的调节距离为：

                       ··········· (3)

将转换成可变狭缝坐标系的调节距离：

                            ············· (4)

需要特别说明的是：为了提高测量精度，本发明所涉及的测量结果均已减去光电探测器暗场背景噪声。

需要特别说明的是：为了防止测量中可变狭缝的目标光强的水平位置无极值的情况，根据在正负离焦下半影的目标光强位置具有同样偏移的趋势，采用对称收敛的特点，即连续计算得到的目标光强位置是否具有同样的偏移趋势，如果是，则测量中以某一高度目标光强的水平位置偏离光轴最近的点为对称点，测量相反高度的目标光强点位置，从而根据此收敛的特征，测量中可以找到极值点，以提高后续拟合测量的准确性。

第六步：重复执行第二步至第五步，获得可变狭缝其它刀口的最佳位置。

本说明书中所述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 (10)

1.一种光刻机可变狭缝最佳位置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：设定可变狭缝为一定大小且移动到中心位置，开启曝光光源；

第二步：移动工件台至某一高度，工件台上的探测器测量视场中央区域的光强作为参考光强，确定目标光强；

第三步：使用探测器在可变狭缝某一刀口半影区域内沿垂直于所述刀口的方向采用一定的步长、步进采样方式，查找目标光强对应的位置点，并测量所述位置点的水平位置；

第四步：移动工件台至下一高度，重复执行第二步和第三步，直到每一高度均采样和测量完毕；

第五步：通过每一高度下的目标光强和水平位置的关系，拟合所述每一高度和水平位置的抛物线，所述抛物线的极值点对应的高度即为所述可变狭缝某一刀口的最佳位置。

2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于还包括第六步：重复执行第二步至第五步，获得所述可变狭缝其它刀口的最佳位置。

3.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于所述第五步还包括如下步骤：所述拟合过程中若发现无所述极值点的情况，根据在正负离焦下半影的所述目标光强位置具有同样偏移的趋势，采用对称收敛的方法，即连续计算得到的目标光强位置是否具有同样的偏移趋势，如果是，则测量中以某一高度目标光强的水平位置偏离光轴最近的点为对称点，测量相反高度的目标光强位置，从而根据此收敛的特征，可以找到所述极值点。

4.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于在工件台上所述可变狭缝的调节距离为：

                                                         

    其中，为所述最佳位置，BF为最佳焦面，和分别为照明镜组和物镜的倍率。

5.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于所述可变狭缝坐标系的调节距离为。

6.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于所述目标光强已减去所述探测器暗场背景噪声。

7.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于查找所述位置点的方法为二向边界扫描查找法。

8.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于所述每一高度下测量的光强和水平位置的关系通过一次线性拟合得到。

9.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于所述目标光强大小为所述参考光强的3% -97%。

10.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于所述探测器在半影区域内的线性渐变区进行所述采样和测量，所述线性渐变区的光强大小为所述参考光强的3%-97%。