CN103383524B - 用于光刻设备的离焦测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于光刻设备的离焦测量方法及装置，不需要特殊掩模，将光刻机离焦误差转化为套刻误差，通过测量套刻误差来测量离焦误差的大小。与现有技术相比较，本发明所公开的用于光刻设备的离焦测量方法及装置结构简洁，无需新增额外设备，降低误差测量成本。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种用于光刻设备的离焦测量方法。
背景技术
光刻设备是一种应用于集成电路制造的装备，利用该装备可以制造包括但不限于：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。
随着光刻关键尺寸的不断减小和NA的不断增大，光刻机焦深变得越来越小，因此对光刻机曝光离焦误差的测量与在线监测显得越来越重要。
目前光刻机离焦误差的测量方法主要有两类：通过在掩模标记上方粘贴楔块，使得在离焦情况下对应标记成像位置与未粘贴楔块的标记在水平上有一定比例的套刻误差；通过设计特殊的移相位移掩模，同样可以将离焦的大小转化为标记成像的套刻误差。上述两种方法都需要设计特殊的掩模，无论是楔块的方法和特殊移相掩模的方法，其都需要较高的制造成本。
发明内容
为了克服现有技术中存在的技术缺陷，本发明提供一种用于光刻设备的离焦测量方法及装置，不需要特殊掩模，将光刻机离焦误差转化为套刻误差，同样通过测量套刻误差来测量离焦误差的大小。
为了实现上述发明目的，本发明提供一种用于光刻设备的离焦测量方法，其特征在于，包括：使第一标记在对称光强分布结构的照明模式下，在最佳焦面处均匀曝光于基底上形成第一标记像；使第二标记在非对称光强分布结构的照明模式下，在不同离焦量下曝光于该第一标记像位置处，形成第二标记像，以形成第一套刻标记；获得该第一套刻标记的套刻误差；根据该套刻误差和该不同离焦量计算标记成像水平位置与离焦量间的关系；使标记组合图形在对称光强分布结构的照明模式下，在最佳焦面处均匀曝光于该基底上其他部分形成第一层标记像；使该标记组合图形在非对称光强分布结构的照明模式下，在最佳焦面处均匀曝光于该第一层标记像的偏移一定距离处，形成第二层标记像，以形成第二套刻标记；获得该第二套刻标记的第二套刻误差；根据该第二套刻误差以及该标记成像水平位置与离焦量间的关系，计算标记曝光的离焦量。
更进一步地，该第一标记为矩形标记，由两个同质心的矩形组成，其中位于中间的矩形为不透光区，位于该中间矩形外侧的矩形为透光区。
更进一步地，该第二标记为矩形标记，由一个矩形组成，该矩形为透光矩形。
更进一步地，该第一标记在最佳焦面处均匀曝光于基底上九个位置处。
更进一步地，该标记组合图形为该第一标记和该第二标记的组合，且该第一标记与该第二标记之间间隔该一定距离。
更进一步地，该第二套刻标记的像为：该第一层标记像的第二标记部分位于该第二层标记像的第一标记部分当中。
更进一步地，该组合为多个且均匀分布。
与现有技术相比较，本发明所公开的用于光刻设备的离焦测量方法及装置，不需要特殊掩模，将光刻机离焦误差转化为套刻误差，同样通过测量套刻误差来测量离焦误差的大小。其结构简洁，无需新增额外设备，降低误差测量成本。
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现有技术中通常所使用的光刻设备的结构示意图；
图2是光强在投影物镜光瞳面对称分布结构图及标记成像水平位置与离焦量之间关系示意图之一；
图3是光强在投影物镜光瞳面非对称分布结构图及标记成像水平位置与离焦量之间关系示意图之二；
图4是光刻第一标记的结构示意图；
图5是图4中所示的标记在最佳焦面处均匀曝光于硅片上9个位置的结构示意图；
图6是光刻第二标记的结构示意图；
图7是图6中所示的标记在不同离焦量下分别曝光到图5所示硅片上9个曝光位置处形成套刻标记的结构示意图；
图8是掩模图形区的标记组合图形分布示意图；
图9是掩模图形在硅片上曝光后形成的第一层标记；
图10是掩模图形在硅片上曝光后形成的套刻标记。
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。
如图1中所示，图1是现有技术中通常所使用的光刻设备的结构示意图。该光刻设备包括：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的照明系统102；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104；能承载所述掩模103并精确定位的掩模台108；能承载硅片105并利用干涉仪系统107精确定位的工件台106。
通常而言，产生投影光束的光源101是汞灯或高分子激光器。照明系统102用于将来自光源101的投影光束进行准直和均匀。成像光学系统104为投影物镜，该投影物镜通常为缩倍投影物镜。掩模103上的掩模图案经投影物镜104后成像至硅片105上。掩模台108用于承载掩模103，并为掩模103提供一定自由度的运动。硅片105是光刻设备较为常用的一种基底之一，除此之外，也可使用玻璃替换该硅片作为基底。工件台106用于支撑该硅片105，并为该硅片105提供精确地步进或扫描运动。
当调整照明系统102，使得光束在光刻机投影物镜系统104的光瞳面上的光强分布为对称结构时，如图2所示。图2是光强在投影物镜光瞳面对称分布结构图及标记成像水平位置与离焦量之间关系示意图之一。图2的左图是光强在光刻机的投影物镜光瞳面对称分布结构图。图2的右图是标记成像水平位置与离焦量之间关系示意图。因此，当光瞳面上的光强分布为对称结构时，离焦对标记成像水平位置是没有影响的。如果调整照明系统102，使得光束在光刻机投影物镜系统104的光瞳面上的光强分布为非对称结构时，如图3所示。图3是光强在投影物镜光瞳面非对称分布结构图及标记成像水平位置与离焦量之间关系示意图。图3的左图是光强在光刻机的投影物镜光瞳面非对称分布结构图。图3的右图是标记成像水平位置与离焦量之间关系示意图。因此，当光瞳面上的光强分布为非对称结构时，标记成像水平位置与离焦量之间存在线性变化的趋势。
本发明的目的就在于提供一种用于光刻设备的离焦测量方法，利用光瞳面的光强分布呈对称或非对称结构时，标记成像水平位置与离焦量之间的变化的不同特性，将光刻机离焦误差转化为套刻误差，同样通过测量套刻误差来测量离焦误差的大小。
为了实现上述发明目的，本发明提供一种用于光刻设备的离焦测量方法，包括：使第一标记在对称光强分布结构的照明模式下，在最佳焦面处均匀曝光于基底上形成第一标记曝光像；使第二标记在非对称光强分布结构的照明模式下，在不同离焦量下分别曝光于所述第一标记曝光像位置处，形成第二标记曝光像，得到第一套刻标记；获得所述第一套刻标记的套刻误差；根据所述套刻误差和所述不同离焦量计算标记成像水平位置与离焦量间的关系；使标记组合图形在对称光强分布结构的照明模式下，在最佳焦面处均匀曝光于所述基底上其他部分形成第一层标记像；使所述标记组合图形在非对称光强分布结构的照明模式下，在最佳焦面处均匀曝光于所述第一层标记像的偏移一定距离处，形成第二层标记像，以形成第二套刻标记；获得所述第二套刻标记的第二套刻误差；根据所述第二套刻误差以及所述标记成像水平位置与离焦量间的关系，计算标记曝光的离焦量。
具体而言，该用于光刻设备的离焦测量方法如下：
首先利用上文所述的光刻设备将第一标记曝光。该第一标记的结构如图4中所示，图4是光刻标记的结构示意图之一。该标记为矩形标记，由两个同质心的矩形组成，其中位于中间的矩形为不透光区，位于该中间矩形外侧的矩形为透光区。利用图2所示照明设置，即使该投影物镜的光瞳面上的光强分布为对称结构，在最佳焦面处均匀曝光于硅片上9个位置处，如图5所示。图5是图4中所示的标记在最佳焦面处均匀曝光于硅片上9个位置的结构示意图。
其次，再利用上文所述的光刻设备将第二标记曝光。该第二标记的结构如图6中所示，图6是光刻标记的结构示意图之二。该标记为矩形标记，由一个矩形组成，该矩形为透光矩形。利用图3所示照明设置，即使该投影物镜的光瞳面上的光强分布为非对称结构，在不同离焦量下分别曝光到前一步骤所述的曝光位置处，形成套刻标记，如图7所示。图7是图6中所示的标记在最佳焦面处均匀曝光于硅片上9个位置形成套刻标记的结构示意图。
然后，利用套刻机读取前述套刻标记的形成的套刻误差。
根据套刻误差及前述步骤中设定的离焦量，计算标记成像水平位置与离焦量间的关系。
利用所述光刻设备将如图8所示掩模图形区域曝光。图8是掩模图形区的标记组合图形分布示意图，该标记组合图形为第一标记和第二标记的组合，且所述第一标记与所述第二标记之间间隔一定距离d，阴影部分为透光区。利用图2所示照明设置，将图8中所示图形在最佳焦面处均匀曝光于同一硅片不同部分，如图9所示。图9是掩模图形在硅片上曝光后形成的第一层标记。
利用所述光刻设备将如图8所示标记，利用图3所示照明设置在最佳焦面处，均匀曝光到前一步骤所述的曝光位置偏移前述距离d处，形成第二层标记像，形成套刻标记，如图10所示。图10是曝光第2层后，形成套刻标记示意图。
最后，利用套刻机读取前述套刻标记的形成的套刻误差。根据套刻误差以及前述标记成像水平位置与离焦量间的关系，计算标记曝光的离焦量。
与现有技术相比较，本发明所公开的用于光刻设备的离焦测量方法及装置，不需要特殊掩模，将光刻机离焦误差转化为套刻误差，同样通过测量套刻误差来测量离焦误差的大小。其结构简洁，无需新增额外设备，降低误差测量成本。
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 (7)
1. 一种用于光刻设备的离焦测量方法，其特征在于，包括： 使第一标记在对称光强分布结构的照明模式下，在最佳焦面处均匀曝光于基底上形成第一标记像；使第二标记在非对称光强分布结构的照明模式下，在不同离焦量下曝光于所述第一标记像位置处，形成第二标记像，以形成第一套刻标记；获得所述第一套刻标记的套刻误差；根据所述套刻误差和所述不同离焦量计算标记成像水平位置与离焦量间的关系；
使标记组合图形在对称光强分布结构的照明模式下，在最佳焦面处均匀曝光于所述基底上其他部分形成第一层标记像；使所述标记组合图形在非对称光强分布结构的照明模式下，在最佳焦面处均匀曝光于所述第一层标记像的偏移一定距离处，形成第二层标记像，以形成第二套刻标记；获得所述第二套刻标记的第二套刻误差；根据所述第二套刻误差以及所述标记成像水平位置与离焦量间的关系，计算标记曝光的离焦量。
2.如权利要求1所述的离焦测量方法，其特征在于，所述第一标记为矩形标记，由两个同质心的矩形组成，其中位于中间的矩形为不透光矩形，位于所述中间矩形外侧的矩形为透光矩形。
3.如权利要求1所述的离焦测量方法，其特征在于，所述第二标记为矩形标记，由一个矩形组成，所述矩形为透光矩形。
4.如权利要求1所述的离焦测量方法，其特征在于，所述第一标记在最佳焦面处均匀曝光于基底上九个位置处。
5.如权利要求1所述的离焦测量方法，其特征在于，所述标记组合图形为所述第一标记和所述第二标记的组合，且所述第一标记与所述第二标记之间间隔所述一定距离。
6.如权利要求5所述的离焦测量方法，其特征在于，所述第二套刻标记的像为：所述第一层标记像的第二标记部分位于所述第二层标记像的第一标记部分当中。
7.如权利要求5所述的离焦测量方法，其特征在于，所述组合为多个且均匀分布。
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