CN103472676B - 一种波像差测量标记及波像差测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种波像差测量物面标记，形成在光刻机系统的掩模上，其特征在于该物面标记包括光栅标记和小孔标记，光栅标记和小孔标记分别在标记面上排成列，每个光栅标记和每个小孔标记构成一组标记并且排成一行。同时还提出了使用该物面标记测量波像差的方法。由于本发明的波像差测量物面标记既包括光栅标记，又包括小孔标记，在通过剪切干涉条纹测量波像差的同时，通过小孔标记测量剂量，从而提高了波像差测量精度，减小了光强不均匀性对波像差检测精度的影响。

Description

一种波像差测量标记及波像差测量方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地涉及一种光刻物镜波像差测量标记及波像差测量方法。

背景技术

半导体行业的一个目标是在单个集成线路（IC）中集成更多的电子元件。要实现这个目标需不断地缩小元件尺寸，即不断地提高光刻投影系统的分辨率。物镜波像差是限制投影系统分辨率的重要因素，它是造成线宽变化的重要原因。

虽然物镜在加工制造和装配过程中都经过了严格的检验和优化，使其波像差最小化，在物镜系统集成到光刻机后进行在线的波像差测量仍然必要。这是因为镜片材料的老化或是物镜热效应会造成波像差，因此，在光刻机工作过程中需经常的测量波像差，并根据测量结果调整物镜中特定镜片的位置以减小波像差。若需在短时间范围内校正物镜热效应，则需更频繁地进行波像差测量。

在线测量波像差的一种方法是剪切干涉法。该方法使用曝光光束进行测量，在物面使用小孔产生探测光源，小孔经物镜成像到像面剪切光栅并在远场产生剪切干涉条纹，使用二维阵列光敏元件在物镜光瞳的共轭面记录干涉图像。测量过程中需改变光源与光栅的相对位置（移相）以获得不同的干涉条纹，分析这些图像可得到物镜波像差。这一方法可以实现高精度的波像差测量。在该方法中，由于剂量控制精度的限制使得测量时桢图像之间存在能量波动，从而影响波像差检测精度。其次，由于采用远场测量，传感器面处的光强不均匀性对波像差检测精度影响很大。

发明内容

本发明的目的在于提出一种波像差测量标记及波像差测量方法，在通过剪切干涉条纹测量波像差的同时，通过小孔标记测量剂量，从而提高波像差测量精度，减小光强不均匀性对波像差检测精度的影响。

一种波像差测量物面标记，形成在光刻机系统的掩模上，其特征在于该物面标记包括光栅标记和小孔标记，光栅标记和小孔标记分别在标记面上排成列，每个光栅标记和每个小孔标记构成一组标记并且排成一行。

较优地，所述光栅标记至少包含4个透光线条。

较优地，所述光栅标记周期P与投影物镜数值孔径NA、曝光波长λ和移相步数N相关，按照P=N*λ/NA计算，其中N大于等于8。

较优地，所述小孔标记可以是方孔或圆孔。

较优地，测量标记分为物面标记和像面标记。

较优地，所述物面标记位于投影物镜上方的掩模面上，所述像面标记位于投影物镜下方的光栅面上。

较优地，所述物面标记的尺寸与所述像面标记的尺寸成比例关系，所述比例为投影物镜的放大倍率值。

较优地，所述物面标记用于波像差检测，所述像面标记用于剂量探测。

本发明还公开了一种使用上述物面标记进行波像差测量的方法，包括如下步骤：

（1）所述测量标记分为物面标记和像面标记，将所述物面标记放置于投影物镜上方的掩模面上，所述像面标记放置于投影物镜下方的光栅面上；

（2）所述物面标记经过投影物镜成像到像面标记处，分别形成光栅标记像和小孔标记像，所述光栅标记像为用于波像差检测的剪切干涉条纹像，所述小孔标记像为用于剂量探测的物镜光瞳图像；

（3）图像传感器记录所述剪切干涉条纹像与光瞳图像；

（4）利用所述光瞳图像计算所述剂量，对剪切干涉条纹像进行校正；

（5）使用校正后的剪切干涉条纹像计算投影物镜波像差。

其中，步骤（2）还包括：改变所述物面标记与像面标记之间的相对位置，从而在不同相移条件下测量所述剪切干涉条纹像和物镜光瞳像，剪切干涉条纹像和物镜光瞳像成一一对应关系。

其中，所述光栅标记至少包含4个透光线条。

其中，所述光栅标记周期P与投影物镜数值孔径NA、曝光波长λ和移相步数N相关，按照P=N*λ/NA计算，其中N大于等于8。

其中，所述小孔标记可以是方孔或圆孔。

其中，所述物面标记的尺寸与所述像面标记的尺寸成比例关系，所述比例为所述投影物镜的放大倍率值。

其中，所述图像传感器为二维阵列光敏元件。

由于本发明的波像差测量物面标记既包括光栅标记，又包括小孔标记，在通过剪切干涉条纹测量波像差的同时，通过小孔标记对像面的能量同时进行测量。获取剪切光栅处的实际剂量，并使用该剂量计算对应光强后对图像传感器记录的剪切干涉条纹图像进行校正，消除剂量波动以及像面光强不均匀性的影响。

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为光刻装置波像差测量结构示意图；

图2为本发明波像差测量物面标记结构示意图；

图3为现有技术测量波像差结果模拟图；

图4为使用本发明测量波像差结果模拟图；

图5为使用现有技术与使用本发明测量波像差结果比较图。

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。

图1为光刻装置波像差测量结构示意图。图中11为光源，光源发出的光经过照明系统13入射到掩模面。位于掩模面31的物面标记33发生衍射。掩模面位于掩模台21上，并可随其运动。探测光经过物镜14后被剪切光栅34衍射，并在图像传感器42探测面形成剪切干涉条纹，被其探测，其中图像传感器可为二维阵列光敏元件。剪切光栅34位于光栅面32。光栅面位于工件台22上，并可随其运动。优选地，光栅面可以与像面重合，以下以光栅面与像面重合为例进行说明。

图2为本发明波像差测量物面标记33结构示意图。如图2所示，物面标记33包括光栅标记51，53与小孔标记52，54。标记51与标记52为一组，测量时，光栅标记用于进行波像差检测，小孔标记用于进行剂量探测。参照图2所示，光栅面32处的剪切光栅34的像面标记构成与物面标记33构成相同，也包括两个光栅标记和两个小孔标记。物面标记和像面标记的小孔标记可以是各种形状的小孔，例如方孔或圆孔，以下以方孔为例进行说明。光栅面处的光栅标记周期与方孔标记大小与物面标记不同。若物面标记33中光栅标记51与53的周期为P,方孔标记52，54的宽度为W，则光栅面处的光栅标记34中相应的的标记周期为P/n，相应的方孔标记宽度为W/n，n为物镜的倍率，以下以n=4为例进行说明，此外W可选地大于60um小于200um。其中，光栅标记周期P与投影物镜数值孔径NA、曝光波长λ和移相步数N相关，按照P=N*λ/NA计算。优选地，光栅标记都包含4个以上透光线条；光栅标记与方孔标记位于同一行，即在x方向存在一定位置偏差，优选为0.5mm以上，在y方向位置偏差为0，其中x方向和y方向垂直，xy平面为水平面。

测量时，图像探测器42同时记录通过光栅面的光栅标记与通过方孔标记的光强。通过光栅面的光栅标记的为剪切干涉仪条纹，通过方孔标记的为物镜光瞳图像。

测量过程中需通过掩模台21、工件台22改变物面标记33与剪切光栅34的像面标记之间的相对位置，即在不同的相移条件下使用图像传感器测量剪切干涉条纹。收集和分析不同移相条件下的图像信息可以计算物镜波像差。对于每次测量，都将通过图像传感器获取N幅剪切干涉条纹图像与N幅光瞳图像。同时二者应该是一一对应关系。利用获取的N幅光瞳图像对剪切干涉仪条纹图像进行剂量探测及光强计算校正后再进行波像差拟和，即可消除剂量波动以及光强不均匀性对波像差检测的影响，提高波像差检测精度。

图1中使用的光源为脉冲激光器。当前光刻机中使用的主流光源为193nm的ArF脉冲激光器和248nm的KrF脉冲激光器。在本方案中，物面标记可以直接用掩模版制成，光栅周期可取为5um，方孔尺寸可选取为80um。测量时，该掩模版可以上载到掩模台上，并随掩模台一起运动。光栅面的光栅标记可取为5/4um，光栅面的方孔尺寸可取为20um。剪切光栅可固定在工件台上，并随工件台一起运动。进行波像差测量时，移动掩模台使照明光源透过物面标记的一个方向的一组光栅与方孔；移动工件台或者掩模台，使物面标记的光栅标记与方孔标记成像到与其方向相同的剪切光栅的像面标记上。图像传感器位于剪切光栅下方足够远的地方，以形成远场探测条件。图像传感器的探测面与物镜光瞳面共轭，剪切光栅产生干涉条纹由图像传感器接收。移动掩模台或工件台，或同时移动两者，改变物面标记与剪切光栅的像面标记间的相对位置，即进行移相，使用图像传感器记录一组不同相移下的干涉条纹以及光瞳图像，即可进行剂量探测与光强计算，之后，再进行分析计算和校正光瞳面的波像差。移动掩模台或工件台，使用另一个方向的另一组方孔标记和光栅标记，按照上述类似的方法，可测量光瞳面另一方向上的波像差。将这两个方向的波像差组合，即可得到光瞳面完整的波像差结果。

图3为现有技术测量波像差结果模拟图，图4为使用本发明测量波像差结果模拟图，图5为使用现有技术与使用本发明测量波像差结果比较图。从图中可以看出，如果采用本发明的技术方案对剂量以及光瞳面光强不均匀性进行校正，波像差测量精度可提高0.3nm。

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 (12)

1.一种波像差测量标记，其特征在于所述测量标记分为物面标记和像面标记，所述物面标记放置于投影物镜上方的掩膜面上，所述像面标记放置于投影物镜下方的光栅面上；

所述物面标记和像面标记均包括光栅标记和小孔标记，所述光栅标记用于进行波像差检测，所述小孔标记用于进行剂量探测；

所述光栅标记和小孔标记分别在标记面上排成列，每个光栅标记和每个小孔标记构成一组标记并且排成一行。

2.如权利要求1所述的波像差测量标记，其特征在于所述光栅标记至少包含4个透光线条。

3.如权利要求1所述的波像差测量标记，其特征在于所述光栅标记周期P与投影物镜数值孔径NA、曝光波长λ和移相步数N相关，按照P=N*λ/NA计算，其中N大于等于8。

4.如权利要求1所述的波像差测量标记，其特征在于所述小孔标记可以是方孔或圆孔。

5.如权利要求1所述的波像差测量标记，其特征在于所述物面标记的尺寸与所述像面标记的尺寸成比例关系，所述比例为投影物镜的放大倍率值。

6.一种使用如权利要求1所述的测量标记进行波像差测量的方法，包括如下步骤：

（1）所述测量标记分为物面标记和像面标记，将所述物面标记放置于投影物镜上方的掩模面上，所述像面标记放置于投影物镜下方的光栅面上；

（2）所述物面标记经过投影物镜成像到像面标记处，分别形成光栅标记像和小孔标记像，所述光栅标记像为用于波像差检测的剪切干涉条纹像，所述小孔标记像为用于剂量探测的物镜光瞳图像；

（3）图像传感器记录所述剪切干涉条纹像与光瞳图像；

（4）利用所述光瞳图像计算所述剂量，对剪切干涉条纹像进行校正；

（5）使用校正后的剪切干涉条纹像计算投影物镜波像差。

7.如权利要求6所述的测量方法，其特征在于，步骤（2）还包括：改变所述物面标记与像面标记之间的相对位置，从而在不同相移条件下测量所述剪切干涉条纹像和物镜光瞳像，剪切干涉条纹像和物镜光瞳像成一一对应关系。

8.如权利要求6所述的测量方法，其特征在于所述光栅标记至少包含4个透光线条。

9.如权利要求6所述的测量方法，其特征在于所述光栅标记周期P与投影物镜数值孔径NA、曝光波长λ和移相步数N相关，按照P=N*λ/NA计算，其中N大于等于8。

10.如权利要求6所述的测量方法，其特征在于所述小孔标记可以是方孔或圆孔。

11.如权利要求6所述的测量方法，其特征在于所述物面标记的尺寸与所述像面标记的尺寸成比例关系，所述比例为所述投影物镜的放大倍率值。

12.如权利要求6所述的测量方法，其特征在于所述图像传感器为二维阵列光敏元件。