CN103616166A - 一种投影物镜焦面形状测量标记装置及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种投影物镜焦面形状测量标记装置及应用，含有镀铬区域、透光区域、相位凹槽区域，其中：镀铬区域、透光区域、相位凹槽区域的宽度比为2:1:1；相位凹槽区域具有90°的位相深度。使用时，制作一带有可提高投影物镜焦面形状测量分辨力测量标记的测试掩模，该测量标记均布在整个曝光视场范围内；掩模曝光后，通过测量硅片表面干涉条纹偏移量，并结合公式离焦量与干涉条纹偏移量间对应关系即可获得其投影物镜的真实焦面形状；在光刻机的焦面控制过程中，硅片曝光场进行平面拟合之前将硅片表面高度数据对应的减去投影物镜焦面数据，再将所得结果进行平面拟合进而完成光刻机超高精度的焦面控制。

Description

一种投影物镜焦面形状测量标记装置及应用

技术领域

本发明属于超精密测量技术领域，涉及一种投影物镜焦面形状测量标记装置及其应用。

背景技术

集成电路行业的发展一直遵循着摩尔定律，即集成度每18个月增长1倍，器件的特征尺寸（即分辨力）每18个月缩小到原值的1/2。分辨力的提高可通过缩短曝光波长、增大数值孔径来实现，但两者均会导致光刻焦深的急剧缩短；与此同时，大直径尺寸硅片的采用所带来的硅片平整度、厚度均匀性等问题则要求光刻设备具有大的焦深，以完成硅片的有效曝光；两者的矛盾只有通过高精度的焦面控制技术来解决。通常，人们通过两种方法来实现高精度的焦面控制：高精度的检焦技术和高精度的调平调焦技术。通过采用光度检焦、激光干涉检焦、光栅检焦、气动检焦等技术，可获得纳米级检焦精度，但其检焦装置的结构也变得异常复杂；借助于压电陶瓷、音圈电机等高精度执行机构，通过复杂的调平调焦解耦算法可实现硅片的有效调平调焦。

而在上述的焦面控制技术中，均假定投影物镜的焦面为一平面，故通过将检焦测得的硅片表面的进行平面拟合再通过对拟合平面的调平调焦来实现整个硅片的焦面控制。而实际上投影物镜由于加工、装配等误差导致其焦面实际为一曲面，故采用上述技术进行焦面控制时，必然导致硅片表面部分区域的离焦进而影响曝光质量。

随着大规模集成电路制造过程中特征尺寸的进一步减小和光刻有效焦深的日益缩短，对超高精度焦面控制技术的需求日益迫切，解决这一问题已变得迫在眉睫。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种测量投影物镜真实焦面形状的测量标记装置，并提供了该测量标记装置在提高光刻机焦面控制精度方面的应用，以解决投影物镜焦面形状影响光刻机焦面控制精度的问题。

为此本发明提供为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种投影物镜焦面形状测量标记装置，其特征在于：所述投影物镜焦面形状测量标记装置依次含有镀铬区域、透光区域、相位凹槽区域，其中：

镀铬区域、透光区域、相位凹槽区域的宽度比为2:1:1；相位凹槽区域具有90°的位相深度。

一种投影物镜焦面形状测量标记装置，所述投影物镜焦面形状测量标记装置依次含有镀铬区域、相位凹槽区域、透光区域、，其中：

镀铬区域、相位凹槽区域、透光区域的宽度比为2:1:1；相位凹槽区域具有90°的位相深度；能够提高投影物镜焦面形状测量分辨力。

制作一带有投影物镜焦面形状测量分辨力测量标记装置的测试掩模，将所述的投影物镜焦面形状测量分辨力的测量标记装置，均布在测试掩模整个曝光视场范围内，测试掩模曝光后，通过测量硅片表面干涉条纹偏移量，并结合硅片离焦量与干涉条纹偏移量间对应关系即获得其投影物镜的真实焦面形状。

一种光刻机超高精度的焦面控制方法，根据所述的投影物镜的真实焦面形状，在光刻机的焦面的形状控制过程中，硅片曝光场进行平面拟合之前将硅片表面高度数据对应的减去投影物镜真实焦面数据，再将所得结果进行平面拟合进而完成光刻机超高精度的焦面控制。

本发明具有的有益效果是：由于光刻机投影物镜完成装配后，其焦面形状就已经固定，利用该测量标记可获得投影物镜的真实焦面形状；在光刻机的焦面控制过程中，硅片曝光场进行平面拟合之前将硅片表面高度数据对应的减去投影物镜焦面数据，所得结果进行平面拟合进而完成光刻机超高精度的焦面控制；与现有技术相比，本发明将投影物镜焦面形状纳入光刻机焦面控制技术的考虑范围，可有效提高光刻机焦面控制精度。本发明可用于光刻机、显微镜等设备中高精度焦面控制。

附图说明

图1为投影物镜焦面形状测量标记装置的结构示意图；

图2为投影物镜焦面形状测量标记装置的A-A向结构示意图；

图3为可提高投影物镜焦面形状测量分辨力的测量标记装置结构示意图；

图4为测量投影物镜焦面形状的测试掩模结构示意图。

图中元件说明：

1-镀铬区域，2-透光区域，3-相位凹槽区域

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加明确，下面结合附图对本发明的工作原理、结构及具体实施方式进一步介绍。

如图1、图2示出本发明提供的投影物镜焦面形状测量标记装置结构示意图，该测量标记含有镀铬区域1、透光区域2、相位凹槽区域3，其中：

镀铬区域1、透光区域2、相位凹槽区域3的宽度比为2:1:1；相位凹槽区域3具有90°的位相深度；镀铬区域1为在玻璃基底上镀金属铬，透光区域2、相位凹槽区域3为玻璃基底。

图3示出可提高投影物镜焦面形状测量分辨力的测量标记装置结构示意图，交换透光区域、相位凹槽区域位置后，可与原测量标记形成可提高投影物镜焦面形状测量分辨力的测量标记装置。

图4示出测量投影物镜焦面形状的测试掩模结构示意图；

工作原理：投影物镜焦面形状测量标记装置（如图1）由不透光的镀Cr区域1、透光区域2和相位凹槽区域3组成，其中镀Cr区域1、透光区域2和相位凹槽区域3的宽度比为2:1:1（如图2），相位凹槽区域3具有90°的位相深度。该测量标记可视为相位光栅与偏移光栅的组合体，其中，相位光栅对各阶衍射光均产生90°的相位延迟，而偏移光栅则对-1阶衍射光产生90°相位超前对+1阶衍射光产生90°的相位延迟。两者联合起来使-1阶衍射光消失而使+1阶衍射光得到增强。当对测量标记进行曝光时，其非对称的0阶衍射光与+1阶衍射光将发生干涉效应进而在硅片表面形成驻波；由于干涉条纹沿着驻波方向形成，故当硅片发生离焦时，干涉条纹将沿X轴方向移动。

当曝光波长取λ，干涉条纹周期为P时，到达硅片表面的干涉光的幅值为：

$E(x,z)=c_0+c_1\exp \left[2\mathrm{\πi}(\frac{x}{P}+\mathrm{\κz}-W_{+1})\right]---\left(1\right)$

其中，x、z分别为沿坐标轴X轴、Z轴坐标值，i为虚数单位，c₀、c₁分别为0阶和+1阶衍射光的傅里叶系数，W₊₁为+1阶衍射光的波前误差，此时，干涉条纹的光强分部为：

$I(x,z)=c_0^2+c_1^2+2c_0{c}_1\cos \left[2\mathrm{\π}(\frac{x}{P}+\mathrm{\κz}-W_{+1})\right]---\left(2\right)$

当位置x位于干涉条纹的亮条纹处时，式(2)的余弦部分必为1，即：

$\frac{x}{P}+\mathrm{\κz}-W_{+1}=0---\left(3\right)$

式(3)表明条纹横向运动量x正比于硅片离焦量z。为增强其离焦测量灵敏度，设计了利用0阶和-1阶衍射光进行干涉成像的测量标记，其条纹横向运动量x′与硅片离焦量z间关系为：

$-\frac{x^{\′}}{P}+\mathrm{\κz}-W_{-1}=0---\left(4\right)$

式中，W_-1为-1阶衍射光的波前误差。两种测量标记装置的组合形式如图3所示，由于发生离焦时，两种测量标记装置所成的像的移动方向相反，故其条纹横向运动量Δx与硅片离焦量z间关系为：

$\frac{x^{\′}-x}{P}=\frac{\mathrm{\Δx}}{P}=2\mathrm{\κz}-(W_{+1}+W_{-1})---\left(5\right)$

其中(W₊₁+W_-1)代表球差、象散等均匀偏差，为定值，故其离焦测量分辨力为：

$\left|\frac{d\left(\mathrm{\Δx}\right)}{\mathrm{dz}}\right|=2\mathrm{\κP}=\frac{2}{\mathrm{\λ}}(P-\sqrt{P^2-{\mathrm{\λ}}^2})---\left(6\right)$

d(Δx)、dz分别为Δx及z的微分。

这样采用可提高投影物镜焦面形状测量分辨力的测量标记装置（图3）其测量分辨力可提高一倍。

制作一带有可提高测量分辨力测量标记装置的测试掩模（如图4），其测量标记装置均布在整个曝光视场范围内。测试掩模曝光后，利用套刻测量工具可得各测量标记装置在硅片表面所成像的相对位置偏移量，即硅片表面干涉条纹偏移量Δx，再结合公式(5)即可获得投影物镜相应位置处的离焦量z，将各个离散的离焦量z进行曲面拟合即可获得其投影物镜的真实焦面形状。在光刻机的焦面控制过程中，硅片曝光场进行平面拟合之前将硅片表面高度数据对应的减去投影物镜焦面数据，再将所得结果进行平面拟合进而完成光刻机超高精度的焦面控制。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种投影物镜焦面形状测量标记装置，其特征在于：所述投影物镜焦面形状测量标记装置依次含有镀铬区域、透光区域、相位凹槽区域，其中：

镀铬区域、透光区域、相位凹槽区域的宽度比为2:1:1；相位凹槽区域具有90°的位相深度。

2.一种投影物镜焦面形状测量标记装置，其特征在于：所述投影物镜焦面形状测量标记装置依次含有镀铬区域、相位凹槽区域、透光区域、，其中：

镀铬区域、相位凹槽区域、透光区域的宽度比为2:1:1；相位凹槽区域具有90°的位相深度；能够提高投影物镜焦面形状测量分辨力。

3.制作一带有投影物镜焦面形状测量分辨力测量标记装置的测试掩模，其特征在于：将权利要求1或2所述的投影物镜焦面形状测量分辨力的测量标记装置，均布在测试掩模整个曝光视场范围内，测试掩模曝光后，通过测量硅片表面干涉条纹偏移量，并结合硅片离焦量与干涉条纹偏移量间对应关系即获得其投影物镜的真实焦面形状。

4.一种光刻机超高精度的焦面控制方法，其特征在于：根据权利要求3所述的投影物镜的真实焦面形状，在光刻机的焦面的形状控制过程中，硅片曝光场进行平面拟合之前将硅片表面高度数据对应的减去投影物镜真实焦面数据，再将所得结果进行平面拟合进而完成光刻机超高精度的焦面控制。

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