CN104777715A - 一种测量光刻机垂向测量系统反射镜面形的方法 - Google Patents

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本发明提出一种测量光刻机垂向测量系统反射镜面形的方法，其特征在于包括如下步骤：1）上载基底至工件台，上载具有可确定最佳焦面标记的掩模至掩模台；2）保持工件台Y向位置不变，利用干涉仪控制工件台在Z向上步进n次，工件台每步进一次，在X向同样步进一个步距，将掩模上所述标记曝光至基底上；3）n个高度曝光完毕后，工件台Y向步进一个步距，重复步骤2），直到曝光完整个基底，共曝光m组标记；4）将基底显影、烘干，再次上载到工件台上，读取n×m个标记的对准位置；5）根据所述对准位置计算标记的对准偏移量，根据对准偏移量与离焦量的关系计算得出每个Y向位置处yi的最佳焦点位置BF，则最佳焦点位置的变化量，其中，F-T为工件台位置；6）根据m个位置yi和对应的镜面实际位置距离名义位置距离Δhi，拟合所述反射镜面形，其中，。

Description

一种测量光刻机垂向测量系统反射镜面形的方法
 
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别地，涉及一种测量光刻机垂向测量系统反射镜面形的方法。
背景技术
随着半导体集成电路集成度的提高，集成电路的特征尺寸越来越小。而集成电路的特征尺寸最终由光学投影装置决定。随着特征尺寸越来越小，光学投影装置的焦深也越来越小。因此实现高精度光刻工艺的关键技术之一是精确的控制硅片上表面处于光学投影装置的焦深范围内。
美国专利US6208407B1提出一种承载硅片的运动台的垂向运动通过干涉仪控制的光刻机装置，如图1所示，其在运动台侧面安装一面45度倾斜反射镜，在运动台上方装有反射镜，如图2所示，利用这两块反射镜即可以测量出运动台垂向的运动。
反射镜尽管经过了精密的机械加工、打磨，但是在其表面上仍然不可避免的会存在缺陷，即使缺陷只有几纳米，也会使干涉仪的测量光束的光程发生变化，从而导致干涉仪的测量值与真实值存在偏差，使运动台的定位精度产生误差。为尽可能减少上述误差，必须测出反射镜表面的面形，然后对面形进行修正补偿，从而满足精度要求。
美国专利US7333174B2提出一种利用多个调焦调平传感器测量反射镜面形的方法，该方法通过干涉仪控制运动台垂向运动，利用调焦调平传感器测量硅片上表面高度，通过计算得出反射镜面形对干涉仪的影响。但是这种方法需要多个调平调焦传感器参与，会提高整机的成本。
发明内容
本发明利用曝光的方法，不需要调平调焦传感器参与，来达到测量光刻机垂向测量系统反射镜面形的方法。
本发明提出一种测量光刻机垂向测量系统反射镜面形的方法，其特征在于包括如下步骤：
1）上载基底至工件台，上载具有可确定最佳焦面标记的掩模至掩模台；
2）保持工件台Y向位置不变，利用干涉仪控制工件台在Z向上步进n次，工件台每步进一次，在X向同样步进一个步距，，将掩模上所述标记曝光至基底上；
3）n个高度曝光完毕后，工件台Y 向步进一个步距，重复步骤2），直到曝光完整个基底，共曝光m组标记；
4）将基底显影、烘干，再次上载到工件台上，读取n×m个标记的对准位置；
5）根据所述对准位置计算标记的对准偏移量，根据对准偏移量与离焦量的关系计算得出每个Y向位置处yi的最佳焦点位置BF，则最佳焦点位置的变化量                                                ，其中，F-T为工件台位置；
6）根据m个位置yi和对应的镜面实际位置距离名义位置距离Δhi，拟合所述反射镜面形，其中，。
较优地，利用最小二乘法拟合反射镜面形曲线。
其中，利用对准系统读取所述n×m个标记的对准位置。
其中，利用四次曲线表征反射镜面形，则，其中a、b、c、d、e为四次曲线的系数，m组Y向位置数据可表示成如下矩阵形式：
即：
可求得：，其中B表征反射镜面形。
本发明的技术方案不需要利用调平调焦传感器，可消除调平调焦传感器自身的重复性带来的测试误差，提高测试的精度。同时，如果在双台架构的光刻机上使用，曝光位不需要调焦调平传感器，可降低成本。
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为现有光刻机垂向测量系统结构示意图；
图2为现有光刻机垂向测量系统反射镜设置示意图；
图3为本发明测量光刻机垂向测量系统反射镜面形流程图；
图4为本发明掩模标记结构示意图；
图5为图4中标记曝光后在硅片上分布示意图；
图6为标记对准偏移量与离焦量关系示意图；
图7为最佳焦点高度与反射镜面形关系示意图；
图8为反射镜面形拟合曲线。
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。
本发明通过FOCAL（Focus calibration using alignment procedure）的方法来确定最佳焦面高度。FOCAL技术是一种用于检测光刻机轴向像质参数的主要技术。在FOCAL方法中，首先将一种特定的FOCAL标记（如图4）在不同的离焦量下曝光，之后利用光刻机光学对准系统检测曝光到基底上的FOCAL标记的对准偏移量（Alignment Offset，AO）。利用检测得到的对准偏移量计算得到FOCAL标记的Z向偏移量。最后利用FOCAL标记的Z向偏移量计算得到最佳焦面、像散等光刻机轴向像质参数。
本发明基于图1所示的光刻机结构，如图所示，包括照明系统，承载掩模的掩模台，用于投影成像的投影物镜，测量基底上标记位置的对准系统，承载基底的工件台，且工件台垂向由图1和图2所示的干涉仪控制。垂直于工件台表面、指向投影物镜的方向为Z轴，远离干涉仪的方向为X轴，与45度反射镜平行的方向为Y轴，X轴、Y轴、Z轴组成工件台坐标系，且服从右手螺旋定理。工件台坐标系原点位于工件台上表面且在工件台的中心位置，随着工件台的移动而移动。工件台位置定义为光轴在工件台坐标系下的位置；定义工件台零位坐标系为当工件台处于零位时的工件台坐标系，且此时垂向干涉仪读数为零。其中，投影物镜光轴位置最佳焦点在工件台零位坐标系的位置已知，为F；基底厚度已知，为T，则上载基底后，基底上表面位于最佳焦点处时，工件台位置为P，其中P=F-T。针对图1和2所示的工件台垂向测量系统，本发明提出一种测量45度反射镜面形的方法，具体流程如图3所示，包括以下步骤：
1）上载基底至工件台，上载具有可确定最佳焦面标记的掩模至掩模台；
2）保持工件台Y向位置不变，利用干涉仪控制工件台在Z向上步进n次，工件台每步进一次，在X向同样步进一个步距，，将掩模上所述标记曝光至基底上；
3）n个高度曝光完毕后，工件台Y 向步进一个步距，重复步骤2），直到曝光完整个基底，共曝光m组标记；
4）将基底显影、烘干，再次上载到工件台上，读取n×m个标记的对准位置；
5）根据所述对准位置计算标记的对准偏移量，根据对准偏移量与离焦量的关系计算得出每个Y向位置处yi的最佳焦点位置BF，则最佳焦点位置的变化量，其中，P为工件台位置；
6）根据m个位置yi和对应的镜面实际位置距离名义位置距离Δhi，拟合该45度反射镜面形，其中，。
具体地，将中心位置为一个FOCAL标记的掩模上载至掩模台，上载涂好光刻胶的基底到工件台，优选地，该基底为超平硅片。在同一Y处，利用干涉仪控制工件台垂向位置在 [F-T-D, F-T+D] 范围内步进n次，每步进到一个高度，照明系统打光，将掩模上的FOCAL标记曝光到基底上。为了防止n个标记重合，工件台垂向每步进一次，工件台X向同样步进一个步距。n个高度曝光完毕，工件台Y向步进一个步距，再次在[F-T-D, F-T+D]步进曝光n次，直到曝光完整个基底，共曝光m组标记。曝光完成后，标记在硅片上的分布示意图如图5所示。将基底显影、烘干后，重新上载到工件台上，利用对准系统读取硅片上n×m个FOCAL标记的对准位置。根据对准位置和名义位置计算FOCAL标记的对准偏移量（Alignment Offset，AO）。AO与离焦量（Defocus）的关系如图6所示。通过数据处理，计算得出每个Y位置（yi）处的最佳焦点位置（BF），则最佳焦点位置的变化量, P=F-T,P为工件台位置。最佳焦点高度与反射镜的面形如图7所示，在yi处，镜面实际位置距离名义位置距离为Δhi，则基底上表面位于最佳焦面时，干涉仪获取的由面形引起的工件台高度变化量。即。
如图8所示，根据m个位置yi和对应的Δhi，利用最小二乘法，可将表征反射镜面形的曲线拟合，这里利用四次曲线表征反射镜面形，则，其中a、b、c、d、e为四次曲线的系数。m组数据可写成如下矩阵形式：
即：
可求得：，其中B表征反射镜面形。
本发明的技术方案不需要利用调平调焦传感器，可消除调平调焦传感器自身的重复性带来的测试误差，提高测试的精度。同时，如果在双台架构的光刻机上使用，曝光位不需要调焦调平传感器，可降低成本。       
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 (4)

1.一种测量光刻机垂向测量系统反射镜面形的方法，其特征在于包括如下步骤：
1）上载基底至工件台，上载具有可确定最佳焦面标记的掩模至掩模台；
2）保持工件台Y向位置不变，利用干涉仪控制工件台在Z向上步进n次，工件台每步进一次，在X向同样步进一个步距，，将掩模上所述标记曝光至基底上；
3）n个高度曝光完毕后，工件台Y 向步进一个步距，重复步骤2），直到曝光完整个基底，共曝光m组标记；
4）将基底显影、烘干，再次上载到工件台上，读取n×m个标记的对准位置；
5）根据所述对准位置计算标记的对准偏移量，根据对准偏移量与离焦量的关系计算得出每个Y向位置处yi的最佳焦点位置BF，则最佳焦点位置的变化量                                               ，其中，P为工件台位置；
6）根据m个位置yi和对应的镜面实际位置距离名义位置距离Δhi，拟合所述反射镜面形，其中，。
2. 如权利要求1所述的测量光刻机垂向测量系统反射镜面形的方法，其特征在于：利用最小二乘法拟合反射镜面形曲线。
3. 如权利要求1所述的测量光刻机垂向测量系统反射镜面形的方法，其特征在于：利用对准系统读取所述n×m个标记的对准位置。
4. 如权利要求2所述的测量光刻机垂向测量系统反射镜面形的方法，其特征在于：利用四次曲线表征反射镜面形，则，其中a、b、c、d、e为四次曲线的系数，m组Y向位置数据可表示成如下矩阵形式：
即：
可求得：，其中B表征反射镜面形。
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