CN105446086A - 光刻系统中照明均匀性测量方法 - Google Patents

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周烽
王君
王辉
郭本银
金春水
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
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Abstract

光刻系统中照明均匀性测量方法，涉及光刻技术领域，解决现有方法存在由于曝光视场内曝光剂量不均匀，导致局部过曝光和局部欠曝光，从而引起图案断裂或连接等问题，本发明所述的测量方法，曝光光源在通过前组光学元件和后组光学元件后，投射到掩模面上的光强分布情况，测量过程中，通过在曝光光学系统掩模面处安装的小孔探测器XY方向扫描实现照明均匀性分析。一方面，通过采用扫描的方式对掩模面的光强进行全场测量，或者整个曝光视场的光强分布，表征掩模照明均匀性；另一方面，该方法通过同时对光源和掩模的测量，剔除因光源不稳定性造成的测量误差，更为准确地获得了因照明系统在掩模面的照明均匀性。

Description

光刻系统中照明均匀性测量方法
技术领域
本发明涉及光刻技术领域，具体涉及一种光刻系统中照明均匀性测量方法，可应用于评估光刻系统照明均匀性。
背景技术
光刻技术的工艺流程一般分为硅片预处理、涂胶、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀、去胶、和套刻等，是一个较为复杂的过程。其中，曝光是关系到光刻能否实现的关键工艺环节，是指用特定波长和强度的光照射掩模，经投影物镜后在晶圆面上实现与掩模图案相对应的空间光强分布，使晶圆面上的光刻胶发生光化学反应，并经显影等处理后，最终将掩模图案转移到光刻胶中。
曝光剂量是决定曝光质量的关键参数，是特定位置上光强与曝光时间的乘积，其单个视场点的曝光剂量的时间均匀性决定了光刻曝光工艺的有效性，全视场内曝光剂量的空间均匀性决定了硅片整体图案质量，具体地讲，如果曝光视场内曝光剂量不均匀，无论在何种曝光工艺下，均会造成局部过曝光和局部欠曝光，从而导致图案断裂或连接。基于此，本发明提供一种光刻系统中掩模面上照明空间均匀性的测量方法，对照明空间均匀性进行表征，为系统装调和优化提供输入和方向。
发明内容
本发明为解决现有方法存在由于曝光视场内曝光剂量不均匀，导致局部过曝光和局部欠曝光，从而引起图案断裂或连接等问题，提供一种光刻系统中掩模面上照明空间均匀性的测量方法。
光刻系统中掩模面上照明空间均匀性的测量方法，该方法由以下步骤实现：
步骤一、在曝光光学系统的中间焦点IF处安装带有中心孔的四象限探测器，在曝光光学系统的掩模面处安装小孔探测器；
步骤二、曝光光源出射光束经前组光学元件聚焦于中心焦点IF点后经后组光学元件汇聚于掩模面处；
步骤三、所述四象限探测器用于监控t时刻光束在IF点的光强信息，小孔探测器用于监测t时刻光束经过后组光学元件投射到Mask面处的光强分布信息；
步骤四、采用四象限探测器获得的光强信息修正小孔探测器在t时刻探测到的Mask面处的光强信息；建立修改正后的小孔探测器探测Mask面处的光强信息与小孔探测器的移动位置的函数关系，获得光刻系统中照明均匀性的信息。
本发明的有益效果：本发明所述的照明均匀性测量方法，曝光光源在通过前组光学元件和后组光学元件后，投射到掩模面上的光强分布情况，测量过程中，通过在曝光光学系统掩模面处安装的小孔探测器XY方向扫描实现照明均匀性分析。
一、本发明的照明均匀性测量方法，在IF点处安装四象限探测器，采用监控边缘光线光强的方式监控曝光光源稳定性，可用于对小孔探测器所探测到的Mask面处照明均匀性信息进行修正，提高照明均匀性测量精度；
二、本发明的照明均匀性测量方法，可以指导曝光光学系统中照明系统的在线装调并实现照明均匀性的高精度测量。
三、本发明通过采用扫描的方式对掩模面的光强进行全场测量，或者整个曝光视场的光强分布，表征掩模照明均匀性；另一方面，该方法通过同时对光源和掩模的测量，剔除因光源不稳定性造成的测量误差，更为准确地获得了因照明系统在掩模面的照明均匀性。
附图说明
图1为本发明所述的光刻系统中掩模面上照明空间均匀性的测量方法的测量原理图；
图2为本发明所述的光刻系统中掩模面上照明空间均匀性的测量方法中后组光学元件的结构示意图；
图3为光刻系统中掩模面上照明空间均匀性的测量方法中小孔探测器的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，光刻系统中照明均匀性测量方法，该方法由以下步骤实现：
(1)曝光光源1工作，前组光学元件中第一反射镜2和第二反射镜3将光源辐射输出的光聚焦于中心焦点IF点4处；
(2)IF4处安装带有中心孔的四象限探测器，用以监控光源稳定性；
(3)光源经过IF点，经由后组光学元件汇聚于掩模面8处；
(4)掩模面8处安装小孔探测器；所述小孔探测器包括光电探测器9和小孔板10；光源经掩模面8后，经小孔板10被光电探测器9接收。
(5)小孔探测器固定在XY调整台上，随调整台进行XY方向扫描，获得t时刻光源经过照明系统后，投射到Mask面处的光强分布信息；
(6)IF点处安装的四象限探测器监控t时刻光源在IF点处的光强信息，用以修正小孔探测器在t时刻探测到的Mask面处的光强；
(7)建立修正后的小孔探测器所记录的Mask面处的光强信息与小孔探测器移动位置(x，y)的函数，获得照明均匀性的信息。
本实施方式中IF4处的四象限探测器和Mask面8处的小孔探测器9类型均为光电二极管。
本实施方式所述的前组光学元件由第一反射镜2和第二反射镜3组成，所述曝光光源1出射光束经第一反射镜2反射至第二反射镜3的边缘，再经第二反射镜3的边缘反射后经第二反射镜2通光口后聚焦于中心焦点IF4处。所述后组光学元件由第三反射镜5、第四反射镜6和第五反射镜7组成，经IF处的光束入射至第三反射镜5，经第三反射镜5和第四反射镜反射6后入射至第五反射镜7，经第五反射镜7反射至掩模面8处，最后由小孔探测器接收。
本实施方式中所述的四象限探测器中心孔直径大于曝光系统在该处的有效通光口径，用于探测IF点处不参与曝光的边缘光线的能量；
本实施方式中，所述的曝光光学系统中有效通光口径是指参与曝光的光线集合所形成的光束直径；边缘光线指不参与曝光的，在有效通光口径外的光线集合。

Claims (8)

1.光刻系统中照明均匀性测量方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：
步骤一、在曝光光学系统的中间焦点IF点(4)处安装带有中心孔的四象限探测器，在曝光光学系统的掩模面(8)处安装小孔探测器；
步骤二、曝光光源(1)出射光束经前组光学元件聚焦于中心焦点IF点(4)后经后组光学元件汇聚于掩模面(8)处；
步骤三、所述四象限探测器用于监控t时刻光束在IF点(4)的光强信息，小孔探测器用于监测t时刻光束经过后组光学元件投射到Mask面处的光强分布信息；
步骤四、采用四象限探测器获得的光强信息修正小孔探测器在t时刻探测到的Mask面处的光强信息；建立修改正后的小孔探测器探测Mask面处的光强信息与小孔探测器的移动位置的函数关系，获得光刻系统中照明均匀性的信息。
2.根据权利要求1所述的光刻系统中照明均匀性测量方法，其特征在于，所述小孔探测器固定在XY调整平台上，通过调整XY调整平台在XY方向扫描，获得Mask面处的光强分布信息。
3.根据权利要求1或2所述的光刻系统中照明均匀性测量方法，其特征在于，所述前组光学元件由第一反射镜(2)和第二反射镜(3)组成，所述曝光光源(1)出射光束经第一反射镜(2)反射至第二反射镜(3)的边缘，再经第二反射镜(3)的边缘反射后经第二反射镜(2)通光口后聚焦于中心焦点IF点(4)处。
4.根据权利要求3所述的光刻系统中照明均匀性测量方法，其特征在于，所述后组光学元件由第三反射镜(5)、第四反射镜(6)和第五反射镜(7)组成，经IF点(4)处的光束入射至第三反射镜(5)，经第三反射镜(5)和第四反射镜反射(6)后入射至第五反射镜(7)，经第五反射镜(7)反射至掩模面(8)处，最后由小孔探测器接收。
5.根据权利要求1所述的光刻系统中照明均匀性测量方法，其特征在于，所述四象限探测器的中心孔直径大于经过IF点(4)的参与曝光的有效光束的直径。
6.根据权利要求5所述的光刻系统中照明均匀性测量方法，其特征在于，所述四象限探测器为光电二极管。
7.根据权利要求1所述的光刻系统中照明均匀性测量方法，其特征在于，所述小孔探测器由小孔板(10)和光电探测器(9)组成，光束经掩模面(8)后，经小孔板被光电探测器接收。
8.根据权利要求7所述的光刻系统中照明均匀性测量方法，其特征在于，所述光电探测器(9)为光电二极管。
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