CN106154761A - 一种杂散光测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种杂散光测量装置，其特征在于，所述测量装置沿光轴方向依次包括：光源，用于提供照明光束；照明系统，用于控制所述照明光束，包括狭缝刀口，光束整形元件和匀光元件；掩模台，其上设置有物面测试标记版；工件台，其上设置有物面测试标记版，探测器和能量传感器；探测器，用于采集剪切干涉条纹；能量传感器，用于测量参考光强；投影物镜，可将照明光束照射的物面测试标记版成像于工件台上；所述物面测试标记版包括位于中间的不透光区，以及位于不透光域区两侧的透光区，不透光区上设有小孔。

Description

一种杂散光测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种杂散光测量装置及测量方法。

背景技术

现有杂散光测量方案中，方案一为Kirk等人提出一种光刻机投影物镜杂散光的检测技术(“Scattered light in photolithographic lenses”，SPIE Vol. 2197, p566-572,1994)，其工作原理为按照一定步长设置一系列曝光剂量对特殊的掩模图像进行曝光，从而获得将硅片上非透光区和透光区光刻胶恰好清除掉的曝光剂量，两者的比值即为所求的杂散光比例，但是此种方法测量精度有限，且所需测量时间较长。

方案二为Yao提出的通过分析曝光的特殊图形中的线条宽度及位置来确定光刻机光学系统杂散光的方法(Yao, Teruyoshi, Hanyu, Isamu, Kirikoshi, Katsuyoshi.“Test photomask, flare evaluation method, and flare compensation method”，欧洲专利申请号：1,387,219 A2)，此种方法同样需要多次曝光和多次测量及分析，测试复杂，所需时间较长。

方案三为专利CN200510024229.x提出通过曝光方法建立杂散光与曝光场内对准标记对准位置的对应关系，从而求得一定剂量范围内的系统杂散光。该方法测量精度较低，且所需测量时间较长，容易受曝光工艺条件影响。

方案四为专利CN 200810032843.4提出通过控制四个狭缝刀口的开和关，使物面的光斑通过投影物镜后成光斑像，利用能量传感器采集像中心处光强，完成整个视场中杂散光测量。该测量方法对传感器信噪比要求较高，测量结果与传感器光敏面的大小影响较大，误差较大。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种杂散光测量装置及测量方法。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种杂散光测量装置，其特征在于，所述测量装置沿光轴方向依次包括：光源，用于提供照明光束；照明系统，用于控制所述照明光束，包括狭缝刀口，光束整形元件和匀光元件；掩模台，其上设置有物面测试标记版；工件台，其上设置有物面测试标记版，探测器和能量传感器；探测器，用于采集剪切干涉条纹；能量传感器，用于测量参考光强；投影物镜，可将照明光束照射的物面测试标记版成像于工件台上；所述物面测试标记版包括位于中间的不透光区，以及位于不透光域区两侧的透光区，不透光区上设有小孔。

更进一步地，所述不透光区为铬条区域。

更进一步地，所述小孔可以是单个方孔、或者是由多个方孔组成的方孔组，或者是一维线条光栅线条或者是棋盘标记孔。

更进一步地，所述像面测试标记为一维线条光栅或二维棋盘光栅。

本发明同时公开一种采用上述杂散光测量装置进行杂散光测量的方法，其特征在于，包括：

步骤一：光源打开，将狭缝刀口打开，限定光斑只照射不透光区域，此时系统无杂散光引入，在像面用能量传感器位于小孔标记的视场中进行光强采样，测量无杂散光的参考光强 及相位分布；

步骤二：光源打开，将狭缝刀口打开，限定光斑照射透光区和不透光区，此时系统引入杂散光，在像面用能量传感器位于小孔标记的视场中进行有杂散光的光强采样，测量有杂散光的参考光强及相位分布；

步骤三：根据所述步骤一、二获得的参考光强和，计算入射光强的衰减率，，根据有无杂散光的相位分布和，计算有杂散光时引入的相位误差，；

步骤四：根据入射光强的衰减率、相位误差、相位误差与杂散光与相位之间的线性关系，计算实际杂散光光强杂散光为。

更进一步地，所述不透光区为铬条区域。

更进一步地，所述小孔可以是单个方孔、或者是由多个方孔组成的方孔组，或者是一维线条光栅线条或者是棋盘标记孔。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

第一、本发明通过测量杂散光引入的相位变化，间接测量系统杂散光。测量精度有所提高。

第二、本发明不直接采用光强传感器对杂散光光强进行测量，对传感器的信噪比要求较低。

第三、本发明避免了采用曝光方法对工艺条件的约束和测量误差，可用于在线测量。

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是本发明所涉及的杂散光测量装置的结构示意图；

图2是物面掩模及其分布示意图；

图3是物面掩模方孔标记示意图；

图4是像面光栅标记示意图；

图5是本发明所涉及的杂散光测量方法的流程图；

图6是随机杂散光（归一化）与相位关系示意图；

图7是物面掩模方孔标记组示意图；

图8是物面掩模一维线条光栅标记示意图；

图9是像面一维线条光栅示意图；

图10是物面掩模二维棋盘光栅标记示意图。

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。

本发明提出利用系统杂散光与相位之间的关系间接测量杂散光的方法。和传统测量装置相比，降低对传感器信噪比的要求、提高测量精度、同时避免曝光测量法对工艺条件的依赖，可用于在线测量。

图1是本发明所涉及的杂散光测量装置的结构示意图。如图1所示，本发明所提供的杂散光测量装置包括沿光轴依次设置的光源1、照明系统2、物面掩模3、掩模台4、投影物镜5、工件台6。照明系统2包括狭缝刀口21和光束整形元件和匀光元件。物面掩模3包含上透光区、铬条区和下透光区，如图2所示。铬条区域有方孔标记31，如图3所示。工件台6上设置像面光栅7、探测器8和能量传感器9。像面光栅7为一维光栅61，如图4所示。探测器8为面阵CCD或CMOS，光强传感器9为能量传感器。

本发明所使用的测量原理描述如下：光源1通过狭缝刀口21，光路照射到物面掩模3上，经过投影物镜5，成像于像面（工件台6）上。由狭缝刀口21控制系统是否引入杂散光，工件台6带动像面光栅7和探测器8通过移相测量剪切干涉图。数据计算系统有无杂散光时的相位，通过两者间的相位变化，间接测量系统杂散光。

本发明所提供的杂散光测量方法的流程图如图5所示。

501、无杂散光的测量参考光强

光源1打开，将狭缝刀口打开限定一个光斑，只包含铬条区域（包括方孔标记31），此时系统无杂散光引入。在像面用能量传感器9位于方孔标记的视场中进行光强采样，记为： 。

502、有杂散光的测量参考光强

光源1打开，将狭缝刀口打开限定一个光斑，包含上透光区、铬条区和下透光区（包括方孔标记31），此时系统引入杂散光，在像面用能量传感器9位于方孔标记的视场中进行有杂散光的光强采样，记为。

504、入射光强的衰减标定及调整

为了降低传感器信噪比对测量精度的影响，同时降低干涉信号，使之与杂散光信号处在同一数量级。

通过设置掩模面孔的大小或者掩模背面镀铬减小干涉信号，或者衰减率可以用离焦光斑大小/最佳焦面光斑大小来调整。

根据有无杂散光的参考光强和，计算入射光强的衰减率(杂散光与信号光强的比值)为：

。根据衰减率调整入射光强，是信号光强与杂散光强处在同一量级，可选状态为：信号光强大于0.25倍杂散光强，小于1倍杂散光强。

504、像面剪切干涉及相位提取

光刻机中杂散光在整个视场内空间分布是有规律的（视场中间与边缘有差异，存在缓慢过渡），在入射到像面光栅上的小区域内认为是均匀分布的。入射到像面光栅标记7发生衍射，用工件台6携带传感器8移相扫描，采集剪切干涉条纹用于系统相位计算。这样针对传感器8的每个像素而言，在移相过程中，杂散光对它的影响就是一个随机的光强信号。传感器上面有很多像素，提取所有像素相位误差和杂散光强度之间的统计关系。

光源1打开，将狭缝刀口21打开限定一个光斑，只包含铬条区域（包括方孔标记31），此时系统无杂散光引入。像面采用一维光栅61。传感器8移相扫描获得没有杂散光时的剪切干涉条纹，并计算所有像素的相位分布。

光源1打开，将狭缝刀口21打开限定一个光斑，包含上透光区、铬条区和下透光区（包括方孔标记31），此时系统引入杂散光，像面采用一维光栅61。传感器8移相扫描获得存在杂散光时的剪切干涉条纹，并计算所有像素的相位分布。

根据有无杂散光的相位分布和，计算有杂散光时引入的相位误差为：

。

505、杂散光光强计算

根据对杂散光对相位的影响分析，随机杂散光与相位之间存在一定的线性关系：随机杂散光的综合效果即归一化的杂散光与其引入的相位误差存在如图6的关系。

杂散光光强衰减后信号光强等间隔分布，并作相应归一化操作如纵坐标所示。归一化杂散光小于0.25部分误差很大，大于0.25以上的误差为5%左右，如果考虑到这个时候信号光已经进行衰减了，测试精度可以达到5%除以衰减倍数，以衰减倍数为100倍为例，此时测试精度可以达到0.05%。

计算实际杂散光为。

本发明还提供另外一种实施方式，如图7所示。在第二实施例中，物面掩模铬条区增加更多方孔标记，形成方孔测试标记组32。用于测量不同视场点的杂散光。

本发明还提供另外一种实施方式，如图8所示。在第三实施例中，物面掩模铬条区测试标记可为一维线条光栅33。与之相匹配，像面光栅采用一维线条光栅62（可区分为水平向和垂向，用于不同方向剪切测量），如图9所示。

本发明还提供另外一种实施方式，如图9所示。在第四实施例中，物面掩模铬条区测试标记可为二维棋盘光栅34。与之相匹配，像面光栅标记应同为二维棋盘光栅标记，像面光栅周期与物面光栅周期满足投影物镜成像倍率关系。

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)

1.一种杂散光测量装置，其特征在于，所述测量装置沿光轴方向依次包括：

光源，用于提供照明光束；

照明系统，用于控制所述照明光束，包括狭缝刀口，光束整形元件和匀光元件；

掩模台，其上设置有物面测试标记版；

工件台，其上设置有物面测试标记版，探测器和能量传感器；

探测器，用于采集剪切干涉条纹；

能量传感器，用于测量参考光强；

投影物镜，可将照明光束照射的物面测试标记版成像于工件台上；

所述物面测试标记版包括位于中间的不透光区，以及位于不透光域区两侧的透光区，不透光区上设有小孔。

2.如权利要求1所述的杂散光测量装置，其特征在于，所述不透光区为铬条区域。

3.如权利要求1所述的杂散光测量装置，其特征在于，所述小孔可以是单个方孔、或者是由多个方孔组成的方孔组，或者是一维线条光栅线条或者是棋盘标记孔。

4.如权利要求1所述的杂散光测量装置，其特征在于，所述像面测试标记为一维线条光栅或二维棋盘光栅。

5.一种采用权利要求1所述的杂散光测量装置进行杂散光测量方法，其特征在于，包括：

步骤一：光源打开，将狭缝刀口打开，限定光斑只照射不透光区域，此时系统无杂散光引入，用能量传感器在像面位于小孔标记的视场中进行光强采样，测量无杂散光的参考光强 及相位分布；

步骤二：光源打开，将狭缝刀口打开，限定光斑照射透光区和不透光区，此时系统引入杂散光，用能量传感器在像面位于小孔标记的视场中进行有杂散光的光强采样，测量有杂散光的参考光强及相位分布；

步骤三：根据所述步骤一、二获得的参考光强和，计算入射光强的衰减率，，根据有无杂散光的相位分布和，计算有杂散光时引入的相位误差，；

步骤四：根据入射光强的衰减率、相位误差、相位误差与杂散光与相位之间的线性关系，计算实际杂散光光强杂散光为。

6.如权利要求5所述的杂散光测量方法，其特征在于，所述不透光区为铬条区域。

7.如权利要求5所述的杂散光测量方法，其特征在于，所述小孔可以是单个方孔、或者是由多个方孔组成的方孔组，或者是一维线条光栅线条或者是棋盘标记孔。