CN106997150B - 一种降低光刻物镜压力灵敏度的方法及其应用 - Google Patents

一种降低光刻物镜压力灵敏度的方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种降低光刻物镜压力灵敏度的方法及其应用，该方法包括以下步骤：首先对光刻物镜内的各个透镜间隔针对空气进行焦面或倍率的压力灵敏度测量，并对所有测量数据进行求和得到总和A；接着根据得到的总和A的正负情况，找出与总和A正负一致的N个压力灵敏度最大的透镜间隔，N为≥1的整数；其次对选出的N个透镜间隔针对氦气进行焦面或倍率的压力灵敏度测量；再次根据选出的N个透镜间隔在S1和S3中的压力灵敏度测量值，计算氦气对应的压力灵敏度减小率；最后计算该N个透镜间隔内氦气的比例，使各个透镜间隔的压力灵敏度测量数据之和接近于0。本发明简化了光刻物镜结构的设计难度，节省了物镜开发成本，提高了光刻物镜的套准精度。

Description

一种降低光刻物镜压力灵敏度的方法及其应用
技术领域
本发明涉及光刻机技术领域，具体涉及一种降低光刻物镜压力灵敏度的方法及其应用。
背景技术
在半导体封装技术中，用于制造集成电路芯片的光刻物镜(简称物镜)通常具有高分辨率、大焦深以实现高集成度芯片的制备。同时，在芯片制备时，为了便于上下层之间的互连导通，要求投影曝光用的光刻物镜具有稳定的焦面位置和倍率，即高的套准精度(Overlay accuracy)。特别是随着光刻成像技术不断提高，芯片的特征尺寸也不断缩小，因此对光刻物镜的套准精度的要求更高，套准精度是现代高精度步进扫描投影光刻机的重要性能指标之一，也是决定最小单元尺寸的关键因素。
光刻物镜经常要应对不同的环境压力，不同的压力会使物镜的像质发生变化，直接影响加工质量。环境压力的差异主要有两种情况：一是不同地区的海拔高度不同，环境压力值也不同；二是同一地区不同时刻的压力值也并不是一成不变的。环境压力的变化可使物镜内部气体的折射率发生改变，导致最佳焦面的位置、倍率发生改变，从而直接影响物镜的套准精度，使加工质量不能得到保障。针对上述物镜套准精度容易受环境压力影响的问题，目前主要有两种方法：一是通过像质的变化量来计算可动镜片补偿量，再利用精密的控制装置移动可动机构来补偿焦面的漂移和倍率的变化，然而方法不仅使物镜的内部结构更加复杂，而且增加了光刻物镜成本；二是将物镜内的所有气体间隔用单质气体或混合气体填充，该方法虽然可以使物镜的灵敏度较之前有明显改善，但依然不能使物镜的压力灵敏度趋于零，因此依然不能避免环境压力带来的影响。
现有技术中公开了一种光刻物镜自动气压补偿装置。该装置将光刻物镜内部各透镜面与一个外部的通道相连，两者形成与外界大气隔绝的内腔；通过压力传感器检测、单片机控制电路控制内腔气压，使内腔气压达到设定值或零偏差值，从而控制光刻物镜受环境气压影响引起焦面、倍率和畸变漂移等。然而该装置结构复杂，控制繁琐，成本高。此外，现有技术中还公开了一种通过改变混合气体比例的方法补偿像质变化的装置，这种装置需要在物镜工作中实时改变气体混合比例以适应不同的环境变化，因此增加了系统的控制成本与复杂程度。
发明内容
本发明提供了一种降低光刻物镜压力灵敏度的方法及其应用，以解决上述技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种降低光刻物镜压力灵敏度的方法，包括以下步骤：
S1：对光刻物镜内的各个透镜间隔针对空气进行焦面或倍率的压力灵敏度测量，并对所有测量数据进行求和得到总和A；
S2：根据得到的总和A的正负情况，找出与总和A正负一致的N个压力灵敏度最大的透镜间隔，N为≥1的整数；
S3：对S2中选出的N个透镜间隔针对氦气进行焦面或倍率的压力灵敏度测量；
S4：根据S2中选出的N个透镜间隔在S1和S3中的压力灵敏度测量值，计算氦气对应的压力灵敏度减小率；
S5：计算该N个透镜间隔内氦气的比例，使各个透镜间隔的压力灵敏度测量数据之和接近于0。
进一步的，所述S1中，还包括对各个透镜间隔进行编号。
进一步的，所述S2中，当所有透镜间隔中最大的压力灵敏度值大于总和A时，N＝1；否则，N≥2。
进一步的，所述S4中，氦气对应的压力灵敏度减小率ai为：
其中，Hei、Airi分别为第i个透镜间隔内对应氦气和空气的压力灵敏度。
进一步的，所述S5中，根据S4中得到的压力灵敏度减小率和S1中得到的总和A计算N个透镜间隔内氦气的比例。
进一步的，所述N个透镜间隔内氦气的比例bi、压力灵敏度减小率ai以及总和A之间满足：
其中，Airi为第i个透镜间隔内对应空气的压力灵敏度。
本发明还提供一种光刻物镜，应用上述的降低光刻物镜压力灵敏度的方法。
本发明还提供一种光刻装置，具备所述的光刻物镜。
本发明提供的降低光刻物镜压力灵敏度的方法及其应用，通过对光刻物镜中的透镜间隔针对空气进行焦面或倍率的压力灵敏度测量，选择其中压力灵敏度最高的N个间隔采用混合气体代替，并准确计算混合气体中氦气的比例，从而使整个光刻物镜的压力灵敏度接近零，无需实时改变气体混合比例以适应不同的环境变化。相比现有的方法，本发明无需采用结构复杂、难以控制、成本昂贵的压力补偿机构；同时，也弥补了现有方法中将所有气体间隔填充为He或混合气体而不能使光刻物镜整体环境压力灵敏度趋近于零的缺陷，简化了光刻物镜结构的设计难度，保证了系统整体的稳定性，同时也节省了物镜开发成本，提高了光刻物镜的套准精度。
附图说明
图1是本发明实施例1中光刻物镜的结构示意图；
图2是本发明实施例1中光刻物镜内填充空气和氦气时焦面的压力灵敏度对比曲线图；
图3是本发明实施例1中光刻物镜内填充空气和混合气体时焦面的压力灵敏度对比曲线图；
图4是本发明实施例2中光刻物镜的结构示意图；
图5是本发明实施例1中光刻物镜内填充空气和氦气时倍率的压力灵敏度对比曲线图；
图6是本发明实施例1中光刻物镜内填充空气和混合气体时倍率的压力灵敏度对比曲线图。
图中所示：1、光刻物镜；2、透镜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细描述。
实施例1
本发明提供了一种降低光刻物镜压力灵敏度的方法，包括以下步骤：
S1：对光刻物镜1内的各个透镜间隔针对空气进行焦面或倍率的压力灵敏度测量，并对所有测量数据进行求和得到总和A；首先需要对各个透镜间隔进行编号，不同的物镜内部的透镜2分布和数量不同，因此透镜间隔的分布和数量也不同，如图1所示，本实施例的光刻物镜1中透镜间隔设有19个，从左至右依次编为Gas1、Gas 2…Gas19号，在各个透镜间隔Gas1-Gas19内充入空气后，进行焦面的压力灵敏度测量，得到的压力灵敏度数据如表1所示，对应的曲线如图2所示。
表1各个透镜间隔填充空气时的焦面压力灵敏度
从表1和图2中看出，总和A为0.368655，且测得的压力灵敏度数据中大部分为正值，小部分为负值。
S2：根据得到的总和A的正负情况，找出与总和A正负一致的N个压力灵敏度最大的透镜间隔，N为≥1的整数；根据表1中的数据可知该总和A＝0.368655，为正值，因此选出最大的N个灵敏度为正数的透镜间隔，具体的，当所有透镜间隔中最大的压力灵敏度值大于总和A值时，N＝1；否则，N≥2，根据图2可以清楚地看出最大的压力灵敏度值对应Gas10，为0.133007≤0.368655，因此N≥2，根据图1的曲线图，选择Gas2、Gas3、Gas4、Gas10、Gas16、Gas17、Gas18作为最大的透镜间隔，即N＝8。
S3：对S2中选出的N个透镜间隔针对氦气进行焦面或倍率的压力灵敏度测量；具体的，本实施例中，为了更好地阐述本发明的相比传统方法的优势，在所有的透镜间隔内充入氦气，进行焦面的压力灵敏度测量(实际操作时，只要针对选出的8个的透镜间隔进行测量)，得到的数据如表2和图2所示。
表2各个透镜间隔填充氦气的焦面压力灵敏度
从上表2中可以看出，将物镜所有的透镜间隔内换为He之后，虽然焦面的压力灵敏度总和A由0.368655um/mbar降至0.043033um/mbar，但是当环境压强升高100mbar时，焦面将有4.3um的漂移，这对于光刻物镜1的像质的影响仍较为严重。
S4：根据S2中选出的N个透镜间隔在S1和S3中的压力灵敏度测量值，计算氦气对应的压力灵敏度减小率，该氦气对应的压力灵敏度减小率ai为：
其中，Hei、Airi分别为第i个透镜间隔内对应氦气和空气的压力灵敏度。本实施例中取i＝3，计算得到由此可知，将每个透镜间隔由空气改为He后，其灵敏度降低88.4％。在实际计算时，可以从N个透镜间隔任意选择一个进行计算，即i可以取2、3、4、10、16、17或18，经过试验，其计算出的结果相差很小，或者将针对每个透镜间隔计算出压力灵敏度减小率ai，然后取平均。
S5：计算该N个透镜间隔内氦气的比例，使各个透镜间隔的压力灵敏度测量数据之和接近于0。优选的，根据S4中得到的压力灵敏度减小率ai和S1中得到的总和A计算N个透镜间隔内氦气的比例，具体的，所述N个透镜间隔内氦气的比例bi、压力灵敏度减小率ai以及总和A之间满足：
其中，Airi为第i个透镜间隔内对应空气的压力灵敏度。由S4中计算得到的压力灵敏度减小率ai＝0.884可知，欲使透镜间隔的压力灵敏度总和A由0.368655um/mbar降低为0，则必须结合多个气体间隔，此次选择了Gas3、Gas4、Gas10、Gas16和Gas17中全部填充氦气，而Gas2、Gas18则填充氦气和空气的混合气体，且氦气的比例为bi，将表1表2的数据代入公式(2)得到：
可求得bi为0.825，即Gas2、Gas18的混合气体中氦气的比例为82.5％，空气比例为17.5％。
根据上述结果，针对所有间隔进行焦面的压力灵敏度进行测量，得到的数据如表3和图3所示。
表3混合气体间隔时焦面的压力灵敏度表
由表3可以看出，经过优化后光刻物镜1针对焦面的压力灵敏度总和A变为0.001693um/mbar，当环境压力升高100mbar时，焦面位置仅有0.1693um的微小浮动，在实际应用时，可以重复该步骤进行不断优化，直到总和A无限接近0。从图3中可以看出，当Gas2、Gas18为氦气和空气构成的混合气体，Gas3、Gas4、Gas10、Gas16和Gas17为全部氦气时，系统针对焦面的压力灵敏度明显下降，而未做改动的透镜间隔的压力灵敏度相比优化之前几乎不变。
本发明还提供一种光刻物镜1，采用上述降低光刻物镜压力灵敏度的方法制成。另外本发明还提供一种光刻装置，具备所述的光刻物镜1。
实施例2
如图4所示，与实施例1不同的是，本实施例的光刻物镜1中透镜间隔设有15个，从左至右依次编为Gas1、Gas 2…Gas15号，在各个透镜间隔Gas1-Gas15内充入空气后，进行倍率的压力灵敏度测量，得到的压力灵敏度数据如表4所示，对应的曲线如图5所示。
表4各个透镜间隔填充空气时倍率的压力灵敏度
从表4和图5中看出，总和A为0.26092，为正值，且Gas9的压力灵敏度最大，且大于2倍所有透镜间隔的压力灵敏度的总和A，因此，此时N＝1，即只要降低Gas9的压力灵敏度的值，就可以将物镜整体的压力灵敏度降低。
为了更好地显示本发明的相比传统方法的优势，在所有的透镜间隔内充入氦气，进行倍率的压力灵敏度测量(实际操作时，只要针对Gas9进行测量)，测得倍率的压力灵敏度数据如表5和图5中所示。
表5各个透镜间隔填充氦气时倍率的压力灵敏度
由表5的数据并结合图5可知：当所有透镜间隔填充氦气时，光刻物镜1各透镜间隔内倍率的压力灵敏度以及总的压力灵敏度均减小，图6显示了更换氦气前后各透镜间隔与整体的压力灵敏度的变化趋势。然而从表5中看出压力灵敏度总和A为0.03117ppm/mbar，对于像质要求较高的光刻物镜1而言，仍然较为严重。
根据公式(1)计算氦气对应的压力灵敏度减小率ai为：
根据得到的氦气的倍率压力灵敏度减小率ai可知：将每个透镜间隔改为氦气后，其灵敏度降低88.5％，因此欲使压力灵敏度总和A由0.26092ppm/mbar降低为0，则只需将透镜间隔Gas9中的部分空气换成氦气即可实现。即：
求得bi为0.401，即Gas9的混合气体中氦气的比例为40.1％，空气比例为59.9％。
根据上述结果，针对所有间隔进行倍率的压力灵敏度进行测量，得到的数据如表6和图6所示。
表6填充混合气体时倍率的压力灵敏度表
由表6可以看出，光刻物镜1针对倍率的压力灵敏度总和A由起初的0.26092ppm/mbar降为0.0065ppm/mbar。当环境压力升高100mbar，倍率仅有0.65ppm的误差，在实际应用时，可以重复该步骤进行不断优化，直到总和A无限接近0。
可以看出：当透镜间隔Gas9填充氦气和空气混合气体后，Gas9对应倍率的压力灵敏度有明显下降，其余透镜间隔的压力灵敏度相比优化之前几乎不变。
本发明提供的降低光刻物镜压力灵敏度的方法及其应用，通过对光刻物镜1中的透镜间隔针对空气进行焦面或倍率的压力灵敏度测量，选择其中压力灵敏度最高的N个间隔采用混合气体代替，并准确计算混合气体中氦气的比例，从而使整个光刻物镜1的压力灵敏度接近零，无需实时改变气体混合比例以适应不同的环境变化。相比现有的方法，本发明无需采用结构复杂、难以控制、成本昂贵的压力补偿机构；同时，也弥补了现有方法中将所有气体间隔填充为He或混合气体而不能使光刻物镜1整体环境压力灵敏度趋近于零的缺陷，简化了光刻物镜1结构的设计难度，保证了系统整体的稳定性，同时也节省了物镜开发成本，提高了光刻物镜1的套准精度。
虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种降低光刻物镜压力灵敏度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对光刻物镜内的各个透镜间隔针对空气进行焦面或倍率的压力灵敏度测量，并对所有测量数据进行求和得到总和A；
S2：根据得到的总和A的正负情况，找出与总和A正负一致的N个压力灵敏度最大的透镜间隔，N为≥1的整数，其中，当所有透镜间隔中最大的压力灵敏度值大于总和A时，N＝1；否则，N≥2；
S3：对S2中选出的N个透镜间隔针对氦气进行焦面或倍率的压力灵敏度测量；
S4：根据S2中选出的N个透镜间隔在S1和S3中的压力灵敏度测量值，计算氦气对应的压力灵敏度减小率；
S5：计算该N个透镜间隔内氦气的比例，使各个透镜间隔的压力灵敏度测量数据之和接近于0。
2.根据权利要求1中所述的降低光刻物镜压力灵敏度的方法，其特征在于，所述S1中，还包括对各个透镜间隔进行编号。
3.根据权利要求1中所述的降低光刻物镜压力灵敏度的方法，其特征在于，所述S4中，氦气对应的压力灵敏度减小率ai为：
其中，Hei、Airi分别为第i个透镜间隔内对应氦气和空气的压力灵敏度。
4.根据权利要求1中所述的降低光刻物镜压力灵敏度的方法，其特征在于，所述S5中，根据S4中得到的压力灵敏度减小率和S1中得到的总和A计算N个透镜间隔内氦气的比例。
5.根据权利要求4中所述的降低光刻物镜压力灵敏度的方法，其特征在于，所述N个透镜间隔内氦气的比例bi、压力灵敏度减小率ai以及总和A之间满足：
其中，Airi为第i个透镜间隔内对应空气的压力灵敏度。
6.一种光刻物镜，其特征在于，应用权利要求1-5中任一项所述的降低光刻物镜压力灵敏度的方法。
7.一种光刻装置，其特征在于，具备权利要求6所述的光刻物镜。
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