CN107870522B - 成像光路装置与成像光路装置的检测控制方法 - Google Patents

成像光路装置与成像光路装置的检测控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种成像光路装置与成像光路装置的检测控制方法，用于光刻系统中，该成像光路装置包括照明部分、掩模台、物镜组件，所述照明部分产生的光源依次经所述掩模台上的掩模和物镜组件照至硅片表面；其特征在于：还包括：所述物面测量单元，设置在所述物镜组件的物面，用以于所述掩模台上测得不同场点的物面光瞳信息；所述像面测量单元，设置在所述物镜组件的像面，用以于硅片表面处测得不同场点的像面光瞳信息；根据上述物面光瞳信息和像面光瞳信息获得所述物镜组件在不同场点的透过率分布情况，通过所述透过率分布情况调整所述照明部分中照明光瞳的椭圆度分布。

Description

成像光路装置与成像光路装置的检测控制方法
技术领域
本发明涉及光刻领域，尤其涉及一种成像光路装置与成像光路装置的检测控制方法。
背景技术
在光刻系统中，整个成像光路一般可以总结为一个6f系统，即整个光路由6个焦距组成。整个6f系统可以分为两个部分：照明部分和物镜成像部分。照明部分包括2f，而物镜成像部分包括4f。物镜成像部分的4f分别为：物面到入瞳面为1f，入瞳面到出瞳面为2f，出瞳面到像面为1f。入瞳面与出瞳面之间分隔两个f的面为瞳面，瞳面的尺寸即为数值孔径。瞳面与光源面互为共轭面，在没有掩模的情况下，瞳面的分布即光源的分布。光源的分布一般并不会占满整个数值孔径，光源面的尺寸即光源的相干因子，该数值又等于光源面尺寸占数值孔径的比率，因此又被称为瞳面的填充度。
Apodization，是指瞳面上物镜透过率的分布。瞳面坐标是角频坐标，瞳面上不同的点代表不同方向的光线，每个场点对应一个瞳面。光刻系统中物面上每个场点衍射出的光构成了每个场点的瞳面，会照射在物镜的不同区域，而由于物镜存在曲率，导致相同传播方向的光在物镜表面的实际入射角不同，如图1所示，同时由于物镜表面有镀膜，膜层对偏振光的s分量和p分量的相应不同(同时也跟入射角相关)，所有这些因素会造成不同场点的apodization不同。
不同场点的apodization不同，会导致远心，光瞳平衡性等指标恶化，而其最重要的影响在于会直接影响衍射光相对于0级光的光强，进而影响成像对比度。在自由照明评估中，必须先扣除apodization的影响才能准确得到照明实现的精确性。因此apodization必须能够被测量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何实现瞳面上物镜透过率的测量，并基于此进行控制。
为了解决这一技术问题，本发明提供了一种能够检测物镜透过率分布情况的成像光路装置，用于光刻系统中，包括照明部分、掩模台、物镜组件，所述照明部分产生的光源依次经所述掩模台上的掩模和物镜组件照至硅片表面；还包括：
所述物面测量单元，设置在所述物镜组件的物面，用以于所述掩模台上测得不同场点的物面光瞳信息；
所述像面测量单元，设置在所述物镜组件的像面，用以于硅片表面处测得不同场点的像面光瞳信息；
根据上述物面光瞳信息和像面光瞳信息获得所述物镜组件在不同场点的透过率分布情况，通过所述透过率分布情况调整所述照明部分中照明光瞳的椭圆度分布。
可选的，所述物镜组件形成有入瞳面、瞳面和出瞳面，经掩模台的光依次经所述入瞳面、瞳面和出瞳面后入射至硅片表面。
可选的，所述物面测量单元包括沿正交于掩模台扫描方向的方向排布于所述掩模台上的多个传感器。
可选的，不同场点的透过率由该场点对应的像面光瞳信息与物面光瞳信息的比值得到。
可选的，照明光瞳的椭圆度分布进一步能够结合透过率分布情况和已知的掩模衍射算法得到，从而使得透过率较小的区域对应的照明光瞳区域的光强被加强。
本发明还提供了一种基于物镜透过率的成像光路装置的检测控制方法，包括如下步骤：
S0：提供照明部分、掩模台、物镜组件、物面测量单元和像面测量单元，所述照明部分产生的光源能够依次经所述掩模台上的掩模和物镜组件照至硅片表面；
S1：针对不同场点，利用物面测量单元于所述掩模台上测得各场点的物面光瞳信息；将像面测量单元移动至对应的位置，于硅片表面处测得各场点对应的像面光瞳信息；
S2：依据对应的物面光瞳信息和像面光瞳信息得到对应的不同场点的透过率分布情况；
S3：根据步骤S2得到的透过率分布情况调整所述照明部分中照明光瞳的椭圆度分布。
可选的，所述物镜组件形成有入瞳面、瞳面和出瞳面，经掩模台的光依次经所述入瞳面、瞳面和出瞳面后入射至硅片表面。
可选的，所述物面测量单元包括沿正交于掩模台扫描方向的方向排布于所述掩模台上的多个传感器。
可选的，在所述步骤S2中，不同场点的透过率由该场点对应的像面光瞳信息与物面光瞳信息的比值得到。
可选的，在所述步骤S3中，结合透过率分布情况和已知的掩模衍射算法得到照明光瞳的椭圆度分布，从而使得透过率较小的区域对应的照明光瞳区域的光强被加强。
本发明提出一种物面-像面联合测光瞳的方法，并设计了物面光瞳测量装置以实现该方法。具体来说，创造性地想到需要去检测得到物面光瞳信息，进而根据物面光瞳信息和像面光瞳信息可以得到物镜的不同场点的透过率分布情况，本发明非但想到需要检测，还进一步创造性地为依据检测的结果进行反馈控制提供了具体的实施方案，具体来说，本发明考虑到瞳面的能量分布由两部分因素决定：照明输出的光源分布以及物镜的透过率，所以，利用透过率的情况控制输出的光源，即针对照明光瞳的椭圆度分布进行控制。
附图说明
图1是现有技术与本发明可选方案中物镜表面等效入射角示意图；
图2是现有技术与本发明可选方案中光刻系统的等效示意图；
图3是现有技术中填充度为0.5的传统照明理想瞳面分布；
图4是本发明一可选实施例中透过率分布情况的示意图；
图5A至图5C是本发明可选实施例中不同透过率的瞳面分布示意图；
图6是本发明可选实施例中不同透过率曲线示意图；
图7是本发明可选实施例中物面检测单元的布置示意图；
其中，1-照明部分；2-掩模；3-入瞳面；4-瞳面；5-出瞳面；6-硅片；7-掩膜台；8-传感器。
具体实施方式
以下将结合图1至图7对本发明提供的成像光路装置与成像光路装置的检测控制方法进行详细的描述，其为本发明可选的实施例，可以认为，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
首先，明确以下基本概念：
光刻系统的等效6f示意图如图2所示。从等效示意图可以看出，图中所示照明部分1可以理解为光源面，光源面与瞳面互为共轭面。对于每一个场点，都会对应一个瞳面分布，瞳面分布的每一个格点代表一束以某个空间角为传播方向的光线，即瞳面分布的x轴和y轴的坐标分别为x和y方向上的空间频率，归一化到数值孔径上，即数值孔径的边界为x/y方向上的-1和+1。以填充度为0.5的传统照明为例，理想瞳面分布如图3所示。
在实测光瞳中，不可能会出现如此均匀的瞳面分布。瞳面分布每一个格点的物理含义为格点对应入射角度的光线经过物镜后的光强。瞳面上的能量分布由两部分因素决定：照明输出的光源分布以及物镜的透过率。恰是基于该两因素，本发明才设计了基于物镜的透过率来反馈控制照明部分。瞳面上所有光线对应的物镜透过率的分布即定义为apodization。实际设计透镜的apodization示例如图4所示。
不同场点的Apodization不同是由不同角度的光在物镜表面的入射角不同，进而导致透过率不同造成的。Apodization不同会直接造成+-1级衍射光相对于0级光的相对分布发生变化，从而导致成像对比度的变化。不同apodization导致的成像对比度变化示例如图5A至图5C，以及图6所示。
基于以上，本发明提供了一种能够检测物镜透过率分布情况的成像光路装置，用于光刻系统中，包括照明部分1、掩模台7、物镜组件，所述照明部分1产生的光源依次经所述掩模台7上的掩模2和物镜组件照至硅片6表面；还包括：
所述物面测量单元，用以于所述掩模台上测得不同场点的物面光瞳信息；
所述像面测量单元，用以于硅片表面处测得不同场点的像面光瞳信息；
进而使得，物镜的不同场点的透过率分布情况能够依据对应的物面光瞳信息和像面光瞳信息得到，所述照明部分中照明光瞳的椭圆度分布能够依据透过率分布情况进行调整。
有关所述物镜组件，参照图2可以看到，所述物镜组件形成有入瞳面3、瞳面4和出瞳面5，经掩模台7的光依次经所述入瞳面3、瞳面4和出瞳面5后入射至硅片6表面。
有关物面测量单元，所述物面测量单元包括沿正交于掩模台扫描方向的方向排布的多个传感器8。具体来说，本发明所提出一种装置，实际在掩模台7上加装了传感器8，用以测量物面的光瞳分布，进而可以计算出apodization。其布置方式可以参考图7所示来理解。由于掩模台7无法在非扫描向自由移动，因此只能在非扫描向排布多个传感器8，从而得到非扫描向不同场点的物面光瞳信息。关于像面测量单元，其可以参照现有技术中像面出所用的传感器来连接，其可接收每个场点光瞳面上的光。
本发明优选的方案中，不同场点的透过率由该场点对应的像面光瞳信息与物面光瞳信息的比值得到。其具体可以表述为：
Figure BDA0001120334050000061
本发明可选方案中，照明光瞳的椭圆度分布进一步能够结合透过率分布情况和已知的掩模衍射算法得到，从而使得透过率较小的区域对应的照明光瞳区域的光强被加强。通过调整照明光瞳的椭圆度分布，可以调整瞳面上衍射光强的分布，对apodization进行补偿。补偿原则为：物镜透过率较小的区域，相应增加照明光瞳对应区域的光强。补偿的效果为：
I0+I-1≈I0+I+1
I0，I-1，I+1分别为0级，-1级，+1级衍射光的光强。
本发明还提供了一种基于物镜透过率的成像光路装置的检测控制方法，其描述，可以对应以上装置来理解，具体来说，包括如下步骤：
S0：提供照明部分1、掩模台7、物镜组件、物面测量单元和像面测量单元，所述照明部分1产生的光源能够依次经所述掩模台7上的掩模2和物镜组件照至硅片6表面；
S1：针对不同场点，利用物面测量单元于所述掩模台上测得各场点的物面光瞳信息；将像面测量单元移动至对应的位置，于硅片6表面处测得各场点对应的像面光瞳信息；
S2：依据对应的物面光瞳信息和像面光瞳信息得到对应的不同场点的透过率分布情况；
本发明可选的方案中，在所述步骤S2中，不同场点的透过率由该场点对应的像面光瞳信息与物面光瞳信息的比值得到。
综合以上两步骤，具体来说，而已描述为：先得到非扫描向不同场点的物面光瞳信息，在得到不同场点物面的光瞳信息后，将像面处传感器，即所述像面测量单元移动至相应场点，测量对应场点的像面光瞳，两者的比值即为该场点的apodization；可以参照下文公式理解：
Figure BDA0001120334050000071
S3：根据步骤S2得到的透过率分布情况调整所述照明部分1中照明光瞳的椭圆度分布；
在所述步骤S4中，结合透过率分布情况和已知的掩模衍射算法得到照明光瞳的椭圆度分布，从而使得透过率较小的区域对应的照明光瞳区域的光强被加强。
再进一步具体来说，在测量apodization，即透过率分布情况后，根据apodization分布，可以结合掩模衍射算法，调整照明光瞳的椭圆度分布，调整瞳面上衍射光强的分布，对apodization进行补偿。补偿原则为：物镜透过率较小的区域，相应增加照明光瞳对应区域的光强。补偿的效果为：
I0+I-1≈I0+I+1
I0，I-1，I+1分别为0级，-1级，+1级衍射光的光强。
与前文提到的装置相类似的，本方法可选的方案中，所述物镜组件形成有入瞳面3、瞳面4和出瞳面5，经掩模台7的光依次经所述入瞳面3、瞳面4和出瞳面5后入射至硅片6表面。所述物面测量单元包括沿正交于掩模台扫描方向的方向排布的多个传感器8。
综上所述，本发明提出一种物面-像面联合测光瞳的方法，并设计了物面光瞳测量装置以实现该方法。具体来说，创造性地想到需要去检测得到物面光瞳信息，进而根据物面光瞳信息和像面光瞳信息可以得到物镜的不同场点的透过率分布情况，本发明非但想到需要检测，还进一步创造性地为依据检测的结果进行反馈控制提供了具体的实施方案，具体来说，本发明考虑到瞳面的能量分布由两部分因素决定：照明输出的光源分布以及物镜的透过率，所以，利用透过率的情况控制输出的光源，即针对照明光瞳的椭圆度分布进行控制。

Claims (8)

1.一种能够检测物镜透过率分布情况的成像光路装置，用于光刻系统中，包括照明部分、掩模台、物镜组件，所述照明部分产生的光源依次经所述掩模台上的掩模和物镜组件照至硅片表面；其特征在于：还包括：
物面测量单元，设置在所述物镜组件的物面，用以于所述掩模台上测得不同场点的物面光瞳信息；
像面测量单元，设置在所述物镜组件的像面，用以于硅片表面处测得不同场点的像面光瞳信息；
根据上述物面光瞳信息和像面光瞳信息获得所述物镜组件在不同场点的透过率分布情况，不同场点的透过率由该场点对应的像面光瞳信息与物面光瞳信息的比值得到，通过所述透过率分布情况调整所述照明部分中照明光瞳的椭圆度分布。
2.如权利要求1所述的能够检测物镜透过率分布情况的成像光路装置，其特征在于：所述物镜组件形成有入瞳面、瞳面和出瞳面，经掩模台的光依次经所述入瞳面、瞳面和出瞳面后入射至硅片表面。
3.如权利要求1所述的能够检测物镜透过率分布情况的成像光路装置，其特征在于：所述物面测量单元包括沿正交于掩模台扫描方向的方向排布于所述掩模台上的多个传感器。
4.如权利要求1所述的能够检测物镜透过率分布情况的成像光路装置，其特征在于：照明光瞳的椭圆度分布进一步能够结合透过率分布情况和已知的掩模衍射算法得到，从而使得透过率较小的区域对应的照明光瞳区域的光强被加强。
5.一种基于物镜透过率的成像光路装置的检测控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
S0：提供照明部分、掩模台、物镜组件、物面测量单元和像面测量单元，所述照明部分产生的光源能够依次经所述掩模台上的掩模和物镜组件照至硅片表面；
S1：针对不同场点，利用物面测量单元于所述掩模台上测得各场点的物面光瞳信息；将像面测量单元移动至对应的位置，于硅片表面处测得各场点对应的像面光瞳信息；
S2：依据对应的物面光瞳信息和像面光瞳信息得到对应的不同场点的透过率分布情况，不同场点的透过率由该场点对应的像面光瞳信息与物面光瞳信息的比值得到；
S3：根据步骤S2得到的透过率分布情况调整所述照明部分中照明光瞳的椭圆度分布。
6.如权利要求5所述的基于物镜透过率的成像光路装置的检测控制方法，其特征在于：所述物镜组件形成有入瞳面、瞳面和出瞳面，经掩模台的光依次经所述入瞳面、瞳面和出瞳面后入射至硅片表面。
7.如权利要求5所述的基于物镜透过率的成像光路装置的检测控制方法，其特征在于：所述物面测量单元包括沿正交于掩模台扫描方向的方向排布于所述掩模台上的多个传感器。
8.如权利要求5所述的基于物镜透过率的成像光路装置的检测控制方法，其特征在于：在所述步骤S3中，结合透过率分布情况和已知的掩模衍射算法得到照明光瞳的椭圆度分布，从而使得透过率较小的区域对应的照明光瞳区域的光强被加强。
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