CN110109316A - 光学投影系统的矫正方法 - Google Patents

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Abstract

一种光学投影系统的矫正方法，包括：采用光学投影系统对所述掩膜版分别进行第一次曝光至第N次曝光，获得第一曝光标记图形至第N曝光标记图形，曝光条件包括曝光能量和焦深；根据第一曝光标记图形的尺寸至第N曝光标记图形的尺寸、以及第一次曝光至第N次曝光的曝光条件，获取聚焦能量矩阵函数，聚焦能量矩阵函数为曝光标记图形的尺寸关于曝光能量和焦深的函数；在聚焦能量矩阵函数中获取曝光能量极值；获取在曝光能量极值条件下，曝光标记图形的尺寸随焦深变化的测试斜率；根据所述测试斜率对所述光学透镜系统进行调整。所述矫正方法与光学投影系统对晶圆曝光的工艺兼容，提高了矫正效率和产能。

Description

光学投影系统的矫正方法
技术领域
本发明涉及半导体检测领域，尤其涉及一种光学投影系统的矫正方法。
背景技术
光学投影系统是半导体工艺制程中经常需要用到的一种设备，如光刻机。所述光学投影系统包括光源、光学透镜系统和掩膜版，所述掩膜版位于光源和所述光学透镜系统之间。当晶圆表面需要形成图案时，在晶圆表面形成光刻胶层，之后，将晶圆放置于所述光学透镜系统的底部，光源发出的光依次通过所述掩膜版和光学透镜系统后照射在光刻胶层上，对光刻胶层进行曝光，光刻胶层经过显影后，在光刻胶层中形成曝光图形，以该曝光图形为掩膜刻蚀晶圆后，在晶圆中形成图案。可见，晶圆中图案的质量与光学投影系统曝光的步骤有着重要的关系。
光学路径被定义为光在介质中传播的距离乘以折射率。对于理想状态下的光学透镜系统，从物点至像点的所有光线都有完全相同的光学路径。在实际情况下，光学透镜系统中透镜有各样的畸变而偏离完美，特别是当大的图像场与高数值孔径结合在一起时，透镜的畸变对光刻成像有严重的影响，如图像位置的改变，图像不对称，工艺窗口的减少、以及不良成像产品的出现。
为了使得光学投影系统曝光后对应在晶圆表面的形成图形的质量提高，那么需要对所述光学投影系统进行校正。
然而，现有的矫正方法的矫正效率较低，且影响正常的产能。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种光学投影系统的矫正方法，以提高矫正效率和产能。
为解决上述问题，本发明提供一种光学投影系统的矫正方法，包括：提供光学投影系统，所述光学投影系统包括光学透镜系统和位于所述光学透镜系统上的掩膜版，所述掩膜版的图形包括掩膜标记图形；采用光学投影系统对所述掩膜版分别进行第一次曝光至第N次曝光，获得第一曝光标记图形至第N曝光标记图形，第i次曝光适于形成第i曝光标记图形，第一次曝光至第N次曝光的曝光条件各不相同，所述曝光条件包括曝光能量和焦深，N为大于等于2的整数，i为大于等于1且小于等于N的整数；根据第一曝光标记图形的尺寸至第N曝光标记图形的尺寸、以及第一次曝光至第N次曝光的曝光条件，获取聚焦能量矩阵函数，所述聚焦能量矩阵函数为曝光标记图形的尺寸关于曝光能量和焦深的函数；在所述聚焦能量矩阵函数中获取曝光能量极值；获取在曝光能量极值条件下，曝光标记图形的尺寸随焦深变化的测试斜率；根据所述测试斜率对所述光学透镜系统进行调整。
可选的，还包括：提供测试晶圆，所述测试晶圆包括若干个分立的第一区至第N区；将所述测试晶圆放置在所述光学透镜系统的底部；采用光学投影系统对所述掩膜版分别进行第一次曝光至第N次曝光，在测试晶圆表面投影形成第一曝光标记图形至第N曝光标记图形，第i曝光标记图形位于第i区。
可选的，在曝光能量极值条件下，曝光标记图形的尺寸随焦深线性变化。
可选的，还包括：根据所述测试斜率对所述光学透镜系统进行调整后，重复进行第一次曝光至第N次曝光、获取聚焦能量矩阵函数、以及获取测试斜率的步骤，直至所述测试斜率在阈值范围内。
可选的，重复进行第一次曝光至第N次曝光、获取聚焦能量矩阵函数、以及获取测试斜率的步骤，直至所述测试斜率为零。
可选的，所述光学投影系统还包括：相差调整控制系统；所述光学透镜系统包括相差调整透镜；根据所述测试斜率对所述光学透镜系统进行调整的方法包括：将所述测试斜率反馈至所述相差调整控制系统；所述相差调整控制系统根据测试斜率获取相差信息；所述相差调整控制系统根据相差信息输出调整信号；依据所述调整信号对所述光学透镜系统进行调整。
可选的，所述相差信息的绝对值与所述测试斜率的绝对值呈正比例关系，且测试斜率的绝对值越大，所述相差信息的绝对值越大。
可选的，所述光学投影系统还包括位于所述掩膜版上的光源。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明技术方案提供的光学投影系统的矫正方法中，获取聚焦能量矩阵函数，之后获取在曝光能量极值条件下曝光标记图形的尺寸随焦深变化的测试斜率，根据所述测试斜率对所述光学透镜系统进行调整。在对光学投影系统的矫正的过程中，无需将光学投影系统停机。且曝光能量和焦深的信息均在正常工艺的曝光过程中就能得到，曝光图形的尺寸也在光刻工艺中被测量。因此利用对光学投影系统的矫正方法光学投影系统对晶圆曝光的工艺兼容，提高了产能。根据测试斜率对所述光学透镜系统进行调整，所述测试斜率的大小和相差大小直接相关，测试斜率从聚焦能量矩阵函数中获取，聚焦能量矩阵函数的获取利用光学投影系统本身曝光的信息和光刻工艺测试的尺寸信息，无需利用额外的设备，因此侦测测试斜率的效率较高，进而对光学投影系统的矫正效率较高。
附图说明
图1是本发明一实施例中光学投影系统矫正过程的流程图；
图2至图7是本发明一实施例中光学投影系统矫正过程的示意图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有光学投影系统的矫正方法的矫正效率较低，且影响正常产能。
一种光学投影系统的矫正方法，包括：提供光学投影系统，所述光学投影系统适于对晶圆曝光，所述光学投影系统包括光学透镜系统；采用干涉仪侦测光学透镜系统的相差信息；根据相差信息对所述光学透镜系统进行调整，直至相差信息在阈值范围内，即通过调整光学透镜系统中某些透镜能够补偿波前畸变，使光学透镜系统处于相对理想的工作状态。
然而，由于干涉仪侦测光学透镜系统的相差信息，因此需要将正常曝光工艺暂停下来，所述光学投影系统停机后，干涉仪侦测光学透镜系统的相差信息。这样当在曝光过程中需要对光学投影系统的矫正时，就会占用正常工艺的时间，降低了产能。且由于需要采用额外的设备进行侦测相差信息，干涉仪的开启以及干涉仪与光学透镜系统之间位置的调整需要占用较多的时间，因此导致侦测效率较低，因此对光学投影系统的矫正效率较低。
为了解决上述问题，本发明提供一种光学投影系统的矫正方法，请参考图1，包括以下步骤：
步骤S01:提供光学投影系统，所述光学投影系统包括光学透镜系统和位于所述光学透镜系统上的掩膜版，所述掩膜版的图形包括掩膜标记图形；
步骤S02:采用光学投影系统对所述掩膜版分别进行第一次曝光至第N次曝光，获得第一曝光标记图形至第N曝光标记图形，第i次曝光适于形成第i曝光标记图形，第一次曝光至第N次曝光的曝光条件各不相同，所述曝光条件包括曝光能量和焦深，N为大于等于2的整数，i为大于等于1且小于等于N的整数；
步骤S03:根据第一曝光标记图形的尺寸至第N曝光标记图形的尺寸、以及第一次曝光至第N次曝光的曝光条件，获取聚焦能量矩阵函数，所述聚焦能量矩阵函数为曝光标记图形的尺寸关于曝光能量和焦深的函数；
步骤S04:在所述聚焦能量矩阵函数中获取曝光能量极值；
步骤S05:获取在曝光能量极值条件下，曝光标记图形的尺寸随焦深变化的测试斜率；
步骤S06:根据所述测试斜率对所述光学透镜系统进行调整。
所述光学投影系统的矫正方法提高了矫正效率和产能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参考图2，提供光学投影系统，所述光学投影系统包括光学透镜系统和位于所述光学透镜系统上的掩膜版，所述掩膜版的图形包括掩膜标记图形。
本实施例中，所述光学投影系统用于进行曝光工艺。
本实施例中，所述光学投影系统还包括光源，所述光源100、聚光器120和载台150，光源100位于掩膜版130的上方，所述聚光器120位于所述光源100和所述掩膜版130之间，载台150位于所述光学透镜系统140的底部，所述载台150适于承载晶圆。
来自光源100的光线经过聚光器120后形成准直的光线，准直的光线穿过掩膜版130以及光学透镜系统140，从而在晶圆上形成像。
所述光学透镜系统包括相差调整透镜。
所述光学投影系统还包括：相差调整控制系统。
结合参考图3和图4，图4为图3俯视图，提供测试晶圆200，所述测试晶圆200包括若干个分立的第一区至第N区。
第一区至第N区中每一个区为测试晶圆200的一个shot。
第一区至第N区中任意一个区为光学投影系统一次曝光的最小单元。
参考图5，将所述测试晶圆200放置在所述光学透镜系统的底部；采用光学投影系统对所述掩膜版分别进行第一次曝光至第N次曝光，在测试晶圆表面投影形成第一曝光标记图形至第N曝光标记图形，第i曝光标记图形位于第i区，第i次曝光适于形成第i曝光标记图形，第一次曝光至第N次曝光的曝光条件各不相同，所述曝光条件包括曝光能量和焦深，N为大于等于2的整数，i为大于等于1且小于等于N的整数。
第一次曝光至第N次曝光的曝光条件各不相同，指的是：曝光条件中曝光能量和焦深中至少一个不同。
本实施例中，具体的，在测试晶圆表面涂覆光刻胶膜；将涂覆有光刻胶膜的测试晶圆放置于所述光学透镜系统的底部，即将涂覆有光刻胶膜的测试晶圆放置于所述载台150上；之后，采用光学投影系统对所述掩膜版分别进行第一次曝光至第N次曝光，使光刻胶膜感光，之后，对光刻胶膜进行显影，在晶圆表面形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层中具有第一曝光标记图形至第N曝光标记图形。
参考图6，根据第一曝光标记图形的尺寸至第N曝光标记图形的尺寸、以及第一次曝光至第N次曝光的曝光条件，获取聚焦能量矩阵函数FEM，所述聚焦能量矩阵函数FEM为曝光标记图形的尺寸关于曝光能量和焦深的函数。
所述曝光标记图形的尺寸CD为应变量，所述曝光能量E为第一自变量，焦深为第二自变量Focus。
图6中不同的曲线示意出在不同的曝光能量下的曝光标记图形的尺寸关于焦深的变化情况，不同的曲线的曝光能量不同。
继续参考图6，在所述聚焦能量矩阵函数中获取曝光能量极值E0；获取在曝光能量极值E0条件下，曝光标记图形的尺寸随焦深变化的测试斜率。
在曝光能量极值条件下，曝光标记图形的尺寸随焦深线性变化。
所述相差信息的绝对值与所述测试斜率的绝对值呈正比例关系，且测试斜率的绝对值越大，所述相差信息的绝对值越大。
本实施例中，还包括：根据所述测试斜率对所述光学透镜系统进行调整。
具体的，根据所述测试斜率对所述光学透镜系统进行调整的方法包括：根据所述测试斜率对所述光学透镜系统进行调整的方法包括：将所述测试斜率反馈至所述相差调整控制系统；所述相差调整控制系统根据测试斜率获取相差信息；所述相差调整控制系统根据相差信息输出调整信号；依据所述调整信号对所述光学透镜系统进行调整。
本实施例中，还包括：根据所述测试斜率对所述光学透镜系统进行调整后，重复进行第一次曝光至第N次曝光、获取聚焦能量矩阵函数、以及获取测试斜率的步骤，直至所述测试斜率在阈值范围内。
在一个具体的实施例中，重复进行第一次曝光至第N次曝光、获取聚焦能量矩阵函数、以及获取测试斜率的步骤，直至所述测试斜率为零。
图7中示出了在理想情况下的聚焦能量矩阵函数，在曝光能量极值E0条件下，曝光标记图形的尺寸随焦深变化的测试斜率为零。
所述测试斜率的绝对值越小，表示光学透镜系统的相差越小。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种光学投影系统的矫正方法，其特征在于，包括：
提供光学投影系统，所述光学投影系统包括光学透镜系统和位于所述光学透镜系统上的掩膜版，所述掩膜版的图形包括掩膜标记图形；
采用光学投影系统对所述掩膜版分别进行第一次曝光至第N次曝光，获得第一曝光标记图形至第N曝光标记图形，第i次曝光适于形成第i曝光标记图形，第一次曝光至第N次曝光的曝光条件各不相同，所述曝光条件包括曝光能量和焦深，N为大于等于2的整数，i为大于等于1且小于等于N的整数；
根据第一曝光标记图形的尺寸至第N曝光标记图形的尺寸、以及第一次曝光至第N次曝光的曝光条件，获取聚焦能量矩阵函数，所述聚焦能量矩阵函数为曝光标记图形的尺寸关于曝光能量和焦深的函数；
在所述聚焦能量矩阵函数中获取曝光能量极值；
获取在曝光能量极值条件下，曝光标记图形的尺寸随焦深变化的测试斜率；
根据所述测试斜率对所述光学透镜系统进行调整。
2.根据权利要求1所述的光学投影系统的矫正方法，其特征在于，还包括：
提供测试晶圆，所述测试晶圆包括若干个分立的第一区至第N区；将所述测试晶圆放置在所述光学透镜系统的底部；采用光学投影系统对所述掩膜版分别进行第一次曝光至第N次曝光，在测试晶圆表面投影形成第一曝光标记图形至第N曝光标记图形，第i曝光标记图形位于第i区。
3.根据权利要求1所述的光学投影系统的矫正方法，其特征在于，在曝光能量极值条件下，曝光标记图形的尺寸随焦深线性变化。
4.根据权利要求1所述的光学投影系统的矫正方法，其特征在于，还包括：
根据所述测试斜率对所述光学透镜系统进行调整后，重复进行第一次曝光至第N次曝光、获取聚焦能量矩阵函数、以及获取测试斜率的步骤，直至所述测试斜率在阈值范围内。
5.根据权利要求4所述的光学投影系统的矫正方法，其特征在于，重复进行第一次曝光至第N次曝光、获取聚焦能量矩阵函数、以及获取测试斜率的步骤，直至所述测试斜率为零。
6.根据权利要求1所述的光学投影系统的矫正方法，其特征在于，所述光学投影系统还包括：相差调整控制系统；所述光学透镜系统包括相差调整透镜；
根据所述测试斜率对所述光学透镜系统进行调整的方法包括：将所述测试斜率反馈至所述相差调整控制系统；所述相差调整控制系统根据测试斜率获取相差信息；所述相差调整控制系统根据相差信息输出调整信号；依据所述调整信号对所述光学透镜系统进行调整。
7.根据权利要求6所述的光学投影系统的矫正方法，其特征在于，所述相差信息的绝对值与所述测试斜率的绝对值呈正比例关系，且测试斜率的绝对值越大，所述相差信息的绝对值越大。
8.根据权利要求1所述的光学投影系统的矫正方法，其特征在于，所述光学投影系统还包括位于所述掩膜版上的光源。
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