CN1272621A - 测量象差引起的位置移动和/或畸变的方法装置 - Google Patents

测量象差引起的位置移动和/或畸变的方法装置 Download PDF

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Abstract

在畸变测量方法中,形成至少具有包含多个大图案的阵列的第一衍射光栅图案和与之隔开预定间隔的包含多个显微图案的阵列的第二衍射光栅图案的掩模。多个显微图案沿着垂直于第二衍射光栅图案的阵列方向的方向、按照预定的间距排列。通过透镜至少把形成在掩模上的第一和第二衍射光栅图案投影在光敏基片上。利用相干光线扫描光敏基片并测量至少第一和第二衍射光栅图案之间的间隔,从而测量包含由透镜的象差引起的象点的位置移动分量的畸变。

Description

测量象差引起的位置移动 和/或畸变的方法和装置
本发明涉及测量由透镜的象差引起的畸变的方法，更详细地说，涉及用来测量由用于缩影投影曝光的投影光学系统的透镜的象差引起的象点的位置移动和畸变的方法和装置。
在用以制造半导体元件、液晶显示元件或薄膜磁头的曝光(光刻技术)的工艺中，使用一种缩影投影曝光装置，后者利用具有预定放大率的光网(reticle)作为掩模(光掩模)，通过投影光学系统投影一个缩小到原始尺寸的图案，并且将它曝光。在这种缩影投影曝光装置中，为了在基片的光致抗蚀剂上精确地形成光网的图案图象并且将它曝光，必须使投影光学系统中的象差尽可能地小。
利用具有检验图案的光网、例如具有大约两倍于曝光波长的间距的线条间隔图案(line-and-space pattern)，来检验由透镜的各个环形区域之间的放大率差异引起的投影光学系统的不对称象差，例如慧形象差。更具体地说，把所述检验图案曝光在涂有光致抗蚀剂的基片上。利用SEM(扫描电子显微镜)测量通过基片显影处理形成的检验图案的光致抗蚀剂图象的不对称性。在所述测量结果的基础上，测量投影光学系统的慧形象差。应当指出，日本公开特许公报6-117831号和8-78309号涉及象差测量和畸变测量。
如上所述，在定量测量投影光学系统的慧形象差的传统方法中，利用其若干线条间隔图以大约两倍于曝光波长的间距排列的光网将检验图案曝光，利用长度测量SEM测量线条宽度，然后根据所述图案两端之间所述线条宽度差值计算慧形象差量。但是，在这种传统的方法中，虽然可以估算慧形象差量，但是不能够测量由慧形象差引起的象点的位置移动。
至于由透镜引起的图象畸变，可以测量畸变量。但是，所设计的畸变检查记号的间距不同于实际器件的间距。由于这种原因，在具有慧形象差的投影光学系统的透镜中，位置移动的测量值不同于器件曝光时的值。
在测量包括由缩影投影曝光装置的投影光学系统的慧形象差引起的位置移动的畸变时，不能够测量由检验图案的线条宽度差别引起位置移动。因此，作为重要的目的之一，必须实现一种自动的、快速的并且容易执行的畸变测量方法。
本发明的目的是提供一种用来测量由象差引起的位置移动和/或畸变的方法和装置，该方法和装置允许对透镜象差中位置移动分量进行自动测量，所述透镜象差既包含由慧形象差引起畸变又包含由慧形象差引起的象点位置移动。
为了实现上述目的，根据本发明，提供一种畸变测量方法，它包括以下步骤：形成掩模，该掩模至少具有包含多个大图案的阵列的第一衍射光栅图案和包含多个显微图案的阵列的第二衍射光栅图案，所述第二衍射光栅图案与所述第一衍射光栅图案隔开预定的间隔，所述多个显微图案沿着垂直于所述第二衍射光栅图案的阵列方向的方向、按照预定的间距排列；至少通过透镜把形成在所述掩模上的所述第一和第二衍射光栅图案投影在光敏基片上；以及利用具有可衍射波长的相干光线扫描所述光敏基片，并且测量至少所述第一和第二衍射光栅图案之间的间隔，从而测量包含由透镜的象差引起的象点的位置移动分量的畸变。
图1A是说明由慧形象差引起的包含位置移动的畸变测量图案、以便说明根据本发明的实施例的测量方法的视图；
图1B是说明当扫描图1A中所示的畸变测量图案时扫描位置和信号强度的关系的曲线图；
图2是用来说明由慧形象差引起的位置移动的聚焦相关性的曲线图；
图3A是说明用来把由慧形象差引起的位置移动与由畸变引起的位置移动分开的测量图案、以便说明根据本发明的另一个实施例的测量方法的视图；
图3B是说明当扫描图3A中所示的畸变测量图案时扫描位置和信号强度的关系的曲线图；
图4是用来说明由于由慧形象差和由远心性移动引起的位置移动缘故的位置移动的曲线图；以及
图5是说明根据本发明的测量装置的配置的视图。
下面将参考附图详细地描述本发明。
图1A说明根据本发明的实施例的测量方法。图1A显示包含由慧形象差引起的位置移动的畸变测量图案(也称为“标记”)。在检查用光网上画出这种测量图案。利用画出的检查光网将涂有光致抗蚀剂的基片曝光和显影。更具体地说，图1A还示出检查图案的形状，后者形成在利用所述检查光网曝光和显影的基片的光致抗蚀剂上。
参考图1A，这种检查图案由具有作为主标尺1的大图案的衍射光栅和具有作为游标2的线条间隔(L/S)图案(显微图案)的衍射光栅。主标尺1和游标2彼此平行排列并且按预定的间隔隔开。游标2的线条间隔图案沿着衍射光栅的形成方向(y方向)排列，并且沿着所述形成方向的方向(x方向)、按照对应于待实际制造的器件图案的间距的间距排列。在图1A所示的实施例中，按照与实际器件的互连间距一致的若干间距形成游标2的线条间隔图案。
主标尺1的一个图案具有正方形。但是，主标尺1的图案的形状不限于这种形状，只要所述图案是起衍射光栅作用的大图案。
主标尺1和游标2之间的间距相对于用于制造的相干光线的波长足够地长，虽然所述距离并不由于坐标测量系统而产生阿贝误差(Abbe error)。
在具有两个通过构成图案的过程形成的线性衍射光栅的基片上，利用具有可充分衍射的波长和相干性的相干光线扫描所述两个衍射光栅之间的间隔，并且测量所述两个衍射光栅之间的间隔。图1B显示当用相干光线扫描所述两个衍射光栅时，光信号强度和相干光线扫描位置之间的关系。
可以通过对多次测量图案的结果取平均值或者利用多个图案而减小误差。当不仅沿着y方向、而且沿着x方向或x和y方向之间的径向形成衍射光栅时，可以获得详细的畸变数据。
利用这种测量结果，可以测量实际器件曝光的位置移动量。
图2显示当透镜具有慧形象差时位置移动和聚焦轴(纵坐标)之间的关系。横坐标代表所述位置移动量。在慧形象差中，反差像彗星图案那样降低，并且象点的位置也移动。由慧形象差引起的位置移动分量随着线条间隔图案的间距而变化。如图2中所示，对于大图案，所述位置移动是微小的。显微图案对象差敏感，因而位置移动变大。对于纯畸变，位置移动量不随图案的间距而变化。
如图1A中所示，在本实施例中，具有小的位置移动的大图案用作主标尺1，而具有大的位置移动的显微图案用作游标2。在这种情况下，可以测量既包含由畸变引起的位置移动又包含由透镜的慧形象差引起的位置移动的实际位置移动。
为了把由慧形象差引起的位置移动与由畸变引起的位置移动分开，增加由大图案形成的游标3。游标2和3排列在主标尺1的两侧，同时，与主标尺1隔开预定的间隔。在测量主标尺1与游标2、3之间的距离之后，可以将所述象差分开。这是由于游标2是由显微图案形成的，使得它变得对象差敏感。
参考图3B，在扫描方向和测量光线的光接收信号的强度之间的关系中，对应于主标尺1的峰值和对应于游标3的峰值之间的距离对应于由畸变引起的位置移动。对应于主标尺1的峰值和对应于游标2的峰值之间的距离对应于由慧形象差引起的位置移动。
图5示出根据本发明的畸变测量装置的配置。
图5中所示的畸变测量装置包括在其上放置诸如晶片的光敏基片103的载物台105。光敏基片103具有第一和第二衍射光栅的图案(标记结构)，所述第一和第二光栅是由主标尺1和游标2通过缩影投影曝光装置利用上述光网在光致抗蚀剂(光敏薄膜)104上形成的。所述装置还具有：激光源101，用来把相干光线作为出射光线投射在光敏基片103上；光接收部分102，用来从光敏基片103接收衍射光线，并且把所述光线转换成电信号；由CPU(中央处理单元)构成的算术处理控制装置106，用来从光接收部分102接收所述电信号并且根据所述信号强度测量两个光栅之间的间隔；以及位置控制装置107用来控制载物台105在x和y方向的移动。
为了用相干光线扫描光敏基片103，算术处理控制装置106向位置控制装置107输出用来移动载物台105的控制信号。利用具有可充分衍射的波长和相干性的相干光线、在垂直于两个衍射光栅的形成方向的方向上对具有通过构成图案的步骤形成的两个衍射光栅的光敏基片103进行扫描，并且测量所述两个衍射光栅之间的间隔d。
利用这种操作测量了位置移动，后者包括由透镜的慧形象差引起的位置移动和由畸变引起的位置移动。如图3A中所示，当在光致抗蚀剂104上形成游标3时，可以用与测量由畸变引起的位置移动的过程分开的过程测量由透镜的慧形象差引起的位置移动。
在上述实施例中，本发明用于测量由慧形象差引起的位置移动。本发明还可以用于光轴的远心测量。光轴的远心性指的是入射光瞳和出射光瞳之一是无限大的。当在象空间的后焦点或者在物空间的前焦点设置孔径阑时，主光线变成平行于物空间或象空间的光轴。
图2中说明当存在慧形象差时位置移动对聚焦的依赖性。如果未保持远心性，则呈现对聚焦的线性依赖性。可以通过把主标尺1在预定的聚焦状态下曝光并且把某些游标2在散焦状态下曝光，来测定位置移动对聚焦的依赖性。通过用直线逼近对聚焦的依赖性而获得的斜线(图4中的虚线)代表由远心性引起的位置移动分量。
当把由远心性引起的位置移动与由慧形象差引起的移动分开时，利用偶函数的近似中最高程度近似的系数(利用四次函数的近似中的四次系数)对应于慧形象差分量。
如上所述，根据本发明，可以自动地测量透镜象差引起的象点位置移动分量，所述位置移动分量不仅包含由畸变引起的位置移动，而且包含由慧形象差引起的位置移动。
之所以如此的理由如下。在本发明中，在检验光网上形成大图案形式的主标尺和显微图案形式的游标。这使得有可能测量由慧形象差引起的位置移动和由畸变引起的位置移动的和，而其值接近实际器件曝光时的值。

Claims (18)

1.一种畸变测量方法，其特征在于包括以下步骤：
形成掩模，该掩模至少具有包含多个大图案的阵列的第一衍射光栅图案(1)和包含多个显微图案的阵列的第二衍射光栅图案(2)，所述第二衍射光栅图案与所述第一衍射光栅图案隔开预定的间隔，所述多个显微图案沿着垂直于所述第二衍射光栅图案的阵列方向的方向、按照预定的间距排列；
通过透镜至少把形成在所述掩模上的所述第一和第二衍射光栅图案投影在光敏基片上；以及
利用具有可衍射波长的相干光线扫描所述光敏基片，并且测量至少所述第一和第二衍射光栅图案之间的间隔，从而测量包含由透镜的象差引起的象点的位置移动分量的畸变。
2.权利要求1的方法，其特征在于：所述第一衍射光栅图案形成主标尺，而所述第二衍射光栅图案形成与所述主标尺平行排列的游标。
3.权利要求1的方法，其特征在于：
所述形成步骤还包括以下步骤：在所述掩模上形成第三衍射光栅图案(3)，后者具有平行于所述第一衍射光栅图案并且与所述第一衍射光栅图案隔开预定间隔的多个大图案的阵列；
所述投影步骤包括以下步骤：通过透镜把在所述掩模上形成的所述第一、第二和第三衍射光栅图案投影在所述光敏基片上；以及
所述测量步骤包括以下步骤：利用具有可衍射波长的相干光线扫描所述光敏基片，并且测量所述第一衍射光栅图案和第二及第三衍射光栅图案之间的间隔，由此测量包含由所述透镜的象差引起的象点位置移动分量的畸变。
4.权利要求1的方法，其特征在于所述形成步骤包括以下步骤：在所述掩模上形成多套所述第一和第二衍射光栅图案。
5.权利要求1的方法，其特征在于：
所述形成步骤包括以下步骤：在准备用于投影光学系统的透镜的象差调整的光网上形成包括至少一对所述第一和第二衍射光栅图案的图案；
所述投影步骤包括以下步骤：利用具有所述第一和第二衍射光栅图案的所述光网，将所述图案曝光和显影在所述光敏基片上；以及
所述测量步骤包括以下步骤：利用具有可衍射波长的相干光线、沿着垂直于形成在所述光敏基片上的所述第一和第二衍射光栅图案的阵列方向的方向扫描所述光敏基片，并且测量所述第一和第二衍射光栅图案之间的间隔，由此测量包含由所述投影光学系统的所述透镜的象差引起的象点位置移动分量的畸变。
6.权利要求5的方法，其特征在于：
所述曝光和显影步骤包括以下步骤：在预定的聚焦状态下将所述第一衍射光栅图案曝光，并且在散焦状态下将某些第二衍射光栅图案曝光；以及
通过测量所述第一和第二衍射光栅图案之间的间隔来测量由所述投影光学系统的所述透镜的远心性引起的所述象点的位置移动的聚焦依赖性。
7.一种畸变测量装置，其特征在于包括：
放置装置(105)，用来放置光敏基片，具有多个大图案的阵列的第一衍射光栅图案(1)和与该第一衍射光栅图案隔开预定的间隔的、具有多个显微图案的阵列的第二衍射光栅图案(2)通过透镜转移到所述光敏基片上，所述第一和第二衍射光栅图案形成在掩模上，并且所述多个显微图案沿着垂直于所述第二衍射光栅图案的阵列方向的方向、按照预定的间距排列；
光投影装置(101)，用来把具有可衍射波长的相干光线投射到转移到所述光敏基片上的所述第一和第二衍射光栅图案之间；
光接收装置(102)，用来接收来自转移到所述光敏基片上的所述第一和第二衍射光栅图案的反射光；以及
扫描控制装置(106，107)，用来使来自所述光投射装置的相干光线、相对于垂直所述第一和第二衍射光栅图案的阵列方向的方向扫描所述光敏基片，并且测量所述第一和第二衍射光栅图案之间的间隔，从而测量包含由透镜的象差引起的象点的位置移动分量的畸变。
8.权利要求7的装置，其特征在于：所述第一衍射光栅图案形成主标尺，而所述第二衍射光栅图案形成与所述主标尺平行排列的游标。
9.权利要求7的装置，其特征在于：
所述掩模还具有第三衍射光栅图案(3)，后者具有平行于所述第一衍射光栅图案并且与所述第一衍射光栅图案隔开预定间隔的多个大图案的阵列；以及
所述扫描控制装置利用具有可衍射波长的相干光线扫描所述光敏基片，所述第一、第二和第三衍射光栅图案转移到所述光敏基片上，并且测量所述第一衍射光栅图案和第二及第三衍射光栅图案之间的间隔，由此测量包含由所述透镜的象差引起的象点位置移动分量的畸变。
10.权利要求7的装置，其特征在于：所述掩模具有在该掩模上的多套所述第一和第二衍射光栅图案。
11.权利要求7的装置，其特征在于：
在准备用于投影光学系统的透镜的象差调整的光网上形成包括至少一对所述第一和第二衍射光栅图案的图案；
所述投影步骤包括以下步骤：利用具有所述第一和第二衍射光栅图案的所述光网，将所述图案曝光和显影在所述光敏基片上；以及
利用具有可衍射波长的相干光线、沿着垂直于形成在所述光敏基片上的所述第一和第二衍射光栅图案的阵列方向的方向扫描所述光敏基片，并且测量所述第一和第二衍射光栅图案之间的间隔，由此测量包含由所述投影光学系统的所述透镜的象差引起的象点位置移动分量的畸变。
12.一种准备用于投影光学系统的透镜的象差调整的光网，其特征在于包括：
具有多个大图案的阵列的第一衍射光栅图案(1)，以及
具有多个显微图案的阵列的第二衍射光栅图案(2)，所述第二衍射光栅图案与所述第一衍射光栅图案隔开预定的间隔，所述多个显微图案沿着垂直于所述第二衍射光栅图案的阵列方向的方向、按照预定的间距排列。
13.权利要求12的光网，其特征在于：所述第一衍射光栅图案形成主标尺，而所述第二衍射光栅图案形成与所述主标尺平行排列的游标。
14.权利要求12的光网，其特征在于还包括第三衍射光栅图案(3)，后者具有平行于所述第一衍射光栅图案并且与所述第一衍射光栅图案隔开预定间隔的多个大图案的阵列。
15.权利要求12的光网，其特征在于：所述第一和第二衍射光栅图案中的每一个包括多套衍射光栅图案。
16.权利要求12的光网，其特征在于：
所述显微图案是线条间隔图案；以及
所述线条间隔图案的间距设置成与实际器件的互连图案的间距一致。
17.权利要求12的光网，其特征在于：所述第一和第二衍射光栅图案的间隔设置成大于扫描用的相干光线的波长。
18.权利要求12的光网，其特征在于：沿着相干光线扫描用的第一方向、垂直于所述第一方向的第二方向以及所述第一方向和所述第二方向之间的多个方向排列包含所述第一和第二衍射光栅图案的各图案。
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