CN1928721A - 移相光栅标记及利用该标记检测光刻机成像质量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种移相光栅标记，其包括密集线条标记，该移相光栅标记形成在光刻机系统的掩模上，所述移相光栅标记还包括线宽较小的精细型线条标记。本发明还提供一种利用移相光栅标记检测光刻机成像质量的方法，包括将掩模上的移相光栅标记通过光刻机系统曝光到基板上；所述的方法还包括如下步骤：检测曝光到基板上的移相光栅标记的成像位置偏移量；利用成像位置偏移量计算光刻机的垂轴成像质量参数。与现有技术相比，由于精细型线条标记线宽较小，使移相光栅标记的成像位置偏移量受投影物镜彗差影响更加明显。本发明克服了光刻机垂轴成像质量参数检测不全面的缺点，简化了光刻机垂轴成像质量的检测过程。
Description
技术领域
本发明涉及光刻机的成像质量检测，尤其涉及利用移相光栅标记检测光刻机成像质量的方法。
背景技术
光刻机是集成电路制造与生产过程中的关键设备之一。光刻机的成像质量是保证光刻机光刻性能的关键因素。光刻机垂轴成像质量参数主要包括彗差像面，像面平移，倍率变化，像面旋转，畸变等。随着光刻特征尺寸的不断减小，光刻机垂轴成像质量对光刻性能的影响越来越突出。高精度的光刻机垂轴成像质量参数检测技术已成为保证光刻机光刻性能的重要手段。
Hiroshi Nomura等提出了一种基于三光束干涉的彗差检测技术(HiroshiNomura，Kenji Konomi，and Manabu Takakuwa，“Aberration monitoring towardwavefront matching with device patterns”，Jan.J.Appl.Phys.，Vol.40：92-96(2001))。该技术首先利用一定周期的移相光栅标记在+1级，0级与-1级衍射光干涉成像条件下，推导出光刻机彗差引起的成像位置偏移量与移相光栅标记周期之间的关系。然后在移相光栅标记周期已知的条件下，测得移相光栅标记的成像位置偏移量，从而计算出彗差。该技术基于硅片曝光，检测中考虑了光刻胶等工艺因素的影响，实现了彗差的精确测量。然而，该技术仅可检测彗差，无法检测其它垂轴成像质量参数，同时在彗差检测过程中没有考虑部分相干光照明对彗差引起的成像位置偏移量的影响，影响彗差的检测精度。
XY-SETUP技术是一种用于检测像面平移、像面旋转、倍率变化、畸变等光刻机垂轴成像质量参数的主要技术(WANG Fan，WANG Xiangzhao，MAMingying et al.，“In-situ measurement methods of lens aberrations”，Laser &Optoelectronics Progress(in Chinese)，2004，41(6)：33～36.)。该技术将具有多个对准标记的掩模版曝光在硅片上，然后利用光刻机中的光学对准系统获取曝光在硅片上的对准标记的位置信息，从而计算出光刻机垂轴成像质量参数中的像面平移、像面旋转、倍率变化与畸变。但是，该技术无法检测彗差，需要利用其它方法来检测垂轴成像质量参数中的彗差，使垂轴成像质量参数的检测过程变得复杂。同时由于彗差对对准图形位置偏移量的影响，使XY-SETUP技术的测量精度受到彗差的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光刻机成像质量的检测方法，可以全面检测光刻机成像质量参数。
为实现上述目的，本发明提供一种移相光栅标记，包括密集线条标记，该移相光栅标记形成在光刻机系统的掩模上，所述移相光栅标记还包括线宽较小的精细型线条标记。
本发明还提供一种利用移相光栅标记检测光刻机成像质量的方法，包括将掩模上的移相光栅标记通过光刻机系统曝光到基板上；所述的方法还包括如下步骤：检测曝光到基板上的移相光栅标记的成像位置偏移量；利用成像位置偏移量计算光刻机的垂轴成像质量参数。
与现有技术相比，由于精细型线条标记线宽较小，使移相光栅标记的成像位置偏移量受投影物镜彗差影响更加明显，因而可用于投影物镜彗差的检测。本发明利用移相光栅标记的成像位置偏移量，实现了彗差与倍率变化、像面平移、像面旋转、畸变的精确测量，克服了光刻机垂轴成像质量参数检测不全面的缺点，简化了光刻机垂轴成像质量的检测过程。此外，本发明中利用-1级与+1级衍射光干涉条件下彗差引起的成像位置偏移量来检测彗差，彗差检测精度得到明显提高。
附图说明
通过以下对本发明的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。其中，
图1为本发明实施例中所用光刻机系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中移相光栅标记的一种结构示意图；
图3为本发明实施例中移相光栅标记的一种结构示意图；
图4为本发明实施例中移相光栅标记的一种结构示意图；
图5为本发明实施例中移相光栅标记的一种结构示意图；
图6为本发明实施例中移相光栅标记的一种结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1，本发明的光刻机系统包括光源1，照明系统2，掩模3，承载掩模3的掩模台4，投影物镜5，涂有光刻胶的基板6及承载基板6的工件台7。其中，掩模3上形成有移相光栅标记31。光源1用于产生曝光光束。照明系统2调整光源1发出光束光强分布，投影物镜5将掩模3上的移相光栅标记31成像在基板6上。
光源1发出的深紫外激光经照明系统2后照射在掩模3上，掩模3上移相光栅标记31经投影物镜5成像在涂有光刻胶的基板6上，最后对基板6进行后烘、显影。其中，基板6可以为硅片、砷化镓圆片、二氧化硅圆片等，其在曝光过程中始终处于光刻机的最佳焦面位置处。
请参阅图2，掩模3的移相光栅标记31由精细型线条标记311和密集线条标记312组成。精细型线条标记311在密集线条标记312结构基础上进一步细分，为交替型移相光栅，其能够在-1级与+1级衍射光干涉条件下成像。
移相光栅标记31由精细型线条标记311和密集线条标记312的中心位于同一点组成。掩模3上刻有若干个移相光栅标记31，这些移相光栅标记31可以根据需要分组，每组包含相同个数的移相光栅标记31，这些分为一个组的若干移相光栅标记31具有不同的周期P。在本发明的实施例中，掩模3上的移相光栅标记31为10个，分为两组。其中每组移相光栅标记31内包含的精细型线条标记311的周期P分别为400nm，480nm，560nm，640nm，720nm。
在本发明的其它实施例中，移相光栅标记31根据精细型线条标记311和密集线条标记312组合的变化构成不同的类型。
请参阅图3，在本发明的另一实施例中，精细型线条标记311的中心位于密集线条标记312的中心左侧时组成的移相光栅标记31。
请参阅图4，在本发明的另一实施例中，精细型线条标记311的中心位于密集线条标记312的中心下方时组成的移相光栅标记31。
请参阅图5，在本发明的另一实施例中，精细型线条标记311中心位于密集线条标记312的中心右侧时组成的移相光栅标记31。
请参阅图6，在本发明的另一实施例中，精细型线条标记311的中心位于密集线条标记312的中心上方时组成的移相光栅标记31。
移相光栅标记31上的精细型线条标记311的周期P与光刻机的曝光光束的波长λ，投影物镜5的数值孔径NA与部分相干因子σ之间的关系应满足方程(1)，其中波长λ，数值孔径NA与部分相干因子σ均是光刻机的已知参数：
对基板6进行后烘、显影后，利用误差测量仪器(未图示)检测得到曝光到基板6上的移相光栅标记31的成像位置偏移量。成像位置偏移量为曝光到基板6上的移相光栅标记31的精细型线条标记311的中心位置与密集线条标记312的中心位置之差。通过方程式(2)和(3)，利用成像位置偏移量计算出光刻机垂轴成像质量参数：
其中，Δx与Δy为移相光栅标记31的成像位置偏移量，Zn(n＝7，8，14，15)表示彗差，Km(m＝7，8，14，15)为灵敏度系数，可以通过光刻仿真软件计算。Tx，Ty为像面平移，ΔM为倍率变化，φ为像面旋转，D3为三级畸变。
彗差由方程(2)计算得到。在不同的位置测量得到的成像位置偏移量，然后再根据方程(3)计算得到像面平移Tx，Ty，倍率变化ΔM，像面旋转φ，三级畸变D3。因此，利用移相光栅标记31的成像位置偏移量，实现了彗差与倍率变化、像面平移、像面旋转、畸变的精确测量。
Claims (12)
1、一种移相光栅标记，其包括密集线条标记，该移相光栅标记形成在光刻机系统的掩模上，其特征在于：所述移相光栅标记还包括线宽较小的精细型线条标记。
2、如权利要求1所述的一种移相光栅标记，其特征在于：所述的精细型线条标记为交替型移相光栅。
3、如权利要求1所述的一种移相光栅标记，其特征在于：所述精细型线条标记和所述密集线条标记的中心位于同一点组成移相光栅标记。
4、如权利要求1所述的一种移相光栅标记，其特征在于：所述精细型线条标记的中心位于所述密集线条标记的中心左侧时组成移相光栅标记。
5、如权利要求1所述的一种移相光栅标记，其特征在于：所述精细型线条标记的中心位于所述密集线条标记的中心下方时组成移相光栅标记。
6、如权利要求1所述的一种移相光栅标记，其特征在于：所述精细型线条标记中心位于所述密集线条标记的中心右侧时组成移相光栅标记。
7、如权利要求1所述的一种移相光栅标记，其特征在于：所述精细型线条标记的中心位于所述密集线条标记的中心上方时组成移相光栅标记。
8、如权利要求1所述的一种移相光栅标记，其特征在于：所述的掩模上应至少包含6个以上所述的移相光栅标记。
9、如权利要求8所述的一种移相光栅标记，其特征在于：所述移相光栅标记应至少分为两组分布在掩模上，每组个数相同。
10、如权利要求9所述的一种移相光栅标记，其特征在于：每组包含的移相光栅标记的精细型线条标记具有不同的周期。
11、一种利用移相光栅标记检测光刻机成像质量的方法，包括将掩模上的移相光栅标记通过光刻机系统曝光到基板上；其特征在于，所述的方法还包括如下步骤：
检测曝光到基板上的移相光栅标记的成像位置偏移量；
利用成像位置偏移量计算光刻机的垂轴成像质量参数。
12、如权利要求11所述的利用移相光栅标记检测光刻机成像质量的方法，其特征在于：所述的成像位置偏移量为曝光到基板上的移相光栅标记的精细型线条标记的中心位置与密集线条标记的中心位置之差。
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