專(zhuān)利名稱(chēng)：一種光瞳測(cè)量裝置及圖像處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光刻曝光系統(tǒng)，且特別涉及光刻曝光系統(tǒng)中的一種光瞳測(cè)量裝置及圖像處理方法。
背景技術(shù)：
在光刻曝光系統(tǒng)中，對(duì)圖像質(zhì)量起關(guān)鍵作用的兩個(gè)因素是分辨率和焦深。所以既要獲得更好的分辨率來(lái)形成關(guān)鍵尺寸的圖形，又要保持合適的焦深。離軸照明技術(shù)可以提高焦深并且提高了分辨率。當(dāng)今先進(jìn)的光刻工藝要求使用離軸照明技術(shù)，包括環(huán)形照明、雙極照明、四才及照明等。通過(guò)合理的選擇與曝光圖案相匹配的光瞳形貌可以最大限度的提高工藝窗口 ，這就要求照明系統(tǒng)具有可調(diào)節(jié)的光瞳形貌。
光刻照明系統(tǒng)通過(guò)DOE (Diffraction Optical Element)來(lái)產(chǎn)生光瞳平面內(nèi)光束的空間強(qiáng)度分布，具體的實(shí)現(xiàn)方式，請(qǐng)參看中國(guó)專(zhuān)利CN1474235。該專(zhuān)利提供了一種光刻照明裝置，該裝置采用衍射片、變焦透4竟組、 一對(duì)凹凸互補(bǔ)的旋轉(zhuǎn)三棱鏡來(lái)產(chǎn)生連續(xù)可變的照明光瞳，這種方法在改變照明光瞳形貌時(shí)可以不損失光能。衍射光學(xué)元件DOE可以對(duì)入射的平行光進(jìn)行相位調(diào)制，使光束偏折以在遠(yuǎn)場(chǎng)形成所需的諸如二才及、四極等照明光瞳形貌。
由以上描述可知，衍射光學(xué)元件、變焦透鏡組和旋轉(zhuǎn)三棱鏡是產(chǎn)生照明光瞳形貌的關(guān)M:器件，衍射光學(xué)元件可以用二元光學(xué)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，它對(duì)光束產(chǎn)生衍射作用，使照明光瞳形成所需的照明形貌；變焦透鏡組的焦距可變，這樣可以形成可調(diào)的照明相干因子；旋轉(zhuǎn)三棱鏡通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)三棱鏡的距離可以產(chǎn)生內(nèi)外環(huán)可變的環(huán)形照明。
光刻曝光時(shí)要求具有理想的照明光瞳形貌，實(shí)際中，由于衍射光學(xué)元件的設(shè)計(jì)質(zhì)量、照明系統(tǒng)的裝調(diào)誤差等原因，可能會(huì)引起照明光瞳質(zhì)量變差。.圖1說(shuō)明了由于光束指向和照明系統(tǒng)的光軸有夾角時(shí)，會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)三棱鏡所產(chǎn)生的環(huán)
3形照明的3f不不同心。
以上所說(shuō)的光瞳質(zhì)量具體是指，衍射光學(xué)元件所產(chǎn)生的實(shí)際光瞳形貌和設(shè)計(jì)值之間的差異，光刻照明系統(tǒng)中照明光瞳質(zhì)量主要包括x方向光瞳均勻性，y方向光瞳均勻性，和四極方向光瞳均勻性，另外，還有環(huán)形照明光瞳內(nèi)外環(huán)的同心性等。x和y方向光瞳均勻性，分別是針對(duì)x方向和y方向上的二極照明，是指二極照明的兩極照明強(qiáng)度之間的差異，如圖2所示。如果照明光瞳有x或y方向的光瞳不均勻，這將導(dǎo)致在離焦的情況下光刻成《象的位置偏差，并會(huì)對(duì)套刻精度產(chǎn)生影響，而四極方向光瞳均勻性是指照明光瞳在四個(gè)象限的光瞳能量差異，四極方向光瞳的非均勻性，將會(huì)導(dǎo)致在刻接觸孔形狀時(shí)，會(huì)產(chǎn)生光刻線條的橢圓性，另外，光瞳質(zhì)量還包括單個(gè)極本身的照明均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)中光刻曝光系統(tǒng)的光瞳質(zhì)量檢測(cè)不方便的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能夠方便檢測(cè)光瞳質(zhì)量的光瞳測(cè)量裝置及圖像處理方法
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種光瞳測(cè)量裝置，包括傅里葉透鏡；進(jìn)光孔，位于所述傅里葉透鏡一側(cè)的焦面上；電荷耦合器件，位于所述傅里葉透鏡另一側(cè)的焦面上；圖像處理系統(tǒng)，和所述電荷耦合器件相連。
可選的，所述光瞳測(cè)量裝置和一控制臺(tái)相連，由所述控制臺(tái)控制所述光瞳測(cè)量裝置的運(yùn)動(dòng)。
可選的，所述光瞳測(cè)量裝置在光路方向上放置于一投影物4竟的一側(cè)?？蛇x的，所述投影物鏡的另 一側(cè)放置一掩膜板或一光瞳測(cè)試掩膜板?？蛇x的，所述光瞳測(cè)試掩膜板上分布多個(gè)小孔。可選的，相鄰所述小孔之間的距離相等?？蛇x的，所述小孔的形狀是圓形、方形或三角形。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出一種光瞳圖像處理方法，包括如下步驟判斷所述光瞳的類(lèi)型；確定所述光瞳圖像的中心；計(jì)算所述光瞳的能量；計(jì)算所述光瞳橢圓度、才及平衡性或同心性。
可選的，上述方法還包括一步進(jìn)掃描過(guò)程，測(cè)量裝置在像面的二維方向步進(jìn)掃描，分別測(cè)量掩膜上多個(gè)小孔的光瞳質(zhì)量，評(píng)估其對(duì)光刻線條均勻性的影響?？蛇x的，所述光曈的類(lèi)型包括圓孔照明光瞳、二才及照明光瞳、四才及照明光瞳和環(huán)形照明光瞳。
本發(fā)明所述的一種光瞳測(cè)量裝置及圖像處理方法的有益效果主要表現(xiàn)在本發(fā)明提供的光瞳測(cè)量裝置可以在線的測(cè)量照明光瞳的光瞳質(zhì)量，本發(fā)明提供的光瞳圖像處理方法可以利用光瞳的形貌診斷光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量和裝調(diào)誤差。


圖1為光刻曝光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明光瞳測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明掩膜板的結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明面陣CCD上測(cè)量的環(huán)形照明光瞳面示意圖5為本發(fā)明光瞳測(cè)量裝置進(jìn)行光瞳測(cè)試的示意圖6為本發(fā)明計(jì)算光瞳橢圓性所用的模板示意圖7為本發(fā)明的二級(jí)照明光瞳形貌示意圖8為本發(fā)明的四級(jí)照明光瞳形貌示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
圖1為光刻曝光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，光刻曝光系統(tǒng)主要包括光源，用于提供照明光，光束傳輸系統(tǒng)，將光束傳輸入射在衍射光學(xué)元件(D0E)上，D0E將光束衍射入射進(jìn)入照明系統(tǒng)，照明系統(tǒng)的光瞳上形成所需要的照明光瞳，并均勻的照射掩膜；投影物鏡將掩膜上含有電路版的圖像成像在硅片面上。在這里，照明系統(tǒng)的光瞳和投影物鏡的光瞳之間具有共軛關(guān)系，若要測(cè)量照明光瞳很難在照明系統(tǒng)或投影物鏡的光瞳面進(jìn)行。本發(fā)明利用一傅立葉變換透鏡，將硅片面上的像點(diǎn)一定距離處重新形成光瞳，形成的光瞳具有和照明光瞳共軛的關(guān)系，測(cè)量該光瞳的光瞳質(zhì)量就可以評(píng)估照明光瞳的質(zhì)量。
本發(fā)明具體是這樣實(shí)現(xiàn)的
設(shè)置專(zhuān)用的光瞳測(cè)試掩膜，掩膜上均勻分布一定數(shù)量的小孔，小孔的形狀可以是圓形，方形，三角形等，如圖3所示。同樣，在制造型的掩膜版上也可
5以設(shè)置這樣小孔，用來(lái)作為測(cè)試掩膜。掩膜的小孔用來(lái)產(chǎn)生點(diǎn)光源。設(shè)置這樣的掩膜的目的是可以對(duì)照明場(chǎng)內(nèi)的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行光瞳測(cè)試，這樣可以評(píng)估不同照明視場(chǎng)點(diǎn)的光瞳質(zhì)量。
在測(cè)試掩膜的像面上用光瞳測(cè)試裝置進(jìn)行測(cè)量。光瞳測(cè)試裝置的典型結(jié)構(gòu)
如圖2所示，光瞳測(cè)量裝置包括一小孔1,掩膜小孔的共扼像入射進(jìn)入小孔1內(nèi)，小孔1放置在傅立葉透鏡2的前焦面上，傅立葉透鏡2的后焦面用面陣CCD 3進(jìn)行接收。這樣，傅立葉變換透鏡的后焦面和照明光瞳面成共軛的關(guān)系，測(cè)量CCD 3上的光瞳質(zhì)量，將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)綀D像處理系統(tǒng)5，就可以評(píng)估照明光瞳的質(zhì)量。如圖4所示，為在CCD平面上可測(cè)量到的環(huán)形照明光瞳的形貌。
在整個(gè)測(cè)量裝置中，對(duì)光瞳測(cè)量精度起主要作用的是傅立葉變換透鏡的設(shè)計(jì)質(zhì)量，由傅立葉光學(xué)理論可知，當(dāng)像點(diǎn)放置在傅立葉透鏡的前焦面上時(shí)，在傅立葉透鏡的后焦面將形成其瞳面。
傅立葉變換透鏡要求對(duì)兩對(duì)物象共軛位置校正像差。傅立葉變換透鏡必須使無(wú)窮遠(yuǎn)入射的平行光束在后焦面上完善的成像；第二對(duì)必須控制像差的共軛平面是以輸入面作為物體，對(duì)應(yīng)的像在像方無(wú)窮遠(yuǎn)。傅立葉變換透鏡要求設(shè)計(jì)像差小于四分之一波長(zhǎng)，這樣，保證測(cè)量的光瞳面為完善的照明光瞳面。
由于照明視場(chǎng)具有一定的大小，需要對(duì)照明視場(chǎng)內(nèi)的多個(gè)點(diǎn)測(cè)量光瞳，這樣才能評(píng)估整個(gè)照明場(chǎng)內(nèi)的光瞳質(zhì)量。本測(cè)量方法還包括一步進(jìn)掃描過(guò)程，測(cè)量裝置可以在像面上步進(jìn)掃描，分別測(cè)量掩膜上多個(gè)小孔的光瞳質(zhì)量，就可以評(píng)估曝光系統(tǒng)在整個(gè)照明場(chǎng)內(nèi)的光瞳，本系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示，光線通過(guò)掩膜板111上的小孔出射到投影物鏡112上，再進(jìn)入本發(fā)明的光瞳測(cè)量裝置113。
由CCD采集到測(cè)量點(diǎn)的光瞳信息后，需要對(duì)光瞳進(jìn)行分析，以確定光瞳質(zhì)
量。本發(fā)明還包括一種光瞳圖像處理算法，圖像處理算法用于對(duì)所采樣的光瞳
進(jìn)行分析，以得到二極照明和四極照明光瞳極平衡性、環(huán)形照明的同心性、光
瞳本身的均勻性等指標(biāo)。
l.對(duì)于傳統(tǒng)照明光瞳形貌，首先進(jìn)行圖像消噪，利用能量中心法算出光斑
的中心點(diǎn)C,以C作為光瞳的中心點(diǎn)。如圖9所示為計(jì)算光瞳橢圓性所用的才莫板，
首先將模板的中心與光瞳中心C對(duì)準(zhǔn)。分別將光瞳圖像與(a)和(b)相乘。(a)為光瞳x方向透光的模板，(b)為光瞳y方向透光的才莫板，這樣分別計(jì)算光瞳 在x和y方向上的能量，光瞳橢圓度定義為光瞳能量在x和y方向上的能量差
異，用公式表達(dá)為朋樹(shù)c矽-J^。根據(jù)所測(cè)得的x和y能量，就可以計(jì)算光 瞳橢圓度。
2.對(duì)于二極照明光瞳，影響光瞳的主要指標(biāo)是極平衡性，首先尋找光瞳圖 像的中心，然后分別求得兩極光瞳的能量，利用公式
Non — balance =
求得二極光曖極平衡性。
3. 對(duì)于四極照明光瞳，先算出光瞳能量的中心點(diǎn)C，過(guò)C點(diǎn)做分界線，將光 斑分解為4象限，分別計(jì)算各象限的光能量大小Ei、 E2、 E3和E"根據(jù)公
式Non - balance =腿(Wmi,"』(4))計(jì)算四極光瞳極平衡性。 max(￡())...￡(4)) + min(五w…五w)
4. 對(duì)于環(huán)形照明光瞳形貌，首先計(jì)算出光瞳能量的中心點(diǎn)，然后利用數(shù)學(xué) 形態(tài)學(xué)圖像處理算法，尋找光瞳內(nèi)外環(huán)的邊界，分別尋找內(nèi)外環(huán)的幾何 中心，并評(píng)估環(huán)形照明內(nèi)外環(huán)的同心性。
5. 光瞳測(cè)試裝置在照明視場(chǎng)內(nèi)沿x和y方向做二維移動(dòng)，尋找照明視場(chǎng)內(nèi) 各個(gè)像點(diǎn)，并獲得各個(gè)像點(diǎn)的光瞳圖像，通過(guò)對(duì)每個(gè)光瞳進(jìn)行處理，可 以獲得整個(gè)照明視場(chǎng)的光瞳差異。并且可以評(píng)估這種光瞳差異性所造成 的光刻線條均勻性(CDU)影響。
通過(guò)上述的照明光瞳測(cè)量裝置，可以實(shí)現(xiàn)如下的功能
1. 在一定的sigma (照明相干因子)設(shè)置下，測(cè)量照明光瞳的形貌，利用數(shù) 字圖像處理的方法分析照明光瞳的均勻性，極平衡性等指標(biāo)，可以評(píng)估 衍射光學(xué)元件的性能。
2. 通過(guò)在一組sigma范圍下測(cè)量光瞳形貌，可以檢測(cè)變焦透鏡的變焦范圍， 并可以診斷光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)誤差。
3. 通過(guò)測(cè)量環(huán)形照明的內(nèi)外環(huán)的同心性，并結(jié)合照明遠(yuǎn)心測(cè)量，可以尋找 最佳的入射光束方向。
通過(guò)在照明-f見(jiàn)場(chǎng)內(nèi)的不同點(diǎn)來(lái)測(cè)量照明光瞳，可以測(cè)量整個(gè)照明視場(chǎng)的光瞳差異。并且可以評(píng)估這種光瞳差異性所造成的CDU影響。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明 所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各 種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書(shū)所界定者為準(zhǔn)。
8
權(quán)利要求
1. 一種光瞳測(cè)量裝置，其特征在于包括傅里葉透鏡；進(jìn)光孔，位于所述傅里葉透鏡一側(cè)的焦面上；電荷耦合器件，位于所述傅里葉透鏡另一側(cè)的焦面上；圖像處理系統(tǒng)，和所述電荷耦合器件相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種光瞳測(cè)量裝置，其特征在于所述光瞳測(cè)量裝置 和一控制臺(tái)相連，由所述控制臺(tái)控制所述光瞳測(cè)量裝置的運(yùn)動(dòng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述一種光瞳測(cè)量裝置，其特征在于所述光瞳測(cè)量裝置 在光路方向上放置于一投影物鏡的一側(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述一種光瞳測(cè)量裝置，其特征在于所述投影物鏡的另 一側(cè)放置一掩膜板。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種光瞳測(cè)量裝置，其特征在于所述掩膜板上分布 多個(gè)小孔。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述一種光瞳測(cè)量裝置，其特征在于相鄰所述小孔之間 的距離相等。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述一種光瞳測(cè)量裝置，其特征在于所述小孔的形狀是 圓形、方形或三角形。
8. —種光瞳圖像處理方法，其特征在于包括如下步驟 判斷所述光瞳的類(lèi)型；確定所述光瞳圖像的中心； 計(jì)算所述光瞳的能量； 計(jì)算所述光瞳橢圓度、極平衡性或同心性。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述一種光瞳圖像處理方法，其特征在于還包括一步進(jìn) 掃描過(guò)程，測(cè)量裝置在像面的二維方向步進(jìn)掃描，分別測(cè)量掩膜上多個(gè)小孔的 光瞳質(zhì)量，評(píng)估其對(duì)光刻線條均勻性的影響。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述一種光瞳圖像處理方法，其特征在于所述光瞳的類(lèi) 型包括圓孔照明光瞳、二^L照明光瞳、四才及照明光瞳和環(huán)形照明光瞳。
全文摘要
本發(fā)明提出一種光瞳測(cè)量裝置，包括傅里葉透鏡；進(jìn)光孔，位于所述傅里葉透鏡一側(cè)的焦面上；電荷耦合器件，位于所述傅里葉透鏡另一側(cè)的焦面上；圖像處理系統(tǒng)，和所述電荷耦合器件相連，本發(fā)明提供一種光刻曝光系統(tǒng)光瞳測(cè)量裝置，可以在線的測(cè)量照明光瞳的光瞳質(zhì)量，并可以利用光瞳的形貌診斷光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量和裝調(diào)誤差。
文檔編號(hào)G03F7/20GK101487987SQ200910046820
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者勇 郭 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司