一種波像差測量標(biāo)記及波像差測量方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種波像差測量物面標(biāo)記，形成在光刻機(jī)系統(tǒng)的掩模上，其特征在于該物面標(biāo)記包括光柵標(biāo)記和小孔標(biāo)記，光柵標(biāo)記和小孔標(biāo)記分別在標(biāo)記面上排成列，每個光柵標(biāo)記和每個小孔標(biāo)記構(gòu)成一組標(biāo)記并且排成一行。同時還提出了使用該物面標(biāo)記測量波像差的方法。由于本發(fā)明的波像差測量物面標(biāo)記既包括光柵標(biāo)記，又包括小孔標(biāo)記，在通過剪切干涉條紋測量波像差的同時，通過小孔標(biāo)記測量劑量，從而提高了波像差測量精度，減小了光強(qiáng)不均勻性對波像差檢測精度的影響。
【專利說明】一種波像差測量標(biāo)記及波像差測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地涉及一種光刻物鏡波像差測量標(biāo)記及波像差測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體行業(yè)的一個目標(biāo)是在單個集成線路(IC)中集成更多的電子元件。要實現(xiàn)這個目標(biāo)需不斷地縮小元件尺寸，即不斷地提高光刻投影系統(tǒng)的分辨率。物鏡波像差是限制投影系統(tǒng)分辨率的重要因素，它是造成線寬變化的重要原因。
[0003]雖然物鏡在加工制造和裝配過程中都經(jīng)過了嚴(yán)格的檢驗和優(yōu)化，使其波像差最小化，在物鏡系統(tǒng)集成到光刻機(jī)后進(jìn)行在線的波像差測量仍然必要。這是因為鏡片材料的老化或是物鏡熱效應(yīng)會造成波像差，因此，在光刻機(jī)工作過程中需經(jīng)常的測量波像差，并根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整物鏡中特定鏡片的位置以減小波像差。若需在短時間范圍內(nèi)校正物鏡熱效應(yīng)，則需更頻繁地進(jìn)行波像差測量。
[0004]在線測量波像差的一種方法是剪切干涉法。該方法使用曝光光束進(jìn)行測量，在物面使用小孔產(chǎn)生探測光源，小孔經(jīng)物鏡成像到像面剪切光柵并在遠(yuǎn)場產(chǎn)生剪切干涉條紋，使用二維陣列光敏元件在物鏡光瞳的共軛面記錄干涉圖像。測量過程中需改變光源與光柵的相對位置(移相)以獲得不同的干涉條紋，分析這些圖像可得到物鏡波像差。這一方法可以實現(xiàn)高精度的波像差測量。在該方法中，由于劑量控制精度的限制使得測量時楨圖像之間存在能量波動，從而影響波像差檢測精度。其次，由于采用遠(yuǎn)場測量，傳感器面處的光強(qiáng)不均勻性對波像差檢測精度影響很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種波像差測量標(biāo)記及波像差測量方法，在通過剪切干涉條紋測量波像差的同時，通過小孔標(biāo)記測量劑量，從而提高波像差測量精度，減小光強(qiáng)不均勻性對波像差檢測精度的影響。
[0006]一種波像差測量物面標(biāo)記，形成在光刻機(jī)系統(tǒng)的掩模上，其特征在于該物面標(biāo)記包括光柵標(biāo)記和小孔標(biāo)記，光柵標(biāo)記和小孔標(biāo)記分別在標(biāo)記面上排成列，每個光柵標(biāo)記和每個小孔標(biāo)記構(gòu)成一組標(biāo)記并且排成一行。
[0007]較優(yōu)地，所述光柵標(biāo)記至少包含4個透光線條。
[0008]較優(yōu)地，所述光柵標(biāo)記周期P與投影物鏡數(shù)值孔徑NA、曝光波長λ和移相步數(shù)N相關(guān)，按照P= N* λ /NA計算，其中N大于等于8。
[0009]較優(yōu)地，所述小孔標(biāo)記可以是方孔或圓孔。
[0010]較優(yōu)地,測量標(biāo)記分為物面標(biāo)記和像面標(biāo)記。
[0011]較優(yōu)地，所述物面標(biāo)記位于投影物鏡上方的掩模面上，所述像面標(biāo)記位于投影物鏡下方的光柵面上。
[0012]較優(yōu)地，所述物面標(biāo)記的尺寸與所述像面標(biāo)記的尺寸成比例關(guān)系，所述比例為投影物鏡的放大倍率值。
[0013]較優(yōu)地，所述物面標(biāo)記用于波像差檢測，所述像面標(biāo)記用于劑量探測。
[0014]本發(fā)明還公開了一種使用上述物面標(biāo)記進(jìn)行波像差測量的方法，包括如下步驟:
(1)所述測量標(biāo)記分為物面標(biāo)記和像面標(biāo)記，將所述物面標(biāo)記放置于投影物鏡上方的掩模面上，所述像面標(biāo)記放置于投影物鏡下方的光柵面上；
(2)所述物面標(biāo)記經(jīng)過投影物鏡成像到像面標(biāo)記處，分別形成光柵標(biāo)記像和小孔標(biāo)記像，所述光柵標(biāo)記像為用于波像差檢測的剪切干涉條紋像，所述小孔標(biāo)記像為用于劑量探測的物鏡光瞳圖像；
(3)圖像傳感器記錄所述剪切干涉條紋像與光瞳圖像；
(4)利用所述光瞳圖像計算所述劑量，對剪切干涉條紋像進(jìn)行校正；
(5)使用校正后的剪切干涉條紋像計算投影物鏡波像差。
[0015]其中，步驟(2)還包括:改變所述物面標(biāo)記與像面標(biāo)記之間的相對位置，從而在不同相移條件下測量所述剪切干涉條紋像和物鏡光瞳像，剪切干涉條紋像和物鏡光瞳像成--對應(yīng)關(guān)系。
[0016]其中，所述光柵標(biāo)記至少包含4個透光線條。
[0017]其中，所述光柵標(biāo)記周期P與投影物鏡數(shù)值孔徑NA、曝光波長λ和移相步數(shù)N相關(guān)，按照P= N* λ /NA計算，其中N大于等于8。
[0018]其中，所述小孔標(biāo)記可以是方孔或圓孔。
[0019]其中，所述物面標(biāo)記的尺寸與所述像面標(biāo)記的尺寸成比例關(guān)系，所述比例為所述投影物鏡的放大倍率值。
[0020]其中，所述圖像傳感器為二維陣列光敏元件。
[0021]由于本發(fā)明的波像差測量物面標(biāo)記既包括光柵標(biāo)記，又包括小孔標(biāo)記，在通過剪切干涉條紋測量波像差的同時，通過小孔標(biāo)記對像面的能量同時進(jìn)行測量。獲取剪切光柵處的實際劑量，并使用該劑量計算對應(yīng)光強(qiáng)后對圖像傳感器記錄的剪切干涉條紋圖像進(jìn)行校正，消除劑量波動以及像面光強(qiáng)不均勻性的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了解。
[0023]圖1為光刻裝置波像差測量結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明波像差測量物面標(biāo)記結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為現(xiàn)有技術(shù)測量波像差結(jié)果模擬圖；
圖4為使用本發(fā)明測量波像差結(jié)果模擬圖；
圖5為使用現(xiàn)有技術(shù)與使用本發(fā)明測量波像差結(jié)果比較圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施例。
[0025]圖1為光刻裝置波像差測量結(jié)構(gòu)示意圖。圖中11為光源，光源發(fā)出的光經(jīng)過照明系統(tǒng)13入射到掩模面。位于掩模面31的物面標(biāo)記33發(fā)生衍射。掩模面位于掩模臺21上，并可隨其運動。探測光經(jīng)過物鏡14后被剪切光柵34衍射，并在圖像傳感器42探測面形成剪切干涉條紋，被其探測，其中圖像傳感器可為二維陣列光敏元件。剪切光柵34位于光柵面32。光柵面位于工件臺22上，并可隨其運動。優(yōu)選地，光柵面可以與像面重合，以下以光柵面與像面重合為例進(jìn)行說明。
[0026]圖2為本發(fā)明波像差測量物面標(biāo)記33結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示,物面標(biāo)記33包括光柵標(biāo)記51,53與小孔標(biāo)記52,54。標(biāo)記51與標(biāo)記52為一組，測量時，光柵標(biāo)記用于進(jìn)行波像差檢測，小孔標(biāo)記用于進(jìn)行劑量探測。參照圖2所示，光柵面32處的剪切光柵34的像面標(biāo)記構(gòu)成與物面標(biāo)記33構(gòu)成相同，也包括兩個光柵標(biāo)記和兩個小孔標(biāo)記。物面標(biāo)記和像面標(biāo)記的小孔標(biāo)記可以是各種形狀的小孔，例如方孔或圓孔，以下以方孔為例進(jìn)行說明。光柵面處的光柵標(biāo)記周期與方孔標(biāo)記大小與物面標(biāo)記不同。若物面標(biāo)記33中光柵標(biāo)記51與53的周期為P，方孔標(biāo)記52，54的寬度為W，則光柵面處的光柵標(biāo)記34中相應(yīng)的的標(biāo)記周期為P/n,相應(yīng)的方孔標(biāo)記寬度為W/η,η為物鏡的倍率，以下以n=4為例進(jìn)行說明,此外W可選地大于60um小于200um。其中，光柵標(biāo)記周期P與投影物鏡數(shù)值孔徑NA、曝光波長λ和移相步數(shù)N相關(guān)，按照P= Ν*λ/ΝΑ計算。優(yōu)選地，光柵標(biāo)記都包含4個以上透光線條；光柵標(biāo)記與方孔標(biāo)記位于同一行，即在X方向存在一定位置偏差，優(yōu)選為0.5mm以上,在y方向位置偏差為O,其中X方向和y方向垂直，xy平面為水平面。
[0027]測量時，圖像探測器42同時記錄通過光柵面的光柵標(biāo)記與通過方孔標(biāo)記的光強(qiáng)。通過光柵面的光柵標(biāo)記的為剪切干涉儀條紋，通過方孔標(biāo)記的為物鏡光瞳圖像。
[0028]測量過程中需通過掩模臺21、工件臺22改變物面標(biāo)記33與剪切光柵34的像面標(biāo)記之間的相對位置，即在不同的相移條件下使用圖像傳感器測量剪切干涉條紋。收集和分析不同移相條件下的圖像信息可以計算物鏡波像差。對于每次測量，都將通過圖像傳感器獲取N幅到切干涉條紋圖像與N幅光瞳圖像。同時二者應(yīng)該是對應(yīng)關(guān)系。利用獲取的N幅光瞳圖像對剪切干涉儀條紋圖像進(jìn)行劑量探測及光強(qiáng)計算校正后再進(jìn)行波像差擬和，即可消除劑量波動以及光強(qiáng)不均勻性對波像差檢測的影響，提高波像差檢測精度。
[0029]圖1中使用的光源為脈沖激光器。當(dāng)前光刻機(jī)中使用的主流光源為193nm的ArF脈沖激光器和248nm的KrF脈沖激光器。在本方案中，物面標(biāo)記可以直接用掩模版制成，光柵周期可取為5um，方孔尺寸可選取為80um。測量時，該掩模版可以上載到掩模臺上，并隨掩模臺一起運動。光柵面的光柵標(biāo)記可取為5/4um，光柵面的方孔尺寸可取為20um。剪切光柵可固定在工件臺上，并隨工件臺一起運動。進(jìn)行波像差測量時，移動掩模臺使照明光源透過物面標(biāo)記的一個方向的一組光柵與方孔；移動工件臺或者掩模臺，使物面標(biāo)記的光柵標(biāo)記與方孔標(biāo)記成像到與其方向相同的剪切光柵的像面標(biāo)記上。圖像傳感器位于剪切光柵下方足夠遠(yuǎn)的地方，以形成遠(yuǎn)場探測條件。圖像傳感器的探測面與物鏡光瞳面共軛，剪切光柵產(chǎn)生干涉條紋由圖像傳感器接收。移動掩模臺或工件臺，或同時移動兩者，改變物面標(biāo)記與剪切光柵的像面標(biāo)記間的相對位置，即進(jìn)行移相，使用圖像傳感器記錄一組不同相移下的干涉條紋以及光瞳圖像，即可進(jìn)行劑量探測與光強(qiáng)計算，之后，再進(jìn)行分析計算和校正光瞳面的波像差。移動掩模臺或工件臺，使用另一個方向的另一組方孔標(biāo)記和光柵標(biāo)記，按照上述類似的方法，可測量光瞳面另一方向上的波像差。將這兩個方向的波像差組合，即可得到光瞳面完整的波像差結(jié)果。
[0030]圖3為現(xiàn)有技術(shù)測量波像差結(jié)果模擬圖，圖4為使用本發(fā)明測量波像差結(jié)果模擬圖，圖5為使用現(xiàn)有技術(shù)與使用本發(fā)明測量波像差結(jié)果比較圖。從圖中可以看出，如果采用本發(fā)明的技術(shù)方案對劑量以及光瞳面光強(qiáng)不均勻性進(jìn)行校正，波像差測量精度可提高0.3nm。
本說明書中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種波像差測量標(biāo)記，其特征在于所述標(biāo)記包括光柵標(biāo)記和小孔標(biāo)記，所述光柵標(biāo)記和小孔標(biāo)記分別在標(biāo)記面上排成列，每個光柵標(biāo)記和每個小孔標(biāo)記構(gòu)成一組標(biāo)記并且排成一行。
2.如權(quán)利要求1所述的物面標(biāo)記，其特征在于所述光柵標(biāo)記至少包含4個透光線條。
3.如權(quán)利要求1所述的物面標(biāo)記，其特征在于所述光柵標(biāo)記周期P與投影物鏡數(shù)值孔徑NA、曝光波長λ和移相步數(shù)N相關(guān)，按照P= N* λ/NA計算，其中N大于等于8。
4.如權(quán)利要求1所述的物面標(biāo)記，其特征在于所述小孔標(biāo)記可以是方孔或圓孔。
5.如權(quán)利要求1所述的物面標(biāo)記，其特征在于所述測量標(biāo)記分為物面標(biāo)記和像面標(biāo)記。
6.如權(quán)利要求5所述的物面標(biāo)記，其特征在于所述物面標(biāo)記位于投影物鏡上方的掩模面上，所述像面標(biāo)記位于投影物鏡下方的光柵面上。
7.如權(quán)利要求5所述的物面標(biāo)記，其特征在于所述物面標(biāo)記的尺寸與所述像面標(biāo)記的尺寸成比例關(guān)系，所述比例為投影物鏡的放大倍率值。
8.如權(quán)利要求5所述的物面標(biāo)記，其特征在于所述物面標(biāo)記用于波像差檢測，所述像面標(biāo)記用于劑量探測。
9.一種使用如權(quán)利要求1所述的測量標(biāo)記進(jìn)行波像差測量的方法，包括如下步驟: (1)所述測量標(biāo)記分為物面標(biāo)記和像面標(biāo)記，將所述物面標(biāo)記放置于投影物鏡上方的掩模面上，所述像面標(biāo)記放置于投影物鏡下方的光柵面上； (2)所述物面標(biāo)記經(jīng)過投影物鏡成像到像面標(biāo)記處，分別形成光柵標(biāo)記像和小孔標(biāo)記像，所述光柵標(biāo)記像為用于波像差檢測的剪切干涉條紋像，所述小孔標(biāo)記像為用于劑量探測的物鏡光瞳圖像； (3)圖像傳感器記錄所述剪切干涉條紋像與光瞳圖像； (4)利用所述光瞳圖像計算所述劑量，對剪切干涉條紋像進(jìn)行校正； (5)使用校正后的剪切干涉條紋像計算投影物鏡波像差。
10.如權(quán)利要求9所述的測量方法，其特征在于，步驟(2)還包括:改變所述物面標(biāo)記與像面標(biāo)記之間的相對位置，從而在不同相移條件下測量所述剪切干涉條紋像和物鏡光瞳像，剪切干涉條紋像和物鏡光瞳像成一一對應(yīng)關(guān)系。
11.如權(quán)利要求9所述的測量方法，其特征在于所述光柵標(biāo)記至少包含4個透光線條。
12.如權(quán)利要求9所述的測量方法，其特征在于所述光柵標(biāo)記周期P與投影物鏡數(shù)值孔徑NA、曝光波長λ和移相步數(shù)N相關(guān)，按照P= N* λ/NA計算，其中N大于等于8。
13.如權(quán)利要求9所述的測量方法，其特征在于所述小孔標(biāo)記可以是方孔或圓孔。
14.如權(quán)利要求9所述的測量方法，其特征在于所述物面標(biāo)記的尺寸與所述像面標(biāo)記的尺寸成比例關(guān)系，所述比例為所述投影物鏡的放大倍率值。
15.如權(quán)利要求9所述的測量方法，其特征在于所述圖像傳感器為二維陣列光敏元件。
【文檔編號】G01M11/02GK103472676SQ201210183465
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月6日
【發(fā)明者】馬明英, 段立峰 申請人:上海微電子裝備有限公司