專利名稱：光刻機透鏡像差的檢測裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體制造中光刻機設備的檢測和監控方法。
背景技術：
在半導體制造中，光刻是圖形轉移的關鍵性技術，光刻工藝的控制精 度和分辨能力直接決定了半導體制造的技術能力。在影響光刻工藝的眾多 因素中，光刻機透鏡的質量是根本性的因素，成像的好壞由透鏡直接決定。
對于光學鏡頭，由于現有工藝技術和材料設備的限制，實際透鏡的必 然存在著像差，像差是決定透鏡好壞的關鍵指標之一。常見的像差主要有 球差(透鏡邊緣和中間聚焦不統一)，慧差(透鏡左右上下聚焦不統一)，
像散(透鏡沿x軸、y軸方向聚焦不統一)等。
鏡頭的好壞一方面是在鏡頭生產過程中決定的，另一方面在使用過程 中，隨著時間的推移和不斷的使用高功率激光曝光，鏡頭會產生老化、劣 化，從而影響最終成像質量并進一步影響產品硅片上關鍵尺寸的控制能力。 因此透鏡像差的檢測被列為光刻機日常檢測和監控的項目之一，當透鏡像 差超出一定規格時，就需要光刻機廠商對鏡頭進行光路調整或鏡頭重新拋 光加工。
請參閱圖1，現有的光刻機透鏡像差的檢測方法包括如下步驟
第1步，對光刻機的透鏡使用特定的測試光罩進行曝光；
第2步，根據不同的像差測量項目選用不同的測量圖形，通過SEM(電子掃描顯微鏡)進行測量并收集數據；
第3步，通過模型擬合得到不同測量圖形所對應的光刻機透鏡像差。
上述方法需要使用特定的測試光罩，需要對硅片進行曝光，還需要使 用SEM進行測量，最后更需要工程師根據模型進行計算，整個過程花費時 間較長，成本較高，而且一次只能得到像差中的一個測量項目的結果。如 果需要測量所有的透鏡像差項目，需要使用不同的測試圖形重復上述步驟， 這要花費很長的時間，因此現有的方法大大制約了透鏡像差監控的頻率。 實際的半導體企業， 一般半年或一年才會檢測一次光刻機透鏡像差，這不 利于及時發現光刻機設備的透鏡問題。
同時現有的方法通過某些特定的測試圖形測量透鏡像差，這并不能保 證透鏡的所有部分都可以被檢測到，往往對于不同工藝的測試圖形得到不 同的像差結果，同時透鏡局部區域的缺陷很難被發現。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種光刻機透鏡像差的檢測裝置， 該裝置可簡單、方便地檢測光刻機透鏡像差。為此，本發明還要提供一種 光刻機透鏡像差的檢測方法。
為解決上述技術問題，本發明光刻機透鏡像差測量裝置包括
一入射光發生裝置，發射入射光；
一成像透鏡，選取所述光刻機的主透鏡；
一光柵和一硅片平臺，分別放置在所述透鏡的光路兩側；
一檢測器，集成在所述硅片平臺上，測量通過所述透鏡的折射光在所述硅片平臺上形成的焦點的位置、形狀、大小和焦距。
本發明采用上述裝置對光刻機透鏡像差進行檢測的方法包括如下步
驟
第1步，開啟入射光發生裝置，入射光照射到光柵上，通過光柵的衍 射光或反射光照射到透鏡上，通過透鏡的折射光照射到硅片平臺上；
第2步，調整所述硅片平臺和所述透鏡的距離、位置，直至所述折射 光在所述硅片平臺上形成焦點；
第3步，所述硅片平臺上集成的檢測器測量所述焦點的位置、形狀、 大小和焦距并判斷是否符合要求；
第4步，沿X軸、Y軸和/或Z軸轉動所述光柵，使所述衍射光或反射 光照射到所述透鏡的不同位置，重復第1步至第4步。
本發明無須使用光罩，無須進行曝光、也無須測量硅片，即可測量光 刻機透鏡像差。并且，本發明可對透鏡的所有位置進行檢測，可以一次性 得到所有的主要像差的結果。與現有的需要用不同測試圖形檢測透鏡像差 的方法，本發明大大縮短了檢測時間，同時簡化了檢測步驟，提高對設備 的監控能力，保障了半導體制造的光刻工藝始終處于較高的技術水平，保 障了產品制造的良品率和光刻機設備的利用效率。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明 圖1是現有的光刻機透鏡像差的測量方法流程圖； 圖2是本發明光刻機透鏡像差的測量方法流程圖；圖3是本發明采用透射光柵測量光刻機透鏡相差的示意圖； 圖4是本發明采用反射光柵測量光刻機透鏡相差的示意圖； 圖5是閃耀光柵和普通反射廣設的對比示意圖。
圖中附圖標記為IO —透射光柵；ll一反射光柵；110 —普通反射光柵； lll一閃耀光柵；20 —透鏡；30 —硅片平臺；l一入射光；2 —衍射光；3 —
反射光；4一折射光。
具體實施例方式
請參閱圖3 (b)，本發明光刻機透鏡像差的檢測裝置包括 一入射光發生裝置(未圖示)，發射入射光l; 一成像透鏡20，選取光刻機的主透鏡；
一透射光柵10和一硅片平臺30，光柵10與硅片平臺30分別放置在透 鏡20的光路兩側；
一檢測器(未圖示)，集成在硅片平臺30上，測量通過透鏡20的折射 光在硅片平臺30上形成的焦點的位置、形狀、大小和焦距。
請參閱圖4(b)，這是本發明光刻機透鏡像差的檢測裝置的另一實施例， 其與圖3的區別就在于以一反射光柵11取代了透射光柵10。這樣通過反 射光柵11的反射光3就取代了通過透射光柵10的衍射光2。
圖3 (a)和圖4 (a)還顯示了一個以光柵10的中心為原點的三維坐 標系，其中的X軸、Y軸所形成的XY平面與透鏡20、硅片平臺30呈平行 位置。并且，光柵10的中心、透鏡20的中心、硅片平臺30的中心均在三 維坐標系的Z軸上(三點共線)。光柵10可以沿三維坐標系的X軸、Y軸、Z軸自由轉動。 請參閱圖2、圖3 (b)、圖4 (b)，本發明光刻機透鏡像差的檢測方法 包括如下步驟
第1步，開啟入射光發生裝置(未圖示)，入射光1照射到光柵10或 11上，通過光柵10的衍射光2或通過光柵11的反射光3照射到透鏡20上， 通過透鏡20的折射光4照射到硅片平臺30上；
第2步，調整硅片平臺30和透鏡20之間的距離和相互位置，直至折 射光4在硅片平臺30上形成清晰、明亮的焦點(未圖示)；
第3步，硅片平臺30上集成的檢測器(未圖示)測量焦點的位置、形 狀、大小和焦距，并判斷是否符合規范要求；
第4步，沿X軸、Y軸和/或Z軸轉動光柵10，使衍射光2或反射光3 照射到透鏡20的不同位置，重復第1步至第4步。
所述方法的第4步中，衍射光2或反射光3至少照射到透鏡20的所有 待測位置；所述方法的第3步中，檢測器至少測量并判斷通過透鏡20的所 有待測位置的焦點的形狀、大小和焦距。
請參閱圖5，本發明除了可以使用普通的反射光柵IIO，還可以使用閃 耀光柵111。這樣，本發明既可以使用通過普通反射光柵110的0級光強(最 強光強)作為照射到透鏡20上的反射光3，還可以使用通過閃耀光柵111 的O級光強(次強光強)作為照射到透鏡20上的反射光3。
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權利要求
1.一種光刻機透鏡像差檢測裝置，其特征是所述裝置包括一入射光發生裝置，發射入射光；一成像透鏡，選取所述光刻機的主透鏡；一光柵和一硅片平臺，分別放置在所述透鏡的光路兩側；一檢測器，集成在所述硅片平臺上，測量通過所述透鏡的折射光在所述硅片平臺上形成的焦點的位置、形狀、大小和焦距。
2. 根據權利要求1所述的光刻機透鏡像差檢測裝置，其特征是以所 述光柵中心為原點建立一個三維坐標系，其中的X軸、Y軸所形成的XY平 面與所述透鏡、所述硅片平臺呈平行位置。
3. 根據權利要求1所述的光刻機透鏡像差檢測裝置，其特征是所述 光柵中心、所述透鏡中心、所述硅片平臺中心均在所述三維坐標系的Z軸 上。
4. 根據權利要求1所述的光刻機透鏡像差檢測裝置，其特征是所述 光柵沿所述三維坐標系的X軸、Y軸、Z軸自由轉動。
5. 根據權利要求4所述的光刻機透鏡像差檢測裝置，其特征是所述光柵為透射光柵或反射光柵，所述反射光柵包括閃耀光柵。
6. —種如權利要求1所述的光刻機透鏡像差檢測裝置對光刻機透鏡像差進行檢測的方法，其特征是所述方法包括如下步驟第1步，開啟入射光發生裝置，入射光照射到光柵上，通過光柵的衍射光或反射光照射到透鏡上，通過透鏡的折射光照射到硅片平臺上；第2步，調整所述硅片平臺和所述透鏡的距離、位置，直至所述折射光在所述硅片平臺上形成焦點；第3步，所述硅片平臺上集成的檢測器測量所述焦點的位置、形狀、 大小和焦距并判斷是否符合要求；第4步，沿X軸、Y軸和/或Z軸轉動所述光柵，使所述衍射光或反射 光照射到所述透鏡的不同位置，重復第1步至第4步。
7. 根據權利要求6所述的光刻機透鏡像差的檢測方法，其特征是所 述方法的第4步中，所述衍射光或反射光至少照射到所述透鏡的所有待測 位置；所述方法的第3步中，所述檢測器至少測量并判斷通過所述透鏡的 所有待測位置的焦點的形狀、大小和焦距。
8. 根據權利要求6所述的光刻機透鏡像差的檢測方法，其特征是所 述方法的第1步中，通過光柵的衍射光或反射光的最強光強、次強光強或 再次強光強照射到透鏡上，通過透鏡形成折射光。
全文摘要
本發明公開了一種光刻機透鏡像差的檢測方法，包括第1步，開啟入射光發生裝置，入射光照射到光柵上，通過光柵的衍射光或反射光照射到透鏡上，通過透鏡的折射光照射到硅片平臺上；第2步，調整所述硅片平臺和所述透鏡的距離、位置，直至所述折射光在所述硅片平臺上形成焦點；第3步，所述硅片平臺上集成的檢測器測量所述焦點的位置、形狀、大小和焦距并判斷是否符合要求；第4步，沿X軸、Y軸和/或Z軸轉動所述光柵，使所述衍射光或反射光照射到所述透鏡的不同位置，重復第1步至第4步。本發明還公開了與上述方法對應的檢測裝置，本發明可實現自動檢測、監控光刻機透鏡像差，對于提高產品良品率，設備的利用效率都有幫助。
文檔編號G03F7/20GK101634808SQ20081004365
公開日2010年1月27日 申請日期2008年7月21日 優先權日2008年7月21日
發明者雷 王 申請人:上海華虹Nec電子有限公司