一種波像差測量標記及波像差測量方法
【專利摘要】本發明提出一種波像差測量物面標記，形成在光刻機系統的掩模上，其特征在于該物面標記包括光柵標記和小孔標記，光柵標記和小孔標記分別在標記面上排成列，每個光柵標記和每個小孔標記構成一組標記并且排成一行。同時還提出了使用該物面標記測量波像差的方法。由于本發明的波像差測量物面標記既包括光柵標記，又包括小孔標記，在通過剪切干涉條紋測量波像差的同時，通過小孔標記測量劑量，從而提高了波像差測量精度，減小了光強不均勻性對波像差檢測精度的影響。
【專利說明】一種波像差測量標記及波像差測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體制造【技術領域】，具體地涉及一種光刻物鏡波像差測量標記及波像差測量方法。
【背景技術】
[0002]半導體行業的一個目標是在單個集成線路(IC)中集成更多的電子元件。要實現這個目標需不斷地縮小元件尺寸，即不斷地提高光刻投影系統的分辨率。物鏡波像差是限制投影系統分辨率的重要因素，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過了嚴格的檢驗和優化，使其波像差最小化，在物鏡系統集成到光刻機后進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會造成波像差，因此，在光刻機工作過程中需經常的測量波像差，并根據測量結果調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校正物鏡熱效應，則需更頻繁地進行波像差測量。
[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行測量，在物面使用小孔產生探測光源，小孔經物鏡成像到像面剪切光柵并在遠場產生剪切干涉條紋，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，由于采用遠場測量，傳感器面處的光強不均勻性對波像差檢測精度影響很大。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提出一種波像差測量標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，通過小孔標記測量劑量，從而提高波像差測量精度，減小光強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記，形成在光刻機系統的掩模上，其特征在于該物面標記包括光柵標記和小孔標記，光柵標記和小孔標記分別在標記面上排成列，每個光柵標記和每個小孔標記構成一組標記并且排成一行。
[0007]較優地，所述光柵標記至少包含4個透光線條。
[0008]較優地，所述光柵標記周期P與投影物鏡數值孔徑NA、曝光波長λ和移相步數N相關，按照P= N* λ /NA計算，其中N大于等于8。
[0009]較優地，所述小孔標記可以是方孔或圓孔。
[0010]較優地,測量標記分為物面標記和像面標記。
[0011]較優地，所述物面標記位于投影物鏡上方的掩模面上，所述像面標記位于投影物鏡下方的光柵面上。
[0012]較優地，所述物面標記的尺寸與所述像面標記的尺寸成比例關系，所述比例為投影物鏡的放大倍率值。
[0013]較優地，所述物面標記用于波像差檢測，所述像面標記用于劑量探測。
[0014]本發明還公開了一種使用上述物面標記進行波像差測量的方法，包括如下步驟:
(1)所述測量標記分為物面標記和像面標記，將所述物面標記放置于投影物鏡上方的掩模面上，所述像面標記放置于投影物鏡下方的光柵面上；
(2)所述物面標記經過投影物鏡成像到像面標記處，分別形成光柵標記像和小孔標記像，所述光柵標記像為用于波像差檢測的剪切干涉條紋像，所述小孔標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:改變所述物面標記與像面標記之間的相對位置，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--對應關系。
[0016]其中，所述光柵標記至少包含4個透光線條。
[0017]其中，所述光柵標記周期P與投影物鏡數值孔徑NA、曝光波長λ和移相步數N相關，按照P= N* λ /NA計算，其中N大于等于8。
[0018]其中，所述小孔標記可以是方孔或圓孔。
[0019]其中，所述物面標記的尺寸與所述像面標記的尺寸成比例關系，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]由于本發明的波像差測量物面標記既包括光柵標記，又包括小孔標記，在通過剪切干涉條紋測量波像差的同時，通過小孔標記對像面的能量同時進行測量。獲取剪切光柵處的實際劑量，并使用該劑量計算對應光強后對圖像傳感器記錄的剪切干涉條紋圖像進行校正，消除劑量波動以及像面光強不均勻性的影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]關于本發明的優點與精神可以通過以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的了解。
[0023]圖1為光刻裝置波像差測量結構示意圖；
圖2為本發明波像差測量物面標記結構示意圖；
圖3為現有技術測量波像差結果模擬圖；
圖4為使用本發明測量波像差結果模擬圖；
圖5為使用現有技術與使用本發明測量波像差結果比較圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖詳細說明本發明的具體實施例。
[0025]圖1為光刻裝置波像差測量結構示意圖。圖中11為光源，光源發出的光經過照明系統13入射到掩模面。位于掩模面31的物面標記33發生衍射。掩模面位于掩模臺21上，并可隨其運動。探測光經過物鏡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行說明。
[0026]圖2為本發明波像差測量物面標記33結構示意圖。如圖2所示,物面標記33包括光柵標記51,53與小孔標記52,54。標記51與標記52為一組，測量時，光柵標記用于進行波像差檢測，小孔標記用于進行劑量探測。參照圖2所示，光柵面32處的剪切光柵34的像面標記構成與物面標記33構成相同，也包括兩個光柵標記和兩個小孔標記。物面標記和像面標記的小孔標記可以是各種形狀的小孔，例如方孔或圓孔，以下以方孔為例進行說明。光柵面處的光柵標記周期與方孔標記大小與物面標記不同。若物面標記33中光柵標記51與53的周期為P，方孔標記52，54的寬度為W，則光柵面處的光柵標記34中相應的的標記周期為P/n,相應的方孔標記寬度為W/η,η為物鏡的倍率，以下以n=4為例進行說明,此外W可選地大于60um小于200um。其中，光柵標記周期P與投影物鏡數值孔徑NA、曝光波長λ和移相步數N相關，按照P= Ν*λ/ΝΑ計算。優選地，光柵標記都包含4個以上透光線條；光柵標記與方孔標記位于同一行，即在X方向存在一定位置偏差，優選為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記與通過方孔標記的光強。通過光柵面的光柵標記的為剪切干涉儀條紋，通過方孔標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改變物面標記33與剪切光柵34的像面標記之間的相對位置，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。同時二者應該是對應關系。利用獲取的N幅光瞳圖像對剪切干涉儀條紋圖像進行劑量探測及光強計算校正后再進行波像差擬和，即可消除劑量波動以及光強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。當前光刻機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。進行波像差測量時，移動掩模臺使照明光源透過物面標記的一個方向的一組光柵與方孔；移動工件臺或者掩模臺，使物面標記的光柵標記與方孔標記成像到與其方向相同的剪切光柵的像面標記上。圖像傳感器位于剪切光柵下方足夠遠的地方，以形成遠場探測條件。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，改變物面標記與剪切光柵的像面標記間的相對位置，即進行移相，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，即可進行劑量探測與光強計算，之后，再進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記和光柵標記，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果。
[0030]圖3為現有技術測量波像差結果模擬圖，圖4為使用本發明測量波像差結果模擬圖，圖5為使用現有技術與使用本發明測量波像差結果比較圖。從圖中可以看出，如果采用本發明的技術方案對劑量以及光瞳面光強不均勻性進行校正，波像差測量精度可提高0.3nm。
本說明書中所述的只是本發明的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對本發明的限制。凡本領域技術人員依本發明的構思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本發明的范圍之內。
【權利要求】
1.一種波像差測量標記，其特征在于所述標記包括光柵標記和小孔標記，所述光柵標記和小孔標記分別在標記面上排成列，每個光柵標記和每個小孔標記構成一組標記并且排成一行。
2.如權利要求1所述的物面標記，其特征在于所述光柵標記至少包含4個透光線條。
3.如權利要求1所述的物面標記，其特征在于所述光柵標記周期P與投影物鏡數值孔徑NA、曝光波長λ和移相步數N相關，按照P= N* λ/NA計算，其中N大于等于8。
4.如權利要求1所述的物面標記，其特征在于所述小孔標記可以是方孔或圓孔。
5.如權利要求1所述的物面標記，其特征在于所述測量標記分為物面標記和像面標記。
6.如權利要求5所述的物面標記，其特征在于所述物面標記位于投影物鏡上方的掩模面上，所述像面標記位于投影物鏡下方的光柵面上。
7.如權利要求5所述的物面標記，其特征在于所述物面標記的尺寸與所述像面標記的尺寸成比例關系，所述比例為投影物鏡的放大倍率值。
8.如權利要求5所述的物面標記，其特征在于所述物面標記用于波像差檢測，所述像面標記用于劑量探測。
9.一種使用如權利要求1所述的測量標記進行波像差測量的方法，包括如下步驟: (1)所述測量標記分為物面標記和像面標記，將所述物面標記放置于投影物鏡上方的掩模面上，所述像面標記放置于投影物鏡下方的光柵面上； (2)所述物面標記經過投影物鏡成像到像面標記處，分別形成光柵標記像和小孔標記像，所述光柵標記像為用于波像差檢測的剪切干涉條紋像，所述小孔標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:改變所述物面標記與像面標記之間的相對位置，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關系。
11.如權利要求9所述的測量方法，其特征在于所述光柵標記至少包含4個透光線條。
12.如權利要求9所述的測量方法，其特征在于所述光柵標記周期P與投影物鏡數值孔徑NA、曝光波長λ和移相步數N相關，按照P= N* λ/NA計算，其中N大于等于8。
13.如權利要求9所述的測量方法，其特征在于所述小孔標記可以是方孔或圓孔。
14.如權利要求9所述的測量方法，其特征在于所述物面標記的尺寸與所述像面標記的尺寸成比例關系，所述比例為所述投影物鏡的放大倍率值。
15.如權利要求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 優先權日:2012年6月6日
【發明者】馬明英, 段立峰 申請人:上海微電子裝備有限公司