专利名称：精确确定空间像高大小的方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于对准工序中的确定采样点的方法，且特别涉及一种通过计
算空间像高大小来确定对准工序中的采样点的方法。
背景技术：
在采用光刻机进行集成电路芯片生产过程中，为了实现光刻机期望的精度指标， 需要精确建立光刻机各坐标系之间的关系，使掩模、掩模台、物镜、硅片、硅片台能够在一个 统一的定标系统中工作。对准就是通过硅片台上的对准标记找到掩模或掩模台上标记在透 镜下方所成像的确切位置，使用传感器在水平方向和垂直方向对光强进行扫描采样，通过 对光强数据进行拟合计算，找出最大光强点所在位置。通过对准找到所成像的光强最大位 置就称为对准位置。在对准系统中，照明光源经过物镜系统，会形成一个空间像，这个空间 像的垂向大小即为这个空间像的像高。 在进行采样时，需要足够多的采样点以便为拟合计算提供足够的信息，但由于采 样点的增加，可能带来信息冗余，同时物理实现需要花更长的时间，特别值得注意的是，在 垂直方向上增加一个采样点，物理实现所花时间相对于水平方向增加一个采样点而言更 长。为了提高生产率，垂直方向采样点的计算应尽量精确，除了给拟合计算提供尽量足够的 信息，同时不要花费太长的扫描时间，即认为此时的采样点最优。 采样点的多少由空间像大小决定，而空间像垂向的大小对采样点的影响更大，只 有精确计算空间像高的大小才能够尽量减少采样点，所以精确计算垂向大小就显得尤为重要。 通常，同轴对准扫描中所使用的空间像高的大小由像高公式来确定，于扫描采样 之前计算出空间像高的大小，从而确定采样点数。本发明就是要找到一个比较优化的像高 公式来得到空间像高，精确确定空间像高大小，从而减少采样点数，增加产率。
空间像高大小aiz主要由NA和照明时所选的。值决定，。为相干因子，表示投 影在透镜入射面的光的半径和透镜入射面的半径之比，其理论的取值范围为(l，O)。在对准 系统中，设置不同的照明模式，o的取值范围也不同。对于常规照明模式，0^ = 0，所以在
测试中只考虑。。ut的变化，而在其它照明模式中，由于。in对于像高的影响很小，所以也可
以只考虑0。ut的影响。在下面提到的o都是指o。ut。
现有的经验像高公式为= e (1 )
雄2 其中c是根据测量得到的数据由最小二乘法拟合得到的模型参数。A为对准系统 所采用光源的波长；NA为光线的数值孔径，表示光纤的集光能力，NA值越大表示集光能力 越强； 由公式可以看到aiz和NA之间的关系曲线为单边指数曲线，如图5中的理论值曲 线。由于一些因素的影响，在NA相同的情况下，实际测量得到的aiz值(如图5中的测量曲线a)与理论上得到的aiz值(如图5中的理论值曲线b)之间存在一定误差。从图5中 理论值曲线与测量曲线之间的误差，可以看出，现有的像高公式(1)并不是十分精确。
为了使得理论公式得到的空间像高更接近实际的空间像高，首先要使得测量值尽 量准确，其次就是需要理论值能够更好的逼近测量值。 在现有的公开文献中未提及如何确定精确计算空间像高的公式，要使得理论值能 够更好的逼近测量值，提供扫描采样精确的采样点数，需要建立一个更好的像高计算公式， 使得理论曲线更接近测量曲线。
发明内容
J =
D
》 c
(6)
A
5 6
2 2
o 00
o 00
__-__1
5<formula>formula see original document page 6</formula>
数目；
矩阵元素值如下
a = 2N d =》2 *-7"
L 则2 e = y2'
^ A 、2
扁: # = 22輔/2符 ^=;￡2* 、
;以及
應 求出偏移常数Cp(V 其中，求出偏移常数Cpq包括以下步骤 根据公式(1)
就
初步确定空间像高的大小，采样步长，确定采样点的
设NA = 0. 5，测量像高大小aiz ;
设NA = NA+0. 05，测量像高大小aiz，重复本步骤直至NA > 0. 75，将得到的6组数 据带入方程(6)，得到偏移常数Cl、c2。 本发明所提供的公式(2)相较于之前的经验公式(1)，能够更为精确地确定空间 高像的大小，使得计算出的空间像大小值尽可能地贴近实际空间像大小值，减少对准工艺 拟合过程中信息冗余，提高工作效能。
图i所示为本发明较佳实施例中光刻设备对准系统的工作原理结构及成像示意图；
图2所示为本发明所用同轴对准扫描的扫描方法和路径；
图3为确定空间像高大小的方程的方法流程图；
图4为求解方程中常数Cl， C2的方法流程图； 图5为使用原有经验公式、使用本发明提出的公式以及实际测量得到的空间像高 大小随NA变化的多个曲线。
具体实施例方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
64/6页 图1所示为本发明较佳实施例中光刻设备对准系统的工作原理结构及成像示意 图。 光刻设备的构成包括照明光源101、掩模版102、物镜103、光栅105和像传感器 106。照明光源101用于提供曝光光束。掩模版102用于成像，102上有掩模图案和对准标 记，物镜103将掩模版102上的掩模图案投影到光栅105上，掩模图案形成空间像104。像 传感器106用于探测光强。 图2所示为本发明所用同轴对准扫描的扫描方法和路径。 在XY平面内沿对准扫描路径202扫描掩模图案所成的空间像104，即以确定的采 样数和步长对空间像104的范围进行扫描，像高大小即该空间像在Z向大小。。
公式 最后，由克莱姆法则直接求出偏移常数Cl、 C2，根据克莱姆法则求解Cl、 c2的过程 中，需要将在不同NA值的情况下，aiz的实际数值带入以得到公式(6)中的aizn，因此求解 参数Cl、 c2的步骤还包括如图4所示的以下步骤 步骤S401 :根据先前技术中的经验公式(l)，初步确定空间像高的大小，采样步 长，确定采样点的数目。 将NA的取值范围设定为
， o的取值范围理论上为(0， 1)之间，但实际 上0、1这些边界数值在现实条件下是难以达到的，在o可达到的范围内以一定步长选取五 个值。 步骤S402 :设NA = 0. 5， 要使得测量准确，需要在固定NA值的情况下，通过在整个o范围(即不同的照明 模式下)内求最大和最小aiz的平均值得到aiz测量平均值，作为在这个NA值下的aiz测 量值，公式如下<formula>formula see original document page 8</formula> 测量不同o值下的aiz值，取其平均值。 本步骤中，例如取五个o值(如想测量结果更准确可以适当减小o取值的步 长)，对于每个设置的o值，进行对准扫描，扫描路径如图2所示，每次扫描结束后可得到 l个aiz值，共可以得到5个aiz值。找出其中的最大值和最小值，使用公式(7)得到一个
步骤S404 :设NA = NA+0. 05，测量aiz值。 重复执行上一步骤，直至NA > 0. 75。至此， 一共得到6组数据(NAn， aizn)，将这些 数据带入矩阵方程(6)，可以得到偏移常数Cl、c2。 至此，前文所假设的公式(2)中的偏移常数Cl、 c2已经求出，也就是说公式(2)可 以确定下来，在对准工序的扫描采样中，已经可以根据公式(2)提前确定出空间像高的大 小，从而确定采样点的数目和步长。图5中的曲线c为根据公式(2)确定出的理论值曲线， 相较于根据经验公式(1)计算得到的理论值曲线b，曲线c更贴近测量曲线a，也就是说，根 据公式(2)计算出的空间像高大小更为贴近实际值。 本发明所提供的公式(2)相较于之前的经验公式(1)，能够更为精确地确定空间 像高的大小，使得计算出的空间像大小值尽可能地贴近实际空间像大小值，减少对准工艺 拟合过程中信息冗余，提高工作效能。 虽然本发明已以一些实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技 术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因 此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
一种精确确定空间像高大小的方法，用于在对准系统中预先计算空间像高大小，其特征在于，根据公式(2)计算空间像高大小，其中c1、c2为偏移常数，λ为对准系统所采用光源的波长，NA为对准系统中光线的数值孔径。F2009101983521C0000011.tif
2. 根据权利要求1所述的确定空间像高大小的方法，其特征在于，确定偏移常数Cl， c2的步骤包括定义误差函数<formula>formula see original document page 2</formula>其中aiz(NA》为不同NA值时通过公式计算得到的像高大小；aizn为实际测量像高大小根据公式(3)得到方程组<formula>formula see original document page 2</formula>将方程组(4)展开得<formula>formula see original document page 2</formula>方程组(5)能够被化简为矩阵形式<formula>formula see original document page 2</formula>其中，<formula>formula see original document page 2</formula>矩阵元素值如下a = 2N=1，》=7 2輔lz錢AT;以及脇"求出偏移常数c。cv
3.根据权利要求2所述的确定空间像高大小的方法，其特征在于，求出偏移常数Cl、 c2包括以下步骤义根据公式(i) flfe-c，^r初步确定空间像高的大小，采样步长，确定采样点的数扁目；设NA = 0. 5，测量像高大小aiz ;设NA = NA+0. 05，测量像高大小aiz，重复本步骤直至NA > 0. 75，将得到的6组数据带入方程(6)，得到偏移常数&、(v
全文摘要
本发明提出一种精确确定空间像高大小的方法，适用于在对准系统中预先计算空间像高大小，其特征是根据公式计算空间像高大小，其中c1、c2为偏移常数，λ为对准系统所采用光源的波长，NA为对准系统中光线的数值孔径。本发明所提供的公式相较于之前的经验公式，能够更为精确地确定空间像高的大小，使得计算出的空间像高值尽可能地贴近实际空间像高值，减少对准工艺拟合过程中信息冗余，提高工作效能。
文档编号G03F9/00GK101702079SQ20091019835
公开日2010年5月5日 申请日期2009年11月5日 优先权日2009年11月5日
发明者宋海军, 张勇, 李欣欣, 李运锋, 韦学志 申请人:上海微电子装备有限公司