专利名称：一种测量扫描光刻机中掩模台扫描倾斜的方法
技术领域：
本发明涉及扫描光刻机校准技术，尤其涉及掩模台扫描倾斜的测量方法。
背景技术：
扫描光刻机掩模台水平方向一般由干涉仪控制，垂向一般由执行器或干涉仪控制。由于加工精度的限制，采用执行器测量的掩模台大理石，或者采用干涉仪控制的45度镜等并非能够保持与理想面平行，甚至存在一形貌起伏。因此在扫描曝光过程中，其承载的掩模相对于投影物镜的最佳物面有一定的倾斜偏差，在扫描曝光时，掩模台的移动会造成自身垂向上的变化，因而使得掩模不能沿着最佳物面移动，这种情况称之为掩模台扫描倾斜。为达到最佳的曝光效果，必须测量出该倾斜偏差，在扫描运动中补偿掩模台高度偏差，从而保证掩模在扫描过程中保持在最佳物面。一般的测量掩模台扫描倾斜的方法为FEM(FocuS Exposure Matrix)曝光方法。 使用FEM掩模将FEM标记图像曝光在涂胶硅片上，经过显影后在光学显微镜下读取掩模台不同位置处的焦面值进行拟合计算。在曝光过程中，始终保持掩模台在物面高度，移动掩模台到某一位置处，硅片采用调平传感器控制上表面，将FEM掩模上的一组标记模块中的一列图样静态曝光至硅片上，然后Z方向以设定的间隔步进移动硅片台，同时也在Y方向移动硅片，重复进行曝光，得到掩模台在该处时的一系列FEM曝光图样。移动掩模台到下一位置处。不断重复上述曝光过程，曝出硅片图样如图2所示。硅片经显影后，由人工在光学显微镜下读取掩模台在某一点处的最佳焦面点，通过最小二乘拟合得到掩模台不同移动位置处的最佳焦面值，再对这些焦面值进行第二次最小二乘拟合得到掩模台的扫描倾斜。现有技术的测量方法存在下述两方面的问题，一是标记曝光步骤为步进曝光，耗时长；二是标记阵列需要由人工在光学显微镜下进行读取、记录，并再次手工输入进行计算，效率低下且精度不高。
发明内容
本发明的目的在于提供曝光耗时短，测量效率高且精度高的测量掩模台扫描倾斜的方法。FOCAL (Focus Calibration using Alignment system)是当前用于标定最佳像面常用的一种方法。其采用一种具有不对称的细分结构的光栅线条标记，该标记可由光刻机的对准系统读取。FOCAL标记光栅细分结构的线宽为亚微米量级，因此当像面处于离焦状态下曝光时，该标记细分结构的线宽会因离焦量大小不同而发生相应的改变，从而使标记的重心位置发生改变，对准时会产生位置偏移量，偏移量的大小可以反应离焦的情况，将偏移量以及记录的硅片台的高度、倾斜、位置代入模型进行拟合计算可以得到最佳焦面。有鉴于此，本发明基于FOCAL的原理，将FEM掩模替换为FOCAL掩模，同时改进曝光过程进行曝光， 最后按FOCAL方法在曝光显影后由对准系统读取标记的位置偏差来读取焦面，并以此计算掩模台扫描倾斜。本发明提供了一种测量掩模台扫描倾斜的方法，用于测量光刻机掩模台在水平向运动时带来的掩模台在垂向的变化，该方法包括使用具有标记阵列图形的掩模，所述标记为不对称细分结构的对准光栅线条标记；利用步进扫描曝光的方式，将掩模图形曝光至硅片上；每次扫描曝光过程中，硅片的上表面由硅片垂向测量控制系统控制，使硅片上表面在单次曝光过程中高度保持不变；整个曝光过程中，硅片台在垂向测量系统控制下根据设定的步进距离改变硅片台高度进行多次曝光，使得每个曝光场对应不同的硅片高度，直至完成硅片台全部设定点的曝光；曝光完毕后对硅片进行显影；显影完毕后将硅片再次载入硅片台，使用对准系统读取曝光标记的偏移量；对曝光标记的偏移量进行拟合，计算曝光的最佳物面；对硅片上表面的每个点的最佳物面进行拟合，计算扫描倾斜。标记阵列在掩模的扫描方向上分布，掩模上沿扫描方向均勻分布有该阵列。本发明中，采用扫描曝光的方式进行曝光，即硅片台在某一高度时进行扫描曝光， 将一系列FOCAL标记曝光到硅片上(形成一个曝光场)。扫描过程取代了 FEM曝光的掩模步进的过程，加快了测试速度。不断改变硅片台高度，在硅片上多个位置形成一致的扫描曝光图形(场)，每个图形(场)对应某个硅片(台)高度。曝光结束后，使用对准系统读取所有标记对准偏差，读取完毕后，对同一掩模台位置处，不同曝光场(对应不同硅片高度)的对准偏差进行处理，可以拟合得到该掩模台位置处的最佳焦面，重复该步骤测量掩模台多个位置的最佳焦面后，进行二次拟合，可以计算得到最终的掩模台扫描倾斜。本发明利用原有的装置，改变曝光流程，同时使用FOCAL掩模替代FEM掩模，将显微镜下人工读取的方法改为对FOCAL自动读取，无需增加额外的硬件装置。只需要改变曝光流程以及FOCAL模型计算的算法即可。同时，本发明与原测校方法相比，由如下优点1.效率高，曝光过程采用扫描曝光，标记读取采用自动对准且无需人工干预，速度比之前提高。2.精度高，人工读取的精度较低，且容易带来粗大误差，本测试可满足精度要求， 无需再进行精测。
通过本发明实施例并结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为图1所示为本发明所用的掩模标记成像系统的结构示意图；图2所示为曝光后的硅片上图形结构示意图。
具体实施例方式下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。如图1所示，在扫描曝光过程中，掩模台1保持在物面高度，硅片台3设定在Z向特定高度处，进行同步扫描曝光。掩模2上使用FOCAL标记阵列，所述FOCAL标记为不对称细分结构的对准光栅线条标记。在同步扫描曝光过程中，掩模台沿自身的扫描方向6进行扫描，掩模2上的FOCAL标记能够通过透镜5曝光到硅片4上，形成一个曝光场，此时硅片的上表面高度由硅片垂向测量控制系统保持不变。完成该步骤后，硅片台3在Z方向7上步进一个设定间隔，重复上述扫描曝光步骤，直到完成硅片台3全部设定点的曝光。曝出硅片图样如图2所示，其中，硅片4的不同位置处通过曝光形成有相同的标记阵列(或场)9，每个阵列对应硅片台在Z向不同位置的曝光图形，阵列9中包含多组标记列10，标记列10中沿硅片的步进方向12即Y方向包含多个对准标记11，每个对准标记对应掩模台在扫描过程中不同的位置，阵列9中包含的多组标记列10具有相同特征，可以用以取均值以减少误差。硅片经显影后，重新载入硅片到硅片台上，使用对准系统读取全部标记11的左右位置偏移量，通过最小二乘拟合得到掩模台不同移动位置处的最佳焦面值，再对这些焦面值进行第二次最小二乘拟合得到掩模台的扫描倾斜。本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、 推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种测量掩模台扫描倾斜的方法，用于测量光刻机掩模台在水平向运动时引起的掩模台垂向变化，该方法包括使用具有标记阵列图形的掩模，所述标记为不对称细分结构的对准光栅线条标记； 利用步进扫描曝光的方式，将掩模图形曝光至硅片上；硅片的上表面由硅片垂向测量控制系统控制，使硅片上表面在单次曝光中的高度保持不变；硅片台在垂向测量系统控制下根据设定的步进距离改变硅片台高度进行多次曝光，使得每个曝光场对应不同的硅片高度，直至完成硅片台全部设定点的曝光； 曝光完毕后对硅片进行显影；显影完毕后将硅片再次载入硅片台，使用对准系统读取曝光标记的偏移量； 对曝光标记的偏移量进行拟合，计算曝光的最佳物面； 对硅片上表面每个点的最佳物面进行拟合，计算扫描倾斜。
2.根据权利要求1所述的测量掩模台扫描倾斜的方法，其特征在于，所述标记阵列在掩模的扫描方向上均勻分布。
全文摘要
一种测量掩模台扫描倾斜的方法，用于测量光刻机中掩模台在水平向运动的时候引起的垂向变化，该方法包括使用包含不对称的细分结构的对准光栅线条标记阵列图形的掩模；利用步进扫描曝光的方式，将掩模图形曝光至硅片上；每次扫描曝光过程中，硅片的上表面高度由硅片垂向测量控制系统保持不变；整个曝光过程中，对应不同次扫描曝光，硅片台由垂向测量系统控制，根据设定的步进距离改变硅片台高度，使得每个曝光场对应不同的硅片高度，直至完成硅片台全部设定点的曝光；曝光完毕后对硅片进行显影；显影完毕后将硅片再次载入硅片台，使用对准系统读取曝光标记的偏移量；进行拟合，计算曝光的最佳物面；对硅片上表面每个点的最佳物面进行拟合，计算扫描倾斜。
文档编号G03F7/20GK102169294SQ20101011420
公开日2011年8月31日 申请日期2010年2月26日 优先权日2010年2月26日
发明者朱健 申请人:上海微电子装备有限公司