像差测量装置及方法与流程

本发明涉及集成电路制造装备技术领域，特别涉及一种像差测量装置及方法。

背景技术：

光刻机是一种应用于集成电路制造的装备，利用该装备包括但不限于：集成电路制造光刻装置、液晶面板光刻装置、光掩模刻印装置、mems(微电子机械系统)/moms(微光机系统)光刻装置、先进封装光刻装置、印刷电路板光刻装置及印刷电路板加工装置等。

投影物镜畸变是影响光刻机成像质量的重要因素。投影物镜畸变不仅能造成物镜所成像的变形，同时会使曝光到硅片上的图形相对于其理想位置发生位移，从而引起套刻误差。现代集成电路一般由几十层电路组成，因而对光刻机的匹配套刻误差要求极其严格。而投影物镜的畸变是影响光刻机之间匹配套刻的关键因素。因此，投影物镜畸变的检测对于保证光刻机的套刻误差不可或缺。

现有技术公开了一种用于测量投影物镜畸变的标记结构，形成在一掩模上，该掩模上定义有第一方向及与该第一方向垂直的第二方向，该标记结构包括第一图形区域与第二图形区域，所述第一图形区域的中心位置处设置一独立标记，所述第二图形区域由阵列标记组成，所述第一图形区域与第二图形区域沿该第二方向排列。本发明同时公开了一种用于测量投影物镜畸变的方法，包括使独立标记与投影物镜物方视场中心位置重合；将工件台位置分别设置为xws＝x-m×xi，j，yws＝y-m×yi，对所述独立标记进行曝光，其中，m为投影物镜倍率，x，y为硅片曝光场中心位置；使第二图形区域的中心或掩模的中心与投影物镜物方视场中心位置重合，将工件台位置设置为xws＝x，yws＝y后曝光；检测套刻标记的位置误差δxi，j，δyi，j；计算投影物镜畸变。该方法存在测量结果受工件台运动误差的影响，导致物镜低阶像差的测量精度不高。

上述的现有技术中的测量投影物镜畸变的方法存在的问题也将直接影响到光刻设备的最终性能，因此急需一种方法可以克服现有方法的不足。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种像差测量装置及方法，以解决使用现有技术中测量投影物镜畸变的方法受工件台运动误差的影响，导致物镜低阶像差的测量精度不高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种像差测量装置，所述像差测量装置包括：沿空间由上至下顺次分布的对准照明单元、掩模标记单元、待测投影物镜单元以及掩模对准单元，所述掩模对准单元包括至少两个相同的x向和/或y向探测器，两个相同的x向和/或y向探测器之间的间距为第一间距。

可选的，在所述的像差测量装置中，所述掩模标记单元包括至少两个x向和/或y向标记，所述两个x向和/或y向标记之间的间距为第二间距。

可选的，在所述的像差测量装置中，所述第一间距与所述第二间距的数值比例为m，m为待测投影物镜单元的物镜倍率。

可选的，在所述的像差测量装置中，所述掩模标记单元中的标记与所述掩模对准单元中的探测器的尺寸比例为m，m为待测投影物镜单元的物镜倍率。

本发明还提供一种像差测量的方法，采用如上所述的像差测量装置所述像差测量的方法包括如下步骤：

s1：掩模标记单元移动至待测投影物镜单元的视场中心位置；

s2：掩模对准单元测量掩模标记单元的预定向上所有标记在预定向位置和z向位置，并计算预定向上相邻两个标记的预定向位置差值和z向位置差值，所述预定向为x向和/或y向；

s3：根据预定向上所有相邻两个标记的预定向位置差值和z向位置差值得到物镜视场预定向v线条或h线条的畸变和场曲。

可选的，在所述的像差测量的方法中，所述预定向为x向时，所述掩模对准单元包括两个相同的x向探测器，两个相同的x向探测器同时测量所述测量掩模标记单元的预定向上的标记的x向位置和z向位置。

可选的，在所述的像差测量的方法中，所述预定向为y向时，所述掩模对准单元包括两个相同的y向探测器，两个相同的y向探测器同时测量所述测量掩模标记单元的预定向上的标记的y向位置和z向位置。

可选的，在所述的像差测量的方法中，s3中，根据预定向上所有相邻两个标记的预定向位置差值和z向位置差值得到物镜视场预定向v线条的畸变过程如下：

基于预定向各个相邻两个标记的预定向位置差值计算对应相邻两个标记的物镜视场预定向的畸变，根据预定向所有相邻两个标记的物镜视场预定向的畸变获得物镜视场预定向v线条畸变。

可选的，在所述的像差测量的方法中，所述预定向为x向时，所述基于预定向各个相邻两个标记的预定向位置差值计算对应相邻两个标记的物镜视场预定向的畸变的公式如下：

dt0＝0；

dt1＝dt0+x1；

dt2＝dt1+x2；

…

dtn＝dt(n-1)+xn；

其中，dt0为x向畸变初始值，dt1为x向第一个相邻两个标记的畸变，dt2为x向第二个相邻两个标记的畸变，dtn为x向第n个相邻两个标记的畸变，n为大于2的正整数；x1为第一标记和第二标记的x向位置差值，x2为第二标记和第三标记的x向位置差值，xn为第n标记和第(n+1)标记的x向位置差值。

可选的，在所述的像差测量的方法中，所述根据x向所有标记的物镜视场x向的畸变获得物镜视场x向v线条畸变的过程为：

将x向所有相邻两个标记的畸变数组化，并去除一阶量。

可选的，在所述的像差测量的方法中，s3中，根据预定向上所有相邻两个标记的预定向位置差值和z向位置差值得到物镜视场预定向v线条的场曲过程如下：

基于预定向各个相邻两个标记的z向位置差值计算对应相邻两个标记的物镜视场预定向的场曲，根据预定向所有相邻两个标记的物镜视场预定向的场曲获得物镜视场预定向v线条场曲。

可选的，在所述的像差测量的方法中，所述预定向为x向时，所述基于预定向各个相邻两个标记的z向位置差值计算对应相邻两个标记的物镜视场预定向的场曲的公式如下：

fc0＝0；

fc1＝fc0+z1；

fc2＝fc1+z2；

…

fcn＝fc(n-1)+zn；

其中，fc0为x向场曲初始值，fc1为x向第一个相邻两个标记的场曲，fc2为x向第二个相邻两个标记的场曲，fcn为x向第n个相邻两个标记的场曲，n为大于2的正整数；z1为第一标记和第二标记的z向位置差值，z2为第二标记和第三标记的z向位置差值，zn为第n标记和第(n+1)标记的z向位置差值。

可选的，在所述的像差测量的方法中，所述根据x向所有标记的物镜视场x向的场曲获得物镜视场x向v线条场曲的过程为：

将x向所有相邻两个标记的场曲数组化，并去除一阶量。

在本发明所提供的像差测量装置及方法中，所述像差测量的方法包括：掩模标记单元移动至待测投影物镜单元的视场中心位置；掩模对准单元测量掩模标记单元的预定向上所有标记在预定向位置和z向位置，并计算预定向上相邻两个标记的预定向位置差值和z向位置差值，所述预定向为x向和/或y向；根据预定向上所有相邻两个标记的预定向位置差值和z向位置差值得到物镜视场预定向v线条或h线条的畸变和场曲。测量时两个相同的预定向探测器同时对标记进行测量，计算时基于预定向上相邻两个标记的预定向位置差值和z向位置差值，因此本测量不受工件台(如干涉仪)漂移和工件台运动误差(如干涉仪平面镜面形)的影响，可以大幅度提高物镜低阶像差的测量精度。

附图说明

图1是本发明一实施例中像差测量装置的结构示意图；

图2a是本发明一实施例中掩模对准单元包括用于测量物镜视场x向v线条畸变和场曲的探测器组合时的布局图；

图2b是本发明一实施例中掩模对准单元包括用于测量物镜视场x向h线条畸变和场曲的探测器组合时的布局图；

图2c是本发明一实施例中掩模对准单元包括用于测量物镜视场y向v线条畸变和场曲的探测器组合时的布局图；

图2d是本发明一实施例中掩模对准单元包括用于测量物镜视场y向h线条畸变和场曲的探测器组合时的布局图；

图3a是本发明一实施例中掩模标记单元包括的标记组合1的布局图；

图3b是本发明一实施例中掩模标记单元包括的标记组合2的布局图；

图3c是本发明一实施例中掩模标记单元包括的标记组合3的布局图；

图3d是本发明一实施例中掩模标记单元包括的标记组合4的布局图；

图4是本发明一实施例中场曲测量的原理图；

图5是本发明一实施例中多样条测量示意图；

图6是本发明一实施例中畸变测量精度仿真图；

图7是本发明一实施例中场曲测量精度仿真图

图8是本发明一实施例中掩模对准单元为ccd式掩模对准传感器时的布局图；

图9是本发明一实施例中掩模对准单元为ccd式掩模对准传感器时，掩模标记单元的布局图；

图10是本发明一实施例中像差测量的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的像差测量装置及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1，其为本发明的像差测量装置的结构示意图，如图1所示，所述像差测量装置包括：沿空间由上至下顺次分布的对准照明单元、掩模标记单元、待测投影物镜单元以及掩模对准单元，所述掩模对准单元包括至少两个相同的x向和/或y向探测器，两个相同的x向和/或y向探测器之间的间距为第一间距d。像差测量装置在应用时，所述掩模标记单元放置于掩模台上，掩模台设置于对准照明单元与待测投影物镜单元之间，所述掩模对准单元放置于工件台上。所述对准照明单元用于为掩模对准提供光源，所述掩模标记单元用于获取标记空间像位置。

其中，所述掩模标记单元包括至少两个x向和/或y向标记，所述两个x向和/或y向标记之间的间距为第二间距d，所述第一间距与所述第二间距的数值比例为m(公式表示为m＝d/d)，m为待测投影物镜单元的物镜倍率。

本实施例中，所述掩模标记单元与所述掩模对准单元的形状相同，具体为所述掩模标记单元中的标记与所述掩模对准单元中的探测器的形状相同，所述标记与所述探测器的尺寸比例为m，m为待测投影物镜单元的物镜倍率。

请参考图2a至图2d，图2a是本发明一实施例中掩模对准单元包括用于测量物镜视场x向v线条畸变和场曲的探测器组合时的布局图；图2b是本发明一实施例中掩模对准单元包括用于测量物镜视场x向h线条畸变和场曲的探测器组合时的布局图；图2c是本发明一实施例中掩模对准单元包括用于测量物镜视场y向v线条畸变和场曲的探测器组合时的布局图；图2d是本发明一实施例中掩模对准单元包括用于测量物镜视场y向h线条畸变和场曲的探测器组合时的布局图。本实施例中掩模对准单元包含四个探测器组合，每个探测器组合包括两个相同的x向或y向探测器，优选的，所述探测器可以为光栅测量传感器；所述四个探测器组合包括探测器组合1、探测器组合2、探测器组合3及探测器组合4；其中，探测器组合1(如图2a中用矩形表示)用于测量物镜视场x向v线条(竖线条)畸变和场曲；探测器组合2(如图2b中用三角形表示)用于测量物镜视场x向h线条(横线条)畸变和场曲；探测器组合3(如图2c中用矩形表示)用于测量物镜视场y向v线条畸变和场曲；探测器组合4(如图2d中用三角形表示)用于测量物镜视场y向h线条畸变和场曲。本实施例中，所述探测器优选为光栅测量传感器，如图2a所示，探测器组合1由两个完全相同的x向光栅测量传感器gxx1和光栅测量传感器gxx2组成，光栅测量传感器gxx1与光栅测量传感器gxx2的x向间距为d；如图2b所示，探测器组合2由两个完全相同的y向光栅测量传感器gxy1和gxy2组成，光栅测量传感器gxy1与gxy2的x向间距为d；如图2c所示，探测器组合3由两个完全相同的x向光栅测量传感器gyx1和gyx2组成，光栅测量传感器gyx1与gyx2的y向间距为d；如图2d所示，探测器组合4由两个完全相同的y向光栅测量传感器gyy1和gyy2组成，光栅测量传感器gyy1与gyy2的y向间距为d。

请参考图3a至图3d，图3a是本发明一实施例中掩模标记单元包括的标记组合1的布局图；图3b是本发明一实施例中掩模标记单元包括的标记组合2的布局图；图3c是本发明一实施例中掩模标记单元包括的标记组合3的布局图；图3d是本发明一实施例中掩模标记单元包括的标记组合4的布局图。本实施例中，掩模标记单元包含四个标记组合，每个标记组合对应一组探测器组合(标记组合中的标记与探测器组合中的探测器形状完全相同，两者尺寸比例为m，m为物镜倍率)，优选的，当探测器为光栅测量传感器时，所述标记为光栅。所述四个标记组合包括标记组合1、标记组合2、标记组合3及标记组合4；其中，以探测器为光栅测量传感器，标记为光栅为例，如图3a所示，标记组合1由一组与x向光栅测量传感器gxx1(或gxx2)形状完全相同，大小为其m倍(m为物镜倍率)的x向光栅gx组成，每两个光栅间的x向距离为d，标记组合1的x向总长为l；如图3b所示，标记组合2由一组与y向光栅测量传感器gxy1(或gxy2)形状完全相同，大小为其m倍的y向光栅gy组成，每两个光栅间的x向距离为d，标记组合2的x向总长为l；如图3c所示，标记组合3由一组与x向光栅测量传感器gyx1(或gyx2)形状完全相同，大小为其m倍的x向光栅gx组成，每两个光栅间的y向距离为d，标记组合3的y向总长为k；如图3d所示，标记组合4由一组与y向光栅测量传感器gyx1(或gyx2)形状完全相同，大小为其m倍的y向光栅gy组成，每两个光栅间的y向距离为d，标记组合4的y向总长为k；标记组合1和标记组合2的x向总长度l与物镜物方视场x向大小相同；标记组合3和标记组合4的y向总长度k与物镜物方视场y向大小相同。

此外，本发明不局限于所述掩模标记单元中的标记与所述掩模对准单元中的探测器的形状相同，还允许所述掩模标记单元中的标记与所述掩模对准单元中的探测器的形状不同，只要探测器的探测端能够覆盖标记图形，满足探测需求即可。

相应的，本实施例还提供了一种像差测量的方法。下面参考图1至图5及图10详细说明本发明的所述像差测量的方法。

所述像差测量的方法采用上述像差测量装置，具体包括如下步骤：

首先，执行步骤s1，掩模标记单元移动至待测投影物镜单元的视场中心位置；

接着，请参考图5，执行步骤s2，掩模对准单元测量掩模标记单元的预定向上所有标记在预定向位置和z向位置，并计算预定向上相邻两个标记的预定向位置差值和z向位置差值，所述预定向为x向和/或y向；

其中，所述预定向为x向时，所述掩模对准单元包括两个相同的x向探测器，两个相同的x向探测器同时测量所述测量掩模标记单元的预定向上的标记的x向位置和z向位置；所述预定向为y向时，所述掩模对准单元包括两个相同的y向探测器，两个相同的y向探测器同时测量所述测量掩模标记单元的预定向上的标记的y向位置和z向位置。

当探测器之间的第一间距d较大时(例如第一间距d是第二间距d的n倍)，可以采用多样条测量的方法。即先从最左侧(或最右侧)第一个标记开始，以第一间距d为步距(表现为掩模对准单元在工件台的运动带动下沿x向运动距离d)测量一个样条的数据；再从最左侧(或最右侧)第二个标记开始，以第一间距d为步距进行第二个样条数组的测量；以此类推完成所有样条的测量。如图5所示，第二间距d为第一间距d的1/4，可以分4个样条将所有标记测量完成，再经过样条偏移、样条差值和滤波等运算得到一组测量点密集的测量结果。

接着，执行步骤s3，根据预定向上所有相邻两个标记的预定向位置差值和z向位置差值得到物镜视场预定向v线条或h线条的畸变和场曲。。

为了更好的理解步骤s3的实现过程，以预定向为x向，根据x向上所有相邻两个标记的x向位置差值和z向位置差值得到物镜视场x向v线条的畸变和场曲为例进行详细阐述，具体过程如下：

s30：基于x向各个相邻两个标记的x向位置差值计算对应相邻两个标记的物镜视场x向的畸变，根据x向所有相邻两个标记的物镜视场x向的畸变获得物镜视场x向v线条畸变；

其中，基于x向各个相邻两个标记的x向位置差值计算对应相邻两个标记的物镜视场x向的畸变的公式如下：

dt0＝0；

dt1＝dt0+x1；

dt2＝dt1+x2；

…

dtn＝dt(n-1)+xn；

式中，dt0为x向畸变初始值，dt1为x向第一个相邻两个标记的畸变，dt2为x向第二个相邻两个标记的畸变，dtn为x向第n个相邻两个标记的畸变，n为大于2的正整数；x1为第一标记和第二标记的x向位置差值，x2为第二标记和第三标记的x向位置差值，xn为第n标记和第(n+1)标记的x向位置差值。

接着，将x向所有相邻两个标记的畸变(dt0、dt1、dt2…dtn)数组化，并去除一阶量，即可得到物镜视场x向v线条的畸变形貌。

s31：基于x向各个相邻两个标记的z向位置差值计算对应相邻两个标记的物镜视场x向的场曲，根据x向所有相邻两个标记的物镜视场x向的场曲获得物镜视场x向v线条场曲；

其中，请参考图4，基于x向各个相邻两个标记的z向位置差值计算对应相邻两个标记的物镜视场x向的场曲的公式如下：

fc0＝0；

fc1＝fc0+z1；

fc2＝fc1+z2；

…

fcn＝fc(n-1)+zn；

式中，fc0为x向场曲初始值，fc1为x向第一个相邻两个标记的场曲，fc2为x向第二个相邻两个标记的场曲，fcn为x向第n个相邻两个标记的场曲，n为大于2的正整数；z1为第一标记和第二标记的z向位置差值，即z1＝z2-z1，z1为第一标记的z向位置，z2为第二标记的z向位置；z2为第二标记和第三标记的z向位置差值，即z2＝z2’-z1’，z1’为第二标记的z向位置，z2’为第三标记的z向位置；zn为第n标记和第(n+1)标记的z向位置差值。

请继续参考图4，fc0与fc1在x向间距为d；fc0与fc1在y向间距为d1，fc1与fc2在y向间距为d1。

接着，将x向所有相邻两个标记的场曲(fc0、fc1、fc2…fcn)数组化，并去除一阶量，即可得到物镜视场x向v线条的场曲形貌。

同理，物镜视场x向h线条、物镜视场y向v线条和物镜视场y向h线条畸变和场曲的测量和计算方法与上述过程类似，不再赘述。

由于测试过程中掩模对准单元中至少两个相同的x向或y向探测器同时测量空间的位置，计算时采用两个探测器测量结果的差值，因此本测试不受工件台(如干涉仪)漂移和工件台运动误差(如干涉仪平面镜面形)的影响，可以大幅度提高测量精度。针对28nm节点光刻设备，采用上述方法进行精度分析和仿真，如图6所示，畸变的测量误差小于1nm；如图7所示，场曲的测量误差小于7nm。

在另一实施例中，所示掩模对准单元可以为ccd式掩模对准传感器，此时ccd式掩模对准传感器的布局图如图8所示；对应的，掩模对准单元为ccd式掩模对准传感器时，掩模标记单元的布局图如图9所示。此时，具体测量和计算方法与前一实施例相同。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对于实施例公开的方法而言，由于与实施例公开的结构相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见结构部分说明即可。

综上，在本发明所提供的像差测量装置及方法中，所述像差测量的方法包括：掩模标记单元移动至待测投影物镜单元的视场中心位置；掩模对准单元测量掩模标记单元的预定向上所有标记在预定向位置和z向位置，并计算预定向上相邻两个标记的预定向位置差值和z向位置差值，所述预定向为x向和/或y向；根据预定向上所有相邻两个标记的预定向位置差值和z向位置差值得到物镜视场预定向v线条或h线条的畸变和场曲。测量时两个相同的预定向探测器同时对标记进行测量，计算时基于预定向上相邻两个标记的预定向位置差值和z向位置差值，因此本测量不受工件台(如干涉仪)漂移和工件台运动误差(如干涉仪平面镜面形)的影响，可以大幅度提高物镜低阶像差的测量精度。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。