专利名称：一种光刻机投影物镜像面在线测量标记及测量方法
技术领域：
本发明涉及光刻领域，尤其涉及一种光刻机投影物镜像面在线测量标记及测量方法。
背景技术：
光刻装置主要用于集成电路IC或其它微型器件的制造。通过光刻装置，可将掩模图形成像于涂覆有光刻胶的晶片上，例如半导体晶片或LCD板。光刻装置通过投影物镜曝光，将设计的掩模图形转移到光刻胶上，而作为光刻装置的核心元件，投影物镜的像面位置对光刻成像质量有重要影响。为了获得最佳的成像效果，在曝光时，涂有光刻胶的晶片上表面需置于最佳像面高度。因此，在系统集成阶段，需精密地确定物镜最佳像面位置。已知的方法是通过机械工装方式保证物面或像面的精度，然而，机械工装的精度一般为μ m量级，如要进一步提高精度，会增大加工的复杂度，也会大幅增加制造成本，且不利于进行在线测量。美国专利US5856052就揭露了一种通过步进曝光确定像面位置的方法。即利用曝光的方法，通过在一定的范围内步进搜索，可得成像质量相对较佳的像面位置。当最佳像面与预期位置相差较大时，此种步进搜索的方法有可能不能一次搜索到像面。 因此，如何提供一种测量范围大、搜索方法简单的测量方法，已成为业界研究的一大问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量适应性强，测量范围大、测量精度高、并能获取高阶场曲的光刻机像面在线检测标记及测量方法。为实现上述目的，本发明通过设计连续型标尺型标记，并利用此标记通过曝光方法，获取光刻机成像视场中各位置的最佳成像高度，最终拟合出光刻机投影物镜的像面、场曲、高阶场曲等参数。本发明提出了一种光刻机投影物镜像面在线测量标记，所述标记为连续分布的带有标尺的刻度型标记，所述带有标尺的刻度型标记山刻度线条、位置标识组成。其中，位置标识包括毫米位置标识和微米位置标识。其中，刻度线条宽一般为所述投影物镜分辨率的1到3倍，毫米位置标识线条宽度一般为所述投影物镜分辨率的2到10倍，微米位置标识线条宽度一般为所述投影物镜分辨率的1. 5到10倍。本发明还提出了一种利用前述测量标记对投影物镜像面进行在线测量的方法，所述方法使用的装置包括产生投影光束的光源；用于调整所述光源发出的光束的光强分布和部分相干因子的照明系统；能将掩模图案成像且其数值孔径可以调节的成像光学系统； 能承载所述掩模并精确定位的掩模台；能承载硅片并精确定位的工件台；可使工件台精确定位的激光干涉仪；所述方法包含以下步骤
(1)所述光源发出的光经所述照明系统照射到刻有所述测量标记的掩模上，掩模选择性地透过一部分光线，这部分光线经所述成像光学系统，曝光成像到绕y轴以一定倾斜角度b放置于最佳像面处的硅片上；(2)显影硅片，在显微镜下观察成像标记，找到成像最清晰的位置，计算光刻机物镜像面大致的位置；(3)以一定的步进高度，在步骤( 得到的像面附近，依次将测量标记曝光到硅片的不同位置上；(4)显影硅片后，读取标记在多个位置处的最佳成像高度，并拟合出像面高度、倾斜、高阶场曲等参数。其中，在步骤( 中，如果在显微镜下观察到的成像最清晰的位置x = a，则光刻机物镜像面大致的位置Fcoarse = a*b。其中，在步骤中，由不同位置χ处的最佳成像高度Δ Fi,拟合像面高度F、倾斜 Ry、二次场曲FC2、三次场曲FC3的拟合公式为AFi = F+x*Rv+x2*FC2+x3FC3。本发明提供的测量标记采用了连续分布的设计，弥补了传统标记离散分布的不足。
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所示为根据本发明的实施例的带有标尺刻度型标记的结构示意图；图2所示为本发明的实施例中所使用的系统示意图；图3所示为根据本发明的实施例中硅片与最佳像面之间的角度关系示意图；图4所示为根据本发明的实施例中步进曝光的示意图。
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。为了便于描述和突出显示本发明，附图中省略了现有技术中已有的相关部件，并将省略对这些公知部件的描述。如图1所示，本实施例设计的测量标记为χ向连续分布的带有标尺刻度型标记 201。该标记包括刻度线条202、毫米位置标识203、微米位置标识204。其中，刻度线条202 宽2微米，毫米位置标识203由5微米线条组成，微米位置标识204由3微米线条组成(因为前面发明内容和权利要求中都是以投影物镜分辨率的倍数的形式给出这些尺寸，希望此处能给出投影物镜的分辨率的参数，以体现这些倍数关系)。如图2所示，本发明所使用的系统包括产生投影光束的光源101 ；用于调整所述光源发出的光束的光强分布和部分相干因子的照明系统102 ；能将掩模图案成像的成像光学系统104(放大倍率0. 25)；能承载掩模103并精确定位的掩模台108 ；能承载硅片105并精确定位的工件台106 ；可使工件台精确定位的激光干涉仪107。利用上述装置和测量标记201测量光刻机投影物镜像面的步骤如下1.光源101发出的深紫外激光经照明系统102照射到刻有所述测量标记201的掩模103上，掩模选择性地透过一部分光线，这部分光线经成像光学系统104，曝光成像到绕y 轴以一定倾斜角度(例如，2mrad)放置于最佳像面301附近的硅片105上，如图3所示；2.显影硅片，在显微镜下观察成像标记，找到成像最清晰的位置，计算光刻机物镜像面大致的位置；3.以步骤2得到的像面为中心，以1微米为步进高度，从-10微米到10微米，依次将所述标记201曝光到硅片105的不同位置上，如图4所示；4.显影硅片后，读取标记在-10mm、-8、-6、-4、-2、0、2、4、6、8、10mm处的最佳成像
高度，并拟合出像面高度、倾斜、二次场曲、三次场曲。步骤2中，如果在显微镜下观察到的成像最清晰的位置χ = a，则光刻机物镜像面大至文的位置Fcoarse = a*2mrad。步骤4中，由不同位置(χ)的最佳成像高度Δ Fi,拟合像面高度F、倾斜Ry、二次场曲FC2、三次场曲FC3的拟合公式为AFi = F+x*Ry+x2*FC2+x3FC3。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
1.一种光刻机投影物镜像面在线测量标记，所述标记为连续分布的带有标尺的刻度型标记，所述带有标尺的刻度型标记由刻度线条、位置标识组成。
2.根据权利要求1所述的测量标记，其中，位置标识包括毫米位置标识和微米位置标识。
3.根据权利要求2所述的测量标记，其中，刻度线条宽为所述投影物镜分辨率的1至IJ3 倍，毫米位置标识线条宽度为所述投影物镜分辨率的2到10倍，微米位置标识线条宽度为所述投影物镜分辨率的1. 5到10倍。
4.一种利用权利要求1 3中任意一个测量标记对投影物镜像面进行在线测量的方法，所述方法使用的装置包括产生投影光束的光源；用于调整所述光源发出的光束的光强分布和部分相干因子的照明系统；能将掩模图案成像且其数值孔径可以调节的成像光学系统；能承载所述掩模并精确定位的掩模台；能承载硅片并精确定位的工件台；可使工件台精确定位的激光干涉仪；所述方法包含以下步骤(1)所述光源发出的光经所述照明系统照射到刻有所述测量标记的掩模上，掩模选择性地透过一部分光线，这部分光线经所述成像光学系统，曝光成像到绕y轴以一定倾斜角度b放置于最佳像面处的硅片上；(2)显影硅片，在显微镜下观察成像标记，找到成像最清晰的位置，计算光刻机物镜像面大致的位置；(3)以一定的步进高度，在步骤( 得到的像面附近，依次将测量标记曝光到硅片的不同位置上；(4)显影硅片后，读取标记在多个位置处的最佳成像高度，并拟合出像面高度、倾斜、高阶场曲等参数。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在步骤(2)中，如果在显微镜下观察到的成像最清晰的位置χ = a，则光刻机物镜像面大致的位置Fcoarse = a*b。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在步骤(4)中，由不同位置χ处的最佳成像高度 Δ Fi,拟合像面高度F、倾斜Ry、二次场曲FC2、三次场曲FC3的拟合公式为AFi = F+x*Ry+x2*FC2+x3FC30
全文摘要
一种光刻机投影物镜像面在线测量标记及利用该标记的测量方法。所述测量标记为连续型标尺型标记。利用此标记通过曝光方法，获取光刻机成像视场中各位置的最佳成像高度，最终拟合出光刻机投影物镜的像面、场曲、高阶场曲等参数。
文档编号G01M11/02GK102200691SQ20101013194
公开日2011年9月28日 申请日期2010年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者李术新, 毛方林 申请人:上海微电子装备有限公司