專利名稱：投影物鏡倍率誤差及畸變的檢測裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于投影光學系統(tǒng)性能檢測領域，特別涉及一種投影物鏡倍率誤差 及畸變的檢測裝置及方法。
背景技術：
隨著投影光刻技術的發(fā)展，光刻機的投影光學系統(tǒng)性能逐步提高，目前光 刻機已成功應用于亞微米和深亞微米分辨率的集成電路制造領域。用光刻機制 造集成電路芯片時要求投影物鏡具有較高的分辨率，以實現(xiàn)高集成度芯片的制 備，同時還要求投影曝光用的光學成像系統(tǒng)具有較小的倍率誤差及畸變，以滿 足芯片制備時，上下層之間的互連導通。在光刻機設備整機集成測校過程中， 需要對包括投影物鏡在內的各個分系統(tǒng)進行性能測試標定，投影物鏡倍率誤差 及畸變是需要測試標定的重要性能指標之一。
芯片后道制備工藝中采用的光刻設備通常配置名義倍率為-1的投影鏡頭， 即掩模圖形和曝光到硅片上的圖形具有同樣的尺寸。對于這一類投影鏡頭倍率 誤差和畸變的標定，目前大多還是采用傳統(tǒng)的方法，即在物方放置一塊帶有標 準柵格圖形的模版，用可作二維平面運動的運動臺驅動光學傳感器，用掃描整
個視場的方式直接測量圖形空間像的位置和變形；或者采取曝光的方式，采集 投影物鏡成像后模版柵格的圖形，通過測量曝光圖形變形量的方法得到鏡頭的 倍率誤差及畸變。
如上所述的現(xiàn)有技術中的通用方法存在以下不可校正的系統(tǒng)誤差首先， 模板圖形本身存在誤差，其柵格并非理想，所測得的鏡頭倍率誤差和畸變包含 了模板圖形本身的誤差，測量結果中無法區(qū)分模板圖形本身存在誤差和投影物 鏡的誤差；此外，不論是采用掃描視場的方式還是測量曝光圖形的方式，由于 測量設備本身存在定位誤差，最終的讀數(shù)包含了測量設備的因素，測量結果同 樣無法將這一部分誤差識別出來。
前述的現(xiàn)有技術中的測量方法存在的問題也將直接影響到光刻設備的最終 性能。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種投影物鏡倍率誤差及畸變的檢測裝置及方法，所 述檢測裝置可作為測試平臺，所述檢測方法可通過物像交換曝光的光刻方法， 精確測量投影物鏡本身絕對的倍率誤差及畸變。
為達到上述目的，本發(fā)明提供一種投影物鏡倍率及畸變的檢測裝置，其包 括框架單元，用于將待測投影物鏡固定到所述框架單元的投影物鏡固定單元， 承片單元，承版單元，用于提供曝光光源的照明單元，以及一片測量掩模版和 一片轉印掩模版。
在上述檢測裝置中，所述投影物鏡固定單元以及承版單元可分別帶動所述 投影物鏡以及至少一掩模版做垂向位置調節(jié)，以適應不同尺寸的投影物鏡。所 述承片單元和承版單元均可安裝掩模版。
在上述檢測裝置中，所述測量掩模版是具有一定厚度的透明光學平板，并 對所述投影物鏡工作波長具有較高透過率，其中一面鍍鉻，且所述鍍鉻面上還 包含有一 系列柵格狀分布的透光標記。所述轉印掩模版一 面鍍鉻且無任何標記 圖形，鍍鉻面涂覆有正性光刻膠。
本發(fā)明還提供一種投影物鏡倍率及畸變的檢測方法，其應用于一投影物鏡 倍率及畸變的;f企測裝置中，所述裝置包括框架單元，設置于所述框架單元之中
的投影物鏡，用于將所述投影物鏡固定到所述框架單元的投影物鏡固定單元， 承片單元，承版單元，以及用于提供曝光光源的照明單元，所述方法包括下列
步驟制備一測量掩模版，在所述掩模版的鍍鉻面上形成一系列透光標記，所
述透光標記呈柵格狀分布于待測投影物鏡視場范圍內，并記錄所述每個標記的
名義位置；取一塊沒有圖形的掩模版，作為一轉印掩模版，在其鍍鉻面上涂覆 正性光刻膠；將所述測量掩模版的鍍鉻面朝下安裝在所述承版單元上，將所述 轉印掩模版涂覆有光刻膠的鍍鉻面朝上，安裝在所述承片單元上；調節(jié)所述投 影物鏡及承版單元的高度，使物像處于各自相對于投影物鏡的名義位置，實現(xiàn) 物像共軛；按照設定劑量，開啟所述照明單元，將所述測量掩模版的圖形投影
到像方，使所述轉印掩模版的光刻膠感光，記錄下所述測量掩模版上圖形的像； 所述轉印掩模版經過顯影，刻蝕，在其鍍鉻面上留下所述測量掩模版經過所述 投影物鏡成的像；將所述測量掩模版的鍍鉻面涂覆正性光刻膠，并將所述鍍鉻 面朝上安裝在所述承片單元上，將所述轉印掩模版的鍍鉻面向下安裝在所述承 版單元上；按照設定劑量，開啟所述照明單元，將所述轉印掩模版的圖形投影 到像方，使所述測量掩模版的光刻膠感光，記錄下所述轉印掩模版上圖形的像； 所述測量掩模版經過顯影、刻蝕，在鍍鉻面上留下所述轉印掩模版經過所述投 影物鏡成的像，此時所述測量掩模版的鍍鉻層包含了初始標記位置信息和經過 投影物鏡兩次成像所傳遞的標記位置信息；通過套刻機測量每個名義位置對應 的初始標記位置信息和經過投影物鏡兩次成像所傳遞的標記位置信息的位置 差，代入投影物鏡倍率誤差及畸變模型中求解，以獲得投影物鏡的倍率誤差和 畸變。
與現(xiàn)有技術的投影物鏡倍率及畸變的檢測裝置以及方法相比，本發(fā)明所述 的投影物鏡倍率及畸變的檢測裝置以及方法可以用來測量名義倍率為-1或正負 一定范圍內的投影物鏡倍率誤差及畸變，其測量范圍取決于測量掩模版上布置 的測量標記尺寸、間隔以及投影物鏡本身誤差的大小，按照測量的結果，通過 調節(jié)承版單元和投影物鏡的實際位置，補償一定投影物鏡的倍率誤差和畸變。
圖1為本發(fā)明的投影物鏡倍率誤差及畸變的檢測裝置的一個較佳實施例的 方框示意圖2為本發(fā)明的投影物鏡倍率誤差及畸變的檢測裝置的一個較佳實施例的 測量掩模版的示意圖3為本發(fā)明的投影物鏡倍率誤差及畸變的檢測方法的一個較佳實施例中 將測量掩模版上的透光標記透過投影物鏡成像到轉印掩模版上的光路示意圖4為本發(fā)明的投影物鏡倍率誤差及畸變的檢測方法的一個較佳實施例中 涂覆在轉印掩模版上的正性光刻膠感光的示意圖5為本發(fā)明的投影物鏡倍率誤差及畸變的檢測方法的一個較佳實施例中 曝光后轉印掩模版的顯影的示意図6為冬發(fā)明的投影物鏡倍率誤差及畸變的檢測裝置的一個較佳實施例的 測量掩模版對應于轉印掩模版的標記示意圖7為本發(fā)明的投影物鏡倍率誤差及畸變的檢測方法的一個較佳實施例中 將測量掩模版和轉印掩模版位置交換后的光路示意圖8為本發(fā)明的投影物鏡倍率誤差及畸變的檢測方法的一個較佳實施例中 再次曝光后測量掩才莫版的顯影的示意圖9為本發(fā)明的投影物鏡倍率誤差及畸變的檢測方法的一個較佳實施例中 再次曝光后轉印掩模版對應于測量掩模版的標記示意圖。
具體實施例方式
以下將結合一個較佳的實施例對本發(fā)明的投影物鏡倍率誤差及畸變的檢測 裝置方法作進一步的詳細描述。
請參閱圖1,為本發(fā)明的投影物鏡倍率及畸變的檢測裝置的一個較佳實施例 的方框示意圖，如圖所示，在本實施例中，該投影物鏡倍率及畸變的檢測裝置 包含框架單元l、投影物鏡2、投影物鏡固定單元3，承片單元4、承版單元5、 照明單元6，測量掩^t版7以及轉印掩模版8。
請同時參閱圖2、圖3，將投影物鏡2通過投影物鏡固定單元3，安裝到框 架單元1上，將包含有柵格狀排列透光標記702的測量掩模版7的鍍鉻面701 向下安裝到承版單元5上，取一塊沒有圖形的掩it版，作為轉印掩模版8，在轉 印掩模版8的鍍鉻面801上涂覆正性光刻膠802,鍍鉻面801向上安裝到承片單 元4上。通過投影物鏡固定單元3及承版單元5，調整好待測投影物鏡2和測量 掩模版7的高度，使物像共軛且在投影物鏡2的名義物像位置上。接著，如圖4 所示，按照設定劑量，打開照明單元6，將測量掩模版7的透光標記702投影到 像方，使轉印掩模版8上的正性光刻膠802感光，如果鏡頭不存在倍率誤差和 畸變，則標記位置應在名義位置803處，存在上述誤差的鏡頭則將標記成像在 圖3中804處，該處光刻膠感光后轉化為顯影可去掉的成分805。然后，如圖5、 圖6所示，將轉印掩4莫版8顯影，去掉感光部分光刻膠805后，露出該區(qū)域內 的鍍鉻面801;通過刻蝕的方法，把這一部分鉻去掉，形成透光型轉印標記807; 去膠后完成轉印掩模版的制備，并在該過程中記錄下所形成的轉印標記806、 807
在轉印掩模版8上的位置。
接著，請結合參閱圖7、圖8以及圖9，如圖所示，在測量掩模版7的鉻面 701涂覆正性光刻膠，鍍鉻面701向上安裝到承片單元4上；將轉印掩模版8的 鍍鉻面801朝下安裝到承版單元5上；打開照明單元6，使測量掩模7上涂覆的 正性光刻膠感光；感光后的部分703通過顯影去掉，再進行刻蝕，最終形成包 含有投影物鏡倍率誤差和畸變二次作用后的測量標記704;同時，測量掩模版7 還保留有初始測量標記702。
最后，請結合參閱圖8以及圖9，如圖所示，用套刻機讀取測量掩模版7
上的每一個名義位置的初始測量標記702和測量標記704之間的位置偏差705，
通過投影物鏡倍率誤差及畸變模型建立方程組，求解投影物鏡2的倍率誤差和
畸變。其中，所述位置偏差包含兩個正交方向的讀數(shù)值^、辦,.。
通常的-1倍投影物鏡倍率誤差及畸變模型可以表達為 j血,(jr, ， y) = AM Z, + ￡)3. X廠(X,2 + }f ) i浙(義,，")=am.十"3 -" (《2 + ]f )
其中，am為倍率誤差，/)3為三階畸變，(1,,^)為物方測量標記的名義位置 坐標值。
則轉印掩模版上，各標記的位置可以表達為
尸(《+ * 浙, K ))
第二次曝光后，測量掩^f莫版上新的測量標記位置為 '(《+), K +辦,，"))=
AM.(不+J》+ A .(不+ A,d。).((《+血,(X』))2 + g +辦,(X』》2) AM. (K +J)) + ￡>3. +浙(《,K)).((《+血,, K))2 ++ & (《,K ))2)
' ( +血,(x, ， j; ), k +々,， x))=
AM' (Z, + (AAf.《+ Z>3 - X,. (X, + if))) + D3.(《+ (AM 《+ ￡>w (a2 + k2))).
((《+ (am . x, + zv x,.(《2 + K2)))2 + (K + (組 " + A'",+ "2)))2)
AM'(" + (Mf《+ " .(X,2 + }f ))) + D3. (X, + (AM《+1>3. K . C + K2))).
+ (AM.+1>3. X廠(X,2 + }f )))2 + (" + (AM.K + D3. K . (X,2 + "2)))2)
考慮第二次曝光;^丈置掩模版的偏差r;c, & i z，其中7)c, ^為平移量，
為旋轉量，則測量掩模版上新的測量標記位置為
R + 7 z K + AM + (AM. Z, + D3.《■ (X,2 + X2))) + D3 (《+ (AM. X, + ￡>3. X,.(《2 + if )))
((《+ (am .《+ z)3 《.(義,2 + if)))2 + (y; + (組-K + Z)3.《 (％,2 + Jf)))2) +血,(z,.，K)，:i"; +辦,仏，IQ)=
7> - J z + AM - (X + (AM K + D3 " (Z,2 +))) + Z)3.(《+ (AM." + "3.". (A2 + >f )))-
+ (AM.《+ D3 《 (X,.2 + if)))2 + (X + (AM." + D3. K (X,2 + if)))2)
將套刻機讀取的一系列名義位置兩次標記偏差量和名義位置坐標值代入上 式，建立最小二乘擬合方程組，用牛頓迭代法求解73c, &， i z， AM, "3五個參 數(shù)，即可得到待測投影物鏡的倍率誤差AM和畸變￡>3測量結果。
該方法同樣可以包含更多參數(shù)(如A,非對稱畸變等)的倍率誤差及畸變 模型求解，殘差更小，測量更精確。
需要特別說明的是，本發(fā)明的投影物鏡倍率誤差及畸變的檢測裝置以及方 法不局限于上述實施例中所限定結構以及步驟執(zhí)行順序，盡管參照較佳實施例 對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明進 行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的 權利要求范圍當中。
權利要求
1、一種投影物鏡倍率及畸變的檢測裝置，其特征在于:包括框架單元，用于將待測投影物鏡固定到所述框架單元的投影物鏡固定單元，承片單元，承版單元，用于提供曝光光源的照明單元，以及一片測量掩模版和一片轉印掩模版。
2、 根據(jù)權利要求1所述的投影物鏡倍率及畸變的檢測裝置，其特征在于 所述投影物鏡固定單元以及承版單元可分別帶動所述投影物鏡以及至少一掩模 版做垂向位置調節(jié)，以適應不同尺寸的投影物鏡。
3、 根據(jù)權利要求1所述的投影物鏡倍率及畸變的檢測裝置，其特征在于 所述承片單元和承版單元均可安裝掩模版。
4、 根據(jù)權利要求l所述的投影物鏡倍率及畸變的檢測裝置，其特征在于 所述測量掩模版是具有一定厚度的透明光學平板，并對所述投影物鏡工作波長 具有較高透過率，其中一面鍍鉻，且所述鍍^l各面上還包含有一系列柵格狀分布 的透光標記。
5、 根據(jù)權利要求1所述的投影物鏡倍率及畸變的檢測裝置，其特征在于 所述轉印掩模版一面鍍鉻且無任何標記圖形，鍍鉻面涂覆有正性光刻膠。
6、 一種投影物鏡倍率及畸變的檢測方法，其應用于一投影物鏡倍率及畸變 的檢測裝置中，所述裝置包括框架單元，設置于所述框架單元之中的投影物鏡， 用于將所述投影物鏡固定到所述框架單元的投影物鏡固定單元，承片單元，承 版單元，以及用于提供曝光光源的照明單元，其特征在于，所述方法包括下列 步驟制備一測量掩模版，在所述掩模版的鍍鉻面上形成一系列透光標記，所 述透光標記呈柵格狀分布于待測投影物鏡視場范圍內，并記錄所述每個標記 的名義位置；取一塊沒有圖形的掩模版，作為一轉印掩模版，在其鍍鉻面上涂覆正性 光刻膠；將所述測量掩模版的鍍鉻面朝下安裝在所述承版單元上，將所述轉印掩 模版涂覆有光刻膠的鍍4各面朝上，安裝在所迷承片單元上;調節(jié)所述投影物鏡及承版單元的高度，使物像處于各自相對于投影物鏡的名義位置，實現(xiàn)物像共輒；按照設定劑量，開啟所述照明單元，將所述測量掩模版的圖形投影到像方，使所述轉印掩才莫版的光刻膠感光，記錄下所述測量掩模版上圖形的像；所述轉印掩模版經過顯影，刻蝕，在其鍍鉻面上留下所述測量掩模版經過所述投影物鏡成的像；將所述測量掩模版的鍍鉻面涂覆正性光刻膠，并將所述鍍鉻面朝上安裝在所述承片單元上，將所述轉印掩模版的鍍鉻面向下安裝在所述承版單元 上；按照設定劑量，開啟所述照明單元，將所述轉印掩才莫版的圖形投影到像方，使所述測量掩模版的光刻膠感光，記錄下所述轉印掩模版上圖形的像；所述測量掩模版經過顯影、刻蝕，在鍍鉻面上留下所述轉印掩模版經過 所述投影物鏡成的像，此時所述測量掩模版的鍍鉻層包含了初始標記位置信 息和經過投影物鏡兩次成像所傳遞的標記位置信息；通過套刻機測量每個名義位置對應的初始標記位置信息和經過投影物 鏡兩次成像所傳遞的標記位置信息的位置差，代入投影物鏡倍率誤差及畸變 模型中求解，以獲得投影物鏡的倍率誤差和畸變。
全文摘要
本發(fā)明提供一種投影物鏡倍率及畸變的檢測裝置以及方法，首先制備一具有柵格狀透光標記的測量掩模版，同時提供鍍鉻面上涂覆正性光刻膠且沒有圖形的掩模版作為一轉印掩模版，利用物像交換曝光的方法以及涂膠顯影、刻蝕、套刻測量等相關設備，測量固定在檢測裝置中的投影物鏡倍率誤差及畸變；采用本發(fā)明的投影物鏡倍率及畸變的檢測裝置以及方法測量投影物鏡的倍率誤差和畸變，可排除標準柵格模版等傳統(tǒng)測量手段帶來的系統(tǒng)誤差，特別適于包含有測量名義倍率為-1或相近倍率的投影物鏡的檢測裝置系統(tǒng)。
文檔編號G03F7/20GK101387833SQ20081020241
公開日2009年3月18日 申請日期2008年11月7日 優(yōu)先權日2008年11月7日
發(fā)明者楊志勇 申請人:上海微電子裝備有限公司