專利名稱：一種離線測(cè)量成像系統(tǒng)最佳物面的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成像系統(tǒng)最佳物面的測(cè)量，尤其涉及光刻系統(tǒng)中的成像系統(tǒng)最佳物面 的測(cè)量。
背景技術(shù)：
在光刻成像系統(tǒng)中，光刻裝置通過投影物鏡曝光，使設(shè)計(jì)的掩模圖形在光刻膠上 成像。而作為光刻裝置的核心部件，投影物鏡的成像質(zhì)量直接影響光刻效果，而投影物鏡的 最佳物面將直接影響投影物鏡的成像質(zhì)量。目前，尋找最佳物面的方法主要有兩種，一是通過光學(xué)設(shè)計(jì)以及機(jī)械加工和安裝 進(jìn)行保證，通過控制機(jī)械加工精度和安裝精度，來保證其實(shí)際加工安裝的物面和設(shè)計(jì)的物 面保證在一定精度范圍內(nèi)。該方法對(duì)機(jī)械加工精度和裝配公差都有嚴(yán)格的要求，不僅加工 難度大，并且相對(duì)精度較低。二是通過曝光的方法來尋找最佳物像面。專利CN101174104 說明了如何用曝光的方法來尋找最佳物像面。通過一定的步距垂向移動(dòng)掩模標(biāo)記和光刻膠 面，其中，移動(dòng)步距可以按照投影物距的放大倍率進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過在mXn個(gè)位置進(jìn)行掃描 曝光，得到mXn個(gè)曝光線條，比較這些線條的分辨率，最小值的對(duì)應(yīng)的掩模位置和晶片位 置即為最佳物像面。對(duì)于存在掩模垂向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的光刻裝置，采用該方法能夠很好的在在 線的情況下尋找投影物鏡的最佳物像面，但需要每臺(tái)光刻機(jī)都安裝垂向掃描機(jī)構(gòu)，增加結(jié) 構(gòu)的復(fù)雜性，增加制造成本，對(duì)于不存在掩模垂向掃描裝置的光刻裝置不適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要針對(duì)寬波帶汞燈照明的光刻裝置，提出了一種離線測(cè)試最佳物面的方 法和裝置。針對(duì)寬波帶照明，其由于為復(fù)合波長(zhǎng)照明，故一定存在倍率色差。其倍率色差直 接影響曝光成像質(zhì)量。在物鏡設(shè)計(jì)中，物鏡處于最佳物像面時(shí)，其倍率色差為0，根據(jù)此原 貝U，本發(fā)明提出了根據(jù)測(cè)試其倍率色差來尋找其最佳物像面的方法，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)測(cè)試裝置。本發(fā)明提出了一種離線測(cè)量成像系統(tǒng)最佳物面的裝置，該裝置包括光源模塊，該模塊能發(fā)出多個(gè)不同波長(zhǎng)的激光；光耦合裝置，耦合光源模塊發(fā)出的激光，形成照明光斑；針孔掩模，其上具有mXn小孔陣列，接收光耦合裝置形成的照明光斑；投影物鏡，對(duì)針孔掩模進(jìn)行成像，投影物鏡的視場(chǎng)大小與針孔掩模上的小孔陣列的分布大小相同；傳感器，接收投影物鏡所成的像，并能測(cè)量像點(diǎn)的位置；掩模運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，調(diào)整掩模的位置；傳感器運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，能帶動(dòng)傳感器和掩模運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行同步掃描；根據(jù)掩模板上小孔位置和像點(diǎn)位置，所述裝置能擬合出對(duì)應(yīng)當(dāng)前掩模面高度的放 大倍率。
其中，傳感器是Hartmarm傳感器，通過測(cè)量傳感器上像點(diǎn)相對(duì)于傳感器標(biāo)定點(diǎn)的 位置確定各個(gè)像點(diǎn)的位置。其中，利用激光干涉儀測(cè)量傳感器的標(biāo)定點(diǎn)的位置。其中，光源模塊包括三個(gè)不同波長(zhǎng)的激光光源，其波長(zhǎng)分別對(duì)應(yīng)于汞燈光源的三 種典型波長(zhǎng)，分別為375nm，405nm, 440nm。其中，針孔掩模為9X9的標(biāo)準(zhǔn)2um小孔陣列。其中，掩模運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括一個(gè)三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和三個(gè)垂向調(diào)節(jié)電機(jī)，用于調(diào)整掩模 的水平位置、高度和傾斜度，垂向調(diào)節(jié)電機(jī)的垂向調(diào)節(jié)精度為lum。其中，傳感器運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為一二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，帶動(dòng)傳感器和掩模運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行同步掃描。本發(fā)明還提出了一種離線測(cè)量成像系統(tǒng)最佳物面的方法，該方法利用根據(jù)前述任 意一個(gè)裝置進(jìn)行測(cè)量，包括如下步驟步驟1 進(jìn)行放大倍率測(cè)試，測(cè)試出不同波長(zhǎng)的光對(duì)應(yīng)的放大倍率；步驟2 進(jìn)行仿真，得到與當(dāng)前放大倍率對(duì)應(yīng)情況的掩模面位置；步驟3 根據(jù)當(dāng)前掩模面位置以及理論最佳物面高度差，進(jìn)行掩模面高度調(diào)整；步驟4 重復(fù)步驟1-3，直到仿真得到的掩模面與理論最佳物面的高度差收斂到 IOum以內(nèi)；步驟5 在IOum以內(nèi)進(jìn)行掩模面垂向掃描，步距l(xiāng)um，得出不同掩模面高度對(duì)應(yīng)的 倍率色差，其最小值對(duì)應(yīng)的掩模面的位置即為最佳物面。利用本發(fā)明的裝置和方法可以準(zhǔn)確地測(cè)量出物鏡的最佳物面，避免了僅僅通過物 像距設(shè)計(jì)和加工保證物像面位置而產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，并且不需要在線去測(cè)量，對(duì)于沒有垂向掩 模平臺(tái)結(jié)構(gòu)的光刻裝置，可以很好的保證其物像面的安裝準(zhǔn)確性。


通過本發(fā)明實(shí)施例并結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解其發(fā)明的目的、具體結(jié) 構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。其中，附圖為圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2所示為不同波長(zhǎng)在非最佳物像面上產(chǎn)生的倍率色差示意圖；圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的方法的測(cè)試流程圖。
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。為了便于描述和突出顯示本 發(fā)明，附圖中省略了現(xiàn)有技術(shù)中已有的相關(guān)部件，并將省略對(duì)這些公知部件的描述。本發(fā)明提供了一種離線測(cè)量成像系統(tǒng)最佳物面的方法和裝置，用于確定光刻投影 裝置的最佳物面。根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該系統(tǒng)主要包括光源模塊1、光 耦合裝置2、針孔掩模3、光源運(yùn)動(dòng)平臺(tái)4、傳感器5、激光干涉儀6、投影物鏡7、傳感器運(yùn)動(dòng) 平臺(tái)8、測(cè)試平臺(tái)框架9、掩模運(yùn)動(dòng)平臺(tái)10。光源模塊1包括三個(gè)不同波長(zhǎng)的激光光源，其激光光源波長(zhǎng)分別對(duì)應(yīng)于汞燈光源的三種典型波長(zhǎng)。分別為375nm，405nm，440nm。光源模塊1產(chǎn)生一激光光源，經(jīng)過光耦合裝置2耦合，形成照明光斑入射到針孔掩 模4上。針孔掩模為9X9的標(biāo)準(zhǔn)2um小孔陣列，其小孔的分布大小與投影物鏡視場(chǎng)大小相 同。照明光斑經(jīng)過掩模小孔后產(chǎn)生一理想點(diǎn)光源，用于代替實(shí)際曝光中的照明光源，該點(diǎn)光 源功率低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不會(huì)引入過大的熱源，這樣，在進(jìn)行投影物鏡測(cè)試過程中，容易控制投 影物鏡的溫度。
光源運(yùn)動(dòng)平臺(tái)4用于調(diào)整外界照明光源位置，包括X、Y、Z三個(gè)自由度，在視場(chǎng)內(nèi) 對(duì)81個(gè)點(diǎn)進(jìn)行掃描，即針孔掩模3對(duì)應(yīng)的81個(gè)點(diǎn)的位置。掩模運(yùn)動(dòng)平臺(tái)10包括三個(gè)垂向 調(diào)節(jié)電機(jī)用于調(diào)整掩模面的高度和傾斜，其垂向調(diào)節(jié)精度為lum。掩模上的小孔產(chǎn)生的理 想點(diǎn)光源經(jīng)過投影物鏡7成像，入射到傳感器5中進(jìn)行像點(diǎn)位置測(cè)量。在本實(shí)施例中，傳感 器5采用的是波前傳感器。更為優(yōu)選的，本實(shí)施例所采用的波前傳感器是Shack-Hartmarm 傳感器，即沙克_哈特曼傳感器(以下簡(jiǎn)稱Hartmarm傳感器)。像點(diǎn)位置測(cè)量是在指波像 差測(cè)試的時(shí)候，本身Hartmarm傳感器中也有微透鏡陣列，其自身也會(huì)引起波前誤差，為消 除這個(gè)誤差，事先對(duì)hartmarm傳感器本身需要用標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)光源進(jìn)行標(biāo)定，用標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)光源標(biāo)定 的時(shí)候，其點(diǎn)光源相對(duì)hartmarm的位置就是標(biāo)定的像點(diǎn)。在本實(shí)施例中，Hartmann傳感器 5可以直接測(cè)試出當(dāng)前實(shí)際像點(diǎn)位置相對(duì)于Hartmarm標(biāo)定像點(diǎn)位置的差。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8為 一二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和掩模運(yùn)動(dòng)平臺(tái)10進(jìn)行同步掃描，行程為100mm，帶動(dòng)Hartmarm傳感器5 運(yùn)動(dòng)，測(cè)試對(duì)應(yīng)小孔的81個(gè)視場(chǎng)點(diǎn)的像點(diǎn)相對(duì)Hartmarm傳感器5的標(biāo)定點(diǎn)的位置。另外， Hartmann自身的位置可以通過激光干涉儀6進(jìn)行檢測(cè)，這樣，就能夠準(zhǔn)確得到81個(gè)視場(chǎng)點(diǎn) 對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)的位置，根據(jù)掩模板上小孔位置和像點(diǎn)位置，擬合出當(dāng)前對(duì)應(yīng)掩模面高度的放 大倍率。保持物面位置不變，按照上述方法分別測(cè)試378nm，407nm和442nm3種波長(zhǎng)的對(duì)應(yīng) 的放大倍率。每次更換激光光源，都需要通過掩模臺(tái)三維移動(dòng)平臺(tái)調(diào)節(jié)激光光源相對(duì)掩模 的位置。運(yùn)用Code V仿真，得出與當(dāng)前對(duì)應(yīng)的放大倍率所處的大致位置與最佳物像面工作 距設(shè)計(jì)值之間的偏差，調(diào)整掩模板高度。重復(fù)上述步驟，直到當(dāng)前掩模板高度與其最佳物像面偏差在IOum以內(nèi)。在當(dāng)前位置進(jìn)行掃描，步進(jìn)為lum，行程為lOum，得到一系列的倍率色差值，其倍 率色差最小位置處即為最佳物面。圖3給出了具體的測(cè)試流程。圖2給出了對(duì)于不同波長(zhǎng)，在非最佳物像面上，其產(chǎn)生的倍率色差示意圖，從圖中 可以看出，在最佳物像面時(shí)，其倍率色差為0?？衫帽堵噬畹拇笮砼袛喈?dāng)前掩模面是 否在最佳物面。在實(shí)際測(cè)量中，其倍率色差大小由于其加工安裝誤差，即使在最佳物面，其 倍率色差也不會(huì)為0，故，判斷最佳物像面的準(zhǔn)則為，當(dāng)倍率色差為最小時(shí)，即三個(gè)波長(zhǎng)所對(duì) 應(yīng)的倍率相差最小時(shí)，此時(shí)掩模面處于最佳物面。在實(shí)際測(cè)試過程中，經(jīng)過調(diào)整后三個(gè)波長(zhǎng)在其最佳物像面放大倍率中，378nm時(shí)放 大倍率為1+1. 8ppm, 407nm時(shí)放大倍率為1+0. 4ppm, 442nm時(shí)放大倍率為1-0. lppm，其最大 相差為1.9ppm。由Code V仿真可知，掩模面與最佳物距的偏離量與其放大倍率成單調(diào)變 化，其偏離量越大，倍率色差也越大，當(dāng)物面離最佳物面相距Ium時(shí)，Code V仿真得到的三 個(gè)波長(zhǎng)的放大倍率與理論放大倍率偏差分別為1. 07ppm,0. 75ppm，0. 33ppm，所示結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果相差不大。故可認(rèn)為，最佳物面的確定精度為lum。得到物面位置以后，可以利用光柵尺長(zhǎng)度計(jì)測(cè)量出掩模面相對(duì)物鏡上基準(zhǔn)面之間的距離。在本實(shí)施例中，采用海德漢長(zhǎng)度計(jì)，即Heidehain長(zhǎng)度計(jì)。Heidehain長(zhǎng)度計(jì)的測(cè) 量精度為0. lum，測(cè)量行程為60mm。這樣，將物鏡安裝到光刻裝置中時(shí)，通過控制掩模面到 物鏡上基準(zhǔn)面的工作距離，就能夠準(zhǔn)確的確定其最佳物面。本說明書中所述的只是本發(fā)明的幾種較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說明本 發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、 推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種離線測(cè)量成像系統(tǒng)最佳物面的裝置，該裝置包括光源模塊，該模塊能發(fā)出多個(gè)不同波長(zhǎng)的激光；光耦合裝置，耦合光源模塊發(fā)出的激光，形成照明光斑；針孔掩模，其上具有m×n小孔陣列，接收光耦合裝置形成的照明光斑；投影物鏡，對(duì)針孔掩模進(jìn)行成像，投影物鏡的視場(chǎng)大小與針孔掩模上的小孔陣列的分布大小相同；傳感器，接收投影物鏡所成的像，并能測(cè)量像點(diǎn)的位置；掩模運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，調(diào)整掩模的位置；傳感器運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，能帶動(dòng)傳感器和掩模運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行同步掃描；根據(jù)掩模板上小孔位置和像點(diǎn)位置，所述裝置能擬合出對(duì)應(yīng)當(dāng)前掩模面高度的放大倍率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，傳感器是Hartmarm傳感器，通過測(cè)量傳感器上像 點(diǎn)相對(duì)于傳感器標(biāo)定點(diǎn)的位置確定各個(gè)像點(diǎn)的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，利用激光干涉儀測(cè)量傳感器的標(biāo)定點(diǎn)的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，光源模塊包括三個(gè)不同波長(zhǎng)的激光光源，其波長(zhǎng) 分別對(duì)應(yīng)于汞燈光源的三種典型波長(zhǎng)，分別為375nm，405nm, 440nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，針孔掩模為9X9的標(biāo)準(zhǔn)2um小孔陣列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，掩模運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括一個(gè)三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和三個(gè)垂 向調(diào)節(jié)電機(jī)，用于調(diào)整掩模的水平位置、高度和傾斜度，垂向調(diào)節(jié)電機(jī)的垂向調(diào)節(jié)精度為 lurn。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，傳感器運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為一二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，帶動(dòng)傳感器 和掩模運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行同步掃描。
8.一種離線測(cè)量成像系統(tǒng)最佳物面的方法，該方法利用根據(jù)權(quán)利要求1 7中任意一 個(gè)所述的裝置進(jìn)行測(cè)量，包括如下步驟步驟1 進(jìn)行放大倍率測(cè)試，測(cè)試出不同波長(zhǎng)的光對(duì)應(yīng)的放大倍率；步驟2 進(jìn)行仿真，得到與當(dāng)前放大倍率對(duì)應(yīng)情況的掩模面位置；步驟3 根據(jù)當(dāng)前掩模面位置以及理論最佳物面高度差，進(jìn)行掩模面高度調(diào)整；步驟4 重復(fù)步驟1-3，直到仿真得到的掩模面與理論最佳物面的高度差收斂到lOum以內(nèi)；步驟5 在lOum以內(nèi)進(jìn)行掩模面垂向掃描，步距l(xiāng)um，得出不同掩模面高度對(duì)應(yīng)的倍率 色差，其最小值對(duì)應(yīng)的掩模面的位置即為最佳物面。
全文摘要
一種離線測(cè)量成像系統(tǒng)最佳物面的裝置和方法，該裝置包括光源模塊，該模塊能發(fā)出多個(gè)不同波長(zhǎng)的激光；光耦合裝置，耦合光源模塊發(fā)出的激光，形成照明光斑；針孔掩模，其上具有m×n小孔陣列，接收光耦合裝置形成的照明光斑；投影物鏡，對(duì)針孔掩模進(jìn)行成像，投影物鏡的視場(chǎng)大小與針孔掩模上的小孔陣列的分布大小相同；傳感器，接收投影物鏡所成的像，并能測(cè)量像點(diǎn)的位置；根據(jù)掩模板上小孔位置和像點(diǎn)位置，所述裝置能擬合出對(duì)應(yīng)當(dāng)前波長(zhǎng)和掩模面高度的放大倍率。利用擬合得到的多個(gè)波長(zhǎng)的放大倍率進(jìn)行仿真，得到對(duì)應(yīng)的掩模面位置，根據(jù)當(dāng)前掩模面位置以及理論最佳物面高度差，進(jìn)行掩模面高度調(diào)整，確定倍率色差最小值對(duì)應(yīng)的掩模面位置為最佳物面。
文檔編號(hào)G03F7/20GK101799633SQ20101012408
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月15日
發(fā)明者蘭艷平, 劉國(guó)淦 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司