專利名稱：移相光柵標(biāo)記及利用該標(biāo)記檢測光刻機(jī)成像質(zhì)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻機(jī)的成像質(zhì)量檢測，尤其涉及利用移相光柵標(biāo)記檢測光刻機(jī)成像質(zhì)量的方法。
背景技術(shù)：
光刻機(jī)是集成電路制造與生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備之一。光刻機(jī)的成像質(zhì)量是保證光刻機(jī)光刻性能的關(guān)鍵因素。光刻機(jī)垂軸成像質(zhì)量參數(shù)主要包括彗差像面，像面平移，倍率變化，像面旋轉(zhuǎn)，畸變等。隨著光刻特征尺寸的不斷減小，光刻機(jī)垂軸成像質(zhì)量對光刻性能的影響越來越突出。高精度的光刻機(jī)垂軸成像質(zhì)量參數(shù)檢測技術(shù)已成為保證光刻機(jī)光刻性能的重要手段。
Hiroshi Nomura等提出了一種基于三光束干涉的彗差檢測技術(shù)(HiroshiNomura，Kenji Konomi，and Manabu Takakuwa，“Aberration monitoring towardwavefront matching with device patterns”，Jan.J.Appl.Phys.，Vol.4092-96(2001))。該技術(shù)首先利用一定周期的移相光柵標(biāo)記在+1級，0級與-1級衍射光干涉成像條件下，推導(dǎo)出光刻機(jī)彗差引起的成像位置偏移量與移相光柵標(biāo)記周期之間的關(guān)系。然后在移相光柵標(biāo)記周期已知的條件下，測得移相光柵標(biāo)記的成像位置偏移量，從而計(jì)算出彗差。該技術(shù)基于硅片曝光，檢測中考慮了光刻膠等工藝因素的影響，實(shí)現(xiàn)了彗差的精確測量。然而，該技術(shù)僅可檢測彗差，無法檢測其它垂軸成像質(zhì)量參數(shù)，同時(shí)在彗差檢測過程中沒有考慮部分相干光照明對彗差引起的成像位置偏移量的影響，影響彗差的檢測精度。
XY-SETUP技術(shù)是一種用于檢測像面平移、像面旋轉(zhuǎn)、倍率變化、畸變等光刻機(jī)垂軸成像質(zhì)量參數(shù)的主要技術(shù)(WANG Fan，WANG Xiangzhao，MAMingying et al.，“In-situ measurement methods of lens aberrations”，Laser &Optoelectronics Progress(in Chinese)，2004，41(6)33～36.)。該技術(shù)將具有多個(gè)對準(zhǔn)標(biāo)記的掩模版曝光在硅片上，然后利用光刻機(jī)中的光學(xué)對準(zhǔn)系統(tǒng)獲取曝光在硅片上的對準(zhǔn)標(biāo)記的位置信息，從而計(jì)算出光刻機(jī)垂軸成像質(zhì)量參數(shù)中的像面平移、像面旋轉(zhuǎn)、倍率變化與畸變。但是，該技術(shù)無法檢測彗差，需要利用其它方法來檢測垂軸成像質(zhì)量參數(shù)中的彗差，使垂軸成像質(zhì)量參數(shù)的檢測過程變得復(fù)雜。同時(shí)由于彗差對對準(zhǔn)圖形位置偏移量的影響，使XY-SETUP技術(shù)的測量精度受到彗差的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光刻機(jī)成像質(zhì)量的檢測方法，可以全面檢測光刻機(jī)成像質(zhì)量參數(shù)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種移相光柵標(biāo)記，包括密集線條標(biāo)記，該移相光柵標(biāo)記形成在光刻機(jī)系統(tǒng)的掩模上，所述移相光柵標(biāo)記還包括線寬較小的精細(xì)型線條標(biāo)記。
本發(fā)明還提供一種利用移相光柵標(biāo)記檢測光刻機(jī)成像質(zhì)量的方法，包括將掩模上的移相光柵標(biāo)記通過光刻機(jī)系統(tǒng)曝光到基板上；所述的方法還包括如下步驟檢測曝光到基板上的移相光柵標(biāo)記的成像位置偏移量；利用成像位置偏移量計(jì)算光刻機(jī)的垂軸成像質(zhì)量參數(shù)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于精細(xì)型線條標(biāo)記線寬較小，使移相光柵標(biāo)記的成像位置偏移量受投影物鏡彗差影響更加明顯，因而可用于投影物鏡彗差的檢測。本發(fā)明利用移相光柵標(biāo)記的成像位置偏移量，實(shí)現(xiàn)了彗差與倍率變化、像面平移、像面旋轉(zhuǎn)、畸變的精確測量，克服了光刻機(jī)垂軸成像質(zhì)量參數(shù)檢測不全面的缺點(diǎn)，簡化了光刻機(jī)垂軸成像質(zhì)量的檢測過程。此外，本發(fā)明中利用-1級與+1級衍射光干涉條件下彗差引起的成像位置偏移量來檢測彗差，彗差檢測精度得到明顯提高。


通過以下對本發(fā)明的一實(shí)施例結(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，圖1為本發(fā)明實(shí)施例中所用光刻機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中移相光柵標(biāo)記的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例中移相光柵標(biāo)記的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中移相光柵標(biāo)記的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例中移相光柵標(biāo)記的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例中移相光柵標(biāo)記的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
請參閱圖1，本發(fā)明的光刻機(jī)系統(tǒng)包括光源1，照明系統(tǒng)2，掩模3，承載掩模3的掩模臺(tái)4，投影物鏡5，涂有光刻膠的基板6及承載基板6的工件臺(tái)7。其中，掩模3上形成有移相光柵標(biāo)記31。光源1用于產(chǎn)生曝光光束。照明系統(tǒng)2調(diào)整光源1發(fā)出光束光強(qiáng)分布，投影物鏡5將掩模3上的移相光柵標(biāo)記31成像在基板6上。
光源1發(fā)出的深紫外激光經(jīng)照明系統(tǒng)2后照射在掩模3上，掩模3上移相光柵標(biāo)記31經(jīng)投影物鏡5成像在涂有光刻膠的基板6上，最后對基板6進(jìn)行后烘、顯影。其中，基板6可以為硅片、砷化鎵圓片、二氧化硅圓片等，其在曝光過程中始終處于光刻機(jī)的最佳焦面位置處。
請參閱圖2，掩模3的移相光柵標(biāo)記31由精細(xì)型線條標(biāo)記311和密集線條標(biāo)記312組成。精細(xì)型線條標(biāo)記311在密集線條標(biāo)記312結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)分，為交替型移相光柵，其能夠在-1級與+1級衍射光干涉條件下成像。
移相光柵標(biāo)記31由精細(xì)型線條標(biāo)記311和密集線條標(biāo)記312的中心位于同一點(diǎn)組成。掩模3上刻有若干個(gè)移相光柵標(biāo)記31，這些移相光柵標(biāo)記31可以根據(jù)需要分組，每組包含相同個(gè)數(shù)的移相光柵標(biāo)記31，這些分為一個(gè)組的若干移相光柵標(biāo)記31具有不同的周期P。在本發(fā)明的實(shí)施例中，掩模3上的移相光柵標(biāo)記31為10個(gè)，分為兩組。其中每組移相光柵標(biāo)記31內(nèi)包含的精細(xì)型線條標(biāo)記311的周期P分別為400nm，480nm，560nm，640nm，720nm。
在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，移相光柵標(biāo)記31根據(jù)精細(xì)型線條標(biāo)記311和密集線條標(biāo)記312組合的變化構(gòu)成不同的類型。
請參閱圖3，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，精細(xì)型線條標(biāo)記311的中心位于密集線條標(biāo)記312的中心左側(cè)時(shí)組成的移相光柵標(biāo)記31。
請參閱圖4，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，精細(xì)型線條標(biāo)記311的中心位于密集線條標(biāo)記312的中心下方時(shí)組成的移相光柵標(biāo)記31。
請參閱圖5，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，精細(xì)型線條標(biāo)記311中心位于密集線條標(biāo)記312的中心右側(cè)時(shí)組成的移相光柵標(biāo)記31。
請參閱圖6，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，精細(xì)型線條標(biāo)記311的中心位于密集線條標(biāo)記312的中心上方時(shí)組成的移相光柵標(biāo)記31。
移相光柵標(biāo)記31上的精細(xì)型線條標(biāo)記311的周期P與光刻機(jī)的曝光光束的波長λ，投影物鏡5的數(shù)值孔徑NA與部分相干因子σ之間的關(guān)系應(yīng)滿足方程(1)，其中波長λ，數(shù)值孔徑NA與部分相干因子σ均是光刻機(jī)的已知參數(shù)λNA≤P≤3λNA(1+σ)---(1)]]>對基板6進(jìn)行后烘、顯影后，利用誤差測量儀器(未圖示)檢測得到曝光到基板6上的移相光柵標(biāo)記31的成像位置偏移量。成像位置偏移量為曝光到基板6上的移相光柵標(biāo)記31的精細(xì)型線條標(biāo)記311的中心位置與密集線條標(biāo)記312的中心位置之差。通過方程式(2)和(3)，利用成像位置偏移量計(jì)算出光刻機(jī)垂軸成像質(zhì)量參數(shù)Δx=dx+K7·Z7+K10·Z10+K14·Z14Δy=dy+K8·Z8+K11·Z11+K15·Z15---(2)]]>dx=Tx+x0·ΔM-y0·φ+x0·(x02+y02)·D3dy=Ty+y0·ΔM+x0·φ+y0·(x02+y02)·D3---(3)]]>其中，Δx與Δy為移相光柵標(biāo)記31的成像位置偏移量，Zn(n＝7，8，14，15)表示彗差，Km(m＝7，8，14，15)為靈敏度系數(shù)，可以通過光刻仿真軟件計(jì)算。Tx，Ty為像面平移，ΔM為倍率變化，φ為像面旋轉(zhuǎn)，D3為三級畸變。
彗差由方程(2)計(jì)算得到。在不同的位置測量得到的成像位置偏移量，然后再根據(jù)方程(3)計(jì)算得到像面平移Tx，Ty，倍率變化ΔM，像面旋轉(zhuǎn)φ，三級畸變D3。因此，利用移相光柵標(biāo)記31的成像位置偏移量，實(shí)現(xiàn)了彗差與倍率變化、像面平移、像面旋轉(zhuǎn)、畸變的精確測量。
權(quán)利要求
1.一種移相光柵標(biāo)記，其包括密集線條標(biāo)記，該移相光柵標(biāo)記形成在光刻機(jī)系統(tǒng)的掩模上，其特征在于所述移相光柵標(biāo)記還包括線寬較小的精細(xì)型線條標(biāo)記。
2.如權(quán)利要求1所述的一種移相光柵標(biāo)記，其特征在于所述的精細(xì)型線條標(biāo)記為交替型移相光柵。
3.如權(quán)利要求1所述的一種移相光柵標(biāo)記，其特征在于所述精細(xì)型線條標(biāo)記和所述密集線條標(biāo)記的中心位于同一點(diǎn)組成移相光柵標(biāo)記。
4.如權(quán)利要求1所述的一種移相光柵標(biāo)記，其特征在于所述精細(xì)型線條標(biāo)記的中心位于所述密集線條標(biāo)記的中心左側(cè)時(shí)組成移相光柵標(biāo)記。
5.如權(quán)利要求1所述的一種移相光柵標(biāo)記，其特征在于所述精細(xì)型線條標(biāo)記的中心位于所述密集線條標(biāo)記的中心下方時(shí)組成移相光柵標(biāo)記。
6.如權(quán)利要求1所述的一種移相光柵標(biāo)記，其特征在于所述精細(xì)型線條標(biāo)記中心位于所述密集線條標(biāo)記的中心右側(cè)時(shí)組成移相光柵標(biāo)記。
7.如權(quán)利要求1所述的一種移相光柵標(biāo)記，其特征在于所述精細(xì)型線條標(biāo)記的中心位于所述密集線條標(biāo)記的中心上方時(shí)組成移相光柵標(biāo)記。
8.如權(quán)利要求1所述的一種移相光柵標(biāo)記，其特征在于所述的掩模上應(yīng)至少包含6個(gè)以上所述的移相光柵標(biāo)記。
9.如權(quán)利要求8所述的一種移相光柵標(biāo)記，其特征在于所述移相光柵標(biāo)記應(yīng)至少分為兩組分布在掩模上，每組個(gè)數(shù)相同。
10.如權(quán)利要求9所述的一種移相光柵標(biāo)記，其特征在于每組包含的移相光柵標(biāo)記的精細(xì)型線條標(biāo)記具有不同的周期。
11.一種利用移相光柵標(biāo)記檢測光刻機(jī)成像質(zhì)量的方法，包括將掩模上的移相光柵標(biāo)記通過光刻機(jī)系統(tǒng)曝光到基板上；其特征在于，所述的方法還包括如下步驟檢測曝光到基板上的移相光柵標(biāo)記的成像位置偏移量；利用成像位置偏移量計(jì)算光刻機(jī)的垂軸成像質(zhì)量參數(shù)。
12.如權(quán)利要求11所述的利用移相光柵標(biāo)記檢測光刻機(jī)成像質(zhì)量的方法，其特征在于所述的成像位置偏移量為曝光到基板上的移相光柵標(biāo)記的精細(xì)型線條標(biāo)記的中心位置與密集線條標(biāo)記的中心位置之差。
全文摘要
本發(fā)明提供一種移相光柵標(biāo)記，其包括密集線條標(biāo)記，該移相光柵標(biāo)記形成在光刻機(jī)系統(tǒng)的掩模上，所述移相光柵標(biāo)記還包括線寬較小的精細(xì)型線條標(biāo)記。本發(fā)明還提供一種利用移相光柵標(biāo)記檢測光刻機(jī)成像質(zhì)量的方法，包括將掩模上的移相光柵標(biāo)記通過光刻機(jī)系統(tǒng)曝光到基板上；所述的方法還包括如下步驟檢測曝光到基板上的移相光柵標(biāo)記的成像位置偏移量；利用成像位置偏移量計(jì)算光刻機(jī)的垂軸成像質(zhì)量參數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于精細(xì)型線條標(biāo)記線寬較小，使移相光柵標(biāo)記的成像位置偏移量受投影物鏡彗差影響更加明顯。本發(fā)明克服了光刻機(jī)垂軸成像質(zhì)量參數(shù)檢測不全面的缺點(diǎn)，簡化了光刻機(jī)垂軸成像質(zhì)量的檢測過程。
文檔編號H01L21/02GK1928721SQ20061011654
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月27日
發(fā)明者馬明英, 王向朝, 王帆 申請人:上海微電子裝備有限公司