專利名稱：在線監(jiān)控透鏡散光的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在線監(jiān)控投影光刻機中透鏡成像系統(tǒng)的透鏡散光的 方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和加工制造技術(shù)的進步，半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵尺
寸(CD Critical Demotion)越來越小，加工制造的難度也越來越大。如 何更好，更精確的控制硅片上的圖形是提高光刻工藝的關(guān)鍵。鏡頭組的散 光會導(dǎo)致硅片上的圖案在X， Y方向產(chǎn)生差異性，從而影響工藝中對CD的 控制精度。傳統(tǒng)的鏡頭散光測量(astigmatism)必須通過在成像平臺上 的硅片曝光或者平臺上的光電像探測器記錄的方法來實施，這兩種方法都 需要光刻機停止生產(chǎn)，浪費了生產(chǎn)時間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種在線監(jiān)控透鏡散光的方法，該方 法可實時監(jiān)測硅片表面的成像圖形，通過計算分析得出當(dāng)前鏡頭散光的狀 況，并及時地通過反饋系統(tǒng)調(diào)校鏡頭。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的首先，利 用光刻機自身曝光光波，通過一透鏡系統(tǒng)將掩膜板平面上的測試結(jié)構(gòu)和匯 聚到硅片平面上的測試結(jié)構(gòu)的空間像分別記錄在一電子探測器陣列上；然 后，對上述兩組記錄在電子探測器陣列上的空間像至少在X方向，Y方向上
的成像結(jié)果進行比較，解算出鏡頭在X方向，Y方向的物距補償距離；最后， 根據(jù)測量結(jié)果通過一反饋系統(tǒng)，對透鏡組環(huán)境參數(shù)進行調(diào)整，實現(xiàn)對整個 透鏡組散光的補償。
所述透鏡系統(tǒng)至少包括主透鏡組、傅立葉平面附近的45度角度分束 板組、45度角度反光鏡組、投影透鏡、焦平面空間像收集探測器陣列、電 子控制光快門組，其中所述焦平面空間像收集探測器陣列屬于所述電子探 測器陣列。
本發(fā)明采用了上述技術(shù)方案，具有如下有益效果，即提高了光刻機精 度控制的可靠性和使用效率；彌補了傳統(tǒng)離線測量所帶來的低產(chǎn)能利用率
及號機差異問題，實現(xiàn)了在線監(jiān)測，反饋，對于單批次硅片作業(yè)具有不可
比擬的優(yōu)越性，對于90nm及以下更精密的光刻工藝也有巨大作用，提升了 光刻工藝中對透鏡組散光的實時監(jiān)控，從而提高了工藝精度，同時降低了 工藝成本。


下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明 圖1是根據(jù)本發(fā)明一焦平面探測器單元的結(jié)構(gòu)示意圖2是根據(jù)本發(fā)明掩模板空間像到達(dá)焦平面空間像收集探測器陣列 的光路圖3是根據(jù)本發(fā)明硅片空間像到達(dá)焦平面空間像收集探測器陣列的 光路具體實施例方式
本發(fā)明所述方法的實現(xiàn)步驟為
首先，利用光刻機自身曝光光波，通過一透鏡系統(tǒng)實現(xiàn)在工作的同時 將掩膜板平面上的測試結(jié)構(gòu)和匯聚到硅片平面上的測試結(jié)構(gòu)的空間像分 別記錄在一焦平面空間像收集探測器陣列上。所述曝光光波，其波長可以
是目前行業(yè)內(nèi)所有光刻設(shè)備的曝光波長，如g-line(436nm)、 i-line(365nm)、 KrF (248nm) 、 ArF (193nm)或F2 (157nm)。所述透 鏡系統(tǒng)至少包括主透鏡組、傅立葉平面附近的45度角度分束板組、45 度角度反光鏡組、投影透鏡、焦平面空間像收集探測器陣列、電子控制光 快門組；其中，所述傅立葉平面附近的45度角度分束板組至少包括上、 下兩塊45度角度分束板，可分別將來自掩膜板平面和硅片平面的光進行 分光，以使光強分布能夠在電子控制光快門組的控制下，透過投影透鏡將 空間像成像于一個焦平面空間像收集探測器陣列上。焦平面空間像收集探 測器陣列，具有收集空間像光強分布和放大信號的功能，由多個探測器單 元組成，其中每一個探測器單元的結(jié)構(gòu)如圖l所示，主要包括放大透鏡 和像傳感器。電子控制光快門組至少包括上下兩快門，主要用于控制光路， 以開啟或關(guān)閉來自掩膜板和硅片平面的光強分布，以使能或阻擋上述光強 分布成像到焦平面空間像收集探測器陣列上。因此，在一個實施例中，兩 組空間像實現(xiàn)記錄的具體過程包括 一方面，在測量鏡頭時，掩膜板平面 上的特定測試結(jié)構(gòu)通過上45度角度分束板，并通過開啟上快門，關(guān)閉下
快門，使得來自掩膜板的光強分布成像到焦平面空間像收集探測器陣列
上，并記錄下該圖像，具體如圖2所示；另一方面，當(dāng)硅片平臺調(diào)整到最
佳聚焦位置時，匯聚在硅片平面上的特定測試結(jié)構(gòu)的一組像通過下45度
角度分束板，并通過開啟下快門，關(guān)閉上快門，使得來自硅片平面的光強 分布成像到焦平面空間像手機探測器陣列上，并記錄下該圖像，具體如圖
3所示。其中，所述測試結(jié)構(gòu)，可包括十字架和以任意角度、方式空間排 列的任何適合監(jiān)測的圖形。
然后，由于當(dāng)透鏡存在散光時，硅片平面的測試圖形空間像在X、 Y 方向具有不同的線寬，這主要是由于鏡頭組在X、 Y方向上的像平面不在 同一位置，從而導(dǎo)致X、 Y方向產(chǎn)生了不同的放大倍率。而通過調(diào)整圖形 成像時在X、 Y方向上的物距可實現(xiàn)使X、 Y方向上的放大倍率相同，其原 因如下
由于，物體成像時滿足如下公式i + i-l，其中，。為物距，S為像
距，f為焦距。由于透鏡組的焦距為一常數(shù)，所以對上面公式進行微分， 可得與+與=0，即必=—假設(shè)透鏡放大倍率為M，貝IJ:似=! 因此對M微分后得
將^ = —~&，代入上面公式，可得:
<formula>formula see original document page 7</formula>
若所用的光刻機為KrF掃描式光刻機，
<formula>formula see original document page 7</formula>，=+ ，所以可得， <formula>formula see original document page 7</formula>
其中，O為物距，是一常數(shù)
由此關(guān)系式可以看出硅片平面上的空間像其放大倍率增量與物距增 量成線性關(guān)系。
因此，通過將這上述兩組記錄在焦平面探測器陣列上的空間像在x
方向、Y方向、45度角或者其他方向的成像結(jié)果進行比較，通過相應(yīng)的公 式解算出該鏡頭組在X方向，Y方向的物距補償距離，可實現(xiàn)這兩個方向 的像平面具有相同的放大倍率從而消除散光。
最后，根據(jù)X、 Y方向上物距的差異，通過一反饋系統(tǒng)對透鏡組環(huán)境 參數(shù)進行調(diào)整，從而實現(xiàn)對整個透鏡組散光的補償。所述透鏡組環(huán)境參數(shù) 的調(diào)整主要包括鏡頭組的溫度控制，壓力調(diào)節(jié)以及氣流控制等。通過對這 些環(huán)境參數(shù)的調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)對鏡頭局部分區(qū)域發(fā)生形變，從而實現(xiàn)在一定 范圍內(nèi)改變透鏡組的成像物距。反饋系統(tǒng)，包括透鏡組成像質(zhì)量和環(huán)境控 制的反饋系統(tǒng)。主要將電子探測器陣列上收集到的空間像進行比較，其結(jié) 果用光學(xué)成像函數(shù)解析為透鏡物距的變化及溫度，壓力的關(guān)系式，通過對 環(huán)境參量的調(diào)整實現(xiàn)光刻機散光的在線監(jiān)控。
本發(fā)明所述的方法可適用于任何種類的投影式光刻設(shè)備，包括掃描式 和非掃描式、四倍或其他倍率的投影光刻機。所述光刻機是指用于半導(dǎo)體 集成電路印刷用的，適用于各種尺寸的，如8英寸、12英寸、18英寸、 以及更加大尺寸的硅片制造設(shè)備。
權(quán)利要求
1、一種在線監(jiān)控透鏡散光的方法，其特征在于，包括下列步驟首先，利用光刻機自身曝光光波，通過一透鏡系統(tǒng)將掩膜板平面上的測試結(jié)構(gòu)和匯聚到硅片平面上的測試結(jié)構(gòu)的空間像分別記錄在一焦平面空間像收集探測器陣列上；然后，對上述兩組記錄在電子探測器陣列上的空間像至少在X方向和Y方向上的成像結(jié)果進行比較，解算出鏡頭在X方向和Y方向上的物距補償距離；最后，根據(jù)對X方向和Y方向上物距的差異，通過一反饋系統(tǒng)對透鏡組環(huán)境參數(shù)進行調(diào)整，完成對整個透鏡組散光的補償。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的在線監(jiān)控透鏡散光的方法，其特征在于，其 中，所述透鏡系統(tǒng)至少包括主透鏡組、傅立葉平面附近的45度角度分束 板組、45度角度反光鏡組、投影透鏡、焦平面空間像收集探測器陣列、電 子控制光快門組。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的在線監(jiān)控透鏡散光的方法，其特征在于，所 述傅立葉平面附近的45度角度分束板組至少包括上、下兩塊45度角度分束 板。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在線監(jiān)控透鏡散光的方法，其特征在于， 所述焦平面空間像收集探測器陣列由多個探測器單元組成，其中每一個探 測器單元至少包括一放大透鏡和一像傳感器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的在線監(jiān)控透鏡散光的方法，其特征在于，所 述電子控制光快門組至少包括上下兩個快門，通過開啟或關(guān)閉上下快門，使能或阻擋來自掩膜板或硅片平面的光強分布分別記錄到所述焦平面空間 像收集探測器陣列上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的在線監(jiān)控透鏡散光的方法，其特征在于，所 述測試結(jié)構(gòu)可包括十字架和以任意角度、方式空間排列的任何適合監(jiān)測的 圖形。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1到6中任意一項所述的在線監(jiān)控透鏡散光的方法，其特征在于，所述記錄過程的具體步驟包括 一方面，在測量鏡頭時，掩膜板平面上的測試結(jié)構(gòu)通過上45度角度分束板，并通過開啟上快門，關(guān)閉下 快門，使得來自掩膜板的光強分布成像到焦平面空間像收集探測器陣列上， 并記錄下該圖像；另一方面，當(dāng)硅片平臺調(diào)整到最佳聚焦位置時，匯聚在 硅片平面上的特定測試結(jié)構(gòu)的一組像通過下45度角度分束板，并通過開啟 下快門，關(guān)閉上快門，使得來自硅片平面的光強分布成像到焦平面空間像 手機探測器陣列上，并記錄下該圖像。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的在線監(jiān)控透鏡散光的方法，其特征在于，所 述環(huán)境參數(shù)的調(diào)整至少包括鏡頭組的溫度控制、壓力調(diào)節(jié)以及氣流控制。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的在線監(jiān)控透鏡散光的方法，其特征在于，所 述光刻機自身曝光光波的波長為436nm、 365nm、 248nm、 193nm或157nm。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的在線監(jiān)控透鏡散光的方法，其特征在于，所 述光刻機可為掃描式或非掃描式、四倍或其他任何倍率的投影光刻機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在線監(jiān)控透鏡散光的方法，包括以下步驟利用光刻機自身曝光光波，通過一透鏡系統(tǒng)將掩膜板平面和匯聚到硅片平面的空間像分別記錄在一焦平面空間像收集探測器陣列上；對上述兩組記錄在電子探測器陣列上的空間像的成像結(jié)果進行比較，解算出鏡頭在X方向，Y方向的物距補償距離；根據(jù)測量結(jié)果通過一反饋系統(tǒng)，對透鏡組環(huán)境參數(shù)進行調(diào)整，實現(xiàn)對整個透鏡組散光的補償。其中，所述透鏡系統(tǒng)至少包括主透鏡組、傅立葉平面附近的45度角度分束板組、45度角度反光鏡組、投影透鏡、焦平面空間像收集探測器陣列和電子控制光快門組。該方法彌補了傳統(tǒng)離線測量所帶來的低產(chǎn)能利用率及號機差異問題；提高了光刻機精度控制的可靠性和使用效率。
文檔編號G03F7/20GK101109903SQ200610029069
公開日2008年1月23日 申請日期2006年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月18日
發(fā)明者強 伍, 鵬 吳 申請人:上海華虹Nec電子有限公司