專利名稱：測(cè)試標(biāo)記及利用該標(biāo)記檢測(cè)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(cè)，尤其涉及利用測(cè)試標(biāo)記檢測(cè)光刻機(jī)成像質(zhì)量的方法。
背景技術(shù)：
光刻機(jī)軸向像質(zhì)參數(shù)主要包括最佳焦面偏移、像面傾斜、物鏡像散、物鏡球差等參數(shù)。光刻機(jī)軸向像質(zhì)參數(shù)是影響光刻分辨率的關(guān)鍵因素。隨著光刻分辨率的不斷提高，光刻機(jī)軸向像質(zhì)參數(shù)對(duì)光刻分辨率的影響越來(lái)越明顯。因此，對(duì)光刻機(jī)軸向像質(zhì)參數(shù)的檢測(cè)，分析與校正已成為保證光刻機(jī)光刻分辨率滿足要求的重要手段。
FOCAL(Focus calibration using alignment procedure)技術(shù)是一種用于檢測(cè)光刻機(jī)軸向像質(zhì)參數(shù)的主要技術(shù)(參見(jiàn)在先技術(shù)[1]，Peter Dirksen，Jan E.Van Der Werf.“Method of repetitively imaging a mask pattern on asubstrate，and apparatus for performing the method”，美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?,674,650)。在先技術(shù)中，首先將一種特定的FOCAL標(biāo)記在不同的離焦量下曝光，之后利用光刻機(jī)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)檢測(cè)曝光到硅片上的FOCAL標(biāo)記的對(duì)準(zhǔn)偏移量。利用檢測(cè)得到的對(duì)準(zhǔn)偏移量計(jì)算得到FOCAL標(biāo)記的Z向偏移量。最后利用FOCAL標(biāo)記的Z向偏移量計(jì)算得到最佳焦面，像散等光刻機(jī)軸向像質(zhì)參數(shù)。但是FOCAL技術(shù)無(wú)法檢測(cè)球差，而且數(shù)據(jù)處理過(guò)程繁瑣，對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)要求較為嚴(yán)格，為篩選有效數(shù)據(jù)點(diǎn)，通常需要做多次高階曲線擬合。此外，F(xiàn)OCAL技術(shù)需要在不同離焦量情況下進(jìn)行曝光，曝光過(guò)程復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新的測(cè)試標(biāo)記及檢測(cè)光刻機(jī)成像質(zhì)量的方法，其可以全面檢測(cè)成像質(zhì)量參數(shù)，同時(shí)簡(jiǎn)化檢測(cè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)處理。
為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供一種測(cè)試標(biāo)記，其包括密集線條標(biāo)記，該測(cè)試標(biāo)記形成在光刻機(jī)系統(tǒng)的掩模上，所述測(cè)試標(biāo)記至少包括四個(gè)密集線條標(biāo)記，且每個(gè)密集線條標(biāo)記均由相鄰的一個(gè)密集線條標(biāo)記旋轉(zhuǎn)90度得到。
本發(fā)明還提供一種利用該標(biāo)記檢測(cè)光刻機(jī)成像質(zhì)量的方法，所述的方法包括如下步驟在一個(gè)離焦位置處，將掩模上的測(cè)試標(biāo)記通過(guò)光刻機(jī)系統(tǒng)曝光到基板上；檢測(cè)曝光到基板上的測(cè)試標(biāo)記圖形中光柵標(biāo)記之間的寬度；利用檢測(cè)得到的光柵標(biāo)記之間的寬度數(shù)據(jù)計(jì)算出光刻機(jī)軸向像質(zhì)參數(shù)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用測(cè)試標(biāo)記的線寬變化，實(shí)現(xiàn)了最佳焦面，像面傾斜，像散，球差等軸向像質(zhì)參數(shù)的精確測(cè)量，同時(shí)，可檢測(cè)最佳焦面，像面傾斜，像散和球差，且直接利用檢測(cè)時(shí)得到的數(shù)據(jù)，通過(guò)最小二乘法計(jì)算得到光刻機(jī)軸向像質(zhì)參數(shù)，克服了先前技術(shù)中無(wú)法檢測(cè)球差與數(shù)據(jù)處理繁瑣的不足。


通過(guò)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為本發(fā)明離焦位置的示意圖；圖2為本發(fā)明所用光刻機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明測(cè)試標(biāo)記的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明測(cè)試標(biāo)記中密集線條標(biāo)記的細(xì)分結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為利用光刻仿真軟件仿真本發(fā)明中的像散和球差測(cè)量得到的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
本發(fā)明提出的光刻機(jī)軸向像質(zhì)參數(shù)檢測(cè)方法的檢測(cè)過(guò)程為在一個(gè)離焦位置處，將掩模上的測(cè)試標(biāo)記通過(guò)光刻機(jī)系統(tǒng)曝光到基板上?；屣@影后，通過(guò)一專用測(cè)量系統(tǒng)，檢測(cè)曝光到基板上的測(cè)試標(biāo)記的線寬。利用測(cè)試標(biāo)記的線寬計(jì)算出光刻機(jī)的軸向像質(zhì)參數(shù)。
請(qǐng)參閱圖1，一個(gè)離焦位置為當(dāng)前曝光平面相對(duì)于參考平面在Z向的位置。參考平面為Z向位置坐標(biāo)為0的平面。
請(qǐng)參閱圖2，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上形成有如圖3所示的測(cè)試標(biāo)記。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上的測(cè)試標(biāo)記成像在基板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上測(cè)試標(biāo)記經(jīng)投影物鏡5成像在涂有光刻膠的基板6上，最后對(duì)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。
掩模3上的測(cè)試標(biāo)記為16個(gè)，分為4組。其中每組測(cè)試標(biāo)記的中光柵標(biāo)記的周期P分別為360nm，380nm，400nm，420nm。
請(qǐng)參閱圖3，為本發(fā)明掩模3上的測(cè)試標(biāo)記。該測(cè)試標(biāo)記包括第一密集線條標(biāo)記8，第二密集線條標(biāo)記9，第三密集線條標(biāo)記10以及第四密集線條標(biāo)記11。四個(gè)密集線條標(biāo)記8，9，10和11的結(jié)構(gòu)相同。相鄰的線條標(biāo)記相差90°，即第二密集線條標(biāo)記9相對(duì)于第一密集線條標(biāo)記8逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，第三密集線條標(biāo)記10相對(duì)于第一密集線條標(biāo)記8逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°，第四密集線條標(biāo)記11相對(duì)于第一密集線條標(biāo)記8逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)270°。四個(gè)密集線條標(biāo)記8，9，10和11通過(guò)不同的組合方式構(gòu)成測(cè)試標(biāo)記。
圖4所示為密集線條標(biāo)記8，9，10和11的細(xì)分結(jié)構(gòu)，以第一密集線條標(biāo)記8為例說(shuō)明。第一密集線條標(biāo)記8由光柵標(biāo)記12，光柵標(biāo)記13和光柵標(biāo)記14組成。光柵標(biāo)記13相對(duì)于光柵標(biāo)記12逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°，光柵標(biāo)記14與光柵標(biāo)記12取向相同。
三個(gè)光柵標(biāo)記12、13及14結(jié)構(gòu)相同，而且光柵標(biāo)記12與光柵標(biāo)記13之間的寬度L1與光柵標(biāo)記13與光柵標(biāo)記14之間的寬度L2相等。每個(gè)光柵標(biāo)記的一個(gè)周期P包含2個(gè)線寬相同的透光區(qū)與1個(gè)不透光區(qū)，透光區(qū)與不透光區(qū)的線寬之比為1∶2；透過(guò)兩種透光區(qū)的光的位相之差為90°。
測(cè)試標(biāo)記上的周期P與光刻機(jī)的曝光光束的波長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)基板6進(jìn)行后烘、顯影后，利用專用測(cè)量?jī)x器檢測(cè)得到曝光到基板上的測(cè)試標(biāo)記的線寬L1和L2，如CD-SEM等線寬測(cè)量?jī)x器等。測(cè)試標(biāo)記的線寬L1和L2是曝光到基板上的測(cè)試標(biāo)記中光柵標(biāo)記之間的寬度。
利用測(cè)試標(biāo)記的線寬，通過(guò)方程(2)，(3)，(4)計(jì)算光刻機(jī)的軸向像質(zhì)參數(shù)(L18-L28)-(L110-L210)8-(L19-L29)-(L111-L211)8=Δx-2(K12·Z12+K21·Z21)(L18-L28)-(L110-L210)8+(L19-L29)-(L111-L211)8-2Kf·Z=Δy+2(K9·Z9+K16·Z16)---(2)]]>Δx=Kf·(ΔZx-ΔZy)Δy=Kf·(ΔZx+ΔZy)---(3)]]>(ΔZx+ΔZy)/2=Zw+Rx·x0+Ry·y0+FC·(x02+y02)---(4)]]>其中，L1k，L2k(k＝8，9，10，11)表示測(cè)試標(biāo)記的線寬。Z表示曝光時(shí)離焦位置處的位置坐標(biāo)。ΔZx，ΔZy分別表示垂向密集線條與水平向密集線條的最佳焦面位置坐標(biāo)。Δx與Δy為由離焦量引起的成像位置偏移量，Zn(n＝12，21)表示像散，Zm(m＝9，16)表示球差，Km(m＝12，21，9，16)為像差靈敏度系數(shù)，Kf為離焦引起的成像位置偏移量相對(duì)于離焦量的靈敏度系數(shù)。x0、y0分別表示曝光視場(chǎng)中每個(gè)測(cè)試標(biāo)記的名義坐標(biāo)。FC代表場(chǎng)曲，Zw代表最佳焦面，Rx、Ry分別代表像面傾斜。
靈敏度系數(shù)Km可利用能夠精確仿真曝光過(guò)程與結(jié)果的仿真軟件進(jìn)行計(jì)算，如Prolith光刻仿真軟件，Solid-c光刻仿真軟件。
本發(fā)明較佳實(shí)施例中，最佳焦面由測(cè)試標(biāo)記的線寬計(jì)算得到。由(3)，(4)式可知，最佳焦面的測(cè)量精度可由方程(5)估算δ(Δy)＝Kf·δ(Zw)(5)其中，δ(Δy)為測(cè)試標(biāo)記線寬測(cè)量誤差，Kf為靈敏度系數(shù)，δ(Zw)為最佳焦面的誤差。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，測(cè)試標(biāo)記線寬的測(cè)量誤差為測(cè)試標(biāo)記線寬的十分之一，即20nm左右。靈敏度系數(shù)Km由Prolith光刻仿真軟件計(jì)算得到0.257，代入方程(5)可知，最佳焦面的誤差為78nm。然而，現(xiàn)有技術(shù)中最佳焦面的測(cè)量誤差為100nm，相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明中最佳焦面的測(cè)量誤差降低22％。
圖5為利用Prolith光刻仿真軟件仿真本發(fā)明中的像散和球差測(cè)量得到的結(jié)果。λ為曝光波長(zhǎng)(193nm)。本發(fā)明中球差與像散測(cè)量的絕對(duì)誤差分別在0.0003λ和0.0005λ以內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可同時(shí)檢測(cè)球差與像散等軸向像質(zhì)參數(shù)，簡(jiǎn)化了光刻機(jī)軸向成像質(zhì)量的檢測(cè)過(guò)程。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)試標(biāo)記，其包括密集線條標(biāo)記，該測(cè)試標(biāo)記形成在光刻機(jī)系統(tǒng)的掩模上，其特征在于所述測(cè)試標(biāo)記至少包括四個(gè)密集線條標(biāo)記，且每個(gè)密集線條標(biāo)記均由相鄰的一個(gè)密集線條標(biāo)記旋轉(zhuǎn)90度得到。
2.如權(quán)利要求1所述的測(cè)試標(biāo)記，其特征在于；每個(gè)密集線條標(biāo)記由至少三個(gè)光柵標(biāo)記構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的測(cè)試標(biāo)記，其特征在于；光柵標(biāo)記的一個(gè)周期內(nèi)至少包括兩個(gè)透光區(qū)和一個(gè)不透光區(qū)。
4.如權(quán)利要求2所述的測(cè)試標(biāo)記，其特征在于三個(gè)光柵標(biāo)記之間的寬度相等。
5.如權(quán)利要求3所述的測(cè)試標(biāo)記，其特征在于兩個(gè)透光區(qū)的線寬相同。
6.如權(quán)利要求3所述的測(cè)試標(biāo)記，其特征在于透光區(qū)與不透光區(qū)的線寬之比是1∶2。
7.一種利用測(cè)試標(biāo)記檢測(cè)光刻機(jī)成像質(zhì)量的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟在一個(gè)離焦位置處，將掩模上的測(cè)試標(biāo)記通過(guò)光刻機(jī)系統(tǒng)曝光到基板上；檢測(cè)曝光到基板上的測(cè)試標(biāo)記圖形中光柵標(biāo)記之間的寬度；利用檢測(cè)得到的光柵標(biāo)記之間的寬度數(shù)據(jù)計(jì)算出光刻機(jī)軸向像質(zhì)參數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的一種利用測(cè)試標(biāo)記檢測(cè)光刻機(jī)成像質(zhì)量的方法，所述測(cè)試標(biāo)記包括密集線條標(biāo)記，該測(cè)試標(biāo)記形成在光刻機(jī)系統(tǒng)的掩模上，其特征在于所述測(cè)試標(biāo)記至少包括四個(gè)密集線條標(biāo)記，且每個(gè)密集線條標(biāo)記均由相鄰的一個(gè)密集線條標(biāo)記旋轉(zhuǎn)90度得到。
9.如權(quán)利要求8所述的一種利用測(cè)試標(biāo)記檢測(cè)光刻機(jī)成像質(zhì)量的方法，其特征在于每個(gè)密集線條標(biāo)記由至少三個(gè)光柵標(biāo)記構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求9所述的一種利用測(cè)試標(biāo)記檢測(cè)光刻機(jī)成像質(zhì)量的方法，其特征在于光柵標(biāo)記的一個(gè)周期內(nèi)至少包括兩個(gè)透光區(qū)和一個(gè)不透光區(qū)。
11.如權(quán)利要求9所述的一種利用測(cè)試標(biāo)記檢測(cè)光刻機(jī)成像質(zhì)量的方法，其特征在于三個(gè)光柵標(biāo)記之間的寬度相等。
全文摘要
本發(fā)明提供一種測(cè)試標(biāo)記，其包括密集線條標(biāo)記，該測(cè)試標(biāo)記形成在光刻機(jī)系統(tǒng)的掩模上，所述測(cè)試標(biāo)記至少包括四個(gè)密集線條標(biāo)記，且每個(gè)密集線條標(biāo)記均由相鄰的一個(gè)密集線條標(biāo)記旋轉(zhuǎn)90度得到。本發(fā)明還提供一種利用該標(biāo)記檢測(cè)光刻機(jī)成像質(zhì)量的方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用測(cè)試標(biāo)記的線寬變化，實(shí)現(xiàn)了最佳焦面，像面傾斜，像散，球差等軸向像質(zhì)參數(shù)的精確測(cè)量，同時(shí)，可檢測(cè)最佳焦面，像面傾斜，像散和球差，且直接利用檢測(cè)時(shí)得到的數(shù)據(jù)，通過(guò)最小二乘法計(jì)算得到光刻機(jī)軸向像質(zhì)參數(shù)，克服了先前技術(shù)中無(wú)法檢測(cè)球差與數(shù)據(jù)處理繁瑣的不足。
文檔編號(hào)G03F7/20GK1963676SQ200610118708
公開(kāi)日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者馬明英, 王向朝, 王帆 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司