一种光刻机成像质量测量方法技术

一种光刻机成像质量测量方法，包含以下步骤：在光刻机ｎ个离焦量下将掩模上均匀分布的ＤＦＯＣＡＬ标记图案曝光到硅片上，形成ｎ个曝光场；利用对准系统对ｎ个曝光场进行等间隔抽样测量，得到ｎ／ｍ个场内各标记对准位置；利用标记成像水平位置的偏差与硅片离焦量之间的变化规律计算曝光场内各个ＤＦＯＣＡＬ标记点的最佳焦点大致位置；测量距离曝光场内各个ＤＦＯＣＡＬ标记点最佳焦点大致位置最近的ｎ／ｍ个场内对应的ＤＦＯＣＡＬ标记对准位置；精确拟合出每个ＤＦＯＣＡＬ标记点的最佳焦点位置；计算轴向像质参数。本发明专利技术方法利用ＤＦＯＣＡＬ标记能对用于评价光刻机成像质量的轴向像质参数进行高精度、大范围、快速的测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光刻机成像质量的测量方法，尤其涉及一种利用双重精细结构的FOCAL (镜像焦面4企测对准标记)标记测量光刻机轴向像质参数 的方法。
技术介绍
光刻机是集成电路生产和制造过程中的关键设备之一。而成像质量是影 响光刻机光刻分辨力和套刻精度的重要因素。最佳焦面偏移、像面倾斜以及 投影物镜的场曲与像散等参数是影响光刻机沿光轴方向的成像质量的主要因 素，因此被称为光刻机轴向像质参数。它们主要影响光刻特征尺寸、成像线 条均匀性、焦深等光刻性能指标。随着光刻特征尺寸的减小以及焦深范围的 变小，光刻机焦面的检测与校正将变得越来越重要。因此轴向像质参数的检 测技术也成为现代光刻技术的重要组成。高精度、快速的轴向像质参数^r测 功能已经称为现代先进光刻机中不可或缺的重要功能之一 。目前，利用FOCAL测试标记成像水平位置与硅片离焦量之间的变化规 律来检测像质参数，主要用于初级轴向像质参数的检测。在该技术中，首先 将掩模板上的多个测量标记在不同离焦量位置曝光在硅片上，然后用对准系 统测试标记的成像位置，利用成像位置计算得到对准偏移量，最后对对准偏 移量进行分析后得到初级轴向像质参数。对于FOCAL技术，要想得到较高的精度轴向像质参数，需要FOCAL 标记的精细结构线条宽度能够尽量小，同时不同曝光场间的离焦步长也要足 够小，这样就会增加曝光场数和测量时间；同时很小的线条宽度将使FOCAL 测试标记成像水平位置与硅片离焦量之间的变化规律限制在一个比较小的焦 深范围，使得距离最佳焦面较远的很多曝光场内的标记将不受精细结构的影 响。而相反的，如果FOCAL标记的精细结构线条宽度比较大，离焦量对FOCAL测试标记成像水平位置影响将变得不明显，因此会降低轴向像质参 数的测试精度。另外，当FOCAL标记的精细结构的线宽很小时，其处于离焦状态下曝 光时，该FOCAL标记的精细结构的线宽会因离焦量的大小不同而发生相应 较明显的改变，从而使标记的重心位置发生改变，产生对准偏移量(如图1 所示)；但当离焦量超出标记离焦敏感范围时，离焦将不再影响标记 对准位置。对于特定的光刻机系统，标记离焦敏感范围是直接由标记精细结 构线宽大小决定的，并且线宽越小，敏感范围也越小。较宽线条的FOCAL 标记精细结构可以得到较大的光刻机最佳焦面偏移范围，较细线条的FOCAL 标记精细结构在较小焦深内可以得到较精确的最佳焦面位置。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供，其利用双重 精细结构的FOCAL标记(简称DFOCAL标记)，可对用于评^介光刻^U的成 像质量的光刻机轴向像质参数进行高精度、快速的测量，能克服现有技术中 测量范围和测量精度不能同时兼顾的缺点。为达上述目的，本专利技术提供，其包含以下 步骤步骤1 、在光刻机n个不同离焦量下，将掩模上均匀分布刻有的DFOCAL 标记的图案曝光到硅片不同部分上，形成n个曝光场；精细结构的线条比之细线条精细结构的线条要宽3倍以上；步骤2、硅片显影后，对于所形成的n个曝光场，利用对准系统进行等间隔抽样测量，得到n/m个曝光场内的各个DFOCAL标记对准位置，由此得到n/m个DFOCAL标记的成〗象对准偏移量； 所述的m表示为等间隔抽样测量的抽样间隔；步骤3、利用得到的DFOCAL测试标记的成像对准偏移量与硅片离焦量 之间的变化规律粗略计算曝光场内各个DFOCAL标记点的最佳焦点大致位该步骤3中所述的变化规律为由于轴向像质引起的对准偏移量的大小 将随离焦的变化而变化，具体表现为当硅片在最佳焦平面上曝光时，系统 分辨能力较强，DFOCAL标记的精细结构可以被完全转移到硅片上，此时对 准偏移量较大；而当硅片在离焦的平面上曝光时，系统分辨能力较差， DFOCAL标记的精细结构不能被无失真的转移到硅片上，导致光学对准的偏 移量较小。该步骤3具体包括针对DFOCAL标记的粗线条精细结构在硅片上的曝 光部分，利用抽样测量得到的n/m个离焦量下的对准偏移量，进行2次曲线 拟合，得到曲线取得最大值时，即对准偏移量最大时的离焦量，即为最佳焦 点大致位置；步骤4、测量距离曝光场内各个DFOCAL标记点最佳焦点大致位置最近 的n/m个场内对应的DFOCAL标记对准位置，由此得到该各个DFOCAL标 记的对应成像对准偏移量；步骤4中所述的DFOCAL标记对准位置，为DFOCAL标记处于最佳焦 点附近时曝光成像的标记位置；步骤5、利用步骤4中所测得的标记对准位置，精确拟合出每个DFOCAL 标记点的最佳焦点位置；该步骤5具体包括针对DFOCAL标记的细线条精细结构在硅片上的曝 光部分，利用步骤4中测量得到的各个离焦量下的对准偏移量，进行2次曲 线拟合，得到曲线取得最大值时，即对准偏移量最大时的离焦量，即为最佳 焦点位置；步骤6、计算光刻机的轴向像质参数焦面、场曲、像散、像面倾斜等。 本专利技术提供的光刻机成像质量测量方法，具有以下优点1、 本专利技术方法采用DFOCAL标记作为对准标记由于该DFOCAL标记 中外层精细结构线条较宽，故用于粗略测量场内各点的最佳焦点大致位置， 而其内层精细结构线条宽度4艮小，用于在粗略定位的最佳焦点大致位置附近 精确测量该点的最佳焦点位置；2、 本专利技术方法是在精细结构线宽和离焦步长均很小的条件下获取的场内 各点最佳焦点位置的，所以可以获得较高的测试精度；3、本专利技术方法在测试过程中，硅片各场曝光时间较短，而标记对准测量 时间较长，本专利技术只对一小部分场内标记位置进行了对准测量，减少了测量 时间。附图说明图1是
技术介绍
中所述的离焦对FOCAL标记对准位置的影响的示意图； 图2是本专利技术光刻机成像质量测量方法的测量系统示意图； 图3是本专利技术实施例1中的DFOCAL标记及其双重精细结构的示意图； 图4是本专利技术实施例1中DFOCAL标记在硅片上的曝光场的分布示意图5是本专利技术实施例1中DFOCAL标记内层精细结构成像尺寸随离焦变 化的曲线图6是本专利技术实施例1中DFOCAL标记外层精细结构成像尺寸随离焦变 化的曲线图7是本专利技术实施例1中根据图5和图6的结果计算得到的标记成像占 空比与离焦量之间的关系曲线图8是本专利技术实施例2中的DFOCAL标记的双重精细结构示意图； 图9是本专利技术实施例2中标记成像占空比与离焦量之间的关系曲线图。具体实施例方式以下结合图2-图9，详细说明本专利技术较佳的实施方式 如图2所示，本专利技术方法所使用的测量系统包括产生投影光束的光源 101;用于调整所述光源发出的光束的光强分布和部分相干因子的照明系统 102;能将掩模图案成像且其数值孔径可以调节的成像光学系统103;能承载 所述掩模R并精确定位的掩模台104;能承载硅片W并精确定位的工件台 105;以及可用于对准硅片位置的对准系统106。实施例1在本实施例中，采用如图3所示的DFOCAL标记，该DFOCAL标记包含外层精细结构和内层精细结构；该外层精细结构的线条宽1.5um,该内层 精细结构的线条宽200nm。本专利技术光刻机成像质量测量方法的步骤如下步骤1、光源101发出的深紫外激光经照明系统102照射到刻有DFOCAL 标记的掩模R上，该掩模R上均匀分布65个DFOCAL标记，掩模R选择性 的透过一部分光线，这部分光线经成像光学系统103,在3um范围内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光刻机成像质量测量方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤１、在光刻机ｎ个不同离焦量下，将掩模上均匀分布刻有的ＤＦＯＣＡＬ标记的图案曝光到硅片不同部分上，形成ｎ个曝光场；步骤２、硅片显影后，对于所形成的ｎ个曝光场，利用对准系统进行等间隔抽样测量，得到ｎ／ｍ个曝光场内的各个ＤＦＯＣＡＬ标记对准位置，由此得到ＤＦＯＣＡＬ标记的成像对准偏移量，该ｍ表示等间隔抽样测量的抽样间隔；步骤３、利用得到的ＤＦＯＣＡＬ标记的成像对准偏移量与硅片离焦量之间的变化规律粗略计算曝光场内各个ＤＦＯＣＡＬ标记点的最佳焦点大致位置；步骤４、测量距离曝光场内各个ＤＦＯＣＡＬ标记点最佳焦点大致位置最近的ｎ／ｍ个场内对应的ＤＦＯＣＡＬ标记对准位置，由此得到该各个ＤＦＯＣＡＬ标记的对应成像对准偏移量；步骤５、利用步骤４中所测得的标记对准位置，精确拟合出每个ＤＦＯＣＡＬ标记点的最佳焦点位置；步骤６、计算光刻机的轴向像质参数：焦面、场曲、像散、像面倾斜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李术新，王帆，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]