[发明专利]一种波像差测量标记及波像差测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地涉及一种光刻物镜波像差测量标记及波像差测量方法。

背景技术

半导体行业的一个目标是在单个集成线路（IC）中集成更多的电子元件。要实现这个目标需不断地缩小元件尺寸，即不断地提高光刻投影系统的分辨率。物镜波像差是限制投影系统分辨率的重要因素，它是造成线宽变化的重要原因。

虽然物镜在加工制造和装配过程中都经过了严格的检验和优化，使其波像差最小化，在物镜系统集成到光刻机后进行在线的波像差测量仍然必要。这是因为镜片材料的老化或是物镜热效应会造成波像差，因此，在光刻机工作过程中需经常的测量波像差，并根据测量结果调整物镜中特定镜片的位置以减小波像差。若需在短时间范围内校正物镜热效应，则需更频繁地进行波像差测量。 

在线测量波像差的一种方法是剪切干涉法。该方法使用曝光光束进行测量，在物面使用小孔产生探测光源，小孔经物镜成像到像面剪切光栅并在远场产生剪切干涉条纹，使用二维阵列光敏元件在物镜光瞳的共轭面记录干涉图像。测量过程中需改变光源与光栅的相对位置（移相）以获得不同的干涉条纹，分析这些图像可得到物镜波像差。这一方法可以实现高精度的波像差测量。在该方法中，由于剂量控制精度的限制使得测量时桢图像之间存在能量波动，从而影响波像差检测精度。其次，由于采用远场测量，传感器面处的光强不均匀性对波像差检测精度影响很大。

发明内容

本发明的目的在于提出一种波像差测量标记及波像差测量方法，在通过剪切干涉条纹测量波像差的同时，通过小孔标记测量剂量，从而提高波像差测量精度，减小光强不均匀性对波像差检测精度的影响。

一种波像差测量物面标记，形成在光刻机系统的掩模上，其特征在于该物面标记包括光栅标记和小孔标记，光栅标记和小孔标记分别在标记面上排成列，每个光栅标记和每个小孔标记构成一组标记并且排成一行。

较优地，所述光栅标记至少包含4个透光线条。

较优地，所述光栅标记周期P与投影物镜数值孔径NA、曝光波长λ和移相步数N相关，按照P= N*λ/NA计算，其中N大于等于8。

较优地，所述小孔标记可以是方孔或圆孔。

较优地，测量标记分为物面标记和像面标记。

较优地，所述物面标记位于投影物镜上方的掩模面上，所述像面标记位于投影物镜下方的光栅面上。

较优地，所述物面标记的尺寸与所述像面标记的尺寸成比例关系，所述比例为投影物镜的放大倍率值。

较优地，所述物面标记用于波像差检测，所述像面标记用于剂量探测。

本发明还公开了一种使用上述物面标记进行波像差测量的方法，包括如下步骤：

（1）所述测量标记分为物面标记和像面标记，将所述物面标记放置于投影物镜上方的掩模面上，所述像面标记放置于投影物镜下方的光栅面上；

（2）所述物面标记经过投影物镜成像到像面标记处，分别形成光栅标记像和小孔标记像，所述光栅标记像为用于波像差检测的剪切干涉条纹像，所述小孔标记像为用于剂量探测的物镜光瞳图像；

（3）图像传感器记录所述剪切干涉条纹像与光瞳图像；

（4）利用所述光瞳图像计算所述剂量，对剪切干涉条纹像进行校正；

（5）使用校正后的剪切干涉条纹像计算投影物镜波像差。

其中，步骤（2）还包括：改变所述物面标记与像面标记之间的相对位置，从而在不同相移条件下测量所述剪切干涉条纹像和物镜光瞳像，剪切干涉条纹像和物镜光瞳像成一一对应关系。

其中，所述光栅标记至少包含4个透光线条。

其中，所述光栅标记周期P与投影物镜数值孔径NA、曝光波长λ和移相步数N相关，按照P= N*λ/NA计算，其中N大于等于8。

其中，所述小孔标记可以是方孔或圆孔。

其中，所述物面标记的尺寸与所述像面标记的尺寸成比例关系，所述比例为所述投影物镜的放大倍率值。

其中，所述图像传感器为二维阵列光敏元件。

由于本发明的波像差测量物面标记既包括光栅标记，又包括小孔标记，在通过剪切干涉条纹测量波像差的同时，通过小孔标记对像面的能量同时进行测量。获取剪切光栅处的实际剂量，并使用该剂量计算对应光强后对图像传感器记录的剪切干涉条纹图像进行校正，消除剂量波动以及像面光强不均匀性的影响。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1为光刻装置波像差测量结构示意图；