專利名稱：測試標(biāo)記及利用該標(biāo)記檢測光刻機成像質(zhì)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻機的成像質(zhì)量檢測，尤其涉及利用測試標(biāo)記檢測光刻機成像質(zhì)量的方法。
背景技術(shù)：
光刻機軸向像質(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，光刻機軸向像質(zhì)參數(shù)對光刻分辨率的影響越來越明顯。因此，對光刻機軸向像質(zhì)參數(shù)的檢測，分析與校正已成為保證光刻機光刻分辨率滿足要求的重要手段。
FOCAL(Focus calibration using alignment procedure)技術(shù)是一種用于檢測光刻機軸向像質(zhì)參數(shù)的主要技術(shù)(參見在先技術(shù)[1]，Peter Dirksen，Jan E.Van Der Werf.“Method of repetitively imaging a mask pattern on asubstrate，and apparatus for performing the method”，美國專利申請?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，之后利用光刻機光學(xué)對準(zhǔn)系統(tǒng)檢測曝光到硅片上的FOCAL標(biāo)記的對準(zhǔn)偏移量。利用檢測得到的對準(zhǔn)偏移量計算得到FOCAL標(biāo)記的Z向偏移量。最后利用FOCAL標(biāo)記的Z向偏移量計算得到最佳焦面，像散等光刻機軸向像質(zhì)參數(shù)。但是FOCAL技術(shù)無法檢測球差，而且數(shù)據(jù)處理過程繁瑣，對計算數(shù)據(jù)要求較為嚴(yán)格，為篩選有效數(shù)據(jù)點，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試標(biāo)記及檢測光刻機成像質(zhì)量的方法，其可以全面檢測成像質(zhì)量參數(shù)，同時簡化檢測過程中的數(shù)據(jù)處理。
為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供一種測試標(biāo)記，其包括密集線條標(biāo)記，該測試標(biāo)記形成在光刻機系統(tǒng)的掩模上，所述測試標(biāo)記至少包括四個密集線條標(biāo)記，且每個密集線條標(biāo)記均由相鄰的一個密集線條標(biāo)記旋轉(zhuǎn)90度得到。
本發(fā)明還提供一種利用該標(biāo)記檢測光刻機成像質(zhì)量的方法，所述的方法包括如下步驟在一個離焦位置處，將掩模上的測試標(biāo)記通過光刻機系統(tǒng)曝光到基板上；檢測曝光到基板上的測試標(biāo)記圖形中光柵標(biāo)記之間的寬度；利用檢測得到的光柵標(biāo)記之間的寬度數(shù)據(jù)計算出光刻機軸向像質(zhì)參數(shù)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用測試標(biāo)記的線寬變化，實現(xiàn)了最佳焦面，像面傾斜，像散，球差等軸向像質(zhì)參數(shù)的精確測量，同時，可檢測最佳焦面，像面傾斜，像散和球差，且直接利用檢測時得到的數(shù)據(jù)，通過最小二乘法計算得到光刻機軸向像質(zhì)參數(shù)，克服了先前技術(shù)中無法檢測球差與數(shù)據(jù)處理繁瑣的不足。


通過本發(fā)明實施例并結(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。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)明所用光刻機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明測試標(biāo)記的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明測試標(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量得到的示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
本發(fā)明提出的光刻機軸向像質(zhì)參數(shù)檢測方法的檢測過程為在一個離焦位置處，將掩模上的測試標(biāo)記通過光刻機系統(tǒng)曝光到基板上?；屣@影后，通過一專用測量系統(tǒng)，檢測曝光到基板上的測試標(biāo)記的線寬。利用測試標(biāo)記的線寬計算出光刻機的軸向像質(zhì)參數(shù)。
請參閱圖1，一個離焦位置為當(dāng)前曝光平面相對于參考平面在Z向的位置。參考平面為Z向位置坐標(biāo)為0的平面。
請參閱圖2，本發(fā)明的光刻機系統(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7。其中，掩模3上形成有如圖3所示的測試標(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)出光束光強分布，投影物鏡5將掩模3上的測試標(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上的測試標(biāo)記為16個，分為4組。其中每組測試標(biāo)記的中光柵標(biāo)記的周期P分別為360nm，380nm，400nm，420nm。
請參閱圖3，為本發(fā)明掩模3上的測試標(biāo)記。該測試標(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相對于第一密集線條標(biāo)記8逆時針旋轉(zhuǎn)90°，第三密集線條標(biāo)記10相對于第一密集線條標(biāo)記8逆時針旋轉(zhuǎn)180°，第四密集線條標(biāo)記11相對于第一密集線條標(biāo)記8逆時針旋轉(zhuǎn)270°。四個密集線條標(biāo)記8，9，10和11通過不同的組合方式構(gòu)成測試標(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相對于光柵標(biāo)記12逆時針旋轉(zhuǎn)180°，光柵標(biāo)記14與光柵標(biāo)記12取向相同。
三個光柵標(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。每個光柵標(biāo)記的一個周期P包含2個線寬相同的透光區(qū)與1個不透光區(qū)，透光區(qū)與不透光區(qū)的線寬之比為1∶2；透過兩種透光區(qū)的光的位相之差為90°。
測試標(biāo)記上的周期P與光刻機的曝光光束的波長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，利用專用測量儀器檢測得到曝光到基板上的測試標(biāo)記的線寬L1和L2，如CD-SEM等線寬測量儀器等。測試標(biāo)記的線寬L1和L2是曝光到基板上的測試標(biāo)記中光柵標(biāo)記之間的寬度。
利用測試標(biāo)記的線寬，通過方程(2)，(3)，(4)計算光刻機的軸向像質(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)表示測試標(biāo)記的線寬。Z表示曝光時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于離焦量的靈敏度系數(shù)。x0、y0分別表示曝光視場中每個測試標(biāo)記的名義坐標(biāo)。FC代表場曲，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程與結(jié)果的仿真軟件進(jìn)行計算，如Prolith光刻仿真軟件，Solid-c光刻仿真軟件。
本發(fā)明較佳實施例中，最佳焦面由測試標(biāo)記的線寬計算得到。由(3)，(4)式可知，最佳焦面的測量精度可由方程(5)估算δ(Δy)＝Kf·δ(Zw)(5)其中，δ(Δy)為測試標(biāo)記線寬測量誤差，Kf為靈敏度系數(shù)，δ(Zw)為最佳焦面的誤差。
在本發(fā)明的較佳實施例中，測試標(biāo)記線寬的測量誤差為測試標(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量得到的結(jié)果。λ為曝光波長(193nm)。本發(fā)明中球差與像散測量的絕對誤差分別在0.0003λ和0.0005λ以內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可同時檢測球差與像散等軸向像質(zhì)參數(shù)，簡化了光刻機軸向成像質(zhì)量的檢測過程。
權(quán)利要求
1.一種測試標(biāo)記，其包括密集線條標(biāo)記，該測試標(biāo)記形成在光刻機系統(tǒng)的掩模上，其特征在于所述測試標(biāo)記至少包括四個密集線條標(biāo)記，且每個密集線條標(biāo)記均由相鄰的一個密集線條標(biāo)記旋轉(zhuǎn)90度得到。
2.如權(quán)利要求1所述的測試標(biāo)記，其特征在于；每個密集線條標(biāo)記由至少三個光柵標(biāo)記構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的測試標(biāo)記，其特征在于；光柵標(biāo)記的一個周期內(nèi)至少包括兩個透光區(qū)和一個不透光區(qū)。
4.如權(quán)利要求2所述的測試標(biāo)記，其特征在于三個光柵標(biāo)記之間的寬度相等。
5.如權(quán)利要求3所述的測試標(biāo)記，其特征在于兩個透光區(qū)的線寬相同。
6.如權(quán)利要求3所述的測試標(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。
7.一種利用測試標(biāo)記檢測光刻機成像質(zhì)量的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟在一個離焦位置處，將掩模上的測試標(biāo)記通過光刻機系統(tǒng)曝光到基板上；檢測曝光到基板上的測試標(biāo)記圖形中光柵標(biāo)記之間的寬度；利用檢測得到的光柵標(biāo)記之間的寬度數(shù)據(jù)計算出光刻機軸向像質(zhì)參數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的一種利用測試標(biāo)記檢測光刻機成像質(zhì)量的方法，所述測試標(biāo)記包括密集線條標(biāo)記，該測試標(biāo)記形成在光刻機系統(tǒng)的掩模上，其特征在于所述測試標(biāo)記至少包括四個密集線條標(biāo)記，且每個密集線條標(biāo)記均由相鄰的一個密集線條標(biāo)記旋轉(zhuǎn)90度得到。
9.如權(quán)利要求8所述的一種利用測試標(biāo)記檢測光刻機成像質(zhì)量的方法，其特征在于每個密集線條標(biāo)記由至少三個光柵標(biāo)記構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求9所述的一種利用測試標(biāo)記檢測光刻機成像質(zhì)量的方法，其特征在于光柵標(biāo)記的一個周期內(nèi)至少包括兩個透光區(qū)和一個不透光區(qū)。
11.如權(quán)利要求9所述的一種利用測試標(biāo)記檢測光刻機成像質(zhì)量的方法，其特征在于三個光柵標(biāo)記之間的寬度相等。
全文摘要
本發(fā)明提供一種測試標(biāo)記，其包括密集線條標(biāo)記，該測試標(biāo)記形成在光刻機系統(tǒng)的掩模上，所述測試標(biāo)記至少包括四個密集線條標(biāo)記，且每個密集線條標(biāo)記均由相鄰的一個密集線條標(biāo)記旋轉(zhuǎn)90度得到。本發(fā)明還提供一種利用該標(biāo)記檢測光刻機成像質(zhì)量的方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用測試標(biāo)記的線寬變化，實現(xiàn)了最佳焦面，像面傾斜，像散，球差等軸向像質(zhì)參數(shù)的精確測量，同時，可檢測最佳焦面，像面傾斜，像散和球差，且直接利用檢測時得到的數(shù)據(jù)，通過最小二乘法計算得到光刻機軸向像質(zhì)參數(shù)，克服了先前技術(shù)中無法檢測球差與數(shù)據(jù)處理繁瑣的不足。
文檔編號G03F7/20GK1963676SQ200610118708
公開日2007年5月16日 申請日期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 申請人:上海微電子裝備有限公司