CN103091993B - 用于光刻机透镜热效应测量的测试标记及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种测试标记，所述测试标记为正方形，中心为透光方孔，由中心向外依次为具有一定宽度的方框；从所述透光方孔至最外侧方框，透光区和非透光区交替；从最外侧透光方框至所述透光方孔，所述透光区面积逐渐增大。一种使用所述测试标记的光刻机透镜热效应测量方法，所述测试标记位于掩模上，所述测试标记通过光束照射经由投影物镜在工件台上形成测试标记像，光强传感器用于探测所述测试标记像处的光强，包括以下步骤：对所述光强与所述投影物镜焦面漂移的关系进行预标定；进行热效应测量；确定所述热效应测量中的各时刻焦面漂移数据，拟合计算出透镜热效应双指数模型的参数。
Description
技术领域
本发明涉及透镜热效应测量领域，尤其涉及光刻机投影物镜的透镜热效应测量。
背景技术
透镜热效应是指透镜受热产生形变而导致成像质量改变的现象。在投影式光刻机设计中，长时间量产导致的透镜热效应不可忽视，垂向的热效应会导致倍率，畸变等像质发生改变；而轴向热效应会导致焦面，场曲等像质发生改变，这些改变都会影响到线宽一致性CDU和套刻精度等关键指标。
因此，光刻机的软件***需要设计有校正热效应的机制，这种机制需要预先测量并标定像质随加热时间改变的关系，这种关系一般用如下双指数模型来描述：
加热过程：
冷却过程：。
其中、分别代表加热过程、冷却过程像质的变化，、分别代表加热过程、冷却过程的比例因子，、分别代表加热过程、冷却过程的时间常数，、、、为待拟合的参数。
现有技术中，测量透镜热效应的方法有两种：曝光测量和空间像传感器测量。曝光测量法是：曝光光源加热透镜过程中的不同时刻，在硅片上曝光特定标记，直至透镜热饱和，显影后利用对准***或显微镜读取标记测量位置，然后进行模型计算，得到每一时刻的像质，进而拟合出双指数模型的参数。这种方法的缺点在于：无法测量冷却阶段的热效应，且测量周期长、容易受到工艺因素的影响。美国专利US5998071就披露了一种曝光测量透镜热效应的方法。空间像传感器测量法是：透镜加热或冷却过程中，在需要采样像质的时刻使用空间像传感器测量掩模面标记，计算出像质，进而拟合出双指数模型的系数。这种方法的缺点在于：需要采集多组数据，且测量速度慢、配置一套空间像传感器成本高。
上述两种方法都存在测量过程长，需要长时间中断加热过程或冷却过程的缺点，双指数模型计算准确性低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是透镜热效应测量过程需要中断透镜的加热或冷却过程、测量时间长。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种测试标记，其特征在于，所述测试标记为正方形；所述测试标记中心为透光方孔，由中心向外依次为具有一定宽度的方框；从所述透光方孔至最外侧方框，透光区和非透光区交替；从最外侧透光方框至所述透光方孔，所述透光区面积逐渐增大。
进一步地，所述透光方孔的面积不低于所述测试标记面积的四分之一。
进一步地，所述最外侧透光方框的尺寸与光刻机分辨率相近。
进一步地，从所述最外侧透光方框至所述透光方孔，所述透光区面积成等比增大。
进一步地，多个所述测试标记在掩模上呈矩阵阵列分布，用于测量场曲和像散的热效应。
一种使用所述测试标记的光刻机透镜热效应测量方法，所述测试标记位于掩模上，所述测试标记通过光束照射经由投影物镜在工件台上形成测试标记像，光强传感器用于探测所述测试标记像处的光强，包括以下步骤：对所述光强与所述投影物镜焦面漂移的关系进行预标定；进行热效应测量，包括在所述透镜加热或者冷却过程中，在需要进行焦面数据采集的时刻，所述光强传感器对所述光强进行采样，直至测量结束；确定所述热效应测量中的各时刻焦面漂移数据，拟合计算出透镜热效应双指数模型的参数。
其中，所述预标定包括以下步骤：步骤一，上载所述掩模，移动所述工件台至名义焦面位置；步骤二，在所述名义焦面位置附近的焦深范围内轴向移动所述工件台，所述光强传感器对所述光强连续采样；步骤三，记录第一组所述光强和所述工件台的第一组轴向位置，获得第一实测焦面；步骤四，以所述第一实测焦面作为步骤一的所述名义焦面，重复所述步骤一至步骤三，记录第二组做主光强和所述工件台的第二组轴向位置；步骤五，将所述第二组轴向位置均减去所述第一实测焦面，获得所述第二组所述光强与焦面漂移的关系。
进一步地，所述确定所述热效应测量中的各时刻焦面漂移数据的方法为通过所述预标定的所述光强与所述投影物镜焦面漂移的关系，利用三次样条插值而得到。
进一步地，所述测试标记的尺寸与所述光强传感器的光敏直径大小相近。
进一步地，所述掩模除所述测试标记外的区域均为透光区。
进一步地，所述测试标记为多个，多个所述测试标记在所述掩模上呈矩阵阵列分布。
本发明的优点在于：无需工艺曝光，测量速度快，对透镜加热和冷却过程产生影响很小，且成本低，便于进一步扩展用于场曲和像散热效应的测量和标定。
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为投影光刻机光学***的结构示意图；
图2为本发明用于光刻机透镜热效应测量的测试标记的结构示意图；
图3为本发明光刻机透镜热效应测量方法中光强传感器测得光强与工件台位置关系曲线图；
图4为本发明光刻机透镜热效应测量方法中光强传感器测得光强与焦面漂移关系曲线图；
图5为本发明用于光刻机透镜热效应测量的测试标记组成的标记阵列示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。
参见图1所示，投影光刻机的光学***沿光轴方向依次包括：掩模1、投影物镜2、工件台3。掩模上具有用于测量投影物镜2的透镜热效应的测试标记4，工件台3上放置有光强传感器5，用于对测试标记4所成像进行光强探测。
本实施例主要针对透镜轴向焦面热效应测量进行描述。
图2所示为本发明测试标记4的具体结构。在本实施例中，该标记具体为透光区和非透光区交替的中心对称图形标记，标记中心为一个透光方孔6，由中心向外依次为具有一定宽度的方框。此标记白色为透光区，黑色为非透光区。整个标记的尺寸与光强传感器5的光敏直径大小相近，且由外向内透光区大小逐渐增大，优选情形为成等比增大，具体比例可根据实际效果调整。透光方孔6的面积不低于整个测试标记4面积的1/4，最外侧透光区7的尺寸与光刻机极限分辨率一致。
光刻机集成完毕后，按照下述过程对光强与投影物镜2的焦面漂移的关系进行预标定：
步骤1，上载带有测试标记4的掩模1，移动工件台3至工艺曝光测试标定的焦面位置，设为名义焦面位置，将光强传感器5置于测试标记4的成像位置；
步骤2，在名义焦面位置附近的近似焦深范围内，轴向移动工件台3，光强传感器5对测试标记4所成的像连续采样；
步骤3，采样过程中，记录光强传感器5的光强信号，记为第一组光强，记录工件台3的轴向位置，记为第一组轴向位置，获得光强信号与工件台轴向位置的关系曲线；
获得的光强信号与工件台轴向位置的关系曲线参见图3所示，曲线极值点即光强最大值对应的轴向位置为焦面，记为第一实测焦面。在离焦时，光强传感器测得光强值会减小，图2所示测试标记的特殊设计可以提高光强传感器测量值对离焦的敏感度，进而提高测试精度。
步骤4，以步骤3确定的第一实测焦面为名义焦面，重复步骤2至3，获得第二组光强和第二组轴向位置；
步骤5，对步骤4记录的第二组轴向位置均减去第一实测焦面后，得到光强传感器测得光强与焦面漂移的关系，如图4所示。
预标定结束后，进行热效应测量。在透镜加热或者冷却过程中，需要进行焦面数据采集的时刻，使用光强传感器在标记成像位置测量一次光强值并记录，直至测量结束。
根据前述预标定的光强与焦面漂移的关系，利用三次样条插值，即通过一系列形值点的一条光滑曲线，数学上通过求解三弯矩阵方程组得出曲线函数组的过程，确定测量过程中记录的各时刻焦面漂移数据，进而拟合计算出热效应双指数模型需要的参数，即时间因子和比例常数。所述透镜热效应双指数模型为
及
，
其中、分别代表加热过程、冷却过程像质的变化，、分别代表加热过程、冷却过程的比例因子，、分别代表加热过程、冷却过程的时间常数，拟合的参数为比例因子和时间常数。
本方法涉及的掩模除测试标记外的区域可以尽量设置成透光区，以方便透镜的加热过程。
参见图5所示，本实施例可以进一步扩展，根据成像视场大小在掩模上布置多点测试标记，呈矩阵阵列分布，使得测试标记布满整个视场，图5所示的是一个5×5的标记阵列。基于前述同样原理，根据视场内每测试标记的焦面漂移，则可以测量计算场曲和像散的热效应。
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。
Claims (8)
1. 一种测试标记，应用于透镜的热效应测量领域，其特征在于，
所述测试标记为正方形；
所述测试标记中心为透光方孔，由中心向外依次为具有一定宽度的方框；
从所述透光方孔至最外侧方框，透光区和非透光区交替；
从最外侧透光方框至所述透光方孔，所述透光区面积逐渐增大；
整个所述标记的尺寸与光强传感器的光敏直径大小相近，所述透光方孔的面积不低于所述测试标记面积的四分之一，所述最外侧透光方框的尺寸与光刻机分辨率相近。
2.根据权利要求1所述的测试标记，其特征在于，从所述最外侧透光方框至所述透光方孔，所述透光区面积成等比增大。
3.根据权利要求1所述的测试标记，其特征在于，多个所述测试标记在掩模上呈矩阵阵列分布，用于测量场曲和像散的热效应。
4.一种使用权利要求1所述测试标记的光刻机透镜热效应测量方法，所述测试标记位于掩模上，所述测试标记通过光束照射经由投影物镜在工件台上形成测试标记像，光强传感器用于探测所述测试标记像处的光强，包括以下步骤：
对所述光强与所述投影物镜焦面漂移的关系进行预标定；
进行热效应测量，包括在所述透镜加热或者冷却过程中，在需要进行焦面数据采集的时刻，所述光强传感器对所述光强进行采样，直至测量结束；
确定所述热效应测量中的各时刻焦面漂移数据，拟合计算出透镜热效应双指数模型的参数。
5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述预标定包括以下步骤：
步骤一，上载所述掩模，移动所述工件台至名义焦面位置；
步骤二，在所述名义焦面位置附近的焦深范围内轴向移动所述工件台，所述光强传感器对所述光强连续采样；
步骤三，记录第一组所述光强和所述工件台的第一组轴向位置，获得第一实测焦面；
步骤四，以所述第一实测焦面作为步骤一的所述名义焦面，重复所述步骤一至步骤三，记录第二组所述光强和所述工件台的第二组轴向位置；
步骤五，将所述第二组轴向位置均减去所述第一实测焦面，获得所述第二组所述光强与焦面漂移的关系。
6.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述确定所述热效应测量中的各时刻焦面漂移数据的方法为通过所述预标定的所述光强与所述投影物镜焦面漂移的关系，利用三次样条插值而得到。
7.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述掩模除所述测试标记外的区域均为透光区。
8.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述测试标记为多个，多个所述测试标记在所述掩模上呈矩阵阵列分布。
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