CN103926799B - 一种调焦调平测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种调焦调平测量方法，由同一光源分束出两束测量光线以相同的入射角入射到硅片表面同一位置，形成两束不同的反射光，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一：光源分束；步骤二：分束后的光信号以相同角度不同方向入射到硅片面同一位置；步骤三：测量两束反射光光强；步骤四：分别对所述两束反射光光强信号进行归一化处理后进行傅立叶变换，提取一倍频信号并取均值，根据一倍频信号均值和硅片离焦量之间的映射关系计算离焦量ΔZ。与现有技术方案相比，本发明消除了由于硅片表面反射率非均匀性对调焦调平测量结果的影响，更有效的提高了调焦调平技术的工艺适应性能力。

Description

一种调焦调平测量方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种用于光刻设备的调焦调平测量方法。

背景技术

投影光刻机可以通过减小曝光波长和增大投影物镜的数值孔径来提高光刻分辨率，但同时会导致可用焦深明显下降，使硅片表面更容易发生离焦。为了解决因焦深减小带来的离焦问题，高端投影光刻机均采用调焦调平技术实时控制硅片表面的高度和倾斜。调焦调平技术包括硅片表面的调焦调平测量技术和硅片表面位置的实时控制技术。硅片调焦调平测量技术对硅片表面的高度和倾斜进行测量，其测量数据用于动态反馈控制硅片表面相对于投影物镜最佳焦平面之间的位置。

硅片表面调焦调平测量技术为硅片表面位置实时控制技术的前提和基础，可以分为气压测量、电容测量和光学测量等几种方法。其中光学测量方法的原理是通过探测光以大入射角照射到硅片表面，检测反射光位置获得硅片表面的位置信息。

在硅片的实际调焦调平测量过程中，硅片表面的不同位置反射率是不一样的，因此测量光斑信息会受到硅片表面反射率非均匀性的影响，使测量结果产生偏差，造成调焦调平效果的不理想，降低光刻工艺图形的质量。

发明内容

本发明的目的在于提出一种调焦调平测量方法，克服由于硅片表面反射率非均匀性对调焦调平测量结果的影响。

为了实现上述发明目的，本发明提出一种调焦调平测量方法，由同一光源分束出两束测量光线以相同的入射角入射到硅片表面同一位置，形成两束不同的反射光，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：光源分束；

步骤二：分束后的光信号以相同角度不同方向入射到硅片面同一位置；

步骤三：测量两束反射光光强；

步骤四：分别对所述两束反射光光强信号进行归一化处理后进行傅立叶变换，提取一倍频信号并取均值，根据一倍频信号均值和硅片离焦量之间的映射关系计算离焦量Δ Z。

其中，所述步骤三中，信号采集单元周期性采集反射光强信息。

本发明还提出一种调焦调平测量装置，用于光刻曝光***，其特征在于，由同一光源出射的光束经分束后形成两束测量光以相同的入射角入射到硅片表面同一位置，并形成两束不同的反射光；两束反射光分别进入对应的信号采集单元。

其中，所述两束测量光线不经过投影物镜光路。

较优地，还包括第一、第二测量分支，所述第一第二测量分支结构相同，分别包括第一反射镜、分束单元、第二反射镜、狭缝，所述两束测量光分别所述第一、第二测量分支入射到硅片表面的同一位置，所述两束反射光分别经由第二、第一测量分支进入所述对应的信号采集单元。

与现有技术方案相比，本发明消除了由于硅片表面反射率非均匀性对调焦调平测量结果的影响，更有效的提高了调焦调平技术的工艺适应性能力。

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是本发明调焦调平测量原理光路图；

图2是本发明调焦调平测量方法流程图；

图3是一种典型的工艺硅片表面膜系结构；

图4是探测器采集到的光强信号在硅片表面反射率均匀情况下的扫描变化曲线；

图5是探测器采集到的光强信号当硅片表面反射率不均匀时的扫描变化曲线；

图6是使用本发明的调焦调平测量方法采集到的两路光强信号曲线。

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。

传统测量方案中采用单束测量光以大角度入射到硅片表面，测量单束反射光斑信息计算得到硅片表面离焦量。由于硅片表面反射率非均匀性带来的影响，会使测量到的反射光斑信号产生偏差，从而不能计算得到正确的离焦量结果。

为了解决传统方案中出现的问题，我们提出一种新的调焦调平测量方法。该方法由同一光源分束出两束测量光线以相同的入射角入射到硅片表面同一位置，形成两束不同的反射光，采集这两束光信号计算处理，提取出硅片表面的离焦量大小ΔZ。

图1为本发明采用的光路结构示意图。如图1所示，光源1发出照明光，分束后分别从投影物镜8两侧进入反射镜2a、2b反射，再由反射镜3a、3b将光线以相同的入射角照射到硅片4表面，硅片面反射光线再由反射镜3a、3b反射后到分束单元5a、5b，分束后光信号通过狭缝6a、6b到达信号采集单元7a、7b。

硅片工艺可引起反射光斑能量分布不均匀性，从而使反射光斑的能量重心发生偏移。在狭缝6a、6b位置，由于工艺引起的光斑能量重心偏移方向和由于硅片表面离焦引起的光斑运动方向分别为一致和相反。所以，根据两个探测器的测量信号计算得到离焦量分别包含一个正的误差和一个负的误差。则对两个结果取平均值后可消去工艺引起的测量误差。

图2是本发明调焦调平测量方法流程图，包括如下步骤：步骤一：光源分束，光源分束是为了避免由于采用不同光源对计算结果产生影响；步骤二：分束后的光信号通过两次反射后以相同角度不同方向入射到硅片面同一位置；步骤三：测量两束反射光信息；步骤四：计算取均值提取离焦量，由光信号处理单元根据两束不同的反射光信息计算提取得到硅片离焦量大小的数值结果。

图3是一种典型的硅片表面膜系结构（Cu和氟硅玻璃FSG周期性结构），用于说明调焦调平传感器FLS的测量过程中的一种典型工艺条件，这种工艺条件中便存在由于硅片表面反射率非均匀性所造成的影响。

对FLS过程进行仿真，加入硅片表面反射率非均匀性分布函数，信号采集单元周期性采集反射光强信息，对光强信号进行归一化处理后进行傅立叶变换，提取一倍频信号，根据一倍频信号和硅片离焦量之间的映射关系计算离焦量ΔZ。本发明中采用的方法是采集两个测量光路信号，处理后将一倍频系数取均值，由该值计算硅片离焦量ΔZ大小。

图4为探测器采集到的光强信号在硅片表面反射率均匀情况下的扫描变化曲线，扫描周期1kHz，光强信号归一化频域变换后得到一倍频系数为1.5220e+004。当硅片表面反射率不均匀时，采集到的光强信号如图5所示，产生与图4中理想光强信号的明显偏差，一倍频系数为1.4194e+004，不能得到正确的离焦量计算结果。采用新的FLS测量方法，增加一路对称角度的测量光路，采集到的两路光强信号曲线如图6所示，频域变换以后得到的一倍频系数信号成分分别为1.4194e+004和1.6246e+004，取均值后为1.5220 e+004，与硅片表面反射率均匀情况下的计算结果相同，从而消除了硅片表面反射率非均匀性带来的影响。

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 (2)

1.一种调焦调平测量方法，由同一光源分束出两束测量光线以相同的入射角入射到硅片表面同一位置，形成两束不同的反射光，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：光源分束；

步骤二：分束后的光信号以相同角度不同方向入射到硅片面同一位置；

步骤三：测量两束反射光光强；

步骤四：分别对所述两束反射光光强信号进行归一化处理后进行傅立叶变换，提取一倍频信号并取均值，消去工艺引起的测量误差，根据一倍频信号均值和硅片离焦量之间的映射关系计算离焦量ΔZ，所述工艺引起的测量误差为由于硅片工艺引起反射光斑能量分布不均匀性，从而使反射光斑的能量重心发生偏移而产生的误差。

2.如权利要求1所述的调焦调平测量方法，其特征在于，所述步骤三中，信号采集单元周期性采集反射光强信息。