CN115014215A - 一种掩膜版光刻胶厚度测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光刻胶厚度测量，具体涉及一种掩膜版光刻胶厚度测量装置及测量方法，包括用于测量待测样板光刻胶厚度的测量单元，以及主控单元，主控单元接收测量单元的检测数据，并对检测数据进行处理，得到待测样板的光刻胶厚度；主控单元利用来自表面光刻胶的反射光与来自基板的反射光之间的干涉计算得到标准波形，并根据测量得到的测量波形与标准波形进行拟合，将匹配度最高的标准波形对应的光刻胶厚度作为测量结果；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的无法对光刻胶厚度较薄的待测样板进行准确检测、光刻胶厚度测量精度较低的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及光刻胶厚度测量，具体涉及一种掩膜版光刻胶厚度测量装置及测量方法。
背景技术
光刻掩膜版(Photomask)也称光罩或MASK，是一种用于微电子制造过程中的图形转移工具或模版，通过曝光、显影以及蚀刻等工序，在玻璃铬版上制作需要的微观图形，主要应用于微电子平版印刷。制作掩膜版所使用的原材料为铬版(即掩膜版基板)，是一种硬面掩膜版材料，它是在平整的、高光洁度的玻璃基板上通过直流磁控溅射沉积上铬-氧化铬薄膜而形成的铬膜基板，在其上涂敷一层光致抗蚀剂(又称光刻胶)制成铬版原料。
近年来，随着对半导体产业投入地不断加大，光刻掩膜版是整个半导体产业中较为关键的一个环节，随着半导体产业地大力发展，光刻掩膜版的需求也随之呈爆发式增长，同时对于掩膜版的制作精度要求越来越严格，并且图形制作要求越来越精细化。
整个光刻掩膜版的制作流程大致分为铬版清洗、光刻胶涂布、烘烤、光刻胶厚度测量、光刻、显影、蚀刻、脱膜清洗、镜面清洗、缺陷检查、CD测量、TP测量、缺陷修补等环节。其中，光刻胶厚度对于掩膜版的制作精度，以及图形的精细化起着至关重要的作用，光刻胶的薄厚对于后端光刻机光刻能量，显影蚀刻时间都具有一定影响，只有知道精准的光刻胶厚度才能很好地确定光刻能量，以及显影蚀刻时间，这样才能制作出客户需要的精细化图形，否则很难保证掩膜版的制作精度。因此，研发一种掩膜版涂胶后光刻胶厚度的测量装置以及测量方法就显得尤为重要。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种掩膜版光刻胶厚度测量装置及测量方法，能够有效克服现有技术所存在的无法对光刻胶厚度较薄的待测样板进行准确检测、光刻胶厚度测量精度较低的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种掩膜版光刻胶厚度测量装置，包括用于测量待测样板光刻胶厚度的测量单元，以及主控单元，所述主控单元接收测量单元的检测数据，并对检测数据进行处理，得到待测样板的光刻胶厚度；
所述主控单元利用来自表面光刻胶的反射光与来自基板的反射光之间的干涉计算得到标准波形，并根据测量得到的测量波形与标准波形进行拟合，将匹配度最高的标准波形对应的光刻胶厚度作为测量结果。
优选地，所述主控单元基于下式利用来自表面光刻胶的反射光与来自基板的反射光之间的干涉计算得到标准波形：
L＝2nd
其中，L为光程差，n为光刻胶反射率，d为光刻胶厚度，光程差L和光刻胶反射率n均与光源波长λ相关。
优选地，所述标准波形和测量波形均为“光源波长λ-光刻胶反射率n”的波形曲线图。
优选地，所述测量单元包括光源，依次设置于光源前方的滤光镜、第一快门、单向透过镜，设置于单向透过镜、待测样板之间的物镜，依次设置于单向透过镜上方的目镜、第二快门、反光镜，用于接收反光镜反射光线的光栅，以及用于采集光栅图像并与主控单元电性连接的CCD相机。
优选地，还包括用于驱动测量单元进行往复移动的运动单元，所述主控单元通过运动单元驱动测量单元对待测样板的光刻胶厚度进行多点检测，并最终计算出待测样板光刻胶厚度的均匀性。
优选地，所述主控单元通过通讯导线与CCD相机、运动单元电性连接，所述CCD相机通过通讯导线将采集光栅图像发送给主控单元，所述主控单元通过通讯导线将设定检测坐标发送给运动单元，使得运动单元按照设定检测坐标驱动测量单元进行多点检测。
优选地，还包括放置待测样板的载物台，所述待测样板包括由光刻胶构成的膜层，以及由镀铬石英玻璃构成的基板。
一种掩膜版光刻胶厚度测量方法，利用来自表面光刻胶的反射光与来自基板的反射光之间的干涉计算得到标准波形，并根据测量得到的测量波形与标准波形进行拟合，将匹配度最高的标准波形对应的光刻胶厚度作为测量结果。
优选地，所述利用来自表面光刻胶的反射光与来自基板的反射光之间的干涉计算得到标准波形，包括：
采用下式计算得到标准波形：
L＝2nd
其中，L为光程差，n为光刻胶反射率，d为光刻胶厚度，光程差L和光刻胶反射率n均与光源波长λ相关。
优选地，所述标准波形和测量波形均为“光源波长λ-光刻胶反射率n”的波形曲线图。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种掩膜版光刻胶厚度测量装置及测量方法，对于光刻胶厚度较薄的待测样板(从10nm到5μm)能够有效提升可测量极限，相比峰谷法的测量精度更高，并且能够同时测量层叠样品。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中利用来自表面光刻胶的反射光与来自基板的反射光之间的干涉计算得到标准波形的原理图；
图3为本发明中测量1000nm光刻胶厚度得到的测量波形；
图4为本发明中100nm光刻胶厚度对应标准波形与1000nm光刻胶厚度对应测量波形的比较示意图；
图5为本发明中500nm光刻胶厚度对应标准波形与1000nm光刻胶厚度对应测量波形的比较示意图；
图6为本发明中900nm光刻胶厚度对应标准波形与1000nm光刻胶厚度对应测量波形的比较示意图；
图7为本发明中990nm光刻胶厚度对应标准波形与1000nm光刻胶厚度对应测量波形的比较示意图；
图8为本发明中1100nm光刻胶厚度对应标准波形与1000nm光刻胶厚度对应测量波形的比较示意图；
图9为本发明中1500nm光刻胶厚度对应标准波形与1000nm光刻胶厚度对应测量波形的比较示意图；
图10为本发明中图4至图9中的误差比较曲线图；
图11为本发明中根据图10对1000nm光刻胶厚度对应标准波形与1000nm光刻胶厚度对应测量波形进行拟合的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种掩膜版光刻胶厚度测量装置，如图1所示，包括用于测量待测样板2光刻胶厚度的测量单元，以及主控单元，主控单元接收测量单元的检测数据，并对检测数据进行处理，得到待测样板2的光刻胶厚度。
测量单元包括光源3，依次设置于光源3前方的滤光镜4、第一快门5、单向透过镜6，设置于单向透过镜6、待测样板2之间的物镜7，依次设置于单向透过镜6上方的目镜8、第二快门9、反光镜10，用于接收反光镜10反射光线的光栅11，以及用于采集光栅图像并与主控单元电性连接的CCD相机12。
本申请技术方案中，还包括用于驱动测量单元沿X、Y方向进行往复移动的运动单元，主控单元通过运动单元驱动测量单元对待测样板2的光刻胶厚度进行多点检测(可以完成最大1220*1500尺寸的掩膜版整版多点的光刻胶厚度测量)，并最终计算出待测样板2光刻胶厚度的均匀性。
主控单元通过通讯导线与CCD相机12、运动单元电性连接，CCD相机12通过通讯导线将采集光栅图像发送给主控单元，主控单元通过通讯导线将设定检测坐标发送给运动单元，使得运动单元按照设定检测坐标驱动测量单元进行多点检测。
本申请技术方案中，还包括放置待测样板2的载物台1，载物台1设置在装置底部，用于承载待测样板2(掩膜版样品)及量产产品，为待测样板2提供平整且可靠的测量平台。
本申请技术方案中，待测样板2包括由光刻胶构成的膜层，以及由镀铬石英玻璃构成的基板。
光刻胶厚度的测量及计算方法大致分为两种：一种为高速傅里叶变换法，另一种为曲线拟合法。高速傅里叶变换法是对反射光谱进行傅里叶变换，由其峰频率求出光刻胶厚度的方法，而曲线拟合法则是将测量得到的测量波形与根据光学常数等计算得到的标准波形进行比较，根据波形重合度最高的波形计算光刻胶厚度的方法。
曲线拟合法的优点：对于光刻胶厚度较薄的待测样板2(从10nm到5μm)能够有效提升可测量极限，相比峰谷法(高速傅里叶变换法)的测量精度更高，并且能够同时测量层叠样品(可以同时测量3层，也有过4层)。
如图3至图11所示，主控单元利用来自表面光刻胶的反射光与来自基板的反射光之间的干涉计算得到标准波形，并根据测量得到的测量波形与标准波形进行拟合，将匹配度最高的标准波形对应的光刻胶厚度作为测量结果。
如图2所示，光的干涉干扰发生在同一波长之间，与光程差L之间有以下定律：增强条件mλ，减弱条件(m+1/2)λ，其中m＝0，1，2…。主控单元基于下式利用来自表面光刻胶的反射光与来自基板的反射光之间的干涉计算得到标准波形：
L＝2nd
其中，L为光程差，n为光刻胶反射率，d为光刻胶厚度，光程差L和光刻胶反射率n均与光源波长λ相关。
本申请技术方案中，标准波形和测量波形均为“光源波长λ-光刻胶反射率n”的波形曲线图。
一种掩膜版光刻胶厚度测量方法，如图3至图11所示，利用来自表面光刻胶的反射光与来自基板的反射光之间的干涉计算得到标准波形，并根据测量得到的测量波形与标准波形进行拟合，将匹配度最高的标准波形对应的光刻胶厚度作为测量结果。
其中，利用来自表面光刻胶的反射光与来自基板的反射光之间的干涉计算得到标准波形，包括：
采用下式计算得到标准波形：
L＝2nd
其中，L为光程差，n为光刻胶反射率，d为光刻胶厚度，光程差L和光刻胶反射率n均与光源波长λ相关。
本申请技术方案中，标准波形和测量波形均为“光源波长λ-光刻胶反射率n”的波形曲线图。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种掩膜版光刻胶厚度测量装置，其特征在于：包括用于测量待测样板(2)光刻胶厚度的测量单元，以及主控单元，所述主控单元接收测量单元的检测数据，并对检测数据进行处理，得到待测样板(2)的光刻胶厚度；
所述主控单元利用来自表面光刻胶的反射光与来自基板的反射光之间的干涉计算得到标准波形，并根据测量得到的测量波形与标准波形进行拟合，将匹配度最高的标准波形对应的光刻胶厚度作为测量结果。
2.根据权利要求1所述的掩膜版光刻胶厚度测量装置，其特征在于：所述主控单元基于下式利用来自表面光刻胶的反射光与来自基板的反射光之间的干涉计算得到标准波形：
L＝2nd
其中，L为光程差，n为光刻胶反射率，d为光刻胶厚度，光程差L和光刻胶反射率n均与光源波长λ相关。
3.根据权利要求2所述的掩膜版光刻胶厚度测量装置，其特征在于：所述标准波形和测量波形均为“光源波长λ-光刻胶反射率n”的波形曲线图。
4.根据权利要求1所述的掩膜版光刻胶厚度测量装置，其特征在于：所述测量单元包括光源(3)，依次设置于光源(3)前方的滤光镜(4)、第一快门(5)、单向透过镜(6)，设置于单向透过镜(6)、待测样板(2)之间的物镜(7)，依次设置于单向透过镜(6)上方的目镜(8)、第二快门(9)、反光镜(10)，用于接收反光镜(10)反射光线的光栅(11)，以及用于采集光栅图像并与主控单元电性连接的CCD相机(12)。
5.根据权利要求4所述的掩膜版光刻胶厚度测量装置，其特征在于：还包括用于驱动测量单元进行往复移动的运动单元，所述主控单元通过运动单元驱动测量单元对待测样板(2)的光刻胶厚度进行多点检测，并最终计算出待测样板(2)光刻胶厚度的均匀性。
6.根据权利要求5所述的掩膜版光刻胶厚度测量装置，其特征在于：所述主控单元通过通讯导线与CCD相机(12)、运动单元电性连接，所述CCD相机(12)通过通讯导线将采集光栅图像发送给主控单元，所述主控单元通过通讯导线将设定检测坐标发送给运动单元，使得运动单元按照设定检测坐标驱动测量单元进行多点检测。
7.根据权利要求6所述的掩膜版光刻胶厚度测量装置，其特征在于：还包括放置待测样板(2)的载物台(1)，所述待测样板(2)包括由光刻胶构成的膜层，以及由镀铬石英玻璃构成的基板。
8.一种基于权利要求1所述的掩膜版光刻胶厚度测量装置的测量方法，其特征在于：利用来自表面光刻胶的反射光与来自基板的反射光之间的干涉计算得到标准波形，并根据测量得到的测量波形与标准波形进行拟合，将匹配度最高的标准波形对应的光刻胶厚度作为测量结果。
9.根据权利要求8所述的掩膜版光刻胶厚度测量方法，其特征在于：所述利用来自表面光刻胶的反射光与来自基板的反射光之间的干涉计算得到标准波形，包括：
采用下式计算得到标准波形：
L＝2nd
其中，L为光程差，n为光刻胶反射率，d为光刻胶厚度，光程差L和光刻胶反射率n均与光源波长λ相关。
10.根据权利要求9所述的掩膜版光刻胶厚度测量方法，其特征在于：所述标准波形和测量波形均为“光源波长λ-光刻胶反射率n”的波形曲线图。
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