一种基于CCD能量重心积分法的193nm光刻系统杂散光测量方法

摘要

本发明提出一种基于CCD能量重心积分法的193nm光刻系统杂散光测量方法，该方法应用CCD代替原有的光刻胶测量照明系统的杂散光，包括杂散光测量系统的设计、测量原理说明以及具体测量步骤三个部分。该方法操作简单，测量精度较高，可以实现快速准确的照明系统杂散光的测量，从而为照明系统的制造和矫正提供实时的指导。

说明书

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，特别涉及一种基于CCD能量重心积分法的193nm光刻系统杂散光测量方法。

背景技术

193nmArF投影光刻机作为实现90nm、45nm乃至32nm节点的主流光刻机，受到国际各大半导体生产商的大力追捧，具有广阔的发展前景。投影曝光光刻系统中，杂散光即为到达硅片面的偏离预期光路的散射光。杂散光会影响光刻成像的对比度进而影响光刻的分辨力。随着投影曝光光刻光源波长的缩短和光刻分辨力的提高，杂散光对光刻的影响越来越大，尤其对当前193nm深紫外光刻机和下一代13.5nm极紫外光刻机影响最大。如何测量杂散光对光刻的影响已经成为当前光刻技术必须解决的问题。

发明内容

本发明提出一种基于CCD能量重心积分法的193nm光刻系统杂散光测量方法，该方法操作简单，可以实现快速准确的照明系统杂散光的测量，从而为照明系统的制造和矫正提供实时的指导。本发明包括杂散光测量系统的设计、测量原理说明以及具体测量步骤三个部分。

所述本发明的杂散光测量系统设计，首先，需要一个密封的罩子用以隔绝外界光源对CCD的干扰。其中罩子与CCD光敏面的距离为离焦量，并需在罩子上放置一个设计好的掩膜。该CCD通过一个电动旋转台固定于手动X-Y平移台上，其中旋转台用于调节CCD保持水平；手动X-Y平移台用于精确调节CCD位置，使其重心与针孔对准。最后，需将罩子和CCD一起固定在大的精密电动平移台上，由电动平移台采用步进的方式移动控制整个远心度测量装置对掩摸面上的不同视场点进行采样测量。本文所提杂散光测量方法是针对准分子激光光刻照明系统的测量，在基于CCD图像传感器成像的杂散光测量系统中，所选的面阵CCD能够感应深紫外波段的光波。本发明杂散光测量系统如图1所示。

所述本发明测量原理为基于CCD采用kirk测量方法的原理分别测量系统中近程、中程、远程的杂散光分量。Kirk认为近程杂散光在视场中是满足高斯分布的，他把坐标建在视场中心，亦即Pad的中心，可认为是视场中近程杂散光的量，那么中程杂散光的高斯点扩散函数可写为：

(1)

而远程杂散光部分（范围超过100um）包含了一种背景光，这个为常量，表示视场内任一点上远程杂散光所占强度的水平（百分比或分数表示）。那么视场内任一点的杂散光的相对强度（百分比或分数表示）可表示为

（2）

其中，为掩膜的振幅透过率函数，用公式可表达为：。

所述本发明的测量步骤为：

1.将被检测的照明系统光源投影到设计好的掩膜上，形成一个曝光场，记录下相应的曝光剂量。

2.我们定义从能量的重心开始积分一直到半径所包含的能量占总能量的10%，记录下对应的半径数值。

3. 以相同的时间间隔增加曝光时间，得到十组不同的曝光剂量。

4. 重复步骤2，记录下相应的十组半径数值。

5.根据以上记录的结果，计算出系统的杂散光的量。

6.根据相应的公式，计算出系统远程和中程杂散光的量。

本发明提出一种基于CCD能量重心积分法的193nm光刻系统杂散光测量方法，给出了该方法的系统设计，测量原理以及测量步骤。与现有技术相比，该方法具有如下优点：

1.本发明装置对于传统的杂散光检测装置，造价低廉。传统的检测设备依赖于曝光前后对光刻胶的处理。对特定波段感光的光刻胶造价昂贵，且不能重复利用，导致测量成本高。

2.本发明使用专门设计的同步控制系统，能实时测量系统的杂散量，进行同步图像采集，同步处理，做到真正意义上的实时测量。而传统的测量方法需要在曝光之后对光刻胶离线处理，用价格昂贵的原子力显微镜，或者扫描隧道显微镜探测曝光线条各点的情况，进而得到曝光图形的三维数据，缺乏实时性。

3. 本发明可以专门对照明系统及其他系统产生的杂散光进行测量，可以准确的得到相关的杂散光数据，有针对性。便于以后对光刻机设备的调节和整改，寻找误差源。而传统的测量系统是在整个系统整合之后进行测量，得到的是系统的总体误差，而不是分系统的误差，不利于误差定位。

附图说明

附图1为基于CCD的杂散光测量装置示意图

附图2为基于CCD测量方案中设计的掩膜示意图

附图3为基于CCD的杂散光测量原理示意图

上述附图中的图示标号为：

1 掩膜，2 CCD，3 外罩，4 CCD的成像面，5 位移调节手柄，6 位移调节窗口，7 旋转台，8 线路窗口，9 电源线，10 USB通信线，11 手动X-Y平移台。

具体实施方式

下面详细说明本发明的一种基于CCD能量重心积分法的193nm光刻系统杂散光测量方法的一个典型实施例，对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

本发明提出一种基于CCD能量重心积分法的193nm光刻系统杂散光测量方法，该方法操作简单，可以实现快速准确的照明系统杂散光的测量，为照明系统的制造和矫正提供实时的指导。本发明包括杂散光测量系统的设计、测量原理说明以及具体测量步骤三个部分。

所述本发明的杂散光测量系统设计，首先，需要一个密封的罩子用以隔绝外界光源对CCD的干扰。其中罩子与CCD光敏面的距离为离焦量，并需在罩子上放置一个设计好的掩膜。该CCD通过一个电动旋转台固定于手动X-Y平移台上，其中旋转台用于调节CCD保持水平；手动X-Y平移台用于精确调节CCD位置，使其重心与针孔对准。最后，需将罩子和CCD一起固定在大的精密电动平移台上，由电动平移台采用步进的方式移动控制整个远心度测量装置对掩摸面上的不同视场点进行采样测量。本文所提杂散光测量方法是针对准分子激光光刻照明系统的测量，在基于CCD图像传感器成像的杂散光测量系统中，所选的面阵CCD能够感应深紫外波段的光波。本发明杂散光测量系统如图1所示。放置在图1位置1处的掩膜形状如图2所示。这里，对应于CCD上的像，。

所述本发明的具体测量原理，当被检测的照明光源在时刻投影到设计好的掩膜上时， CCD上会呈现一个像。我们定义从能量的重心开始积分一直到能量半径为（接近于），曲线和x轴所围面积恰好占总能量的10%的曝光时间为，这时对应的曝光剂量。继续增大曝光时间到时，杂散光逐渐向不透光区域中心侵袭，这时不透光区域上的光能将逐渐增大，再次从重心进行能量积分，当积分半径到达时就达到总能量的10%，这时对应的剂量为，对应于光刻测量法中即为。

这时候我们就认为对应于kirk测量法中，半径大小为掩膜相应的系统杂散光为：

(3)

将测量值代入到公式（2）中，求出参数来求解和参数，即可求解出系统的远程和中程的杂散光量。因为有三个未知量，所以需要三个以上的方程进行求解。同样以步长增加曝光时间，我们可以得到：，；……; ；。为了保证测量值的准确当时，CCD感光不能达到饱和，值要小于等于。补充说明下，至少用值在均匀分布的十组数据带入方程（2）来求解和参数。

通过参数求解，我们可以先求出远程杂散光的量和中程杂散光高斯分布因子及参数。对于中程杂散光的计算，我们将求解得到的参数带入式（4），然后计算时，的值。这样所有中程杂散光对中心点的水平为:

（4）

理论上，短程杂散光的求解可由下式给出：

（5）

然而，实验测量上衍射对短程杂散光测量影响很大，也就是R取值小于时衍射对测量值的影响很大，一般不取小于时的测量值。所以实际上是不能通过式（5）给出中心点上短程杂散光的总水平的。

所述本发明的测量步骤为：

1．将被检测的照明系统光源投影到设计好的掩膜上，形成一个曝光场，记录下相应的曝光剂量。

2．我们定义从能量的重心开始积分一直到半径所包含的能量占总能量的10%，记录下对应的半径数值。

3．以相同的时间间隔增加曝光时间，得到十组不同的曝光剂量。

4．重复步骤2，记录下相应的十组半径数值。

5．根据以上记录的结果，计算出系统的杂散光的量。

6．根据相应的公式，计算出系统远程和中程杂散光的量。

本发明提出一种基于CCD能量重心积分法的193nm光刻系统杂散光测量方法，给出了该方法的系统设计，测量原理以及测量步骤。与现有技术相比，该方法具有如下优点：

1．本发明装置对于传统的杂散光检测装置，造价低廉。传统的检测设备依赖于曝光前后对光刻胶的处理。对特定波段感光的光刻胶造价昂贵，且不能重复利用，导致测量成本高。

2．本发明使用专门设计的同步控制系统，能实时测量系统的杂散量，进行同步图像采集，同步处理，做到真正意义上的实时测量。而传统的测量方法需要在曝光之后对光刻胶离线处理，用价格昂贵的原子力显微镜，或者扫描隧道显微镜探测曝光线条个点的情况，进而得到曝光图形的三维数据，缺乏实时性。

3．本发明可以专门对照明系统及其他系统产生的杂散光进行测量，可以准确的得到相关的杂散光数据，有针对性。便于以后对光刻机设备的调节和整改，寻找误差源。而传统的测量系统是在整个系统整合之后进行测量，得到的是系统的总体误差，而不是分系统的误差，不利于误差定位。