專利名稱：測量象差引起的位置移動和/或畸變的方法裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及測量由透鏡的象差引起的畸變的方法，更詳細地說，涉及用來測量由用于縮影投影曝光的投影光學系統的透鏡的象差引起的象點的位置移動和畸變的方法和裝置。
在用以制造半導體元件、液晶顯示元件或薄膜磁頭的曝光(光刻技術)的工藝中，使用一種縮影投影曝光裝置，后者利用具有預定放大率的光網(reticle)作為掩模(光掩模)，通過投影光學系統投影一個縮小到原始尺寸的圖案，并且將它曝光。在這種縮影投影曝光裝置中，為了在基片的光致抗蝕劑上精確地形成光網的圖案圖象并且將它曝光，必須使投影光學系統中的象差盡可能地小。
利用具有檢驗圖案的光網、例如具有大約兩倍于曝光波長的間距的線條間隔圖案(line-and-space pattern)，來檢驗由透鏡的各個環形區域之間的放大率差異引起的投影光學系統的不對稱象差，例如慧形象差。更具體地說，把所述檢驗圖案曝光在涂有光致抗蝕劑的基片上。利用SEM(掃描電子顯微鏡)測量通過基片顯影處理形成的檢驗圖案的光致抗蝕劑圖象的不對稱性。在所述測量結果的基礎上，測量投影光學系統的慧形象差。應當指出，日本公開特許公報6-117831號和8-78309號涉及象差測量和畸變測量。
如上所述，在定量測量投影光學系統的慧形象差的傳統方法中，利用其若干線條間隔圖以大約兩倍于曝光波長的間距排列的光網將檢驗圖案曝光，利用長度測量SEM測量線條寬度，然后根據所述圖案兩端之間所述線條寬度差值計算慧形象差量。但是，在這種傳統的方法中，雖然可以估算慧形象差量，但是不能夠測量由慧形象差引起的象點的位置移動。
至于由透鏡引起的圖象畸變，可以測量畸變量。但是，所設計的畸變檢查記號的間距不同于實際器件的間距。由于這種原因，在具有慧形象差的投影光學系統的透鏡中，位置移動的測量值不同于器件曝光時的值。
在測量包括由縮影投影曝光裝置的投影光學系統的慧形象差引起的位置移動的畸變時，不能夠測量由檢驗圖案的線條寬度差別引起位置移動。因此，作為重要的目的之一，必須實現一種自動的、快速的并且容易執行的畸變測量方法。
本發明的目的是提供一種用來測量由象差引起的位置移動和/或畸變的方法和裝置，該方法和裝置允許對透鏡象差中位置移動分量進行自動測量，所述透鏡象差既包含由慧形象差引起畸變又包含由慧形象差引起的象點位置移動。
為了實現上述目的，根據本發明，提供一種畸變測量方法，它包括以下步驟形成掩模，該掩模至少具有包含多個大圖案的陣列的第一衍射光柵圖案和包含多個顯微圖案的陣列的第二衍射光柵圖案，所述第二衍射光柵圖案與所述第一衍射光柵圖案隔開預定的間隔，所述多個顯微圖案沿著垂直于所述第二衍射光柵圖案的陣列方向的方向、按照預定的間距排列；至少通過透鏡把形成在所述掩模上的所述第一和第二衍射光柵圖案投影在光敏基片上；以及利用具有可衍射波長的相干光線掃描所述光敏基片，并且測量至少所述第一和第二衍射光柵圖案之間的間隔，從而測量包含由透鏡的象差引起的象點的位置移動分量的畸變。
圖1A是說明由慧形象差引起的包含位置移動的畸變測量圖案、以便說明根據本發明的實施例的測量方法的視圖；圖1B是說明當掃描圖1A中所示的畸變測量圖案時掃描位置和信號強度的關系的曲線圖；圖2是用來說明由慧形象差引起的位置移動的聚焦相關性的曲線圖3A是說明用來把由慧形象差引起的位置移動與由畸變引起的位置移動分開的測量圖案、以便說明根據本發明的另一個實施例的測量方法的視圖；圖3B是說明當掃描圖3A中所示的畸變測量圖案時掃描位置和信號強度的關系的曲線圖；圖4是用來說明由于由慧形象差和由遠心性移動引起的位置移動緣故的位置移動的曲線圖；以及圖5是說明根據本發明的測量裝置的配置的視圖。
下面將參考附圖詳細地描述本發明。
圖1A說明根據本發明的實施例的測量方法。圖1A顯示包含由慧形象差引起的位置移動的畸變測量圖案(也稱為“標記”)。在檢查用光網上畫出這種測量圖案。利用畫出的檢查光網將涂有光致抗蝕劑的基片曝光和顯影。更具體地說，圖1A還示出檢查圖案的形狀，后者形成在利用所述檢查光網曝光和顯影的基片的光致抗蝕劑上。
參考圖1A，這種檢查圖案由具有作為主標尺1的大圖案的衍射光柵和具有作為游標2的線條間隔(L/S)圖案(顯微圖案)的衍射光柵。主標尺1和游標2彼此平行排列并且按預定的間隔隔開。游標2的線條間隔圖案沿著衍射光柵的形成方向(y方向)排列，并且沿著所述形成方向的方向(x方向)、按照對應于待實際制造的器件圖案的間距的間距排列。在圖1A所示的實施例中，按照與實際器件的互連間距一致的若干間距形成游標2的線條間隔圖案。
主標尺1的一個圖案具有正方形。但是，主標尺1的圖案的形狀不限于這種形狀，只要所述圖案是起衍射光柵作用的大圖案。
主標尺1和游標2之間的間距相對于用于制造的相干光線的波長足夠地長，雖然所述距離并不由于坐標測量系統而產生阿貝誤差(Abbe error)。
在具有兩個通過構成圖案的過程形成的線性衍射光柵的基片上，利用具有可充分衍射的波長和相干性的相干光線掃描所述兩個衍射光柵之間的間隔，并且測量所述兩個衍射光柵之間的間隔。圖1B顯示當用相干光線掃描所述兩個衍射光柵時，光信號強度和相干光線掃描位置之間的關系。
可以通過對多次測量圖案的結果取平均值或者利用多個圖案而減小誤差。當不僅沿著y方向、而且沿著x方向或x和y方向之間的徑向形成衍射光柵時，可以獲得詳細的畸變數據。
利用這種測量結果，可以測量實際器件曝光的位置移動量。
圖2顯示當透鏡具有慧形象差時位置移動和聚焦軸(縱坐標)之間的關系。橫坐標代表所述位置移動量。在慧形象差中，反差像彗星圖案那樣降低，并且象點的位置也移動。由慧形象差引起的位置移動分量隨著線條間隔圖案的間距而變化。如圖2中所示，對于大圖案，所述位置移動是微小的。顯微圖案對象差敏感，因而位置移動變大。對于純畸變，位置移動量不隨圖案的間距而變化。
如圖1A中所示，在本實施例中，具有小的位置移動的大圖案用作主標尺1，而具有大的位置移動的顯微圖案用作游標2。在這種情況下，可以測量既包含由畸變引起的位置移動又包含由透鏡的慧形象差引起的位置移動的實際位置移動。
為了把由慧形象差引起的位置移動與由畸變引起的位置移動分開，增加由大圖案形成的游標3。游標2和3排列在主標尺1的兩側，同時，與主標尺1隔開預定的間隔。在測量主標尺1與游標2、3之間的距離之后，可以將所述象差分開。這是由于游標2是由顯微圖案形成的，使得它變得對象差敏感。
參考圖3B，在掃描方向和測量光線的光接收信號的強度之間的關系中，對應于主標尺1的峰值和對應于游標3的峰值之間的距離對應于由畸變引起的位置移動。對應于主標尺1的峰值和對應于游標2的峰值之間的距離對應于由慧形象差引起的位置移動。
圖5示出根據本發明的畸變測量裝置的配置。
圖5中所示的畸變測量裝置包括在其上放置諸如晶片的光敏基片103的載物臺105。光敏基片103具有第一和第二衍射光柵的圖案(標記結構)，所述第一和第二光柵是由主標尺1和游標2通過縮影投影曝光裝置利用上述光網在光致抗蝕劑(光敏薄膜)104上形成的。所述裝置還具有激光源101，用來把相干光線作為出射光線投射在光敏基片103上；光接收部分102，用來從光敏基片103接收衍射光線，并且把所述光線轉換成電信號；由CPU(中央處理單元)構成的算術處理控制裝置106，用來從光接收部分102接收所述電信號并且根據所述信號強度測量兩個光柵之間的間隔；以及位置控制裝置107用來控制載物臺105在x和y方向的移動。
為了用相干光線掃描光敏基片103，算術處理控制裝置106向位置控制裝置107輸出用來移動載物臺105的控制信號。利用具有可充分衍射的波長和相干性的相干光線、在垂直于兩個衍射光柵的形成方向的方向上對具有通過構成圖案的步驟形成的兩個衍射光柵的光敏基片103進行掃描，并且測量所述兩個衍射光柵之間的間隔d。
利用這種操作測量了位置移動，后者包括由透鏡的慧形象差引起的位置移動和由畸變引起的位置移動。如圖3A中所示，當在光致抗蝕劑104上形成游標3時，可以用與測量由畸變引起的位置移動的過程分開的過程測量由透鏡的慧形象差引起的位置移動。
在上述實施例中，本發明用于測量由慧形象差引起的位置移動。本發明還可以用于光軸的遠心測量。光軸的遠心性指的是入射光瞳和出射光瞳之一是無限大的。當在象空間的后焦點或者在物空間的前焦點設置孔徑闌時，主光線變成平行于物空間或象空間的光軸。
圖2中說明當存在慧形象差時位置移動對聚焦的依賴性。如果未保持遠心性，則呈現對聚焦的線性依賴性。可以通過把主標尺1在預定的聚焦狀態下曝光并且把某些游標2在散焦狀態下曝光，來測定位置移動對聚焦的依賴性。通過用直線逼近對聚焦的依賴性而獲得的斜線(圖4中的虛線)代表由遠心性引起的位置移動分量。
當把由遠心性引起的位置移動與由慧形象差引起的移動分開時，利用偶函數的近似中最高程度近似的系數(利用四次函數的近似中的四次系數)對應于慧形象差分量。
如上所述，根據本發明，可以自動地測量透鏡象差引起的象點位置移動分量，所述位置移動分量不僅包含由畸變引起的位置移動，而且包含由慧形象差引起的位置移動。
之所以如此的理由如下。在本發明中，在檢驗光網上形成大圖案形式的主標尺和顯微圖案形式的游標。這使得有可能測量由慧形象差引起的位置移動和由畸變引起的位置移動的和，而其值接近實際器件曝光時的值。
權利要求
1.一種畸變測量方法，其特征在于包括以下步驟形成掩模，該掩模至少具有包含多個大圖案的陣列的第一衍射光柵圖案(1)和包含多個顯微圖案的陣列的第二衍射光柵圖案(2)，所述第二衍射光柵圖案與所述第一衍射光柵圖案隔開預定的間隔，所述多個顯微圖案沿著垂直于所述第二衍射光柵圖案的陣列方向的方向、按照預定的間距排列；通過透鏡至少把形成在所述掩模上的所述第一和第二衍射光柵圖案投影在光敏基片上；以及利用具有可衍射波長的相干光線掃描所述光敏基片，并且測量至少所述第一和第二衍射光柵圖案之間的間隔，從而測量包含由透鏡的象差引起的象點的位置移動分量的畸變。
2.權利要求1的方法，其特征在于所述第一衍射光柵圖案形成主標尺，而所述第二衍射光柵圖案形成與所述主標尺平行排列的游標。
3.權利要求1的方法，其特征在于所述形成步驟還包括以下步驟在所述掩模上形成第三衍射光柵圖案(3)，后者具有平行于所述第一衍射光柵圖案并且與所述第一衍射光柵圖案隔開預定間隔的多個大圖案的陣列；所述投影步驟包括以下步驟通過透鏡把在所述掩模上形成的所述第一、第二和第三衍射光柵圖案投影在所述光敏基片上；以及所述測量步驟包括以下步驟利用具有可衍射波長的相干光線掃描所述光敏基片，并且測量所述第一衍射光柵圖案和第二及第三衍射光柵圖案之間的間隔，由此測量包含由所述透鏡的象差引起的象點位置移動分量的畸變。
4.權利要求1的方法，其特征在于所述形成步驟包括以下步驟在所述掩模上形成多套所述第一和第二衍射光柵圖案。
5.權利要求1的方法，其特征在于所述形成步驟包括以下步驟在準備用于投影光學系統的透鏡的象差調整的光網上形成包括至少一對所述第一和第二衍射光柵圖案的圖案；所述投影步驟包括以下步驟利用具有所述第一和第二衍射光柵圖案的所述光網，將所述圖案曝光和顯影在所述光敏基片上；以及所述測量步驟包括以下步驟利用具有可衍射波長的相干光線、沿著垂直于形成在所述光敏基片上的所述第一和第二衍射光柵圖案的陣列方向的方向掃描所述光敏基片，并且測量所述第一和第二衍射光柵圖案之間的間隔，由此測量包含由所述投影光學系統的所述透鏡的象差引起的象點位置移動分量的畸變。
6.權利要求5的方法，其特征在于所述曝光和顯影步驟包括以下步驟在預定的聚焦狀態下將所述第一衍射光柵圖案曝光，并且在散焦狀態下將某些第二衍射光柵圖案曝光；以及通過測量所述第一和第二衍射光柵圖案之間的間隔來測量由所述投影光學系統的所述透鏡的遠心性引起的所述象點的位置移動的聚焦依賴性。
7.一種畸變測量裝置，其特征在于包括放置裝置(105)，用來放置光敏基片，具有多個大圖案的陣列的第一衍射光柵圖案(1)和與該第一衍射光柵圖案隔開預定的間隔的、具有多個顯微圖案的陣列的第二衍射光柵圖案(2)通過透鏡轉移到所述光敏基片上，所述第一和第二衍射光柵圖案形成在掩模上，并且所述多個顯微圖案沿著垂直于所述第二衍射光柵圖案的陣列方向的方向、按照預定的間距排列；光投影裝置(101)，用來把具有可衍射波長的相干光線投射到轉移到所述光敏基片上的所述第一和第二衍射光柵圖案之間；光接收裝置(102)，用來接收來自轉移到所述光敏基片上的所述第一和第二衍射光柵圖案的反射光；以及掃描控制裝置(106，107)，用來使來自所述光投射裝置的相干光線、相對于垂直所述第一和第二衍射光柵圖案的陣列方向的方向掃描所述光敏基片，并且測量所述第一和第二衍射光柵圖案之間的間隔，從而測量包含由透鏡的象差引起的象點的位置移動分量的畸變。
8.權利要求7的裝置，其特征在于所述第一衍射光柵圖案形成主標尺，而所述第二衍射光柵圖案形成與所述主標尺平行排列的游標。
9.權利要求7的裝置，其特征在于所述掩模還具有第三衍射光柵圖案(3)，后者具有平行于所述第一衍射光柵圖案并且與所述第一衍射光柵圖案隔開預定間隔的多個大圖案的陣列；以及所述掃描控制裝置利用具有可衍射波長的相干光線掃描所述光敏基片，所述第一、第二和第三衍射光柵圖案轉移到所述光敏基片上，并且測量所述第一衍射光柵圖案和第二及第三衍射光柵圖案之間的間隔，由此測量包含由所述透鏡的象差引起的象點位置移動分量的畸變。
10.權利要求7的裝置，其特征在于所述掩模具有在該掩模上的多套所述第一和第二衍射光柵圖案。
11.權利要求7的裝置，其特征在于在準備用于投影光學系統的透鏡的象差調整的光網上形成包括至少一對所述第一和第二衍射光柵圖案的圖案；所述投影步驟包括以下步驟利用具有所述第一和第二衍射光柵圖案的所述光網，將所述圖案曝光和顯影在所述光敏基片上；以及利用具有可衍射波長的相干光線、沿著垂直于形成在所述光敏基片上的所述第一和第二衍射光柵圖案的陣列方向的方向掃描所述光敏基片，并且測量所述第一和第二衍射光柵圖案之間的間隔，由此測量包含由所述投影光學系統的所述透鏡的象差引起的象點位置移動分量的畸變。
12.一種準備用于投影光學系統的透鏡的象差調整的光網，其特征在于包括具有多個大圖案的陣列的第一衍射光柵圖案(1)，以及具有多個顯微圖案的陣列的第二衍射光柵圖案(2)，所述第二衍射光柵圖案與所述第一衍射光柵圖案隔開預定的間隔，所述多個顯微圖案沿著垂直于所述第二衍射光柵圖案的陣列方向的方向、按照預定的間距排列。
13.權利要求12的光網，其特征在于所述第一衍射光柵圖案形成主標尺，而所述第二衍射光柵圖案形成與所述主標尺平行排列的游標。
14.權利要求12的光網，其特征在于還包括第三衍射光柵圖案(3)，后者具有平行于所述第一衍射光柵圖案并且與所述第一衍射光柵圖案隔開預定間隔的多個大圖案的陣列。
15.權利要求12的光網，其特征在于所述第一和第二衍射光柵圖案中的每一個包括多套衍射光柵圖案。
16.權利要求12的光網，其特征在于所述顯微圖案是線條間隔圖案；以及所述線條間隔圖案的間距設置成與實際器件的互連圖案的間距一致。
17.權利要求12的光網，其特征在于所述第一和第二衍射光柵圖案的間隔設置成大于掃描用的相干光線的波長。
18.權利要求12的光網，其特征在于沿著相干光線掃描用的第一方向、垂直于所述第一方向的第二方向以及所述第一方向和所述第二方向之間的多個方向排列包含所述第一和第二衍射光柵圖案的各圖案。
全文摘要
在畸變測量方法中,形成至少具有包含多個大圖案的陣列的第一衍射光柵圖案和與之隔開預定間隔的包含多個顯微圖案的陣列的第二衍射光柵圖案的掩模。多個顯微圖案沿著垂直于第二衍射光柵圖案的陣列方向的方向、按照預定的間距排列。通過透鏡至少把形成在掩模上的第一和第二衍射光柵圖案投影在光敏基片上。利用相干光線掃描光敏基片并測量至少第一和第二衍射光柵圖案之間的間隔,從而測量包含由透鏡的象差引起的象點的位置移動分量的畸變。
文檔編號G03F1/38GK1272621SQ0010827
公開日2000年11月8日 申請日期2000年4月30日 優先權日1999年4月30日
發明者齊藤博文 申請人:日本電氣株式會社