專利名稱：基于空間像檢測(cè)的投影物鏡波像差原位測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻機(jī)投影物鏡像差，特別是一種基于空間像檢測(cè)的投影物鏡波像差原位測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
在集成電路制造領(lǐng)域，將掩模上的圖案經(jīng)由成像系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到硅片上的投影成像光刻機(jī)是公知的。投影物鏡系統(tǒng)是光刻機(jī)中的關(guān)鍵分系統(tǒng)之一。投影物鏡像差是影響光刻機(jī)成像質(zhì)量的重要因素。投影物鏡波像差可以分為奇像差與偶像差。其中，奇像差主要包括彗差和三波差，偶像差主要包括球差和像散。奇像差使曝光到硅片上的圖形位置發(fā)生變化，從而引起套刻誤差。偶像差使曝光的圖形的最佳焦面發(fā)生變化，從而影響光刻機(jī)的分辨率。隨著光刻特征尺寸的不斷變小，尤其是分辨率增強(qiáng)技 術(shù)的使用，投影物鏡像差對(duì)光刻質(zhì)量的影響變得越來(lái)越明顯。因此，為保證光刻機(jī)的套刻精度及分辨率滿足要求，全面、高精度的波像差檢測(cè)技術(shù)不可或缺。在以前的工作中，我們提出了一種基于空間像主成分分析的光刻投影物鏡波像差檢測(cè)技術(shù)(參見(jiàn)在先技術(shù)[I]，Lifeng Duan, Xiangzhao Wang, Anatoly Y. Bourov, BoPeng, and Peng Bu, “In situ aberration measurement technique based on principalcomponent analysis ofaerial image,，，Opt. Express 19,18080-18090(2011),)。在先技術(shù)采用水平和豎直兩個(gè)方向的測(cè)試標(biāo)記，在一種照明模式下，測(cè)試標(biāo)記經(jīng)投影物鏡形成空間像，之后利用位于工件臺(tái)上的透射式像傳感器獲取掩模測(cè)試標(biāo)記在不同照明條件下的空間像光強(qiáng)分布，并根據(jù)空間像光強(qiáng)反演計(jì)算投影物鏡的波像差。在先技術(shù)檢測(cè)精度高，速度快；但由于掩模測(cè)試標(biāo)記只有兩個(gè)方向，只能用于檢測(cè)低階像差z5，Z7, Z8, Z9, Z14, Z15, Z16，無(wú)法對(duì)更高階澤尼克像差進(jìn)行檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種基于空間像檢測(cè)的投影物鏡波像差原位測(cè)量方法。通過(guò)安裝在工件臺(tái)上的圖像傳感器測(cè)量具有不同取向的掩模標(biāo)記空間像光強(qiáng)分布，能夠用于檢測(cè)Z5-Z37共33項(xiàng)澤尼克像差。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下—種基于空間像檢測(cè)的投影物鏡波像差原位測(cè)量方法，該方法采用的測(cè)量系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生照明光束的光源、能調(diào)整照明方式以及照明數(shù)值孔徑的照明系統(tǒng)、用于承載測(cè)試掩模并能實(shí)現(xiàn)精確定位的掩模臺(tái)、用于將掩模圖形成像到硅片上的投影物鏡系統(tǒng)、能精確定位的六維掃描工件臺(tái)、安裝在六維掃描工件臺(tái)上的空間像傳感器以及與工件臺(tái)相連的數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，其特征在于本方法包括以下步驟①仿真空間像集合的建立采用傳統(tǒng)Box-Behnken Design統(tǒng)計(jì)抽樣方式或其它統(tǒng)計(jì)抽樣方式設(shè)定澤尼克系數(shù)Z5 Z37的組合ZM。選定光刻機(jī)的參數(shù)照明系統(tǒng)的照明方式及其部分相干因子，光刻機(jī)激光器的使用波長(zhǎng)為X，投影物鏡的數(shù)值孔徑NA，在掩模臺(tái)上的安置測(cè)試掩模，該測(cè)試掩模上的測(cè)試標(biāo)記為孤立線條組合或孤立空組合，該組合包括m個(gè)孤立線條或孤立空且每個(gè)孤立線條或孤立空具有不同的方向取向。所述的m個(gè)孤立線條或孤立空的不同方向取向?yàn)?O。, 180° /N, 2X180° /N, 3X180° /N， ，(N_l) X 180。/N，180。共 N+1 個(gè)方向取向中的任意m個(gè)方向，其中m和N均為大于等于6的正整數(shù)且m彡N;空間像采集范圍X方向采集范圍為[-L，L]，Z方向采集范圍為[-F，F(xiàn)];空間像采樣點(diǎn)數(shù)X方向采樣點(diǎn)數(shù)為M，Z方向采集采樣點(diǎn)數(shù)為N ;將上述參數(shù)設(shè)計(jì)和澤尼克系數(shù)組合ZM輸入計(jì)算機(jī)，采用PROLITH或其它光刻仿真軟件進(jìn)行仿真，得到仿真空間像集合AIM ；②空間像特征系數(shù)與澤尼克系數(shù)之間靈敏度矩陣的標(biāo)定對(duì)仿真空間像集合AM進(jìn)行傳統(tǒng)主成分分析，獲取可以表征空間像的主成 分以及相應(yīng)的特征系數(shù)。對(duì)仿真空間像集合AIM使用公式(I)進(jìn)行傳統(tǒng)主成分分析AIM = PC V (I) 其中，PC為主成分分析得到的仿真空間像集合的主成分，V表示仿真空間像集合的對(duì)應(yīng)的特征系數(shù)；將所述的特征系數(shù)V以及所述的澤尼克系數(shù)組合ZM作為已知數(shù)據(jù)，采用常規(guī)最小二乘法擬合方法使用公式(2)計(jì)算靈敏度矩陣S V = ZM .S (2)其中，即為標(biāo)定的空間像特征系數(shù)與澤尼克系數(shù)之間的靈敏度矩陣。③啟動(dòng)光刻機(jī)采集空間像對(duì)待檢測(cè)的光刻機(jī)的投影物鏡的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，參數(shù)同步驟①；啟動(dòng)光刻機(jī)，光源發(fā)出的照明光經(jīng)照明系統(tǒng)調(diào)整后得到相應(yīng)的照明方式，照射到掩模臺(tái)上的測(cè)試掩模，利用空間像傳感器測(cè)量經(jīng)投影物鏡匯聚的多方向測(cè)試標(biāo)記對(duì)應(yīng)的空間像，檢查測(cè)量結(jié)果無(wú)誤后，將實(shí)測(cè)空間像輸入所述計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存；④澤尼克像差的求解計(jì)算機(jī)對(duì)所述的實(shí)測(cè)空間像，按照常規(guī)方法進(jìn)行主成分?jǐn)M合，得到實(shí)測(cè)空間像的特征系數(shù)，該實(shí)測(cè)空間像的特征系數(shù)同步驟②中得到的靈敏度矩陣S，按常規(guī)方法進(jìn)行最小二乘擬合，得到所測(cè)光刻機(jī)投影物鏡的澤尼克像差。 所述的設(shè)定光刻機(jī)照明模式包括傳統(tǒng)照明與離軸照明。所述的L的取值范圍為3000nm彡L彡450nm ;F的取值范圍為5000nm彡F彡2000nm ；M的取值范圍為M彡20，N的取值范圍為N彡13。所述的光源包括汞燈，193nm激光光源、248nm激光光源，157nm激光光源，EUV光源。所述的圖像傳感器包括CMOS，CXD或光電二極管。所述的移動(dòng)工件臺(tái)包括在x、y平面內(nèi)沿任意方向進(jìn)行的移動(dòng)與沿z方向的移動(dòng)。所述投影物鏡為全透射式、全反射式及折反式投影物鏡，投影物鏡的數(shù)值孔徑值為0彡NA彡I。與在先技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明提出了一種基于空間像檢測(cè)的投影物鏡波像差原位測(cè)量方法，通過(guò)采用多方向的測(cè)試掩模標(biāo)記，增加了對(duì)投影物鏡光瞳的采樣信息，可全部高精度的檢測(cè)澤尼克像差 Z5_Z37°


圖I本發(fā)明所采用的基于空間像檢測(cè)的投影物鏡波像差原位測(cè)量方法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2本發(fā)明所采用的掩模標(biāo)記的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3使用本發(fā)明測(cè)量得到的投影物鏡波像差精度圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此實(shí)施實(shí)例限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。 先請(qǐng)參閱圖1，圖I是本發(fā)明采用的測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。產(chǎn)生照明光束的光源1，用于調(diào)整所屬光源發(fā)出光束的束腰尺寸、光強(qiáng)分布、部分相干因子和照明方式的照明系統(tǒng)2，等夠承載測(cè)試掩模3并能實(shí)現(xiàn)精確定位的掩模臺(tái)4，用于將掩模圖形成像到硅片上且數(shù)值孔徑可調(diào)的投影物鏡5，能精確定位的六維掃描工件臺(tái)6及安裝在六維掃描工件臺(tái)上的空間像傳感器7，與工件臺(tái)相連的數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)8。具體測(cè)量過(guò)程包含以下四個(gè)步驟①仿真空間像集合的建立采用傳統(tǒng)Box-Behnken Design統(tǒng)計(jì)抽樣方式設(shè)定澤尼克系數(shù)Z5 Z37的組合ZM。選定光刻機(jī)的參數(shù)照明系統(tǒng)的照明方式為離軸照明方式中的環(huán)形照明，其部分相干因子為[O wt O in] =
，光刻機(jī)激光器的使用波長(zhǎng)為193nm，投影物鏡的數(shù)值孔徑NA為0. 75，在掩模臺(tái)上的安置測(cè)試掩模，該測(cè)試掩模上的測(cè)試標(biāo)記為孤立線條組合，該組合包括8個(gè)孤立線條且每個(gè)孤立線條具有不同的方向取向。所述的8個(gè)孤立線條的不同方向取向?yàn)?° ,30°，45° ,60° ,90° ,120° ,135° ,150°，如圖2所示；空間像采集范圍X方向采集范圍為[_900nm，900nm]，Z方向采集范圍為[_3500nm，3500nm];空間像采樣點(diǎn)數(shù)X方向采樣點(diǎn)數(shù)為61，Z方向采集采樣點(diǎn)數(shù)為57 ;將上述參數(shù)設(shè)計(jì)和澤尼克系數(shù)組合ZM輸入計(jì)算機(jī)，采用PROLITH或其它光刻仿真軟件進(jìn)行仿真，得到仿真空間像集合AM ；②空間像特征系數(shù)與澤尼克系數(shù)之間靈敏度矩陣的標(biāo)定對(duì)仿真空間像集合AM進(jìn)行傳統(tǒng)主成分分析，獲取可以表征空間像的主成分以及相應(yīng)的特征系數(shù)。對(duì)仿真空間像集合AIM進(jìn)行傳統(tǒng)主成分分析可以使用公式(I)進(jìn)行。AIM = PC V (3)其中，PC為主成分分析得到的仿真空間像集合的主成分，V表示仿真空間像集合的對(duì)應(yīng)的特征系數(shù)。將式(I)中所述的特征系數(shù)V以及步驟①中所述的澤尼克系數(shù)組合ZM作為已知數(shù)據(jù)，采用常規(guī)最小二乘法擬合方法計(jì)算靈敏度矩陣。計(jì)算靈敏度矩陣使用公式(2)進(jìn)行V = ZM S (4)其中，S即為標(biāo)定的空間像特征系數(shù)與澤尼克系數(shù)之間的靈敏度矩陣。③啟動(dòng)光刻機(jī)采集空間像對(duì)待檢測(cè)的光刻機(jī)的投影物鏡的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，參數(shù)同步驟①；啟動(dòng)光刻機(jī)，光源發(fā)出的照明光經(jīng)照明系統(tǒng)調(diào)整后得到相應(yīng)的照明方式，照射到掩模臺(tái)上的測(cè)試掩模，利用空間像傳感器測(cè)量經(jīng)投影物鏡匯聚的多方向測(cè)試標(biāo)記對(duì)應(yīng)的空間像，檢查測(cè)量結(jié)果無(wú)誤后，將實(shí)測(cè)空間像輸入所述計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存；④澤尼克像差的求解計(jì)算機(jī)對(duì)所述的實(shí)測(cè)空間像，同步驟②所述的主成分PC按照常規(guī)方法進(jìn)行主成分?jǐn)M合，得到實(shí)測(cè)空間像的特征系數(shù)，該實(shí)測(cè)空間像的特征系數(shù)同步驟②中得到的靈敏度矩陣S，按常規(guī)方法進(jìn)行最小二乘擬合，得到所測(cè)光刻機(jī)投影物鏡的澤尼克像差，求解結(jié)果 如圖3所示。相對(duì)于在先技術(shù)[I]，本方法可以更為全面的高精度檢測(cè)投影物鏡波像差。
權(quán)利要求
1.一種基于空間像檢測(cè)的投影物鏡波像差原位測(cè)量方法，該方法采用的測(cè)量系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生照明光束的光源(I)、能調(diào)整照明方式以及照明數(shù)值孔徑的照明系統(tǒng)(2)、用于承載測(cè)試掩模(3)并能實(shí)現(xiàn)精確定位的掩模臺(tái)(4)、用于將掩模圖形成像到硅片上的投影物鏡系統(tǒng)(5)、能精確定位的六維掃描工件臺(tái)(6)、安裝在六維掃描工件臺(tái)上的空間像傳感器(7)以及與工件臺(tái)相連的數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)(8)，其特征在于本方法包括以下步驟 ①仿真空間像集合的建立 采用傳統(tǒng)Box-Behnken Design統(tǒng)計(jì)抽樣方式或其它統(tǒng)計(jì)抽樣方式設(shè)定澤尼克系數(shù)Z5 Z37的組合ZM ;選定光刻機(jī)的參數(shù)照明系統(tǒng)的照明方式及其部分相干因子，光刻機(jī)激光器的使用波長(zhǎng)為、，投影物鏡的數(shù)值孔徑NA ;在掩模臺(tái)上的安置測(cè)試掩模，該測(cè)試掩模上的測(cè)試標(biāo)記為孤立線條組合或孤立空組合，該組合包括m個(gè)孤立線條或孤立空且每個(gè)孤立線條或孤立空具有不同的方向取向；所述的m個(gè)孤立線條或孤立空的不同方向取向?yàn)镺。, 180° /N, 2X180° /N, 3X180° /N，…，(N_l) X 180。/N，180。共 N+1 個(gè)方向中的任意m個(gè)方向，其中m和N均為大于等于6的正整數(shù)且m彡N ;空間像采集范圍X方向采集范圍為[_L，L]，Z方向采集范圍為[_F，F(xiàn)];空間像采樣點(diǎn)數(shù)X方向采樣點(diǎn)數(shù)為M，Z方向采集采樣點(diǎn)數(shù)為N ;將上述參數(shù)設(shè)計(jì)和澤尼克系數(shù)組合ZM輸入計(jì)算機(jī)，采用PR0LITH或其它光刻仿真軟件進(jìn)行仿真，得到仿真空間像集合AIM ； ②空間像特征系數(shù)與澤尼克系數(shù)之間靈敏度矩陣的標(biāo)定 對(duì)仿真空間像集合AIM進(jìn)行傳統(tǒng)主成分分析，獲取表征空間像的主成分以及相應(yīng)的特征系數(shù)；使用公式(I)對(duì)仿真空間像集合AIM進(jìn)行主成分分析； AIM = PC V (I) 其中，PC為仿真空間像集合的主成分，V為對(duì)應(yīng)的特征系數(shù)； 將所述的特征系數(shù)V和所述的澤尼克系數(shù)組合ZM作為已知數(shù)據(jù)，采用常規(guī)最小二乘法擬合方法按公式(2)計(jì)算靈敏度矩陣S V = ZM S (2) ③啟動(dòng)光刻機(jī)采集空間像 對(duì)待檢測(cè)的光刻機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，參數(shù)同步驟①；啟動(dòng)光刻機(jī)，光源發(fā)出的照明光經(jīng)照明系統(tǒng)調(diào)整后得到相應(yīng)的照明方式，照射到掩模臺(tái)上的測(cè)試掩模，利用空間像傳感器測(cè)量經(jīng)投影物鏡匯聚的多方向測(cè)試標(biāo)記對(duì)應(yīng)的空間像，檢查測(cè)量結(jié)果無(wú)誤后，將實(shí)測(cè)空間像輸入所述計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存； ④澤尼克像差的求解 計(jì)算機(jī)對(duì)所述的實(shí)測(cè)空間像，進(jìn)行主成分?jǐn)M合，得到實(shí)測(cè)空間像的特征系數(shù)，該實(shí)測(cè)空間像的特征系數(shù)同步驟②中得到的靈敏度矩陣S，按常規(guī)方法進(jìn)行最小二乘擬合，得到所測(cè)光刻機(jī)投影物鏡的澤尼克像差。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的設(shè)定光刻機(jī)照明模式包括傳統(tǒng)照明與離軸照明。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的L的取值范圍為3000nm≤L≤450nm ；F的取值范圍為5000nm≤F≤2000nm ；M的取值范圍為M彡20，N的取值范圍為N≥13。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的光源包括汞燈，193nm激光光源、248nm激光光源，157nm激光光源，EUV光源。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的圖像傳感器包括CMOS，CCD或光電二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的移動(dòng)工件臺(tái)包括在x、y平面內(nèi)沿任意方向進(jìn)行的移動(dòng)與沿z方向的移動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述投影物鏡為全透射式、全反射式及折反式投影物鏡，投影物鏡的數(shù)值孔徑值為O < NA < I。
全文摘要
一種基于空間像檢測(cè)的投影物鏡波像差原位測(cè)量方法，該方法通過(guò)安裝在工件臺(tái)上的圖像傳感器測(cè)量具有不同方向取向的掩模標(biāo)記對(duì)應(yīng)的空間像光強(qiáng)分布，之后通過(guò)標(biāo)定好的靈敏度矩陣計(jì)算得到投影物鏡波像差。靈敏度矩陣可利用光刻物理仿真軟件進(jìn)行標(biāo)定。相比于在先技術(shù)，本方法可以更為全面的檢測(cè)投影物鏡波像差。
文檔編號(hào)G03F7/20GK102681358SQ201210115759
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者徐東波, 段立峰, 王向朝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所