一種大數(shù)值孔徑光刻機投影物鏡波像差檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及光刻機投影物鏡，特別是一種大數(shù)值孔徑光刻機投影物鏡波像差檢測 方法。
【背景技術】
[0002] 光刻機是極大規(guī)模集成電路制造的核心設備之一。投影物鏡是光刻機最重要的分 系統(tǒng)之一。投影物鏡的波像差影響光刻機的成像質(zhì)量，造成成像對比度降低，工藝窗口縮 小。隨著光刻技術從干式發(fā)展至浸沒式，光刻機投影物鏡的像差容限變得越來越嚴苛，對波 像差檢測精度的要求也越來越高。因此，為滿足光刻機的套刻精度和分辨率等要求，研發(fā)一 種高精度的大數(shù)值孔徑光刻機投影物鏡波像差檢測技術意義重大。
[0003] 2011年，Lifeng Duan等人提出了一種基于空間像主成分分析的光刻機投影物鏡 波像差檢測技術（參見在先技術 1，Lifeng Duan，Xiangzhao Wang，Anatoly Y. Bourov, et al. , "In situ aberration measurement technique based on principal component analysis of aerial image, "0pt.Express 19(19)，18080-18090(2011))。該技術米用水 平和垂直兩個方向的檢測標記，在一種照明模式下，通過采集空間像光強分布檢測光刻投 影物鏡波像差。該技術檢測精度高，速度快；但由于掩模檢測標記只有兩個方向，只能用于 檢測低階像差（z 5, Z7~Z 9, Z14~Z 16)，無法檢測更高階澤尼克像差。
[0004] 在上述技術的基礎上，段立峰等又提出了一種基于空間像檢測的投影物鏡波像差 原位測量方法（參見在先技術2,段立峰，王向朝，徐東波，"基于空間像檢測的投影物鏡波 像差原位測量方法"，專利號：ZL201210115759. 5)。該方法采用6個方向的掩模檢測標記實 現(xiàn)了 33階澤尼克像差的測量（Z5~Z 37)，該方法通過增加掩模檢測標記實現(xiàn)了高階澤尼克 像差的檢測，但由于使用標量成像模型，只能適用于投影物鏡數(shù)值孔徑小于/等于0. 75的 情況，無法檢測大數(shù)值孔徑光刻機投影物鏡波像差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于空間像檢測的大數(shù)值孔徑光刻機投影物鏡波像 差檢測方法，能夠高精度地檢測大數(shù)值孔徑光刻機投影物鏡的波像差。
[0006] 本發(fā)明的技術解決方案如下：
[0007] -種大數(shù)值孔徑光刻機投影物鏡波像差檢測方法，該方法采用的測量系統(tǒng)包括用 于產(chǎn)生激光光束的光源、照明系統(tǒng)、用于承載測試掩模并擁有精確定位能力的掩模臺、用于 將掩模圖形上的檢測標記成像到硅片上的投影物鏡系統(tǒng)、能承載硅片并具有三維掃描能力 和精確定位能力的工件臺、安裝在該工件臺上的空間像傳感器以及與空間像傳感器相連的 數(shù)據(jù)處理計算機。
[0008] 所述的光源可以是傳統(tǒng)照明、環(huán)形照明、二極照明、四極照明和自由照明光源，傳 統(tǒng)照明光源的部分相干因子為σ ;環(huán)形照明光源的部分相干因子為[0(Mt，0in]，〇_表 不外部相干因子，〇^表不內(nèi)部相干因子；二極照明的部分相干因子為[σ _，0in]，0OTt 表不外部相干因子，0^表不內(nèi)部相干因子，極張角為θ ;四極照明的部分相干因子為 [0OUt, Gin]，0OUt表不外部相干因子，0 to表不內(nèi)部相干因子，極張角為θ。
[0009] 所述的照明系統(tǒng)用于調(diào)整所述光源產(chǎn)生的照明光場的光強分布及偏振狀態(tài)。
[0010] 所述的檢測標記由6個具有不同方向取向的孤立空組成，6個不同的方向取向分 別為 0。，30。，45。，90。，120。，135。。
[0011] 該方法包括建模階段和像差提取階段。
[0012] 建模階段包括以下2個步驟：
[0013] a.仿真空間像集合的創(chuàng)建
[0014] 采用Box-Behnken Design統(tǒng)計抽樣方式設定33階澤尼克像差Z5~Z37的組合ZU， 并隨機設定一組大數(shù)值孔徑光刻機投影物鏡的偏振像差PT ;
[0015] 選擇光刻仿真參數(shù)：照明系統(tǒng)的照明方式及其部分相干因子，照明方式為偏振照 明，照明光的偏振態(tài)可以是完全偏振，部分偏振和完全非偏振，光刻機曝光波長λ，投影物 鏡的數(shù)值孔徑ΝΑ，設定NA的取值范圍為NA多0. 93 ;
[0016] 在掩模臺上放置測試掩模，該測試掩模上的測試標記為孤立空組合；
[0017] 空間像米集范圍：X方向米集范圍為[-L, L]，設定L的取值范圍為 300nm彡L彡3000nm，Z方向采集范圍為[-F, F]，設定F的取值范圍為2000nm彡F彡6000nm ; 空間像采集點數(shù)：X方向采集點數(shù)為M，設定M的取值范圍為M多20, Z方向采集點數(shù)為N， 設定N的取值范圍為N多13 ;將上述參數(shù)和澤尼克像差組合ZU輸入計算機，使用公式①所 示的矢量成像公式，采用光刻仿真軟件進行仿真，得到仿真空間像集合AIU。
【主權項】
1. 一種大數(shù)值孔徑光刻機投影物鏡波像差檢測方法，該方法采用的測量系統(tǒng)包括用于 產(chǎn)生激光光束的光源（1)、照明系統(tǒng)（2)、用于承載測試掩模（3)并擁有精確定位能力的掩 模臺（4)、用于將掩模圖形上的檢測標記（5)成像到硅片上的投影物鏡系統(tǒng)（6)、能承載硅 片并具有三維掃描能力和精確定位能力的工件臺（7)、安裝在該工件臺（7)上的空間像傳 感器⑶以及與空間像傳感器⑶相連的數(shù)據(jù)處理計算機（9); 其特征在于，該方法包括建模階段和像差提取階段； 所述的建模階段包括以下2個步驟： a. 仿真空間像集合的創(chuàng)建 采用Box-BehnkenDesign統(tǒng)計抽樣方法設定33階澤尼克像差Z5~Z37的組合ZU，并 隨機設定一組偏振像差PT; 選擇光刻仿真參數(shù)：照明系統(tǒng)的照明方式及其部分相干因子，光刻機曝光波長A，投 影物鏡的數(shù)值孔徑NA; 在掩模臺上放置測試掩模，該測試掩模上的測試標記為孤立空組合； 設置空間像米集范圍：X方向米集范圍為[_L，L]，Z方向米集范圍為[_F，F(xiàn)];空間像米 集點數(shù):X方向采集點數(shù)為M，Z方向采集點數(shù)為N; 將上述參數(shù)和澤尼克像差組合ZU輸入計算機，采用光刻仿真軟件進行仿真，得到仿真 空間像集合AIU; b. 線性回歸矩陣的標定 對仿真空間像集合AIU進行主成分分析，獲取仿真空間像的主成分以及相應的主成分 系數(shù)，公式如下： AIU=PC?V ①其中，PC為仿真空間像集合的主成分，V為對應的主成分系數(shù)； 將所述的主成分系數(shù)V和所述的澤尼克像差組合ZU作為已知數(shù)據(jù)，采用最小二乘法擬 合方法計算線性回歸矩陣RM，公式如下： V=ZU?RM(2) 所述的像差提取階段包括以下2個步驟： a. 實測空間像的采集 對待檢測的光刻機進行參數(shù)設置，參數(shù)與建模階段步驟a.相同； 啟動光刻機，光源發(fā)出的照明光經(jīng)過照明系統(tǒng)調(diào)整后得到與建模階段步驟a.相應的 照明方式，照射到掩模臺上的測試掩模，利用空間像傳感器測量經(jīng)投影物鏡匯聚的多方向 測試標記對應的空間像，得到實測空間像，并輸入所述計算機儲存； b. 澤尼克像差的求解 利用計算機對實測空間像進行主成分擬合，得到實測空間像的主成分系數(shù)，然后與所 述的線性回歸矩陣RM按照最小二乘法進行擬合，得到所測光刻機投影物鏡的澤尼克像差。
2. 根據(jù)權利要求1所述的大數(shù)值孔徑光刻機投影物鏡波像差檢測方法，其特征在于， 所述的光源是傳統(tǒng)照明、環(huán)形照明、二極照明、四極照明或自由照明光源，傳統(tǒng)照明光源的 部分相干因子為 0 ;環(huán)形照明光源的部分相干因子為[Otjut, 0in]，0OTt表不外部相干因 子，0 ^表不內(nèi)部相干因子；二極照明的部分相干因子為[0 OTt，0 in]，0 OTt表不外部相干因 子，〇^表不內(nèi)部相干因子，極張角為Q;四極照明的部分相干因子為[0 _，〇in]，〇_表 不外部相干因子，0 &表不內(nèi)部相干因子，極張角為Q; 所述的照明系統(tǒng)用于調(diào)整所述光源產(chǎn)生的照明光場的光強分布及偏振狀態(tài)； 所述的檢測標記由6個具有不同方向取向的孤立空組成，6個不同的方向取向分別為 0。 ，30。 ，45。 ，90。 ，120。和 135。。
3. 根據(jù)權利要求1所述的大數(shù)值孔徑光刻機投影物鏡波像差檢測方法，其特征在于， 所述的照明方式為偏振照明。
4. 根據(jù)權利要求1所述的大數(shù)值孔徑光刻機投影物鏡波像差檢測方法，其特征在于， 所述的光的偏振態(tài)是完全偏振，部分偏振或完全非偏振。
5. 根據(jù)權利要求1所述的大數(shù)值孔徑光刻機投影物鏡波像差檢測方法，其特征在于， 所述的X方向采集范圍L的取值范圍為300nm<L< 3000nm;Z方向采集范圍F的取值范 圍為2000nm<F< 6000nm;X方向采集點數(shù)M的取值范圍為M多20,Z方向采集點數(shù)N的 取值范圍為N彡13。
6. 根據(jù)權利要求1所述的大數(shù)值孔徑光刻機投影物鏡波像差檢測方法，其特征在于， 所述的投影物鏡的數(shù)值孔徑NA多0. 93。
【專利摘要】一種大數(shù)值孔徑光刻機投影物鏡波像差檢測方法，本發(fā)明分為建模階段和像差提取階段，建模階段先設定光的偏振態(tài)、投影物鏡的偏振像差以及數(shù)值孔徑等參數(shù)，仿真空間像，對仿真空間像進行主成分分析和多元線性回歸分析，得到相應的主成分和回歸矩陣,建立與大數(shù)值孔徑光刻機匹配的檢測模型；像差提取階段采集實測空間像，對實測空間像進行主成分擬合得到主成分系數(shù)，采用回歸矩陣對主成分系數(shù)進行最小二乘法擬合得到實測空間像的澤尼克像差。本發(fā)明實現(xiàn)了大數(shù)值孔徑光刻機投影物鏡的澤尼克像差Z5～Z37的高精度檢測。
【IPC分類】G03F7-20, G01M11-02
【公開號】CN104777718
【申請?zhí)枴緾N201510166998
【發(fā)明人】諸波爾, 李思坤, 王向朝, 閆觀勇, 沈麗娜, 王磊
【申請人】中國科學院上海光學精密機械研究所
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月9日