专利名称：光刻机投影物镜奇像差原位检测系统和检测方法
技术领域：
本发明涉及光刻机，尤其涉及一种光刻机投影物镜奇像差原位检测系统和检测方法。
背景技术：
光刻技术是极大规模集成电路制造工艺中的核心技术，它影响着极大规模集成电路制造工艺所能实现的技术节点。步进扫描投影光刻机是用于光刻工艺的重要设备，其中投影物镜系统是光刻机的重要分系统之一。投影物镜波像差对光刻过程有重要影响。根据波像差分布特点，波像差可分为奇像差和偶像差，例如彗差和三波差即为奇像差，球差和像散则为偶像差。彗差和三波差导致掩模图形经过投影物镜成像后位置发生偏移、图形线宽不对称等，影响光刻机的套刻精度、增加光刻成像的CD不均勻性。随着光刻机的特征尺寸不断减小，光刻工艺对投影物镜波像差的检测和控制要求也愈来愈高，因此快速、高精度地检测投影物镜波像差，是降低和调整波像差的前提条件，对提高光刻成像质量具有重要意义。TAMIS (TIS At Multiple Illumination Settings)技术是国际上用于检测投影物镜波像差的重要技术之一，它是一种基于空间像的检测技术。参见在先技术1， Hans van der Laan, Marcel Dierichs， Henk van Greevenbroek， Elaine McCoo, Fred Stoffels， Richard Pongers, Rob Willekers，“Aerial image measurement methods for fast aberration set-up and illumination pupil verification,，，Proc. SPIE,4346, 394-407(2001)。与其它基于曝光过程的检测技术相比，TAMIS技术具有快速、简单、可靠等优点。TAMIS技术的核心思想是利用二元掩模标记作为检测标记，检测标记在成像过程中受到投影物镜波像差的影响，成像位置发生偏移或最佳焦面发生偏移，且偏移量与光刻成像过程的照明条件、投影物镜数值孔径、像差大小等有关，因此改变投影物镜数值孔径和部分相干因子，通过测量不同光刻成像条件下的成像位置偏移量或最佳焦面偏移量，通过数值处理得到像差大小。该技术的彗差和球差测量精度在3 σ标准下分别为2nm和3nm。由于 TAMIS技术采用二元掩模，而奇像差引起二元掩模的成像位置偏移量相对于相移掩模较小， 因此TAMIS技术的检测精度受到一定限制。针对上述技术的不足，Fan Wang等人提出了一种基于相移掩模检测标记的像差检测技术。参见在先技术 2，Fan Wang，Xiangzhao Wang，Mingying Ma, Dongqing Zhang， Weijie Shi，and Jianming Hu,“Aberration measurement of projection optics in lithographic tools by use of an alternating phase-shifting mask，，，Appl· Opt· 45， 281-287(2006).该技术采用180°的相移掩模光栅标记代替二元掩模标记进行像差检测。 由于相移掩模光栅标记的像差灵敏度系数变化范围更大，因此检测精度得到较大的改善。在先技术2利用相移掩模光栅标记检测像差时，忽略了光栅结构对测量精度的影响，因此Zicheng Qiu等人提出了一种基于非对称型相移掩模光栅标记的彗差检测方法。 参见在先技术 3，Zicheng Qiu, Xiangzhao Wang，Qiongyan Yuan and Fan Wang，“Comameasurement by use of an alternating phase-shifting mask mark with a specific phase width, ” Appl. Opt, 48, 261-269 (2009)。该方法通过优化相移掩模光栅标记的结构， 设计了一种光栅线宽与相移宽度不同的非对称型光栅结构，从而使光栅的士3级衍射光缺级，提高了相移掩模光栅标记的像差灵敏度，进一步提高了像差检测精度。在先技术1、在先技术2和在先技术3在检测投影物镜奇像差时，都是利用成像位置偏移量为测量对象，像差的测量精度受到位移测量工具和定位装置的精度的影响，限制了利用该技术的波像差检测精度的进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光刻机投影物镜奇像差原位检测系统和检测方法，本发明考虑双线图形检测标记的空间像峰值光强差值的处理，以提高投影物镜奇像差的检测精度和检测速度。本发明的技术解决方案如下一种光刻机投影物镜奇像差原位检测系统，包括产生照明光束的光源、调整光源发出的光束的照明方式和部分相干因子并使光束均勻照明的照明系统、搭载掩模并利用定位装置实现精确定位的掩模台、包含检测标记的掩模、能将掩模图形成像且数值孔径可调的投影物镜、搭载硅片并利用定位装置实现精确定位的工件台、安装在工件台上的记录所述掩模成像的光强分布的像传感装置、数据处理装置。所述的检测标记为两组双线图形，即X方向检测标记和Y方向检测标记，用于分别检测X方向和Y方向奇像差，且双线图形为透光区域，其余为不透光区域，所述的双线图形的线宽变化范围为150 300nm，两线之间不透光区域宽度的变化范围为100 300nm。所述的光源和照明系统实现部分相干因子可调的传统照明和环形照明两种照明方式，传统照明中部分相干因子在0.3到0.8之间调整，环形照明中环带的外相干因子和内相干因子的差值为0. 2，环中心相干因子在0. 3到0. 8之间调整。所述的投影物镜的数值孔径在0. 5到0. 8之间调整。所述的像传感器是CCD、光电二极管阵列或其它能实现光电信号转换的探测器阵列。利用上述光刻机投影物镜奇像差原位检测系统进行光刻机投影物镜奇像差原位检测的方法，该方法包括以下步骤①确定奇像差的灵敏度系数所述的奇像差包括彗差、三波差、高阶彗差、高阶三波差，首先采用传统照明方式， 部分相干因子变化范围为0. 3 0. 8，步长为0. 1，投影物镜的数值孔径为0. 5 0. 8，步长为0.05，总共为42组照明条件，每种照明条件下，设定&的大小为0.02 λ，λ为照明光源的波长，并且设定其它的像差均为零，利用光刻仿真软件计算得到相应照明条件和像差系数下的双线图形峰值光强差值Δ I (ZAi, σ J，根据公式S1(NA1^1) =,(/=1,2,3··· 42)
OL1从而可确定42组照明条件下的Z7像差灵敏度系数。利用相同方法可标定其它χ方向奇像差τ仰z14, z19, Z23, Z30, Z34以及Y方向奇像差z8, Z11, Z15，z20, z24, Z31和A5，并同样可以计算得到相应的灵敏度系数
权利要求
1.一种光刻机投影物镜奇像差原位检测系统，包括产生照明光束的光源(1)、调整光源(1)发出的光束的照明方式和部分相干因子并使光束均勻照明的照明系统O)、搭载掩模并利用定位装置(6)实现精确定位的掩模台(3)、包含检测标记(5)的掩模0)、能将掩模图形成像且数值孔径可调的投影物镜(7)、搭载硅片并利用定位装置(10)实现精确定位的工件台(8)、安装在工件台(8)上的记录所述掩模成像的光强分布的像传感装置(9)和数据处理装置(11)，其特征在于所述的检测标记(5)为两组双线图形，即X方向检测标记 (51)和Y方向检测标记(52)，用于分别检测X方向和Y方向奇像差，且双线图形为透光区域，其余为不透光区域，所述的双线图形的线宽变化范围为150 300nm，两线之间不透光区域宽度的变化范围为100 300nm。
2.根据权利要求1所述的光刻机投影物镜奇像差原位检测系统，其特征在于所述的光源(1)和照明系统O)实现部分相干因子可调的传统照明和环形照明两种照明方式，传统照明中部分相干因子的取值范围为0. 3 0. 8，环形照明中环带的外相干因子和内相干因子的差值为0. 2，环中心相干因子的取值范围为0. 3 0. 8。
3.根据权利要求1所述的光刻机投影物镜奇像差原位检测系统，其特征在于针对所述的照明方式，双线图形检测标记的线宽为200nm，两线中心距离为300nm。
4.根据权利要求1所述的光刻机投影物镜奇像差原位检测系统，其特征在于所述的投影物镜(7)的数值孔径的取值范围为0. 5 0. 8。
5.根据权利要求1所述的光刻机投影物镜奇像差原位检测系统，其特征在于所述的像传感器(9)为CCD、光电二极管阵列或其它能实现光电信号转换的探测器阵列。
6.利用权利要求1所述的光刻机投影物镜奇像差原位检测系统进行光刻机投影物镜奇像差原位检测的方法，其特征在于该方法包括以下步骤①确定奇像差的灵敏度系数所述的奇像差包括彗差、三波差、高阶彗差、高阶三波差，首先采用传统照明方式，部分相干因子的变化范围为0. 3 0. 8，步长为0. 1，投影物镜的数值孔径为0. 5 0. 8，步长为 0.05，总共为42组照明条件，每种照明条件下，设定乙的大小为0.02λ，λ为照明光源的波长，并且设定其它的像差均为零，利用光刻仿真软件计算得到相应照明条件和像差系数下的双线图形峰值光强差值Δ I (NAi, σ J，根据公式
全文摘要
一种光刻机投影物镜奇像差原位检测系统和检测方法，所述系统包括光源、照明系统、掩模台、包含检测标记的掩模、投影物镜、工件台、像传感装置、用于位置控制的干涉仪及数据处理装置。所述的检测方法通过设置不同的部分相干因子和数值孔径，标定相应的投影物镜奇像差灵敏度系数，然后利用像传感装置测量所述检测标记的空间像峰值光强差值，再利用标定的奇像差灵敏度系数计算所述投影物镜的奇像差。本发明的优点是提高了光刻机投影物镜奇像差的检测精度。
文档编号G01M11/02GK102253606SQ20111020661
公开日2011年11月23日 申请日期2011年7月22日 优先权日2011年7月22日
发明者步扬, 涂远莹, 王向朝 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所