专利名称：光刻机成像质量的检测方法
技术领域：
本发明涉及光刻机，特别是一种光刻机成像质量(简称“像质”)的检测方法，是一种利用镜像精细结构对准标记(简称“镜像FOCAL标记”)测量光刻机焦面偏移、像面倾斜、场曲、像散、放大率变化、像面平移、像面旋转、畸变等光刻机像质参数的方法。
背景技术：
光刻机的像质参数可以分为轴向像质参数和垂轴像质参数。轴向像质参数包括焦面偏移、场曲、像散、像面倾斜等。垂轴像质参数包括像面平移、像面旋转、畸变、放大率变化等。光刻机的成像质量直接影响光刻机的CD均匀性、套刻精度、焦深、曝光宽容度等关键性能指标。因此光刻机像质参数的检测是不可或缺的。
为精确检测光刻机垂轴像质参数，Brink等人提出了一种基于硅片曝光的像质检测技术(参见在先技术[1]，M.A.van den Brink，C.G.M.de Mol，R.A.George，“Matching performance for multiple wafer steppers using an advanced metrologyprocedure”，Proc.SPIE Vol.921)。该技术是通过将硅片移至最佳焦面处进行曝光，然后对曝光图形的位置进行检测，从而计算各项垂轴像质参数。但是由于离焦、像面倾斜等轴向像质对曝光图形位置的影响，即便离焦在焦深范围内，曝光图形的位置测量误差也将达到10％以上。因此该技术的缺点在于检测精度严重依赖于对离焦、像面倾斜等轴向像质参数的限制程度，且不具备检测轴向像质的能力，需要其它技术做补充。
FOCAL(Focus calibration using alignment procedure)技术是一种利用镜像具有精细结构对准标记用于高分辨力光刻机轴向像质参数的检测技术(参见在先技术[2]，Peter Dirksen，Jan E.Van Der Werf.“Method of repetitively imaging a mask pattern on asubstrate，and apparatus for performing the method”，美国专利申请号5,674,650)。该技术对曝光在硅片上的FOCAL图形进行光学对准，利用检测得到的对准偏移量信息进行一系列计算，从而以较高精度获得最佳像面、像面倾斜、场曲、像散等轴向像质参数。遗憾的是该技术没有涉及垂轴像质参数的检测。
发明内容
本发明为克服上述已有技术存在的不足，提供一种光刻机成像质量的检测方法。该方法不仅在完成焦面偏移、场曲、像散等轴向像质参数的原位检测，同时可对畸变、放大率、平移、旋转等垂轴像质参数的精确测量，以获得对光刻机成像质量全面的参数，以避免在先技术[1]中垂轴像质参数的测量精度对轴向像质校正程度的依赖。解决了在先技术[1]与在先技术[2]中像质参数测量不全面的问题。
本发明的技术解决方案如下一种光刻机成像质量的检测方法，其特征在于该方法包括下列步骤第一步准备工作①初始化光刻机；②在晶圆上涂光刻胶并上至工作台；③制备具有多个镜像FOCAL标记的掩模版3，每个镜像FOCAL标记包括四个象限，每个象限的图形由一定周期的粗线条和细线条组成，第一象限和第二象限的线条方向相同，且旋转对称；第三象限与第四象限线条方向相同但与第一象限、第二象限线条方向相垂直，且镜像对称，在镜像FOCAL标记中，第一象限和第四象限构成右侧的FOCAL图形；第二象限与第三象限线条构成左侧的FOCAL图形；第二步标记测量①将具有多个镜像FOCAL标记的掩模上至掩模台上；②选定若干个具有离焦量Δf的离焦位置；③调整照明系统，设置曝光装置的照明条件和工艺条件；④控制光源开关及工作台、掩模台的运动，使涂有光刻胶的晶圆在选定的一系列离焦位置曝光；⑤被曝光的晶圆进行后烘或后烘后显影；⑥利用光学对准系统的参考光栅分别对晶圆上的镜像FOCAL标记的左右两个FOCAL图形进行对准，记录其对准位置坐标，并记为PL(xL，yL)和PR(xR，yR)；第三步数据处理①水平对准偏移量的计算根据镜像FOCAL标记左右两个FOCAL图形在曝光视场中成像的名义位置P0L(x0L，y0L)及P0R(x0R，y0R)，并利用它们的对准位置信息按(A)式分别计算镜像FOCAL标记左右两部分的水平对准偏移量AOL与AOR，在笛卡儿坐标系中X方向的水平对准偏移量记为ΔxL和ΔxR；Y方向的水平对准偏移量记为ΔyL和ΔyR。
ΔxL=xL-x0LΔyL=yL-y0LΔxR=xR-x0RΔyR=yR-y0R---(A)]]>②轴向像质引起的水平对准偏移量的计算由水平对准偏移量计算轴向像质导致的水平对准偏移量AOv(Δxv或Δyv)，用下式计算，AOv=2AORv=-2AOLv=AOR-AOL;---(B)]]>③轴向对准偏移量的计算根据轴向像质导致的水平对准偏移量AOv与对应的离焦量数值Δf，利用最小二乘法进行四次曲线拟合，得到(C)式，AOv＝a0+a1Δf+a2Δf2+a3Δf3+a4Δf4(C)其中a0，a1，a2，a3，a4等为多项式各项的系数。利用(C)式计算对准偏移量AOv(zxv或Δyv)取得极大值时，对应的离焦量Δf＝ΔZx(或Δf＝ΔZy)的数值ΔZx、ΔZy，即为轴向对准偏移量；④轴向像质参数计算由轴向对准偏移量ΔZx、ΔZy拟合(D)式，从而得到焦面偏移、像面倾斜、场曲及像散等轴向像质参数(ΔZx+ΔZy)/2=Zw+Rx·x0+Ry·y0+FC·(x02+y02)average(ΔZx-ΔZy)=AS---(D)]]>其中ΔZx、ΔZy、x0、y0分别表示曝光视场中每个FOCAL标记的轴向偏移量和名义坐标，AS代表像散，FC代表场曲、Zw代表最佳焦面、Rx、Ry分别代表绕X轴和绕Y轴的像面倾斜；⑤水平对准偏移量拟合由水平对准偏移量AOL(ΔxL或ΔyL)与AOR(ΔxR或ΔyR)以及对应的离焦数值Δf，分别利用最小二乘法进行四次曲线拟合得到(E)式，ΔxL=b0+b1Δf+b2Δf2+b3Δf3+b4Δf4ΔxR=c0+c1Δf+c2Δf2+c3Δf3+c4Δf4ΔyL=d0+d1Δf+d2Δf2+d3Δf3+d4Δf4ΔyR=e0+e1Δf+e2Δf2+e3Δf3+e4Δf4;---(E)]]>式中b0，b1，b2，b3，b4，c0，c1，c2，c3，c4，d0，d1，d2，d3，d4，e0，e1，e2，e3，e4等为多项式各项系数；⑥垂轴像质引起的水平对准偏移量的计算在E式中，计算当Δf＝ΔZx或Δf＝ΔZy时的水平对准偏移量AOL(ΔxL或ΔyL)与AOR(ΔxR或ΔyR)，并按照(F)式计算由垂轴像质引起的水平对准偏移量AOh，即Δxh与Δyh，Δxh=ΔxR+ΔxL2|Δf=ΔZxΔyh=ΔyR+ΔyL2|Δf=ΔZy;---(F)]]>⑦垂轴像质计算由垂轴像质引起的水平对准偏移量AOh拟合(G)式，从而得到像面平移、像面旋转、放大率变化量、畸变等垂轴像质参数Δxh=dx+x0Mag-y0φ+x0r02D3Δyh=dy+y0Mag+x0φ+y0r02D3---(G)]]>其中dx、dy为标记在X向与Y向的平移，Mag为曝光系统的放大倍率变化量，φ为曝光视场绕光轴的旋转，D3为曝光系统的三级畸变。
所述的照明条件与工艺条件是指相干因子与数值孔径大小、光刻胶类型、光刻胶厚度、后烘温度、后烘时间、显影时间等条件。
所述的镜像FOCAL标记在掩模上的数量与分布应保证至少有5个标记处在曝光视场内，且标记在视场中均匀分布。
所述的一系列离焦位置指在最佳焦面附近的若干个离焦量Δf的位置，其个数应大于5个，且至少有三个离焦位置是处于光刻机成像光学系统的投影物镜的焦深范围内。
所述的晶圆指具有单晶或多晶结构的半导体材料圆片，为硅片、砷化镓圆片、或二氧化硅圆片。
所述的曝光过程包括静态步进曝光和动态扫描曝光。
所述的光学对准系统为具有参考光栅结构的光学对准系统，其光栅周期与FOCAL标记结构周期相匹配。
所述的标记成像理论位置指掩模上镜像FOCAL标记经过投影物镜后在晶圆上所成理想像或近轴光线成像的位置。
所述的离焦量数值Δf是指当前曝光平面相对于参考平面即最佳焦面的距离，其正负号代表相对于最佳焦面的方向。
所述的拟合的曲线或曲面，其拟合结果需要用多重相关因子进行衡量，该多重相关因子的典型阈值为0.7，当该因子小于该阈值时，应对拟合数据进行筛选后再拟合。
本发明具有以下优点1、本发明提出的基于镜像FOCAL标记的光刻机成像质量检测方法与在先技术[1]相比采用了在不同离焦量下曝光并进行数据拟合的方法，使得本发明在获得垂轴像质参数时，其测量精度不依赖于对轴向像质的限制程度，因此测量精度高于在先技术[1]。
2、本发明提出的基于镜像FOCAL标记的光刻机成像质量检测方法与在先技术[1]和在先技术[2]相比，该技术由于利用了镜像FOCAL标记，从而在完成最佳焦面、场曲、像散等轴向像质参数原位检测的同时实现了对畸变、放大率、平移、旋转等垂轴像质参数的精确测量。实现了在一次测试中全面测量光刻系统像质参数的功能，简化了光刻机像质检测过程，节省了50％的像质检测成本及50％的像质检测时间。
图1本发明基于镜像FOCAL标记的光刻机成像质量检测方法所使用的曝光装置的结构图；图2本发明基于镜像FOCAL标记光刻机成像质量的检测流程图；图3本发明中镜像FOCAL标记结构示意图；图4本发明所涉及的光学对准系统参考光栅的结构示意图；图5具体实施例一中镜像FOCAL标记在曝光视场内的分布示意图；
图6具体实施例中曝光场在硅片上的分布示意图；图7具体实施例二中镜像FOCAL标记在曝光视场内的分布示意图；具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
本发明光刻机成像质量的检测方法，是基于镜像FOCAL标记的像质参数检测方法，其检测过程如图2所示，经准备工作(00)后进入标记测量过程(100)与数据处理过程(200)。本发明光刻机成像质量的检测方法，包括下列步骤第一步准备工作00①初始化光刻机；②在晶圆7上涂光刻胶并上至工作台8；③制备具有多个镜像FOCAL标记的掩模版3，每个镜像FOCAL标记包括四个象限，每个象限的图形由一定周期的粗线条和细线条组成，第一象限和第二象限的线条方向相同，且旋转对称；第三象限与第四象限线条方向相同且镜像对称，但与第一象限、第二象限的线条方向相垂直，在该镜像FOCAL标记中，第一象限和第四象限构成右FOCAL图形，第二象限与第三象限线条构成左FOCAL图形；第二步标记测量100①将所述的具有镜像FOCAL标记的掩模版3上至掩模台4上；②选定若干个具有离焦量Δf的离焦位置；③调整照明系统，设置曝光装置的照明条件和工艺条件11；④控制工作台8和掩模台4的运动，使涂有光刻胶的晶圆7在选定的一系列离焦位置曝光12；⑤被曝光的晶圆7进行后烘或后烘后显影13；⑥利用光学对准系统6的参考光栅(如图4所示)分别对晶圆7上的镜像FOCAL标记的左右两个FOCAL图形(图3所示)进行对准14，记录其对准位置坐标，记为PL(xL，yL)和PR(xR，yR)；第三步数据处理200①水平对准偏移量的计算21根据镜像FOCAL标记左右两个FOCAL图形在曝光视场中成像的名义位置P0L(x0L，y0L)及P0R(x0R，y0R)，并利用它们与对准位置信息按(A)式分别计算镜像FOCAL标记左右两部分的水平对准偏移量AOL与AOR，在笛卡儿坐标系中X方向的水平对准偏移量记为ΔxL和ΔxR；Y方向的水平对准偏移量记为ΔyL和ΔyR。
ΔxL=xL-x0LΔyL=yL-y0LΔxR=xR-x0RΔyR=yR-y0R---(A)]]>②轴向像质引起的水平对准偏移量的计算22由水平对准偏移量计算轴向像质导致的水平对准偏移量AOv(Δxv或Δyv)，用下式计算，AOv=2AORv=-2AOLv=AOR-AOL;---(B)]]>③轴向对准偏移量的计算23根据轴向像质导致的水平对准偏移量AOv与对应的离焦量数值Δf，利用最小二乘法进行四次曲线拟合，得到(C)式，AOv＝a0+a1Δf+a2Δf2+a3Δf3+a4Δf4(C)其中a0，a1，a2，a3，a4等为多项式各项的系数。利用(C)式计算对准偏移量AOv(Δxv或Δyv)取得极大值时，对应的离焦量Δf＝ΔZx(或Δf＝ΔZy)的数值ΔZx、ΔZy，即为轴向对准偏移量；④轴向像质参数计算24由轴向对准偏移量ΔZx、ΔZy拟合(D)式，从而得到焦面偏移、像面倾斜、场曲及像散等轴向像质参数(ΔZx+ΔZy)/2=Zw+Rx·x0+Ry·y0+FC·(x02+y02)average(ΔZx-ΔZy)=AS---(D)]]>其中ΔZx、ΔZy、x0、y0分别表示曝光视场中每个FOCAL标记的轴向偏移量和名义坐标，AS代表像散，FC代表场曲、Zw代表最佳焦面、Rx、Ry分别代表绕X轴和绕Y轴的像面倾斜；⑤水平对准偏移量拟合25由水平对准偏移量AOL＝ΔxL或ΔyL与AOR＝ΔxR或ΔyR以及对应的离焦数值Δf，分别利用最小二乘法进行四次曲线拟合得到(E)式，ΔxL=b0+b1Δf+b2Δf2+b3Δf3+b4Δf4ΔxR=c0+c1Δf+c2Δf2+c3Δf3+c4Δf4ΔyL=d0+d1Δf+d2Δf2+d3Δf3+d4Δf4ΔyR=e0+e1Δf+e2Δf2+e3Δf3+e4Δf4;---(E)]]>式中b0，b1，b2，b3，b4，c0，c1，c2，c3，c4，d0，d1，d2，d3，d4，e0，e1，e2，e3，e4等为多项式各项系数；⑥垂轴像质引起的水平对准偏移量的计算26在E式中，计算当Δf＝ΔZx或Δf＝ΔZy时的水平对准偏移量AOL(ΔxL或ΔyL)与AOR(ΔxR或ΔyR)，并按照(F)式计算由垂轴像质引起的水平对准偏移量AOh，即Δxh与Δyh，Δxh=ΔxR+ΔxL2|Δf=ΔZxΔyh=ΔyR+ΔyL2|Δf=ΔZy;---(F)]]>⑦垂轴像质计算27由垂轴像质引起的水平对准偏移量AOh拟合(G)式，从而得到像面平移、像面旋转、放大率变化量、畸变等垂轴像质参数Δxh=dx+x0Mag-y0φ+x0r02D3Δyh=dy+y0Mag+x0φ+y0r02D3---(G)]]>其中dx、dy为标记在X向与Y向的平移，Mag为曝光系统的放大倍率变化量，φ为曝光视场绕光轴的旋转，D3为曝光系统的三级畸变。
所述的照明条件与工艺条件是指相干因子与数值孔径大小、光刻胶类型、光刻胶厚度、后烘温度、后烘时间、显影时间等条件。
所述的镜像FOCAL标记在掩模上的数量与分布应保证至少有5个标记处在曝光视场内，且标记在视场中均匀分布。
所述的一系列离焦位置指在最佳焦面附近的若干个离焦量Δf的位置，其个数应大于5个，且至少有三个离焦位置是处于光刻机成像光学系统5的投影物镜的焦深范围内。
所述的晶圆7指具有单晶或多晶结构的半导体材料圆片，为硅片、砷化镓圆片、或二氧化硅圆片。
所述的曝光过程包括静态步进曝光和动态扫描曝光。
所述的光学对准系统6为具有参考光栅结构的光学对准系统，其光栅周期与FOCAL标记结构周期相匹配。
所述的标记成像理论位置指掩模3上镜像FOCAL标记经过投影物镜后在晶圆7上所成理想像或近轴光线成像的位置。
所述的离焦量数值Δf是指当前曝光平面相对于参考平面即最佳焦面的距离，其正负号代表相对于最佳焦面的方向。
所述的拟合的曲线或曲面，其拟合结果需要用多重相关因子进行衡量，该多重相关因子的典型阈值为0.7，当该因子小于该阈值时，应对拟合数据进行筛选后再拟合。
本发明提出的像质检测过程中，计算轴向像质引起的水平对准偏移量的公式(B)式与计算垂轴像质引起的水平对准偏移量公式(F)式成立的依据如下镜像FOCAL标记在不同离焦量处被曝光在晶圆上，由光学对准系统测量得到晶圆上镜像FOCAL标记的对准偏移量AOL与AOR。在光刻系统中，导致镜像FOCAL图形对准位置与理论曝光位置有偏差的原因有两个方面。一方面由于离焦、场曲、像散等轴向像质的影响，FOCAL标记精细结构线宽发生变化从而导致的对准位置偏移，这部分偏移量用AOv表示。另一方面由于畸变、平移、旋转等光刻系统垂轴像质对FOCAL标记曝光位置的影响而产生的对准位置的偏移，这部分偏移量用AOh表示。由此，镜像FOCAL标记对准偏移量AOL与AOR可以由(H)式表示。
AOL=AOLv+AOLhAOR=AORv+AORh,---(H)]]>注意到在图2所示的镜像FOCAL标记示意图中，左右两部分图形之间距离很小，典型值小于0.3mm，相对于整个曝光视场而言可以认为两个图形的成像条件基本相同。即由垂轴像质引起的对准位置偏移量基本相等，AOLh≈AORh.]]>由轴向像质影响精细结构线宽的变化而导致的对准偏移量的大小近似相等。但由于精细结构位置的镜像对称特征导致偏移量的方向相反，即AOLv≈-AORv.]]>利用上述两个近似条件，将(H)式中两个方程相加或相减即可得到(B)式与(F)式。其中(F)式采用坐标的形式表现。至此说明了本发明中(B)式与(F)式的成立。
实施例1图2为本发明提出的光刻系统成像质量参数的检测流程。如图1、图2所示，在硅片7上涂JSR M206Y型光刻胶，胶厚为490nm，并将硅片上片至工件台8上。设置曝光装置照明条件传统照明、NA为0.57、部分相干因子为0.7。将具有镜像FOCAL标记的掩模R上版于掩模台RS上。曝光视场为26mm×8mm，硅片上曝光区域内标记的分布如图5所示。控制光刻机工件台运动位置，采用静态曝光方式将掩模上镜像FOCAL标记在不同离焦量下曝光在硅片上。离焦范围从-0.9um到0.9um，步进0.12um，共16个曝光场。被曝光的硅片W经过后烘显影后，利用曝光装置中光学对准系统AS对硅片上镜像FOCAL标记进行对准并记录对准位置信息，对准系统参考光栅周期为16um。后烘的温度为120℃、后烘时间为90s、显影时间为60s；利用所获得的镜像FOCAL标记对准位置信息，按照本发明步骤所描述的计算过程，依次计算对准偏移量、由轴向像质引起的水平对准偏移量、轴向对准偏移量、轴向像质参数、垂轴像质引起的水平对准偏移量、垂轴像质参数。其中在进行的曲线拟合的评价指标MCC取为0.75。计算得到的像质参数如表1所示。
表1
实施例2在硅片7上涂JSR M206Y型光刻胶，胶厚为490nm，并将硅片上片至工件台WS上。设置曝光装置照明条件传统照明、NA为0.57、部分相干因子为0.7。将具有镜像FOCAL标记的掩模R上版于掩模台4上。曝光视场为26mm×8mm，硅片上曝光场内标记按照3行13列均匀分布，如图7所示。控制激光器开关及工件台运动位置，采用静态曝光方式将掩模上镜像FOCAL标记在不同离焦量下曝光在硅片7上。离焦范围从-0.9um到0.9um，步进0.12um，共16个曝光场。被曝光的硅片7经过后烘显影后，利用曝光装置中光学对准系统6对硅片7上镜像FOCAL标记进行对准并记录对准位置信息，对准系统参考光栅周期为16um。后烘的温度为120℃、后烘时间为90s、显影时间为60s；利用所获得的镜像FOCAL标记对准位置信息，按照本发明步骤所描述的计算过程，依次计算对准偏移量、由轴向像质引起的水平对准偏移量、轴向对准偏移量、轴向像质参数、垂轴像质引起的水平对准偏移量、垂轴像质参数。其中在进行的曲线拟合的评价指标MCC取为0.75。计算得到的像质参数如表2所示。
表2综上所述，本发明方法在完成焦面偏移、场曲、像散等轴向像质参数的原位检测的同时可对畸变、放大率、平移、旋转等垂轴像质参数的精确测量，获得了对光刻机成像质量全面的参数，以避免在先技术[1]中垂轴像质参数的测量精度对轴向像质校正程度的依赖关系。解决了在先技术[1]与在先技术[2]中像质参数测量不全面的问题。
权利要求
1.一种光刻机成像质量的检测方法，其特征在于该方法包括下列步骤第一步准备工作①初始化光刻机；②在晶圆(7)上涂光刻胶并上至工作台(8)；③制备具有多个镜像FOCAL标记的掩模版(3)，每个镜像FOCAL标记包括四个象限，每个象限的图形由一定周期的粗线条和细线条组成，第一象限和第二象限的线条方向相同，且旋转对称；第三象限与第四象限线条方向相同且镜像对称，但与第一象限、第二象限的线条方向相垂直，在该镜像FOCAL标记中，第一象限和第四象限构成右FOCAL图形，第二象限与第三象限线条构成左FOCAL图形；第二步标记测量①将所述的具有镜像FOCAL标记的掩模版(3)上至掩模台(4)上；②选定若干个具有离焦量Δf的离焦位置；③调整照明系统，设置曝光装置的照明条件和工艺条件；④控制工作台(8)和掩模台(4)的运动，使涂有光刻胶的晶圆(7)在选定的一系列离焦位置曝光；⑤被曝光的晶圆(7)进行后烘或后烘后显影；⑥利用光学对准系统(6)的参考光栅分别对晶圆(7)上的镜像FOCAL标记的左右两个FOCAL图形进行对准，记录其对准位置坐标，并记为PL(xL，yL)和PR(xR，yR)；第三步数据处理①水平对准偏移量的计算根据镜像FOCAL标记的左右两个FOCAL图形在曝光视场中成像的名义位置P0L(x0L，y0L)及P0R(x0R，y0R)，并利用它们的对准位置信息按(A)式分别计算镜像FOCAL标记左右两部分的水平对准偏移量AOL与AOR，在笛卡儿坐标系中X方向的水平对准偏移量记为ΔxL和ΔxR；Y方向的水平对准偏移量记为ΔyL和ΔyRΔxL=xL-x0LΔyL=yL-y0LΔxR=xR-x0RΔyR=yR-y0R---(A)]]>②轴向像质引起的水平对准偏移量的计算由水平对准偏移量计算轴向像质导致的水平对准偏移量AOv(Δxv或Δyv)，用下式计算AOv=2AORv=-2AOLv=AOR-AOL;---(B)]]>③轴向对准偏移量的计算根据轴向像质导致的水平对准偏移量AOv与对应的离焦量数值Δf，利用最小二乘法进行四次曲线拟合，得到(C)式，AOv＝a0+a1Δf+a2Δf2+a3Δf3+a4Δf4(C)其中a0，a1，a2，a3，a4等为多项式各项的系数。利用(C)式计算对准偏移量AOv(Δxv或Δyv)取得极大值时，对应的离焦量Δf＝ΔZx(或Δf＝ΔZy)的数值ΔZx、ΔZy，即为轴向对准偏移量；④轴向像质参数计算由轴向对准偏移量ΔZx、ΔZy拟合(D)式，从而得到焦面偏移、像面倾斜、场曲及像散等轴向像质参数(ΔZx+ΔZy)/2=Zw+Rx·x0+Ry·y0+FC·(x02+y02)average(ΔZx-ΔZy)=AS---(D)]]>其中ΔZx、ΔZy、x0、y0分别表示曝光视场中每个FOCAL标记的轴向偏移量和名义坐标，AS代表像散，FC代表场曲、Zw代表最佳焦面、Rx、Ry分别代表绕X轴和绕Y轴的像面倾斜；⑤水平对准偏移量拟合由水平对准偏移量AOL＝ΔxL或ΔyL与AOR＝ΔxR或ΔyR以及对应的离焦数值Δf，分别利用最小二乘法进行四次曲线拟合得到(E)式，ΔxL=b0+b1Δf+b2Δf2+b3Δf3+b4Δf4ΔxR=c0+c1Δf+c2Δf2+c3Δf3+c4Δf4ΔyL=d0+d1Δf+d2Δf2+d3Δf3+d4Δf4ΔyR=e0+e1Δf+e2Δf2+e3Δf3+e4Δf4---(E)]]>式中b0，b1，b2，b3，b4，c0，c1，c2，c3，c4，d0，d1，d2，d3，d4，e0，e1，e2，e3，e4等为多项式各项系数；⑥垂轴像质引起的水平对准偏移量的计算在E式中，计算当Δf＝ΔZx或Δf＝ΔZy时的水平对准偏移量AOL＝ΔxL或ΔyL，与AOR＝ΔxR或ΔyR，并按照(F)式计算由垂轴像质引起的水平对准偏移量AOh，即Δxh与Δyh，Δxh=ΔxR+ΔxL2|Δf=ΔZxΔyh=ΔyR+ΔyL2|Δf=ΔZy;---(F)]]>⑦垂轴像质计算由垂轴像质引起的水平对准偏移量AOh拟合(G)式，从而得到像面平移、像面旋转、放大率变化量、畸变等垂轴像质参数Δxh=dx+x0Mag-y0φ+x0r02D3Δyh=dy+y0Mag+x0φ+y0r02D3---(G)]]>其中dx、dy为标记在X向与Y向的平移，Mag为曝光系统的放大倍率变化量，φ为曝光视场绕光轴的旋转，D3为曝光系统的三级畸变。
2.根据权利要求1所述的光刻机成像质量的检测方法，其特征在于所述的照明条件与工艺条件是指照明的相干因子与数值孔径大小、光刻胶类型、光刻胶厚度、后烘温度、后烘时间、显影时间。
3.根据权利要求1所述的光刻机成像质量的检测方法，其特征在于所述的镜像FOCAL标记在掩模上的数量与分布应保证至少有5个标记处于曝光视场内，且标记在视场中均匀分布。
4.根据权利要求1所述的光刻机成像质量的检测方法，其特征在于所述的一系列离焦位置指在最佳焦面附近的若干个离焦量Δf的位置，其个数应大于5个，且至少有三个离焦位置是处于光刻机成像光学系统(5)的投影物镜的焦深范围内。
5.根据权利要求1所述的光刻机成像质量的检测方法，其特征在于所述的晶圆(7)指具有单晶或多晶结构的半导体材料圆片硅圆片、砷化镓圆片、或二氧化硅圆片。
6.根据权利要求1所述的光刻机成像质量的检测方法，其特征在于所述的曝光过程包括静态步进曝光和动态扫描曝光。
7.根据权利要求1所述的光刻机成像质量的检测方法，其特征在于所述的光学对准系统(6)为具有参考光栅结构的光学对准系统，其光栅周期与FOCAL标记结构周期相匹配。
8.根据权利要求1所述的光刻机成像质量的检测方法，其特征在于所述的标记成像理论位置指掩模(3)上镜像FOCAL标记经过投影物镜后在晶圆(7)上所成理想像或近轴光线成像的位置。
9.根据权利要求1所述的光刻机成像质量的检测方法，其特征在于所述的离焦量数值Δf是指当前曝光平面相对于参考平面即最佳焦面的距离，其正负号代表相对于最佳焦面的方向。
10.根据权利要求1所述的光刻机成像质量的检测方法，其特征在于所述的拟合的曲线或曲面，其拟合结果需要用多重相关因子进行衡量，该多重相关因子的典型阈值为0.7，当该因子小于该阈值时，应对拟合数据进行筛选后再拟合。
全文摘要
一种光刻机成像质量的检测方法，其特征在于该方法包括准备工作、标记测量和数据处理等步骤，本发明该方法在完成光刻机的焦面偏移、场曲、像散等轴向像质参数的原位检测的同时，实现了对畸变、放大率、平移、旋转等垂轴像质参数的精确测量，避免了垂轴像质参数的测量精度对轴向像质校正程度的依赖关系，可获得光刻机像全面的质参数。
文档编号G03F7/20GK1673871SQ20051002528
公开日2005年9月28日 申请日期2005年4月21日 优先权日2005年4月21日
发明者施伟杰, 王向朝, 张冬青 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所