一種光刻機投影物鏡波像差的測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于投影式光刻機成像系統(tǒng)的波像差檢測方法，包括光刻機成像系統(tǒng)的快速正向模型建立，澤尼克系數(shù)靈敏度矩陣的解析求解，檢測用掩模圖形優(yōu)化求解，基于單次光強測量的波像差求解。本發(fā)明方法通過解析求解無像差時的空間像光強值和澤尼克系數(shù)靈敏度矩陣，實現(xiàn)了基于單次離焦空間像光強測量的波像差檢測。
【專利說明】一種光刻機投影物鏡波像差的測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于投影式光刻機成像系統(tǒng)測量領域，具體涉及一種光刻機投影物鏡波像差的測量方法。
【背景技術】
[0002]在納米制造中，為了實現(xiàn)光學光刻的高精度刻蝕，需要評估光刻機成像質量、光刻分辨率以及特征尺寸均勻性等各項光刻技術指標。光刻機投影物鏡波像差(WavefrontAberration)是影響步進掃描投影光刻機性能的重要指標,直接影響到上述各項光刻技術指標，因此光刻機投影物鏡波像差是光刻機中最關鍵的檢測指標之一。
[0003]波像差是指經(jīng)過投影物鏡后的實際波面與理想波面之間的光程差，可以用澤尼克多項式及其系數(shù)來表征。隨著分辨率增強技術的不斷進步和發(fā)展，光刻機投影物鏡的數(shù)值孔徑(NA, Numerical Aperture)正逐步逼近其制造極限。例如，目前干式光刻機投影物鏡的NA值已達到0.85以上；采用浸液式光刻，則NA達到1.0以上。在超高數(shù)值孔徑下，為保證成像質量、光刻分辨率以及特征尺寸均勻性等關鍵指標，要求投影物鏡的波像差小于IOm λ(即對于193nm深紫外準分子激光照明光源而言，波像差應小于2nm)，這就要求波像差澤尼克系數(shù)檢測精度達到2πιλ ;而且只獲得澤尼克多項式中的低階系數(shù)是遠遠不夠的，需要同時獲得更高階數(shù)的澤尼克系數(shù)，一般要達到37級(即Ζ37)。從而對波像差檢測技術及其系統(tǒng)提出了極為嚴峻的挑戰(zhàn)。波像差在線檢測技術以集成在工件臺或硅片上的空間像傳感器為基礎，實現(xiàn)投影物鏡空間像的直接測量，從而通過測量數(shù)據(jù)的實時處理，快速準確地重構出投影物鏡的波像差。
[0004]目前，波像差檢測中一種常用的方法就是通過干涉進行檢測。如ASML公司的 ILIAS (Integrated Lens Interferometer At Scanner)技術、Nikon 公司的iPot (Integrated Projecting Optics Tester)技術、以及 Canon 公司的 SPIN(SlantProjection through a Pinhole)技術和 LDI (Line Diffraction Interferometer)技術。運用干涉進行波像差測量時，集成干涉儀或便攜干涉儀，因此成本較高，且硬件設計復雜。這類檢測技術都可以獲得37級Zernike系數(shù)，精度都能達到2m λ甚至更高，而且檢測時間相對較短，魯棒性高。但這類技術由于系統(tǒng)設計特別是硬件設計相當復雜，具有相當?shù)碾y度，適用性并不高。
[0005]在線波像差檢測其中的另一種方法是ASML公司的TAMIS(TIS At MultipleIllumination Settings)技術，利用透射像傳感器 TIS (Transmission Image Sensor)掃描對準過程獲取空間像的實際坐標及其相對于理論成像位置的橫向或縱向偏差，配合光刻機對數(shù)值孔徑NA和部分相干因子σ的自動調節(jié)功能，通過基于經(jīng)驗的靈敏度模型計算出投影物鏡的波像差。由于TAMIS技術僅僅局限于分析空域內(nèi)光強信號與幾何偏移的線性關系，該線性模型為簡化的經(jīng)驗線性模型，其線性度必然受到了照明方式及掩模標記尺寸的影響，因此，TAMIS技術只能檢測波像差低階Zernike系數(shù)，難以適應目前光刻機高NA和低⑶的進一步發(fā)展。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于光刻機投影物鏡波像差的測量方法，采用基于單次光強測量的波像差快速檢測方法，實現(xiàn)小波像差的快速、精確提取，且流程實現(xiàn)簡單。
[0007]本發(fā)明提供的一種光刻機投影物鏡波像差的測量方法，用于對投影物鏡的較小波像差進行快速的原位檢測，所述方法包括以下步驟:
[0008]步驟102，根據(jù)實際光刻機工藝條件確定曝光的特性參數(shù)，其中，特性參數(shù)包括光刻機數(shù)值孔徑，光源的波長、形狀、以及其他光源參數(shù)；
[0009]步驟104，根據(jù)光刻投影理論，在波長差較小的情況下，簡化光刻投影正向模型；
[0010]步驟106，根據(jù)簡化后的正向模型，計算澤尼克系數(shù)的靈敏度矩陣以及無像差時的光強值，其中，靈敏度矩陣是由每個澤尼克系數(shù)對應的一個子矩陣組成的矩陣；
[0011]步驟108，采用靈敏度矩陣的條件數(shù)作為目標函數(shù)對掩模圖形的參數(shù)進行掩模圖形優(yōu)化，得到最優(yōu)掩模；
[0012]步驟110，采用優(yōu)化得到的掩模圖形，在一定離焦處進行實際曝光測量光強；
[0013]步驟112，根據(jù)曝光得到的光強值，以及計算得到的無像差光強值和靈敏度矩陣，求解澤尼克系數(shù)，得到重構的波像差。
[0014]與現(xiàn)有的波像差檢測的方法相比，本發(fā)明所提供的基于單一光強測量的小波像差測量方法，是一種簡便的、更易實現(xiàn)的原位測量方法。首先，本發(fā)明在進行正向建模的過程中，實現(xiàn)了對澤尼克系數(shù)的完全提取，將表征波像差的澤尼克系數(shù)作為變量完全分離了出來，靈敏度矩陣作為需要復雜計算和大量耗時的部分，只需要提前計算一次即可，在測量過程中不需要多次大量計算；其次，本發(fā)明提出了靈敏度矩陣的解析表達形式，從而可以通過最小二乘法直接計算波像差的澤尼克系數(shù)，避免了通過迭代的優(yōu)化算法過程中多次調用復雜的正向模型的問題，同時避免了迭代過程中陷入局部最優(yōu)的問題，使得波像差的測量更簡單易行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]參照下面的說明，結合附圖，可以對本發(fā)明有最佳的理解。
[0016]圖1示出了按照本發(fā)明的光刻機投影物鏡波像差測量的流程圖；
[0017]圖2示出了四種示例性不同拓撲結構的掩模圖形；
[0018]圖3示出了四種示例性不同拓撲結構的掩模圖形優(yōu)化結果；
[0019]圖4示出了四種示例性不同拓撲結構的掩模圖形優(yōu)化前后的條件數(shù)比較；
[0020]圖5示出了一個示例性波像差檢測的澤尼克系數(shù)結果比較；
[0021]圖6示出了一個示例性波像差檢測的澤尼克系數(shù)的誤差。
【具體實施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結合附圖及示例性實施例，更加詳細地對本發(fā)明進行說明。應當理解，此處所描述的示例性實施例僅用以解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍并不受這些實施例的限制。[0023]圖1示出了本發(fā)明提供的光刻機投影物鏡波像差的檢測方法處理流程100，其可用于對投影物鏡的波像差進行原位檢測。具體操作流程如下:
[0024]S102，根據(jù)實際光刻機工藝條件確定曝光的特性參數(shù)；
[0025]對于投影式光刻機而言，特性參數(shù)包括光刻機數(shù)值孔徑，光源的波長、形狀、以及其他光源參數(shù)。其中所述光源的形狀包括圓形、環(huán)形、二級光源及四級光源，其他光源參數(shù)包括部分相干因子σ_、Oin及方位角Θ等參數(shù)。
[0026]在測量光刻機投影物鏡波像差之前，需要確定此光刻機的實際曝光參數(shù)。
[0027]S104，根據(jù)光刻投影理論，簡化光刻投影正向模型
[0028]根據(jù)霍普金斯成像原理，空間像光強分布I (x;h)是出瞳面上關于交叉?zhèn)鬟f函數(shù)T(f1； f2;h)和掩模版頻域信息0(f)的二重積分:
[0029]I (x; h) =/ f O (f i) O* (f2) T (f!, f2; h) X exp [~2 n i (f ^f2).(I)
[0030]其中X是空域坐標，f是頻域坐標，h是離焦量,*是復共軛。而交叉?zhèn)鬟f函數(shù)又是一個關于光源J(f)和光瞳函數(shù)H(f;h)的四維傳遞因子:
[0031 ] T(f1； f2;h) = / J(f)H(f+f!;h)H*(f+f2;h) df.(2)
[0032]基于霍普金斯的部分相干成像系統(tǒng)的方程，可將光瞳函數(shù)H(f;h)中的波像差項用澤尼克多項式&(f)表征:
【權利要求】
1.一種光刻機投影物鏡波像差的測量方法，用于對投影物鏡的波像差進行原位檢測，所述方法包括以下步驟: 步驟102，根據(jù)實際光刻機工藝條件確定曝光的特性參數(shù)，其中，特性參數(shù)包括光刻機的數(shù)值孔徑，光源的波長、形狀以及其他光源參數(shù)； 步驟104，根據(jù)投影式光刻機的部分相干成像系統(tǒng)理論，簡化光刻投影成像正向模型； 步驟106，根據(jù)簡化后的成像正向模型，計算澤尼克系數(shù)的靈敏度矩陣，其中，靈敏度矩陣是由每個澤尼克系數(shù)對應的一個子矩陣組成的矩陣； 步驟108，采用靈敏度矩陣的條件數(shù)作為目標函數(shù)對掩模圖形的參數(shù)進行優(yōu)化，得到最優(yōu)掩模； 步驟110，采用優(yōu)化得到的掩模圖形，在一定離焦處進行實際曝光測量空間像光強； 步驟112，根據(jù)曝光得到的光強值，求解澤尼克系數(shù)，得到重構的波像差。
2.根據(jù)權利要求1所述的測量方法，步驟102中，所述光源的形狀包括圓形、環(huán)形、二級光源及四級光源，所述其他光源參數(shù)包括部分相干因子σ_、Oin及方位角Θ。
3.根據(jù)權利要求1所述的測量方法，步驟104中，采用基于霍普金斯的部分相干成像系統(tǒng)方程，將光瞳函數(shù)中的波像差項展開成澤尼克多項式，然后將交叉?zhèn)鬟f函數(shù)進行泰勒展開至一階項，得到空間像一階模型，進而得到將澤尼克系數(shù)分離出來的簡化正向模型。
4.根據(jù)權利要求1所 述的測量方法，步驟108中，所述靈敏度矩陣的條件數(shù)為:
F = cond (A) = I IAI I.| A-11 其中，A表示靈敏度矩陣，11.11表示矩陣的二范數(shù)。
5.根據(jù)權利要求1所述的測量方法，步驟108中，優(yōu)化的掩模參數(shù)包括掩模中心圖形的邊長、周圍圖形的邊長以及中心圖形和周圍圖形之間的間距。
6.根據(jù)權利要求1所述的測量方法，步驟108中，優(yōu)化過程采用基于Powell的帶約束多參數(shù)優(yōu)化算法。
7.根據(jù)權利要求1所述的測量方法，步驟112中，根據(jù)測量得到的離焦空間像光強I(x；h)以及計算得到的無像差光強值Itl(^h),計算光強畸變量AI(x;h):
8.根據(jù)權利要求7所述的測量，其中，在選取澤尼克階數(shù)和空間像光強采樣點數(shù)時，保證光強采樣點數(shù)遠大于澤尼克階數(shù)，即保證靈敏度矩陣A是列滿秩的，即rank(A) = η。
【文檔編號】G03F7/20GK103616802SQ201310597584
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月23日 優(yōu)先權日:2013年11月23日
【發(fā)明者】劉世元, 許爽, 龔朋, 周新江, 呂穩(wěn) 申請人:華中科技大學