專利名稱：光刻機投影物鏡偏振像差原位檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光刻機，尤其涉及一種光刻機投影物鏡偏振像差原位檢測方法。
背景技術：
光刻技術是促進半導體集成電路微細化和高集成度化的核心技術，它影響著極大規(guī)模集成電路制造工藝所能實現(xiàn)的技術節(jié)點。步進掃描投影光刻機是用于光刻工藝的重要設備，其中投影物鏡光學系統(tǒng)是光刻機的重要分系統(tǒng)之一。在大數(shù)值孔徑投影物鏡與偏振光照明條件下，投影物鏡偏振像差對光刻成像質(zhì)量的影響不可忽略。光刻機投影物鏡偏振像差對交替型相移掩模光柵圖形成像質(zhì)量的典型影響有圖形特征尺寸誤差、成像位置偏移與最佳焦面偏移等，嚴重影響光刻分辨率與套刻精度。快速、有效的偏振像差檢測方法是減小和控制偏振像差不利影響的前提條件，對提高光刻成像質(zhì)量具有重要意義。SPIN-BLP技術是Canon公司開發(fā)的一種光刻機投影物鏡偏振像差檢測方法。參見在先技術 l，Yoshihiro Shiode,Takeaki Ebiahara,“Study of polarization aberrationmeasurement using SPIN method，，，Proc.SPIE，6154，615431，(2006)。SPIN-BLP 技術結(jié)合了用于光刻機投影物鏡標量像差檢測的SPIN技術與BLP (Birefringence measurementby Linear Polarization of light)測量原理。其中SPIN技術參見在先技術2, TsuneoKanda, Yoshihiro Shiode, Ken-1chiro Shinoda, “0.85NAArF exposure system andperformance, proc.SPIE, 5040，789-800 (2003)。SPIN技術的像差檢測原理是光學系統(tǒng)的像差使得光束聚焦位置偏離理想位置，通過測量位置偏移量可以檢測投影物鏡像差。利用SPIN技術測量時需要在照明光源和掩模之間插入一塊擴散板以獲得部分相干因子為I的均勻照明。此外還需要特殊的SPIN檢測掩模，掩模上層為對應視場的小孔，下層為抑制高頻衍射的Yamato光柵標記。通過檢測Yamato光柵標記的成像位置偏移量，確定通過光瞳上每一點的主光線的斜率從而計算出波像差的分布。BLP原理是指調(diào)整線偏振照明光偏振角度并利用SPIN技術測量相應的相位誤差，根據(jù)偏振角度與相位誤差的關系計算得到每個光瞳坐標處的相位延遲與快軸方向。利用在先技術1、2檢測投影物鏡偏振像差時，需要增加檢測用的擴散板，并且使用特殊的光柵檢測標記，檢測系統(tǒng)結(jié)構相對復雜。為了得到整個光瞳上的相位誤差，除了改變偏振角度外還需要移動檢測掩模重復測量，測量時間較長。此外測量誤差隨著偏振像差中相位延遲的增大而增大，因此在先技術I的偏振像差測量范圍受到一定限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光刻機投影物鏡偏振像差原位檢測方法，本發(fā)明以交替型相移掩模光柵圖形為檢測標記，通過測量大數(shù)值孔徑投影物鏡與偏振光照明條件下該檢測標記空間像的成像位置偏移量與最佳焦面偏移量，可實現(xiàn)快速、有效的投影物鏡偏振像差原位檢測。本發(fā)明的技術解決方案如下:
—種光刻機投影物鏡偏振像差原位檢測方法，所述的檢測方法使用的檢測系統(tǒng)包括產(chǎn)生照明光束的光源、調(diào)整光源發(fā)出的光束的照明方式(包括偏振照明方式)和部分相干因子并使光束均勻照明的照明系統(tǒng)、搭載掩模并利用定位系統(tǒng)實現(xiàn)精確定位的掩模臺、包含偏振像差檢測標記的掩模、能將掩模圖形成像且數(shù)值孔徑可調(diào)的大數(shù)值孔徑投影物鏡、能搭載硅片并利用定位系統(tǒng)實現(xiàn)精確定位的工件臺、安裝在工件臺上的記錄所述掩?？臻g像光強分布的像傳感器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及反饋控制系統(tǒng)。所述的光源和照明系統(tǒng)用于實現(xiàn)部分相干因子可調(diào)的常規(guī)圓形照明方式，部分相干因子的取值范圍為0.3 0.8。針對檢測標記的圖形方向?qū)崿F(xiàn)X或Y方向偏振照明。所述的投影物鏡的數(shù)值孔徑的取值范圍為0.85 1.15。所述的檢測標記為兩組交替型相移掩模光柵圖形，即X方向檢測標記和Y方向檢測標記，用于分別檢測X方向和Y方向偏振像差，且光柵圖形相鄰透光區(qū)域相位差為180度，光柵的線空比為1: 1，針對所述照明方式和投影物鏡數(shù)值孔徑，最優(yōu)的交替型相移掩模光柵圖形檢測標記是線寬w為45nm，光柵周期p為90nm的光柵。所述的像傳感器為CXD或光電二極管陣列。上述光刻機投影物鏡偏振像差原位檢測方法包括以下檢測步驟:①確定偏振像差的靈敏度系數(shù):所述的偏振像差采用泡利-澤尼克系數(shù)表示，將泡利矩陣復數(shù)系數(shù)％的相位光瞳分布利用澤尼克多項式進行分解，得到％相位項的泡利-澤尼克系數(shù)，其中彗差項和球差項分別記為偏振像差的Z7 a(l與Z9 a(l項，用澤尼克多項式分解泡利矩陣復數(shù)系數(shù)的光瞳分布獲得偏振像差的其它泡利_澤尼克系數(shù)；采用常規(guī)圓形照明方式下的Y方向偏振照明，部分相干因子的變化范圍為0.3 0.8，步長為0.05，投影物鏡的數(shù)值孔徑選為0.85 1.15，步長為0.05，總共為77組照明條件，每種照明條件下，設定Z7 atl的大小為0.02 λ，λ為照明光源的波長，并且設定其它的偏振像差均為零，利用光刻仿真軟件計算得到相應照明條件和像差系數(shù)下交替型相移掩模光柵圖形檢測標記在X方向上的成像位置偏移量(ΛΧ)，根據(jù)下列公式:
權利要求
1.一種光刻機投影物鏡偏振像差原位檢測方法，該方法使用的檢測系統(tǒng)包括產(chǎn)生照明光束的光源(I)、調(diào)整光源(I)發(fā)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統(tǒng)(2)、搭載掩模并利用定位系統(tǒng)(6)實現(xiàn)精確定位的掩模臺(3)、包含偏振像差檢測標記(5)的掩模(4)、能將掩模圖形成像且數(shù)值孔徑可調(diào)的大數(shù)值孔徑投影物鏡(7)、能搭載硅片并利用定位系統(tǒng)(10)實現(xiàn)精確定位的工件臺(8)、安裝在工件臺(8)上的記錄所述掩模空間像光強分布的像傳感器(9)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(11)和反饋控制系統(tǒng)(12)，其特征在于所述的檢測標記(5)為兩組交替型相移掩模光柵圖形，即X方向檢測標記(51)和Y方向檢測標記(52)，用于分別檢測X方向和Y方向偏振像差，且光柵圖形相鄰透光區(qū)域相位差為180度，光柵的線空比為1: 1，采用該檢測標記的偏振像差原位檢測方法包括以下步驟: ①確定偏振像差的靈敏度系數(shù): 所述的偏振像差采用泡利-澤尼克系數(shù)表示，將泡利矩陣復數(shù)系數(shù)％的相位光瞳分布利用澤尼克多項式進行分解，得到％相位項的泡利-澤尼克系數(shù)，其中彗差項和球差項分別記為偏振像差的Z7 a(l與Z9 a(l項，用澤尼克多項式分解泡利矩陣復數(shù)系數(shù)的光瞳分布獲得偏振像差的其它泡利-澤尼克系數(shù)； 采用常規(guī)圓形照明方式下的Y方向偏振照明，部分相干因子的變化范圍為0.3 0.8，步長為0.05，投影物鏡的數(shù)值孔徑選為0.85 1.15，步長為0.05，總共為77組照明條件，每種照明條件下，設定Z7 ac^A大小為0.02 λ，λ為照明光源的波長，并且設定其它的偏振像差均為零，利用光刻仿真軟件計算得到相應照明條件和像差系數(shù)下交替型相移掩模光柵圖形檢測標記(51)在X方向上的成像位置偏移量(ΛΧ)，根據(jù)下列公式:
2.根據(jù)權利要求1所述的光刻機投影物鏡偏振像差原位檢測方法，其特征在于所述的交替型相移掩模光柵圖形檢測標記是線寬w為45nm，光柵周期p為90nm的光柵。
3.根據(jù)權利要求1所述的光刻機投影物鏡偏振像差原位檢測方法，其特征在于所述的像傳感器(9)為CCD探測器或光電二極管陣列。
全文摘要
一種光刻機投影物鏡偏振像差原位檢測方法，所述檢測方法使用的檢測系統(tǒng)包括光源、照明系統(tǒng)、掩模臺、包含檢測標記的掩模、投影物鏡、工件臺、像傳感器、用于掩模臺與工件臺的定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及反饋控制系統(tǒng)。所述的檢測方法采用偏振照明方式并選取大的投影物鏡數(shù)值孔徑進行檢測，然后利用像傳感器測量所述檢測標記的成像位置偏移量與最佳焦面偏移量，再根據(jù)標定的偏振像差靈敏度系數(shù)計算所述投影物鏡的偏振像差。本發(fā)明具有檢測系統(tǒng)結(jié)構簡單，偏振像差測量時間短，測量范圍大的特點。
文檔編號G03F7/20GK103197512SQ201310140728
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權日2013年4月22日
發(fā)明者涂遠瑩, 王向朝, 步揚 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所