專利名稱：光刻機投影物鏡彗差原位檢測系統(tǒng)及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻機，特別是一種光刻機投影物鏡彗差原位檢測系統(tǒng)及原位檢測 方法。
背景技術(shù)：
在極大規(guī)模集成電路制造領(lǐng)域，用于光刻工藝的步進掃描投影光刻機是公知的。 投影物鏡系統(tǒng)是歩進掃描投影光刻機中最重要的分系統(tǒng)之一。投影物鏡的像差使光 刻機的光刻成像質(zhì)量惡化，并造成光刻工藝容限的減小。投影物鏡的彗差使掩模上 的圖形曝光到硅片后發(fā)生成像位置偏移，該成像位置偏移量與圖形尺寸和照明條件 有關(guān)，因而，投影物鏡的彗差是影響套刻精度的關(guān)鍵因素之一。彗差還可導致掩模 上的對稱圖形在曝光、顯影后在硅片上形成的圖形不對稱，從而影響光刻分辨率和 線寬的均勻性。隨著光刻特征尺寸的不斷減小，尤其是各種分辨率增強技術(shù)的使用， 彗差對光刻成像質(zhì)量的影響越來越突出。因此，快速、高精度的光刻機投影物鏡彗 差原位檢測系統(tǒng)及檢測方法是不可或缺的。
TAMIS (TIS At Multiple Illumination Settings)技術(shù)是目前國際上用于檢測光刻 機投影物鏡彗差的主要技術(shù)之一。(參見在先技術(shù)，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. SP正2001， 4346, 394-407.) TAMIS技術(shù)采用的系統(tǒng)包括工件 臺以及安裝在工件臺上的透射式像傳感器、掩模臺及測試掩模、照明系統(tǒng)和計算機 等。其中透射式像傳感器由兩部分構(gòu)成 一套尺寸為亞微米級的孤立線以及一個方 孔，孤立線與方孔下方均放置獨立的光電二極管。其中孤立線包括X方向的孤立線 和Y方向的孤立線，方孔用于補償照明光源的光強波動。透射式像傳感器可以分別 測量X方向線條和Y方向線條的成像位置。在TAMIS技術(shù)中，通過移動工件臺使 透射式像傳感器掃描掩模上測試標記經(jīng)投影物鏡所成的像，可以得到標記的成像位 置(X，Y)'再與理想成像位置比較后得到成像位置偏移量(AZ(A^，cr)， Ay(A^,o"))。
在不同的投影物鏡數(shù)值孔徑和照明系統(tǒng)部分相干因子設(shè)置下測量掩模上各個標記的 成像位置，得到不同照明條件下的視場內(nèi)不同位置處的成像位置偏移量
AX(A^,cr,)， Ay(7V4,A)' (—7'2'3…")，然后利用數(shù)學模型進行計算后得到彗差 相應的澤尼克系數(shù)Z7、 Z8、 Z14、 Z15。
由于透射式像傳感器具有特殊的結(jié)構(gòu)，因此測試標記的形狀一般需設(shè)計為透射 式像傳感器某個分支的形狀，因此測試標記的設(shè)計受到了一定的限制。此外，在成 像位置偏移量的測量過程中，需要通過移動工件臺使透射像傳感器掃描掩模上測試 標記經(jīng)投影物鏡所成的像，因此測量時間相對較長。
TAMIS技術(shù)采用的測試掩模為二元掩模，相對于各種相移掩模，彗差對二元掩 模成像位置偏移的影響較小。因此TAMIS技術(shù)使用二元掩模進行彗差檢測，靈敏度 系數(shù)的變化范圍較小，導致彗差檢測的精度有限。
畸變是光刻機投影物鏡主要的垂軸像差之一，畸變同樣會導致掩模上的圖形曝 光到硅片后發(fā)生成像位置偏移。TAMIS技術(shù)測量彗差時并沒有考慮畸變對成像位置 偏移量的影響，因而使彗差檢測存在一定的誤差，影響了彗差檢測的精度。此外， TAMIS技術(shù)彗差檢測過程中，必須同時對Z2、 Z3進行擬合計算，因此影響了彗差檢 測的速度。隨著光刻特征尺寸的不斷減小，需要更高精度、更高速度的光刻機投影 物鏡彗差原位檢測系統(tǒng)及檢測方法。

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彗差原位檢測系統(tǒng)及檢測方法，本 發(fā)明要消除畸變對彗差檢測的影響，提高彗差檢測的精度。同時，要提高彗差檢測 的速度。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種光刻機投影物鏡彗差原位檢測系統(tǒng)，包括光源，在該光源的輸出光路上同 光軸地依次是照明系統(tǒng)、測試掩模、承載測試掩模的掩模臺、投影物鏡、工件臺及 安裝在該工件臺上的像傳感裝置，該像傳感裝置通過數(shù)據(jù)采集卡和計算機相連，其
特征在于所述的測試掩模由線寬較小的x方向彗差測量標記、y方向彗差測量標記、 線寬較大的x方向彗差參考標記和y方向彗差參考標記構(gòu)成，所述的x方向彗差測 量標記和y方向彗差測量標記是移相光柵標記，所述的x方向彗差參考標記和y方 向彗差參考標記是二元光柵標記，所述像傳感裝置包括孔徑光闌、成像物鏡和光電 探測器，所述的光電探測器通過數(shù)據(jù)采集卡和計算機相連。
用作所述的x方向彗差測量標記和y方向彗差測量標記的移相光柵標記，可為
交替型移相光柵標記，或衰減型移相光柵標記，或無鉻移相光柵標記。 所述的光電探測器是CCD，或光電二極管陣列。
利用上述的光刻機投影物鏡彗差原位檢測系統(tǒng)進行光刻機投影物鏡彗差原位檢 測的方法，包括以下步驟
① 啟動光源，光源發(fā)出的照明光經(jīng)照明系統(tǒng)照射掩模臺上的測試掩模，該測試
掩模上的x方向彗差測量標記、y方向彗差測量標記、x方向彗差參考標記、y方向
彗差參考標記經(jīng)投影物鏡的像通過孔徑光闌濾波后經(jīng)成像物鏡成像在光電探測器的 探測面上并被轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號被數(shù)據(jù)采集卡采集后送入計算機進行數(shù)據(jù)處
理，得到在當前數(shù)值孔徑A^和部分相干因子ct條件下，x方向彗差測量標記空間像
的中心位置與x方向彗差參考標記空間像的中心位置之間的相對成像位置偏移量 AX(A^,fj)，以及y方向彗差測量標記空間像的中心位置與y方向彗差參考標記空
間像的中心位置之間的相對成像位置偏移量(iVJ， ct):
<formula>formula see original document page 7</formula>分別為測試掩模上
的x方向彗差測量標記、x方向曾差參考標記、y方向彗差測量標記和y方向著差參 考標記經(jīng)投影物鏡后的成像位置偏移量；
② 通過改變照明系統(tǒng)的部分相干因子cr和投影物鏡的數(shù)值孔徑A^ ，利用所述像 傳感裝置測得多組相對成像位置偏移量AX(iV4,A;) ， Ay(W4",)， (—,2，3…")， 其中n為照明參數(shù)設(shè)置數(shù)，n的取值由測量精度決定，測量精度高則n取值大；
③利用光刻仿真軟件標定在不同的數(shù)值孔徑iVJ和部分相干因子ex條件下所述 的投影物鏡的彗差靈敏度系數(shù) <formula>formula see original document page 7</formula>
'")，
3Z15
其中AX(iV4,CT,)和Ay(iV4,fT,)為不同數(shù)值孔徑和部分相干因子下的相對成像位置
偏移量，Z7， Zs， 214和215為表示彗差的澤尼克系數(shù)，標定方法如下
當標定在一定的數(shù)值孔徑和部分相干因子條件下的靈敏度系數(shù)&(A^,cr,;)時，
先設(shè)定一定的Z7值而取其它澤尼克系數(shù)為零，使用光刻仿真軟件仿真計算得到由X 方向三階彗差引起的相對位置偏移量AX(iV4，0^ ，則此時的靈敏度系數(shù)^(iV4,a,)
即為AZ(^4,，CT,)與Z7之比；
同樣方法標定& (iV4,ct, ) 、 & (iV4, )和& (^4,,ct,);
④在不同數(shù)值孔徑iVJ和部分相干因子(T條件下測得的相對成像位置偏移量
AX(A^,，o",)， A7(iV4,CT,) ……")與靈敏度系數(shù)S(^4,",)' ^(iV4,o",)，
&(A^,0",)， &(7\^,,0",)以及表征彗差的澤尼克系數(shù)27， Z8， Z14， ^之間的關(guān)系
由下式表示
AX—2,cr2)
Z7
z8
利用最小二乘法求解上述兩式，即可得到與投影物鏡(5)的彗差相關(guān)的澤尼克系數(shù) Z7， Z8， Zl4flZ15;
⑤通過光刻機的主控計算機移動工件臺，將測試掩模上的x方向彗差測量標記、 y方向彗差測量標記、x方向彗差參考標記和y方向彗差參考標記移動到投影物鏡的 光瞳面的不同位置，重復步驟① ④，以測量表征投影物鏡不同位置彗差的澤尼克 系數(shù)Z7， Z8， 214和215。
所述的照明參數(shù)設(shè)置數(shù)n—般的取值范圍為30~60。
本發(fā)明與在先技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和積極效果
1. 本發(fā)明通過測試標記相對成像位置偏移量的測量，可以消除畸變對成像位置 偏移量的影響，從而提高了彗差檢測的精度。
2. 本發(fā)明的測試掩模中采用了移相光柵標記，對彗差更為敏感，可以提高彗差 檢測的精度。
3. 本發(fā)明測量標記相對位置偏移量時，無需通過移動工件臺使透射像傳感器掃 描掩模上測試標記經(jīng)投影物鏡所成的像，可直接記錄掩模上測試標記經(jīng)投影物鏡所 成的像的光強分布，從而計算得到測試標記的相對成像位置偏移量。
4. 本發(fā)明還可通過變換照明方式，使用光瞳濾波等方法使彗差靈敏度系數(shù)變換 范圍增大，從而提高了彗差檢測精度。
5. 本發(fā)明需測量的澤尼克系數(shù)由三個減少至兩個，從而節(jié)約1/3左右的測量時間。


圖1是本發(fā)明光刻機投影物鏡彗差原位檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明所使用測試掩模上的測試標記的示意圖。 圖3是本發(fā)明采用的像傳感裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
國4是在傳統(tǒng)照明條件下，本發(fā)明實施例中采用的測試標記的Z7靈敏度系數(shù)與 數(shù)值孔徑、部分相干因子之間的關(guān)系。
圖5是在環(huán)形照明條件下，本發(fā)明實施例中采用的測試標記的Z7靈敏度系數(shù)與 數(shù)值孔徑、部分相干因子之間的關(guān)系。
圖6是在傳統(tǒng)照明條件下，TAMIS技術(shù)中的密集線條標記的Z7靈敏度系數(shù)與數(shù) 值孔徑、部分相干因子之間的關(guān)系。
圖7是在環(huán)形照明條件下，TAMIS技術(shù)中的密集線條標記的Z7靈敏度系數(shù)與數(shù) 值孔徑、部分相干因子之間的關(guān)系。
圖8是在傳統(tǒng)照明條件下，本發(fā)明實施例中采用的測試標記的Z4靈敏度系數(shù)與 數(shù)值孔徑、部分相干因子之間的關(guān)系。
圖9是在環(huán)形照明條件下，本發(fā)明實施例中采用的測試標記的Z,4靈敏度系數(shù)與 數(shù)值孔徑、部分相干因子之間的關(guān)系。
圖10是在傳統(tǒng)照明條件下，TAMIS技術(shù)中的密集線條標記的Z"靈敏度系數(shù)與
數(shù)值孔徑、部分相干因子之間的關(guān)系。
圖11是在環(huán)形照明條件下，TAMIS技術(shù)中的密集線條標記的Zw靈敏度系數(shù)與 數(shù)值孔徑、部分相干因子之間的關(guān)系。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護 范圍。
先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明光刻機投影物鏡彗差原位檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 由圖可見，本發(fā)明光刻機投影物鏡彗差原位檢測系統(tǒng)，包括光源1，在該光源1的 輸出光束上同光軸地依次是照明系統(tǒng)2、測試掩模3、承載測試掩模3的掩模臺4、 投影物鏡5、工件臺6及安裝在該工件臺6上的像傳感裝置7，該像傳感裝置7通過 數(shù)據(jù)采集卡8和計算機9相連，其特點是所述的測試掩模3由線寬較小的x方向彗 差測量標記31、 y方向彗差測量標記33、線寬較大的x方向彗差參考標記32和y 方向彗差參考標記34構(gòu)成，所述的x方向彗差測量標記31和y方向彗差測量標記 33是移相光柵標記，所述的x方向彗差參考標記32和y方向彗差參考標記34是二 元光柵標記，所述像傳感裝置7包括孔徑光闌71、成像物鏡72和光電探測器73， 所述的光電探測器73通過數(shù)據(jù)采集卡8和計算機9相連。
所述的光源1產(chǎn)生照明光束；所述的照明系統(tǒng)2用于調(diào)整所述光源發(fā)出的光束 的束腰尺寸、光強分布、部分相干因子和照明方式；所述的掩模臺4能承載測試掩 模3并精確定位；所述的投影物鏡5能將測試掩模3上的圖形成像且數(shù)值孔徑可調(diào)； 工件臺6能精確定位；所述的像傳感裝置7安裝在該工件臺6上用于測量測試掩模 3上的圖形成像位置；所述的數(shù)據(jù)采集卡8用于測量信號實時采集；所述的計算機,9 用于數(shù)據(jù)處理分析。
所述的光源1可以是汞燈、準分子激光器、激光等離子體光源和放電等離子體
光源等紫外、深紫外和極紫外光源。
所述照明系統(tǒng)2包括擴束透鏡組21 ，光束整形器22和光束均勻器23。 所述照明方式包括傳統(tǒng)照明、環(huán)形照明、二級照明、四級照明等。 如圖2所示，所述測試掩模3上包含線寬較小的x方向彗差測量標記31、 y方
向彗差測量標記33和線寬較大的x方向彗差參考標記32、 y方向彗差參考標記34。 所述x方向彗差測量標記31和y方向彗差測量標記33可以是交替型移相光柵
標記，衰減型移相光柵標記，無鉻移相光柵標記等。
所述x方向彗差參考標記32和y方向彗差參考標記34是二元光柵標記。 所述投影物鏡5可以是全透射式投影物鏡、折反式投影物鏡、全反射式投影物鏡等。
如圖3所示，所述像傳感裝置7包括孔徑光闌71，成像物鏡72，光電探測器 73等。
所述光電探測器73可以是CCD、光電二極管陣列或其它具有光電信號轉(zhuǎn)換功 能的探測器陣列。測量標記相對位置偏移量時，無需通過移動工件臺使透射像傳感 器掃描掩模上測試標記經(jīng)投影物鏡所成的像，可直接記錄掩模上測試標記經(jīng)投影物 鏡所成的像的光強分布，從而計算得到測試標記的相對成像位置偏移量。
一種采用所述的光刻機投影物鏡彗差原位檢測系統(tǒng)進行光刻機投影物鏡彗差原 位的檢測方法。包括以下步驟
啟動光刻機，光源1發(fā)出的照明光經(jīng)照明系統(tǒng)2中的擴束透鏡組21擴束后進入 光束整形器22，得到所需要的照明方式，再進入光束均勻器23使照明光的光強均 勻化；經(jīng)光強均勻化后的照明光束照射掩模臺4上的測試掩模3，
通過移動工件臺6使測試掩模3上的x方向彗差測量標記31、 y方向彗差測量 標記33、 x方向彗差參考標記32、 y方向彗差參考標記34經(jīng)投影物鏡5成像在安裝 在工件臺6的像傳感裝置7上的孔徑光闌71表面；x方向彗差測量標記31、 y方向 彗差測量標記33、 x方向彗差參考標記32、 y方向彗差參考標記34的像通過孔徑光 闌71濾波后經(jīng)成像物鏡72成像在光電探測器73表面并被轉(zhuǎn)換為電信號，該信號被 數(shù)據(jù)采集卡8采集后送入計算機9進行數(shù)據(jù)處理，通過計算可得在當前數(shù)值孔徑A^ 和部分相干因子ct條件下，x方向彗差測量標記31空間像的中心位置與x方向彗差 參考標記32空間像的中心位置之間的相對成像位置偏移量AZ(tVA^)，以及y方向 彗差測量標記33空間像的中心位置與y方向彗差參考標記34空間像的中心位置之 間的相對成像位置偏移量Al^WAo");通過改變照明系統(tǒng)2的部分相干因子、照明 方式以及投影物鏡5的數(shù)值孔徑，利用所述像傳感裝置7測得多組所述相對成像位 置偏移量AZ(iV4,(T,)， Ay(A^,，c7,)， (/=7，2，3...");利用光刻仿真軟件標定在不同
的數(shù)值孔徑和部分相干因子條件下所述投影物鏡5的彗差靈敏度系數(shù)S,(iVJ,o")和 &(^4,^);利用所述彗差靈敏度系數(shù)計算得到與投影物鏡5的彗差有關(guān)的澤尼克系
數(shù)的大小。詳細的標定與計算的過程如下所述。
投影物鏡的波像差通常由澤尼克多項式來表示
=Z十Z2pcos6^ + Z3yOsin6^ + Z4(2y02 -1) + Z5yo2 cos+ (l) Z6yQ2 sin26> + Z7(3/92—2)/7cos6> + Z8(3p2—2)/7sin^ + ." + Z14(10p4 -12p2 +3)pcos"Z,5(10p4 -12/ 2 +3)psin6> + --.，
其中p， e為物鏡出瞳面的歸一化極坐標。澤尼克系數(shù)^與4分別表示x方向和y
方向的波前傾斜，Z,與Z,分別表示x方向和y方向的三階彗差，44與215分別表 示x方向和y方向的五階彗差。在忽略高階像差的情況下，影響圖形成像位置偏移 量的像差函數(shù)可表示為
『y (p) = Z2p + Z7 (3p3 - 2p) + Z14 (1 Op5 - 12p3 + 3p) ， ( 2)
『r (p) = Z3p + Zs (3p3 -2/ ) + Z15 (10p5 - 12p3 + 3/7) ， (3)
(2)式和(3)式中p的線性項包含部分畸變，畸變的存在使彗差檢測存在一定的誤 差?；儗е碌某上裎恢闷屏坎浑S圖形尺寸和密度的改變而改變，而彗差引起的 成像位置偏移量依賴于圖形的尺寸和密度。x方向彗差測量標記31與x方向彗差參 考標記32之間的相對位置偏移量AZ(7^,cT)，以及y方向彗差測量標記33與y方
向彗差參考標記34之間的相對成像位置偏移量Ay(A^,^)可表示為
AZ(A^,cr) = AX31 AX32 ， (4)
Ay(A^,0") = Ay33(A64,cr)-A1^(風0")。 (5)
其中，AZ3I(A^,(x)， AX32(iVJ，o")， A&(A^,(t;)， A^(A^,o)分別為測試掩模3
上的x方向彗差測量標記31、 x方向彗差參考標記32、 y方向彗差測量標記33、 y 方向彗差參考標記34經(jīng)投影物鏡成像后的位置偏移量。通過相對成像位置偏移量的 測量，可消除(2)式和(3)式中線性項的影響，該相對成像位置偏移量可表示為
AZ(崩,a)ocZ7 3^+Z,4(10p5-12p3) ， (6)
A豐j,o")oc Zs3/ 3 +ZI5 (10/75 -12/ 3) ， (7)
由(6)、 (7)兩式可知，由彗差引起的相對成像位置偏移量主要取決于測試標記的 頻譜在投影物鏡光瞳面的分布。進入光瞳非零級次衍射光的強度越高，曾差引起的 相同線寬的二元光柵，本發(fā)明采用的測試掩模3上包 含的x方向彗差測量標記31和y方向彗差測量標記33均為移相光柵標記，進入光 瞳的衍射級次更多，非零級衍射光的強度得到提高。因此本發(fā)明提出的測試標記將 對彗差更為敏感，更適于彗差檢測。
與此同時，彗差引起的相對位置偏移量還取決于投影物鏡的數(shù)值孔徑和照明系 統(tǒng)的部分相干因子。在彗差一定的情況下，改變投影物鏡的數(shù)值孔徑和照明系統(tǒng)的 部分相千因子將使不同空間頻率的光線的光強分布發(fā)生變化，從而使彗差引起的相 對位置偏移量發(fā)生變化。調(diào)節(jié)光束整形器22改變照明系統(tǒng)的部分相干因子和照明方 式，并調(diào)節(jié)投影物鏡5的數(shù)值孔徑，對于x方向彗差測量標記31和x方向彗差參考 標記32，以及y方向彗差測量標記33和y方向彗差參考標記34分別有，
M^A^,,0",)^^,0",)^^—,,0",)^ "….")， (8)
厶7(^4，0;) = &(7\^,0;)28+&(^4,0",)215 (/=7,2，j......")' (9)
其中，AX(A^,，a,)為在給定的數(shù)值孔徑NA和部分相干因子ct條件下曾差引起的x 方向彗差測量標記31與x方向彗差參考標記32的相對成像位置偏移量，A^7V4,A) 為在給定的數(shù)值孔徑NA和部分相干因子a條件下彗差引起的y方向彗差測量標記 33與y方向彗差參考標記34的相對成像位置偏移量。S(A^,，cr,)， ^(iV4,A)， ^(AH，a,)和&(A^,o",)為彗差靈敏度系數(shù)，由下列公式定義
《(iV4,cr》^^(濕'，°"') (/=7，2'3......")， (10)
<formula>formula see original document page 13</formula>(13)
靈敏度系數(shù)隨投影物鏡的數(shù)值孔徑和照明系統(tǒng)的部分相干因子變化，可利用光刻仿 真軟件標定得到。如標定在一定的數(shù)值孔徑和部分相干因子條件下的靈敏度系數(shù) S(AH,",)時，可設(shè)定一定的Z7值而取其它澤尼克系數(shù)為零，使用光刻仿真軟件仿
真計算得到由X方向三階彗差引起的相對位置偏移量AZ(iV4，c7,)，則此時的靈敏度
系數(shù)S (AM,,o",)可即為AZ(AW,,O",)與Z7之比，& (iV4 ，(J,) ， & (iV4, o",)和& (AM,, cr,)
的標定方法與S (A^,cr,)相似。
在一系列不同的數(shù)值孔徑和部分相干因子設(shè)置下，通過安裝在工件臺6上的像 傳感裝置7探測測試掩模3上x方向彗差測量標記31與x方向彗差參考標記32， 以及y方向彗差測量標記33與y方向彗差參考標記34的空間像可以得到其光強分 布并計算得到相對成像位置偏移量，可由以下矩陣方程表示
<formula>formula see original document page 14</formula>上述方程為超定方程，可通過最小二乘法求解。利用像傳感裝置7在一系列數(shù)值孔 徑和部分相干因子設(shè)置下測量視場內(nèi)不同位置處x方向彗差測量標記31與x方向彗 差參考標記32， y方向彗差測量標記33與y方向彗差參考標記34的相對成像位置 偏移量，利用標定的靈敏度系數(shù)可以計算得到表征視場內(nèi)相應位置彗差的澤尼克系
數(shù)Z7， Z8, Z,4和Z^。
本發(fā)明實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，光源1采用波長為193nm的ArF準分子 激光器，照明系統(tǒng)2提供的照明方式為傳統(tǒng)照明和環(huán)形照明，其中傳統(tǒng)照明的部分 相干因子變化范圍為0.25-0.85，變化-歩長為0.1，共7種部分相干因子設(shè)置。環(huán)形 照明的環(huán)帶寬度為0.3，環(huán)帶中心部分相干因子的變化范圍為0.3~0.8，變化步長為 0.1，共6種部分相干因子設(shè)置。投影物鏡的數(shù)值孔徑變化范圍為0.5 0.8，變化歩長 為0.05，共7種數(shù)值孔徑設(shè)置。因此在本實施例中，常規(guī)照明方式共取49種照明參 數(shù)設(shè)置，環(huán)形照明方式共取42種照明參數(shù)設(shè)置。測試掩模3上的x方向彗差測量標 記31為垂直方向的線寬為250nm的交替型移相光柵標記，x方向彗差參考標記32 為垂直方向的線寬為2pm的二元光柵標記，y方向曾差測量標記31為水平方向的線 寬為250nm的交替型移相光柵標記，y方向彗差參考標記32為水平方向的線寬為 2pm的二元光柵標記。投影物鏡5是全透射式投影物鏡。圖3中的光電探測器73 為光電二極管陣列。
以x方向彗差測量標記31為例，其復透過率函數(shù)為
<formula>formula see original document page 15</formula>(16)
其中，p為交替型移相光柵的柵距。交替型移相光柵在物鏡光瞳面的頻譜分布為其
復透過率函數(shù)的傅里葉變換
<formula>formula see original document page 15</formula>(17)
其中義=sin^//i ，為空間頻率變量。x方向彗差參考標記32的復透過率函數(shù)為
(18)
二元光柵在物鏡光瞳面的頻譜分布為其復透過率函數(shù)的傅里葉變換:
<formula>formula see original document page 15</formula>(19)
由(17)式和(19)式可知，交替型移相光柵標記的零級衍射光缺級，二元光 柵除了零級衍射光之外的偶數(shù)級次衍射光缺級。對于具有相同線寬的密集線條標記 而言，交替型移相光柵相比于二元光柵有更多級次的衍射光進入物鏡光瞳，而且交 替型移相光柵的衍射譜不含直流分量，高階衍射光的強度得到提高，因此，交替型 移相光柵對彗差更為敏感，更適于彗差檢測。在本實施例中，通過在不同的數(shù)值孔 徑和部分相干因子條件下測量較小線寬的交替型移相光柵標記與較大尺寸的二元光 柵標記的相對成像位置偏移量，利用(14)和(15)式計算得到與彗差相關(guān)的澤尼 克系數(shù)。
靈敏度系數(shù)的變化范圍是影響彗差檢測精度的關(guān)鍵因素。下面給出本實施例彗 差靈敏度的仿真結(jié)果。圖4與圖5分別為傳統(tǒng)照明與環(huán)形照明條件下，本發(fā)明采用 測試掩模3上的x方向彗差測量標記31與x方向彗差參考標記32的相對成像位置 偏移量AZ的Z7靈敏度系數(shù)與數(shù)值孔徑、部分相干因子之間的關(guān)系。圖6與圖7分 別為傳統(tǒng)照明與環(huán)形照明條件下，TAMIS技術(shù)的Z7靈敏度系數(shù)與數(shù)值孔徑、部分相 干因子之間的關(guān)系。本發(fā)明提出的彗差檢測方法與TAMIS技術(shù)相比，Z7靈敏度系數(shù) 的變化范圍在傳統(tǒng)照明條件下增大了 34.4%，在環(huán)形照明條件下增大了 28.2%。
圖8與圖9分別為傳統(tǒng)照明與環(huán)形照明條件下，本發(fā)明采用測試掩模3上的x 方向彗差測量標記31與x方向彗差參考標記32的相對位置偏移量AZ的Z,4靈敏度
系數(shù)與數(shù)值孔徑、部分相干因子之間的關(guān)系。圖10與圖11分別為傳統(tǒng)照明與環(huán)形 照明條件下，TAMIS技術(shù)的Z!4靈敏度系數(shù)與數(shù)值孔徑、部分相干因子之間的關(guān)系。 本發(fā)明提出的彗差檢測方法與TAMIS技術(shù)相比，Z"靈敏度系數(shù)的變化范圍在傳統(tǒng) 照明條件下增大了 58.5%，在環(huán)形照明條件下增大了 2.2%。
由以上說明，本發(fā)明與已有技術(shù)相比，消除了畸變對彗差檢測的影響，提高彗 差檢測的精度，同時提高了彗差檢測的速度。
權(quán)利要求
1、一種光刻機投影物鏡彗差原位檢測系統(tǒng)，包括光源(1)，在該光源(1)的輸出光束上同光軸地依次是照明系統(tǒng)(2)、測試掩模(3)、承載測試掩模(3)的掩模臺(4)、投影物鏡(5)、工件臺(6)及安裝在該工件臺(6)上的像傳感裝置(7)，該像傳感裝置(7)通過數(shù)據(jù)采集卡(8)和計算機(9)相連，其特征在于所述的測試掩模(3)由兩個互相垂直的線寬較小的x方向彗差測量標記(31)、y方向彗差測量標記(33)、和兩個互相垂直線寬較大的x方向彗差參考標記(32)和y方向彗差參考標記(34)構(gòu)成，所述的x方向彗差測量標記(31)和y方向彗差測量標記(33)是移相光柵標記，所述的x方向彗差參考標記(32)和y方向彗差參考標記(34)是二元光柵標記，所述像傳感裝置(7)包括孔徑光闌(71)、成像物鏡(72)和光電探測器(73)，所述的光電探測器(73)通過數(shù)據(jù)采集卡(8)和計算機(9)相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻機投影物鏡彗差原位檢測系統(tǒng)，其特征在于用作 所述的x方向彗差測量標記(31)和y方向彗差測量標記(33)的移相光柵標記， 為交替型移相光柵標記，或衰減型移相光柵標記，或無鉻移相光柵標記。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻機投影物鏡彗差原位檢測系統(tǒng)，其特征在于所述 的光電探測器(73)是CCD，或光電二極管陣列。
4、 利用權(quán)利要求1所述的光刻機投影物鏡彗差原位檢測系統(tǒng)進行光刻機投影物 鏡彗差原位檢測的方法，其特征在于該方法包括以下步驟①光源(1)發(fā)出的照明光經(jīng)照明系統(tǒng)(2)照射掩模臺(4)上的測試掩模(3)， 該測試掩模(3)上的x方向彗差測量標記(31)、 y方向彗差測量標記(33)、 x方 向彗差參考標記(32)、 y方向彗差參考標記(34)經(jīng)投影物鏡(5)的像通過孔徑 光闌(71)濾波后經(jīng)成像物鏡(72)成像在光電探測器(73)的探測面上并被轉(zhuǎn)換 為電信號，該電信號被數(shù)據(jù)采集卡(8)采集后送入計算機(9)進行數(shù)據(jù)處理，得 到在當前數(shù)值孔徑A^和部分相干因子^7條件下，x方向彗差測量標記(31)空間像 的中心位置與x方向彗差參考標記(32)空間像的中心位置之間的相對成像位置偏 移量AAT(A^，(r;)，以及y方向彗差測量標記(33)空間像的中心位置與y方向彗差參考標記(34)空間像的中心位置之間的相對成像位置偏移量Ay(AW,c7)，由 示，其中，AX31(A^,o")， AX32(A^,cr;)， Al^A^,cr)， Ag4 (A^，o")分別為測試掩模(3)上的x方向彗差測量標記(31)、 x方向彗差參考標記(32)、 y方向彗差測 量標記(33)、 y方向彗差參考標記(34)經(jīng)投影物鏡后的成像位置偏移量；②通過改變照明系統(tǒng)(2)的部分相干因子a和投影物鏡(5)的數(shù)值孔徑A^4， 利用所述像傳感裝置(7)測得多組相對成像位置偏移量AX(A^,，q)， Ay(iVJ,，o",)，(/=/，2，^^)，其中n為照明參數(shù)設(shè)置數(shù)，n的取值由測量精度決定，測量精度高則 n取值大；③利用光刻仿真軟件標定在不同的數(shù)值孔徑A^和部分相干因子c條件下所述 的投影物鏡(5)的彗差靈敏度系數(shù)"…'")，(zW"…"'")， (zW'2'3..…'")，其中，AZ(7V4, A )和(, (7,)為不同數(shù)值孔徑和部分相干因子下的相對成像位置 偏移量，Z7， Z8， Zw和ZM為表示彗差的澤尼克系數(shù)，.標定方法如下當標定在一定的數(shù)值孔徑和部分相干因子條件下的靈敏度系數(shù)S(A^,C7,)時，先設(shè)定一定的Z7值而取其它澤尼克系數(shù)為零，使用光刻仿真軟件仿真計算得到由X 方向三階彗差引起的相對位置偏移量AZ(iV4, q ),則此時的靈敏度系數(shù)& (AH,)即為AX(7V4,",)與Z7之比；同樣方法標定& (W4,o",) 、 & (AM,",)和& (iV4，cr,);④在不同數(shù)值孔徑A^和部分相干因子c條件下測得的相對成像位置偏移量 AX(W4,o",)， Ay(AH,cT,) G'=/'2J"…'")與靈敏度系數(shù)S(W4,(T,)， &(^4",)，&(AH",)， &(^4，^)以及表征彗差的澤尼克系數(shù)27， Z8， Z14， 45之間的關(guān)系由下式表示況，況8豐，,)=況15 利用最小二乘法求解上述兩式，即可得到與投影物鏡(5)的彗差相關(guān)的澤尼克系數(shù)<formula>formula see original document page 4</formula>⑤通過光刻機的主控計算機移動工件臺(6)，將測試掩模(3)上的x方向彗差 測量標記(31)、 y方向彗差測量標記(33)、 x方向彗差參考標記(32)、 y方向彗 差參考標記(34)移動到投影物鏡(5)的光瞳面的不同位置，重復步驟① ④，實 現(xiàn)表征投影物鏡不同位置彗差的澤尼克系數(shù)Z,， Z8， 214和《5的測量。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的光刻機投影物鏡彗差原位檢測的方法，其特征在于所 述的照明參數(shù)設(shè)置數(shù)n的取值為30-60。<formula>formula see original document page 4</formula>
全文摘要
一種光刻機投影物鏡彗差原位檢測系統(tǒng)及檢測方法。所述系統(tǒng)包括光源、照明系統(tǒng)、測試掩模、掩模臺、投影物鏡、工件臺、安裝在所述工件臺上的像傳感裝置數(shù)據(jù)采集卡以及計算機。所述像傳感裝置包括孔徑光闌、成像物鏡、光電探測器。所述測試掩模由兩個互相垂直的線寬較小的移相光柵標記和兩個互相垂直的線寬較大的二元光柵標記組成。本發(fā)明彗差原位檢測的方法，在不同的數(shù)值孔徑和部分相干因子設(shè)置下，通過像傳感裝置測量所述測試標記的相對成像位置偏移量，然后標定所述投影物鏡的彗差靈敏度系數(shù)，再利用彗差靈敏度系數(shù)計算得到所述投影物鏡的彗差。本發(fā)明的優(yōu)點是可以消除畸變對成像位置偏移量的影響，提高了彗差檢測精度，縮短彗差檢測時間。
文檔編號H01L21/027GK101109907SQ20071004514
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月22日
發(fā)明者王向朝, 袁瓊雁 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所