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一種大數(shù)值孔徑光刻機(jī)投影物鏡波像差檢測方法

文檔序號(hào):8456821閱讀:477來源:國知局
一種大數(shù)值孔徑光刻機(jī)投影物鏡波像差檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光刻機(jī)投影物鏡,特別是一種大數(shù)值孔徑光刻機(jī)投影物鏡波像差檢測 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光刻機(jī)是極大規(guī)模集成電路制造的核心設(shè)備之一。投影物鏡是光刻機(jī)最重要的分 系統(tǒng)之一。投影物鏡的波像差影響光刻機(jī)的成像質(zhì)量,造成成像對比度降低,工藝窗口縮 小。隨著光刻技術(shù)從干式發(fā)展至浸沒式,光刻機(jī)投影物鏡的像差容限變得越來越嚴(yán)苛,對波 像差檢測精度的要求也越來越高。因此,為滿足光刻機(jī)的套刻精度和分辨率等要求,研發(fā)一 種高精度的大數(shù)值孔徑光刻機(jī)投影物鏡波像差檢測技術(shù)意義重大。
[0003] 2011年,Lifeng Duan等人提出了一種基于空間像主成分分析的光刻機(jī)投影物鏡 波像差檢測技術(shù)(參見在先技術(shù) 1,Lifeng Duan,Xiangzhao Wang,Anatoly Y. Bourov, et al. , "In situ aberration measurement technique based on principal component analysis of aerial image, "0pt.Express 19(19),18080-18090(2011))。該技術(shù)米用水 平和垂直兩個(gè)方向的檢測標(biāo)記,在一種照明模式下,通過采集空間像光強(qiáng)分布檢測光刻投 影物鏡波像差。該技術(shù)檢測精度高,速度快;但由于掩模檢測標(biāo)記只有兩個(gè)方向,只能用于 檢測低階像差(z 5, Z7~Z 9, Z14~Z 16),無法檢測更高階澤尼克像差。
[0004] 在上述技術(shù)的基礎(chǔ)上,段立峰等又提出了一種基于空間像檢測的投影物鏡波像差 原位測量方法(參見在先技術(shù)2,段立峰,王向朝,徐東波,"基于空間像檢測的投影物鏡波 像差原位測量方法",專利號(hào):ZL201210115759. 5)。該方法采用6個(gè)方向的掩模檢測標(biāo)記實(shí) 現(xiàn)了 33階澤尼克像差的測量(Z5~Z 37),該方法通過增加掩模檢測標(biāo)記實(shí)現(xiàn)了高階澤尼克 像差的檢測,但由于使用標(biāo)量成像模型,只能適用于投影物鏡數(shù)值孔徑小于/等于0. 75的 情況,無法檢測大數(shù)值孔徑光刻機(jī)投影物鏡波像差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于空間像檢測的大數(shù)值孔徑光刻機(jī)投影物鏡波像 差檢測方法,能夠高精度地檢測大數(shù)值孔徑光刻機(jī)投影物鏡的波像差。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0007] -種大數(shù)值孔徑光刻機(jī)投影物鏡波像差檢測方法,該方法采用的測量系統(tǒng)包括用 于產(chǎn)生激光光束的光源、照明系統(tǒng)、用于承載測試掩模并擁有精確定位能力的掩模臺(tái)、用于 將掩模圖形上的檢測標(biāo)記成像到硅片上的投影物鏡系統(tǒng)、能承載硅片并具有三維掃描能力 和精確定位能力的工件臺(tái)、安裝在該工件臺(tái)上的空間像傳感器以及與空間像傳感器相連的 數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)。
[0008] 所述的光源可以是傳統(tǒng)照明、環(huán)形照明、二極照明、四極照明和自由照明光源,傳 統(tǒng)照明光源的部分相干因子為σ ;環(huán)形照明光源的部分相干因子為[0(Mt,0in],〇_表 不外部相干因子,〇^表不內(nèi)部相干因子;二極照明的部分相干因子為[σ _,0in],0OTt 表不外部相干因子,0^表不內(nèi)部相干因子,極張角為θ ;四極照明的部分相干因子為 [0OUt, Gin],0OUt表不外部相干因子,0 to表不內(nèi)部相干因子,極張角為θ。
[0009] 所述的照明系統(tǒng)用于調(diào)整所述光源產(chǎn)生的照明光場的光強(qiáng)分布及偏振狀態(tài)。
[0010] 所述的檢測標(biāo)記由6個(gè)具有不同方向取向的孤立空組成,6個(gè)不同的方向取向分 別為 0。,30。,45。,90。,120。,135。。
[0011] 該方法包括建模階段和像差提取階段。
[0012] 建模階段包括以下2個(gè)步驟:
[0013] a.仿真空間像集合的創(chuàng)建
[0014] 采用Box-Behnken Design統(tǒng)計(jì)抽樣方式設(shè)定33階澤尼克像差Z5~Z37的組合ZU, 并隨機(jī)設(shè)定一組大數(shù)值孔徑光刻機(jī)投影物鏡的偏振像差PT ;
[0015] 選擇光刻仿真參數(shù):照明系統(tǒng)的照明方式及其部分相干因子,照明方式為偏振照 明,照明光的偏振態(tài)可以是完全偏振,部分偏振和完全非偏振,光刻機(jī)曝光波長λ,投影物 鏡的數(shù)值孔徑ΝΑ,設(shè)定NA的取值范圍為NA多0. 93 ;
[0016] 在掩模臺(tái)上放置測試掩模,該測試掩模上的測試標(biāo)記為孤立空組合;
[0017] 空間像米集范圍:X方向米集范圍為[-L, L],設(shè)定L的取值范圍為 300nm彡L彡3000nm,Z方向采集范圍為[-F, F],設(shè)定F的取值范圍為2000nm彡F彡6000nm ; 空間像采集點(diǎn)數(shù):X方向采集點(diǎn)數(shù)為M,設(shè)定M的取值范圍為M多20, Z方向采集點(diǎn)數(shù)為N, 設(shè)定N的取值范圍為N多13 ;將上述參數(shù)和澤尼克像差組合ZU輸入計(jì)算機(jī),使用公式①所 示的矢量成像公式,采用光刻仿真軟件進(jìn)行仿真,得到仿真空間像集合AIU。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大數(shù)值孔徑光刻機(jī)投影物鏡波像差檢測方法,該方法采用的測量系統(tǒng)包括用于 產(chǎn)生激光光束的光源(1)、照明系統(tǒng)(2)、用于承載測試掩模(3)并擁有精確定位能力的掩 模臺(tái)(4)、用于將掩模圖形上的檢測標(biāo)記(5)成像到硅片上的投影物鏡系統(tǒng)(6)、能承載硅 片并具有三維掃描能力和精確定位能力的工件臺(tái)(7)、安裝在該工件臺(tái)(7)上的空間像傳 感器⑶以及與空間像傳感器⑶相連的數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)(9); 其特征在于,該方法包括建模階段和像差提取階段; 所述的建模階段包括以下2個(gè)步驟: a. 仿真空間像集合的創(chuàng)建 采用Box-BehnkenDesign統(tǒng)計(jì)抽樣方法設(shè)定33階澤尼克像差Z5~Z37的組合ZU,并 隨機(jī)設(shè)定一組偏振像差PT; 選擇光刻仿真參數(shù):照明系統(tǒng)的照明方式及其部分相干因子,光刻機(jī)曝光波長A,投 影物鏡的數(shù)值孔徑NA; 在掩模臺(tái)上放置測試掩模,該測試掩模上的測試標(biāo)記為孤立空組合; 設(shè)置空間像米集范圍:X方向米集范圍為[_L,L],Z方向米集范圍為[_F,F(xiàn)];空間像米 集點(diǎn)數(shù):X方向采集點(diǎn)數(shù)為M,Z方向采集點(diǎn)數(shù)為N; 將上述參數(shù)和澤尼克像差組合ZU輸入計(jì)算機(jī),采用光刻仿真軟件進(jìn)行仿真,得到仿真 空間像集合AIU; b. 線性回歸矩陣的標(biāo)定 對仿真空間像集合AIU進(jìn)行主成分分析,獲取仿真空間像的主成分以及相應(yīng)的主成分 系數(shù),公式如下: AIU=PC?V ①其中,PC為仿真空間像集合的主成分,V為對應(yīng)的主成分系數(shù); 將所述的主成分系數(shù)V和所述的澤尼克像差組合ZU作為已知數(shù)據(jù),采用最小二乘法擬 合方法計(jì)算線性回歸矩陣RM,公式如下: V=ZU?RM(2) 所述的像差提取階段包括以下2個(gè)步驟: a. 實(shí)測空間像的采集 對待檢測的光刻機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,參數(shù)與建模階段步驟a.相同; 啟動(dòng)光刻機(jī),光源發(fā)出的照明光經(jīng)過照明系統(tǒng)調(diào)整后得到與建模階段步驟a.相應(yīng)的 照明方式,照射到掩模臺(tái)上的測試掩模,利用空間像傳感器測量經(jīng)投影物鏡匯聚的多方向 測試標(biāo)記對應(yīng)的空間像,得到實(shí)測空間像,并輸入所述計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存; b. 澤尼克像差的求解 利用計(jì)算機(jī)對實(shí)測空間像進(jìn)行主成分?jǐn)M合,得到實(shí)測空間像的主成分系數(shù),然后與所 述的線性回歸矩陣RM按照最小二乘法進(jìn)行擬合,得到所測光刻機(jī)投影物鏡的澤尼克像差。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大數(shù)值孔徑光刻機(jī)投影物鏡波像差檢測方法,其特征在于, 所述的光源是傳統(tǒng)照明、環(huán)形照明、二極照明、四極照明或自由照明光源,傳統(tǒng)照明光源的 部分相干因子為 0 ;環(huán)形照明光源的部分相干因子為[Otjut, 0in],0OTt表不外部相干因 子,0 ^表不內(nèi)部相干因子;二極照明的部分相干因子為[0 OTt,0 in],0 OTt表不外部相干因 子,〇^表不內(nèi)部相干因子,極張角為Q;四極照明的部分相干因子為[0 _,〇in],〇_表 不外部相干因子,0 &表不內(nèi)部相干因子,極張角為Q; 所述的照明系統(tǒng)用于調(diào)整所述光源產(chǎn)生的照明光場的光強(qiáng)分布及偏振狀態(tài); 所述的檢測標(biāo)記由6個(gè)具有不同方向取向的孤立空組成,6個(gè)不同的方向取向分別為 0。 ,30。 ,45。 ,90。 ,120。和 135。。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大數(shù)值孔徑光刻機(jī)投影物鏡波像差檢測方法,其特征在于, 所述的照明方式為偏振照明。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大數(shù)值孔徑光刻機(jī)投影物鏡波像差檢測方法,其特征在于, 所述的光的偏振態(tài)是完全偏振,部分偏振或完全非偏振。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大數(shù)值孔徑光刻機(jī)投影物鏡波像差檢測方法,其特征在于, 所述的X方向采集范圍L的取值范圍為300nm<L< 3000nm;Z方向采集范圍F的取值范 圍為2000nm<F< 6000nm;X方向采集點(diǎn)數(shù)M的取值范圍為M多20,Z方向采集點(diǎn)數(shù)N的 取值范圍為N彡13。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大數(shù)值孔徑光刻機(jī)投影物鏡波像差檢測方法,其特征在于, 所述的投影物鏡的數(shù)值孔徑NA多0. 93。
【專利摘要】一種大數(shù)值孔徑光刻機(jī)投影物鏡波像差檢測方法,本發(fā)明分為建模階段和像差提取階段,建模階段先設(shè)定光的偏振態(tài)、投影物鏡的偏振像差以及數(shù)值孔徑等參數(shù),仿真空間像,對仿真空間像進(jìn)行主成分分析和多元線性回歸分析,得到相應(yīng)的主成分和回歸矩陣,建立與大數(shù)值孔徑光刻機(jī)匹配的檢測模型;像差提取階段采集實(shí)測空間像,對實(shí)測空間像進(jìn)行主成分?jǐn)M合得到主成分系數(shù),采用回歸矩陣對主成分系數(shù)進(jìn)行最小二乘法擬合得到實(shí)測空間像的澤尼克像差。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了大數(shù)值孔徑光刻機(jī)投影物鏡的澤尼克像差Z5~Z37的高精度檢測。
【IPC分類】G03F7-20, G01M11-02
【公開號(hào)】CN104777718
【申請?zhí)枴緾N201510166998
【發(fā)明人】諸波爾, 李思坤, 王向朝, 閆觀勇, 沈麗娜, 王磊
【申請人】中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月9日
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