光刻机投影物镜波像差在线检测方法技术

本发明专利技术涉及一种光刻机投影物镜波像差在线检测方法。通过在光刻机上集成干涉仪装置，进行投影物镜波像差的在线检测、校正和控制。干涉仪装置为点衍射干涉或狭缝衍射干涉仪，具备两种测量模式：ＰＳＩ测量模式和ＦＴＭ测量模式。ＰＳＩ测量模式采用移相干涉术，测量精度较高，主要用于干涉仪装置系统误差标定时；ＦＴＭ测量模式采用傅立叶变换法处理干涉条纹，测量速度较快，主要在投影物镜波像差在线检测和控制时使用。本方法在不降低检测速度的前提下，提高了测量精度；并且在不降低干涉条纹对比度的前提下，采用质量更高的球面参考波标定干涉仪装置各个元器件所导致的系统误差，提高了干涉仪装置本身的测量精度和可重复性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及投影光学系统的光学性能检测方法，特别涉及光刻机投影物镜 波像差在线检测方法。技术背景大规模集成电路的制备过程中使用投影曝光装置，将掩模上的图案经过投 影物镜縮小投影在涂有光刻胶的硅片上。随着相移掩模、离轴照明等分辨率增 强技术的应用，工艺因子正在逐渐逼近工艺的极限，对特征尺寸的控制和套刻 精度的要求越来越高。投影物镜的波像差，特别是其中的高级像差，对特征尺 寸控制误差的影响越来越突出。因此，有必要开发投影物镜波像差的在线检测 装置，进行快速、高精度的波像差在线检测和校正。传统的投影物镜像差测量方法，通常将测试掩模板上特定的图案成像在投 影物镜的像面上，采用扫描电子显微镜测量显影在硅片上的像，根据测量结果 计算得到投影物镜的像差数据。这种方法需要对硅片进行显影，因此测量时间 较长，并且由于测量过程中涂胶、显影等工艺的误差，测量精度较低。为了避 免这些问题，人们提出了利用干涉测量的方法，在光刻机上配置干涉仪，对投 影物镜的波像差进行在线检测。国际上主流的光刻设备供应商采用的干涉测量方法包括，点衍射干涉仪(Point Diffraction Interferometer, PDI)、狭缝衍射干涉 仪(Line Diffraction Interferometer, LDI)以及剪切干涉仪(Lateral Shearing Interferometer, LSI)等等。前述干涉测量的方法具有检测速度快、精度高、测量 重复性好等优点；并且可以集成在光刻机系统中，进行投影物镜的全视场波像 差在线检测，得到各个视场点36项Zernike系数表示的波像差；并根据检测得到的各视场点36项Zernike系数，进行波像差的在线校正和控制。前述干涉测 量方法是今后光刻机投影物镜波像差检测技术的主要发展方向。在美国专利2006/0262323中提出，在光刻机上安装PDI或LDI，对投影物 镜的波像差进行在线检测。前述专利中，PDI的测量原理是，在投影物镜的像面 上放置掩模板，掩模板上刻有一个直径小于前述投影物镜系统衍射极限分辨率 的圆孔和一个较大的窗口；圆孔对投影物镜出射光束发生衍射作用，产生理想 球面波作为参考波；窗口对投影物镜出射光束不产生影响，窗口出射光束携带 投影物镜波像差的信息作为测试波；利用光电传感器如CCD釆集测试波和参考 波的干涉图；利用相位提取、相位展开和波面拟和等干涉条纹处理算法，计算 出多项36项Zemike系数表示的投影物镜波像差。前述专利中，LDI与PDI的 原理相似，采用狭缝代替圆孔，利用狭缝对投影物镜出射光束发生衍射作用， 在空间一维方向上产生理想球面波作为参考波；参考波同窗口透射的携带投影 物镜波像差信息的测试波发生干涉，形成干涉条纹；通过空间正交方向上的两 次测量，得到正交方向上的两幅干涉图；利用相位提取、相位展开和波面拟和 等干涉条纹处理算法，计算出36项Zernike系数表示的投影物镜波像差。采用前述专利中的PDI或LDI干涉测量方法检测投影物镜波像差，由于利 用尺寸小于前述投影物镜衍射极限分辨率的圆孔或狭缝滤波，导致系统光强透 过率较低，干涉条纹的对比度较差，干涉图中噪声较大。这样会严重影响前述 干涉条纹处理算法的精度，导致计算得到的36项Zernike系数表示的投影物镜 波像差重复精度下降。前述专利中采用莫尔条纹法进行干涉条纹的处理，这种 方法利用计算机模拟出载波频率与采集得到的干涉图相同，并且具有固定相位 差的多幅模拟干涉图进行移相计算，实际上属于一种单幅干涉图处理技术，检 测速度较快。移相干涉术(Phase Shifting Interferometry,PSI)是将通讯理论中的同步相位 探测技术引入干涉测量中，通过移相装置的步进在干涉仪的两相干光之间引入 有序的相移，进行多幅干涉图的釆样可以极大地抑制干涉图中噪声的影响，在 干涉条纹对比度不好的情况下，也可以达到较高的重复测量精度。但是PSI需 要控制移相装置步进采集多幅干涉图，检测速度相对较慢。傅立叶变换法 (Fourier Transform Method, FTM)是一种频域干涉条纹处理方法，测量精度较 高，而且只需要一幅载波图，检测速度较快，非常适合进行在线检测。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种快速、高精度的投影物镜波像差 在线检测方法。本专利技术所采用的技术方案是在光刻机上集成干涉仪装置，进行投影物镜 波像差的在线检测、校正和控制。所述干涉仪装置为点衍射干涉(PDI)或狭缝 衍射干涉仪(LDI)，具备两种测量模式PSI测量模式和FTM测量模式。PSI测量模式采用移相干涉术，测量精度较高，主要用于所述干涉仪装置系统误差标定时；FTM测量模式采用傅立叶变换法处理干涉条纹，测量速度较快，主要在投影物镜波像差在线检测和控制时使用。本专利技术提供了一种，所述方法使用的系统包括用于产生投影光束的光源；用于调整所述光源发出的光束照明视场 和部分相干因子的照明系统；能将掩模图案成像在硅片上的投影物镜；能承载 所述掩模并精确定位的掩模工件台；能承载所述硅片并精确定位的硅片工件台； 能在线检测所述投影物镜波像差的干涉仪装置。在以上系统中，干涉仪装置为点衍射干涉仪或狭缝衍射干涉仪。干涉仪装 置包括用于对所述光源发出的光束进行分束的分束装置，如光栅；用于驱动所述分束装置在测试波和参考波之间引入有序相移的移相装置，如压电陶瓷微 位移台；用于规定所测量视场点的物方掩模板；用于产生测试波和球面参考波 以及所述干涉仪装置系统误差标定的像方掩模板；用于釆集所述测试波和球面 参考波干涉条纹的光电传感器，如CCD;用于保存所述光电传感器所采集的干 涉条纹强度信息的存储器；用于根据所述存储器中数据计算所述干涉仪装置系 统误差、所述投影物镜波像差以及所述投影物镜中各个补偿器的调整量的运算 器；用于根据所述运算器计算的数据控制所述投影物镜各个补偿器调整来校正 像差，并且控制所述移相装置步进来实现移相的控制器。所述的干涉仪装置具备两种测量模式在进行所述干涉仪装置系统误差标 定时，采用PSI测量模式；在进行所述投影物镜波像差在线检测和控制时，采 用FTM测量模式。其中PSI测量模式采用移相干涉术，利用所述移相装置的步 进得到多幅干涉图，测量精度较高；FTM测量模式采用傅立叶变换法处理干涉 条纹，只需要采集一幅干涉图，测量速度较快。所述的干涉仪装置具有系统标定误差功能，可以标定干涉仪装置本身引入 的系统测量误差。所述的像方掩模板具有波像差检测元件和系统误差标定元件。所述的像方 掩模板的波像差检测元件由圆孔(或狭缝)和窗口组成；圆孔(或狭缝)的尺寸小于;^，产生参考波；窗孔的尺寸为，，产生测试波；其中A为所述光 2A^,cr 崩,源的波长，AH为投影物镜像方数值孔径，CT为所述照明系统的部分相干因子，/为所述干涉仪装置测量的投影物镜出瞳波像差的空间频率范围。所述的像方掩模板的系统误差标定元件由两个圆孔(或狭缝)组成；第一 个圆孔(或狭缝)同像方掩模板上波像差检测元件的圆孔(或狭缝)相同，尺寸小于+;第二个圆孔(或狭缝)的尺寸小于—一，用来产生质量更高的球面波参考波，以标定所述干涉仪装置的系统误差。所述的包括以下步骤在装有所述干 涉仪装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光刻机投影物镜波像差在线检测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：１）在光刻机（１００）上集成基于点衍射干涉原理的干涉仪装置（２００），对投影物镜（１０５）的波像差进行在线检测；２）调节照明系统（１０２）的照明视场和部分相干因子σ，使干涉仪装置（２００）能够采集到对比度较高的干涉条纹；３）物方掩模板（２０３）铬层上刻有一个圆孔（２０９ａ）和一个较大的窗口（２０９ｂ），用来选择特定的两个衍射级次作为测试波和参考波进入投影物镜（１０５）；４）像方掩模板（２０４）的铬层上刻有波像差检测元件（２１０）和系统误差标定元件（２１１），波像差检测元件（２１０）包括圆孔（２１０ｂ）和窗口（２１０ａ），系统误差标定元件（２１１）由两个圆孔（２１１ａ）和（２１１ｂ）组成；５）将干涉仪装置（２００）调节到ＰＳＩ测量模式，利用像方掩模板（２０４）的系统误差标定元件（２１１），标定干涉仪装置（２００）的系统误差；６）将干涉仪装置（２００）调节到ＦＴＭ测量模式，利用像方掩模板（２０４）的波像差检测元件（２１０），进行投影物镜（１０５）全视场波像差的在线检测，得到投影物镜（１０５）各个视场点３６项Ｚｅｒｎｉｋｅ表示的波像差，以及投影物镜（１０５）各个补偿器的调整量；７）利用干涉仪装置（２００）的控制器（２０８），自动完成投影物镜（１０５）的像差校正。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳秋，刘克，刘丽辉，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]