光刻机投影物镜偶像差原位检测系统技术方案

一种光刻机投影物镜偶像差原位检测系统，所述系统包括光源、照明系统、测试掩模、掩模台、投影物镜、工件台、安装在所述工件台上的像传感装置、数据采集卡以及计算机。所述像传感装置包括孔径光阑、成像物镜、光电探测器。所述测试掩模包含一种用于偶像差原位检测的测试标记，由０°、４５°、９０°、１３５°四个方向的移相光栅标记组成，光栅的线空比经过优化，达到最大的像差灵敏度。本实用新型专利技术的优点是提高了偶像差的检测精度。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光刻机，特别是一种光刻机投影物镜偶像差原位检测系统。技术背景在极大规模集成电路制造领域，用于光刻工艺的歩进扫描投影光刻机是公知的。 投影物镜系统是歩进扫描投影光刻机中最重要的分系统之一。投影物镜的波像差使 光刻机的光刻成像质量恶化，并造成光刻工艺容限的减小。波像差可以分为奇像差 和偶像差。其中，奇像差主要包括彗差和三波差，偶像差主要包括球差和像散。投 影物镜的彗差使掩模上的图形曝光到硅片后发生成像位置偏移，该成像位置偏移量 与图形尺寸和照明条件有关，因而，投影物镜的彗差是影响套刻精度的关键因素之 一。彗差还会导致掩模上的对称图形在曝光、显影后在硅片上形成的图形不对称， 从而影响光刻分辨率和线宽的均匀性。投影物镜的三波差使动态随机存储器图形曝 光显影后在硅片上形成的图形不对称，影响动态随机存储器的性能。投影物镜的球 差造成图形的最佳焦面发生偏移，并使不同尺寸、不同栅距的线条的最佳焦面不在 一个平面上。投影物镜的像散主要使互相垂直的线条的最佳焦面不在一个平面上。 投影物镜偶像差的存在使光刻成像系统的有效焦深縮小，对调焦调平系统的检测精 度提出了更加苛刻的要求。随着光刻特征尺寸的不断减小，尤其是各种分辨率增强 技术的使用，偶像差对光刻成像质量的影响越来越突出。因此，快速、高精度的光 刻机投影物镜偶像差原位检测系统是不可或缺的。TAMIS (TIS At Multiple Illumination Settings)技术是目前国际上用于检测光刻 机投影物镜彗差的主要技术之一。参见在先技术l，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技术采用的系统包括工件台以 及安装在工件台上的透射式像传感器、掩模台及测试掩模、照明系统和计算机等。其中透射式像传感器由两部分构成 一套尺寸为亚微米级的孤立线和一个方孔，孤 立线与方孔下方均放置独立的光电二极管。其中孤立线包括X方向的孤立线和Y方向的孤立线，方孔用于补偿照明光源的光强波动。透射式像传感器可以分别测量X3方向线条和Y方向线条的三维成像位置。在TAMIS技术中，通过移动工件台使透 射式像传感器扫描掩模上X方向测试标记和Y方向测试标记经投影物镜所成的像， 可以得到标记的轴向成像位置，再与理想成像位置比较后得到轴向成像位置偏移量 (AZA— (A^a) ， AZy (Mi")。在不同的投影物镜数值孔径和照明系统部分相千因子设置下测量掩模上各个标记的成像位置，得到不同照明条件下的视场内不同位置 处的成像位置偏移量AZ^(7V4,a,)， AZy(A^,，(T,)，(卜/,Z3…w)，然后利用数学模型进行计算后得到偶像差相应的泽尼克系数Z9、 Zl2、 Z16、 Z2I。由于透射式像传感器具有特殊的结构，因此测试标记的形状一般需设计为透射 式像传感器某个分支的形状，因此测试标记的设计受到了一定的限制。此外，在成 像位置偏移量的测量过程中，需要通过移动工件台使透射式像传感器对掩模上测试 标记经投影物镜所成的像进行三维扫描，因此测量时间相对较长。TAMIS技术采用的测试掩模为二元掩模，相对于各种相移掩模，偶像差对二元 掩模成像位置偏移的影响较小。因此TAMIS技术使用二元掩模进行偶像差检测，灵 敏度系数的变化范围较小，导致偶像差检测的精度有限。针对TAMIS技术存在的不足，FAN WANG等人提出了一种基于移相掩模标记 的光刻机投影物镜偶像差原位检测技术。参见在先技术2， Fan Wang, Xiangzhao Wang, Mingying Ma， Dongqing Zhang, Weijie Shi and Jianming Hu, "Aberration measurement of projection optics in lithographic tools by use of an alternating phase-shifting mask," Appl. Opt 45, 281-287(2006)，该技术采用水平方向和垂直方向 的交替型移相光栅标记取代TAMIS技术中采用的二元光栅标记进行偶像差的检测。 交替型移相光栅标记的偶像差灵敏度系数变化范围更大，检测精度较TAMIS技术有 明显的提高。在先技术1和在先技术2在检测球差时，球差所造成的最佳焦面偏移量是水平 方向线条的最佳焦面偏移量和垂直方向线条的最佳焦面偏移量的平均值，而忽略了 45'方向和135'方向线条最佳焦面偏移量的影响。在先技术1和在先技术2在检测像 散时，只考虑了水平/垂直像散(Z12、 Z2I)，而忽略了±45°像散(Z13、 Z22)。然而， 随着集成电路图形特征尺寸的不断减小，集成电路图形密度不断提高，集成电路图 形也愈加复杂，45°方向和135°方向线条更广泛地应用于集成电路设计之中，尤其是 存储器件的设计之中。因此，在检测光刻机投影物镜偶像差时，必须测量45°方向和135。方向线条的最佳焦面偏移量，从而测得±45'像散(Z13、 Z22)，并使球差的检测 精度得以提高。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述在先技术的不足，提供一种光刻机投影物镜偶 像差原位检测系统，本技术要全面考虑(T、 45°、 90°、 135。方向线条的最佳焦 面偏移的处理，提高偶像差检测的精度，同时提高偶像差的检测速度。本技术的技术解决方案如下一种光刻机投影物镜偶像差原位检测系统，包括产生照明光束的光源，用于调 整所述光源发出的光束的束腰尺寸、光强分布和部分相干因子和照明方式的照明系 统，能承载测试掩模并精确定位的掩模台，能将掩模图形成像且其数值孔径可调的 投影物镜，能精确定位的工件台，安装在工件台上的测量测试掩模上的图形成像位 置的像传感装置，其特点是所述测试掩模由(T方向偶像差测量标记、45°方向偶像差 测量标记、90°方向偶像差测量标记和135"方向偶像差测量标记组成，所述的(T方向 偶像差测量标记、45°方向偶像差测量标记、90°方向偶像差测量标记和135°方向偶 像差测量标记为移相光栅标记，所述像传感装置由依次相连的孔径光阑、成像物镜、 光电探测器、数据采集卡和计算机组成。所述的移相光栅标记为交替型移相光栅标记，或衰减型移相光栅标记，或无铬 移相光栅标记。所述的光电探测器是CCD，或光电二极管阵列。本技术由于采用了上述技术方案，与在先技术相比，具有以下优点和积极 效果1. 本技术通过(T、 45°、 9(T、 135'四个方向的交替型移相光栅标记最佳焦 面偏移量测量，全面考虑了各个方向线条的最佳焦面偏移量，从而提高了球差的检 测精度。2. 本技术通过测量45°方向和135°方向线条最佳焦面偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光刻机投影物镜偶像差原位检测系统，包括产生照明光束的光源（１），用于调整所述光源（１）发出的光束的束腰尺寸、光强分布和部分相干因子和照明方式的照明系统（２），能承载测试掩模（３）并精确定位的掩模台（４），能将掩模图形成像且其数值孔径可调的投影物镜（５），能精确定位的工件台（６），安装在工件台（６）上的测量测试掩模（３）上的图形成像位置的像传感装置（７），其特征在于所述测试掩模（３）由０°方向偶像差测量标记（３１）、４５°方向偶像差测量标记（３２）、９０°方向偶像差测量标记（３３）和１３５°方向偶像差测量标记（３４）组成，所述的０°方向偶像差测量标记（３１）、４５°方向偶像差测量标记（３２）、９０°方向偶像差测量标记（３３）和１３５°方向偶像差测量标记（３４）的移相光栅标记，所述像传感装置（７）由依次相连的孔径光阑（７１）、成像物镜（７２）、光电探测器（７３）、数据采集卡（７４）和计算机（７５）组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁琼雁，王向朝，邱自成，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]