光刻机投影物镜彗差原位检测系统技术方案

一种光刻机投影物镜彗差原位检测系统，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。所述测试掩模由两个互相垂直的线宽较小的移相光栅标记和两个互相垂直的线宽较大的二元光栅标记组成。本实用新型专利技术的优点是可以消除畸变对成像位置偏移量的影响，可提高彗差检测精度。（*该技术在2017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彗差原位检测系统。
技术介绍
在极大规模集成电路制造领域，用于光刻工艺的步进扫描投影光刻机是公知的。 投影物镜系统是步进扫描投影光刻机中最重要的分系统之一。投影物镜的像差使光 刻机的光刻成像质量恶化，并造成光刻工艺容限的减小。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。彗差还可导致掩模 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。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， 彗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彗 差原位检测系统及检测方法是不可或缺的。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，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. SPIE 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以及一个方 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X方向线条和Y方向线条的成像位置。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测试标记经投影物镜所成的像，可以得到标记的成像位 置(X，Y)，再与理想成像位置比较后得到成像位置偏移量(AX(A^,f7)， Ar(iVAo"))。 在不同的投影物镜数值孔径和照明系统部分相干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(AH,cT,;)， A}^A^,CT,;)， (/=7,么3 ")，然后利用数学模型进行计算后得到彗差相应的泽尼克系数Z7、 Z8、 Z14、 Z15。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像传感器扫描掩模上测试 标记经投影物镜所成的像，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，彗差对二元掩 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曾差检测，灵敏度 系数的变化范围较小，导致彗差检测的精度有限。畸变是光刻机投影物镜主要的垂轴像差之一，畸变同样会导致掩模上的图形曝 光到硅片后发生成像位置偏移。TAMIS技术测量彗差时并没有考虑畸变对成像位置 偏移量的影响，因而使彗差检测存在一定的误差，影响了彗差检测的精度。此外， TAMIS技术彗差检测过程中，必须同时对Z2、 Z3进行拟合计算，因此影响了彗差检 测的速度。随着光刻特征尺寸的不断减小，需要更高精度、更高速度的光刻机投影 物镜彗差原位检测系统及检测方法。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种光刻机投影物镜彗差原位检测系统，本实用新 型要消除畸变对彗差检测的影响，提高彗差检测的精度。本技术的技术解决方案如下一种光刻机投影物镜彗差原位检测系统，包括光源，在该光源的输出光路上同 光轴地依次是照明系统、测试掩模、承载测试掩模的掩模台、投影物镜、工件台及 安装在该工件台上的像传感装置，该像传感装置通过数据采集卡和计算机相连，其特征在于所述的测试掩模由线宽较小的x方向彗差测量标记、y方向彗差测量标记、 线宽较大的x方向彗差参考标记和y方向彗差参考标记构成，所述的x方向彗差测 量标记和y方向彗差测量标记是移相光栅标记，所述的x方向彗差参考标记和y方 向彗差参考标记是二元光栅标记，所述像传感装置包括孔径光阑、成像物镜和光电 探测器，所述的光电探测器通过数据采集卡和计算机相连。用作所述的x方向彗差测量标记和y方向彗差测量标记的移相光栅标记，可为 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。利用上述的光刻机投影物镜彗差原位检测系统进行光刻机投影物镜彗差原位检测的方法，包括以下步骤① 启动光源，光源发出的照明光经照明系统照射掩模台上的测试掩模，该测试掩模上的x方向彗差测量标记、y方向彗差测量标记、x方向彗差参考标记、y方向 彗差参考标记经投影物镜的像通过孔径光阑滤波后经成像物镜成像在光电探测器的 探测面上并被转换为电信号，该电信号被数据采集卡采集后送入计算机进行数据处 理，得到在当前数值孔径A^和部分相干因子cr条件下，x方向彗差测量标记空间像 的中心位置与x方向彗差参考标记空间像的中心位置之间的相对成像位置偏移量 AX(AM,cr)，以及y方向彗差测量标记空间像的中心位置与y方向彗差参考标记空间像的中心位置之间的相对成像位置偏移量Ay(WJ,cT):AZ (旭，O")=AX31 (旭,cr) - AZ32 (風cr)AF(风o") = Ay33 (风")-Al"34 (风cr) 其中AX31(A^,o")， AX32(A^,(7)， Ay33(A^,cr)， (A^4，cr)分别为测试掩模上的x方向彗差测量标记、x方向彗差参考标记、y方向彗差测量标记和y方向彗差参 考标记经投影物镜后的成像位置偏移量；② 通过改变照明系统的部分相干因子a和投影物镜的数值孔径M4，利用所述像 传感装置测得多组相对成像位置偏移量AZ(iV4.,cr,) ， Ay(iV4,a,)， G=/J,J-'")， 其中n为照明参数设置数，n的取值由测量精度决定，测量精度高则n取值大；③利用光刻仿真软件标定在不同的数值孔径A^和部分相干因子(T条件下所述的投影物镜的彗差灵敏度系数<formula>formula see original document page 5</formula>其中AX (T,)和AF (iV4,A )为不同数值孔径和部分相干因子下的相对成像位置 偏移量，Z7， Z8， Z,4和Z,5为表示彗差的泽尼克系数，标定方法如下当标定在一定的数值孔径和部分相干因子条件下的灵敏度系数&(A^,cr,)时， 先设定一定的Z7值而取其它泽尼克系数为零，使用光刻仿真软件仿真计算得到由X 方向三阶彗差引起的相对位置偏移量AX(AH,(T,)，则此时的灵敏度系数S(7V4,q)即为AX(W4.，(7,)与Z7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光刻机投影物镜彗差原位检测系统，包括光源（１），在该光源（１）的输出光束上同光轴地依次是照明系统（２）、测试掩模（３）、承载测试掩模（３）的掩模台（４）、投影物镜（５）、工件台（６）及安装在该工件台（６）上的像传感装置（７），该像传感装置（７）通过数据采集卡（８）和计算机（９）相连，其特征在于所述的测试掩模（３）由两个互相垂直的线宽较小的ｘ方向彗差测量标记（３１）、ｙ方向彗差测量标记（３３）、和两个互相垂直线宽较大的ｘ方向彗差参考标记（３２）和ｙ方向彗差参考标记（３４）构成，所述的ｘ方向彗差测量标记（３１）和ｙ方向彗差测量标记（３３）是移相光栅标记，所述的ｘ方向彗差参考标记（３２）和ｙ方向彗差参考标记（３４）是二元光栅标记，所述像传感装置（７）包括孔径光阑（７１）、成像物镜（７２）和光电探测器（７３），所述的光电探测器（７３）通过数据采集卡（８）和计算机（９）相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁琼雁，王向朝，
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]