光刻机成像光学系统像差现场测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光刻机成像光学系统像差现场测量方法，包括如下步骤：标定所述成像光学系统的灵敏度矩阵；将所述光源发出的光束经过所述照明系统调整后，照射于所述掩模；所述掩模选择性地透过一部分光线；这样透过的光线经过所述成像光学系统将掩模上的图案成像；通过改变所述成像光学系统出瞳面处的光强分布，测量得到多组所述空间像线宽，而后使用所述灵敏度矩阵计算各种高级像质参数。采用本发明专利技术测量方法可简化测试流程，提高像质参数测量精度，缩短测量时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及成像光学系统成像质量的现场测量方法，特别是涉及。
技术介绍
在现有技术中，将形成于各种掩模上的图样，用曝光光线照明，中间经由成像光学系统将前述图样复制到涂布有光刻胶的晶片、玻璃基板等基板上的曝光装置是公知的。近年来，半导体元件越来越高集成化，要求其电路图样进一步微细化。随着光刻特征尺寸的变小，尤其是离轴照明与相移掩模的使用，像差对光刻质量的影响变得越来越突出。因此光刻机投影成像光学系统的现场测量技术不可或缺。成像光学系统像差的测量，通常以如下方式进行。以下以投影物镜系统为例。即，将像差测量用掩模放置在物面上，将形成掩模上的规定图样成像于投影物镜系统的像上的前述基板上，将所成的像进行显影。然后利用扫描电子显微镜(SEM)对已显影的像进行测量，根据测量结果求出前述投影物镜光学系统的像差。(在先技术1，Peter Dirksen，Casper A.Juffermans，Ruud J.Pellens，Mireille Maenhoudt，Peter Debisschop.“Novel aberrationmonitor for optical lithography.”Proc.SPIE 1999，3679，77-86.)但是，在前述技术的方法中，由于光刻胶涂布不均匀，显影不均匀等处理工艺误差，使得前述像差的测量精度不能充分保证。而且利用SEM进行观察前，需要对硅片进行前处理，如显影工艺，因此对于像差的测定需要很长的时间。为了避免这些问题，人们提出了利用透射式像传感器(TIS)对前述投影物镜波像差进行测量的方法，即TAMIS技术。(在先技术2，Vander Laan，Hans，Dierichs，Marcel，van Greevenbroek，Henk，McCoo，Elaine，Stoffels，Fred，Pongers，Richard，Willekers，Rob.“Aerial image measurement methodsfor fast aberration set-up and illumination pupil verification.”Proc.SPIE2001，4346，394-407.)TIS由两种探测器构成一套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方向的孤立线与Y方向的孤立线两种，不同方向的孤立线分别用于测量不同方向线条的成像位置。方孔用于补偿照明光源的光强波动。TIS可以测量X方向线条成像位置(Y，Zy)，Y方向线条成像位置(Y，Zy)。将像差测定用二元掩模放置在掩模台上，该掩模上有形状类似于TIS的标记。测量彗差采用的标记是的密集线条，而测量球差采用是孤立线条。通过移动工件台使TIS扫描掩模上标记经投影物镜所成的像，可以得到标记的成像位置(x，y，zx，zy)，并与理想位置比较后得到成像位置偏移量(ΔX，ΔYΔZx，ΔZy)。在不同的NA与σ下测量掩模上各个标记的成像位置，得到不同的照明条件下的视场内不同位置处的成像位置偏移量，然后利用数学模型进行计算后得到波像差相应的Zernike系数。但随着光刻技术的发展，对像差测量精度的要求也不断提高，该测量技术正逐渐不能满足精度上要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种高精度的，以克服现有技术存在的像差的测定时间长、测量精度低等缺点。本专利技术解决技术问题的技术方案一种，所述方法所使用的系统包括产生投影光束的光源；用于调整所述光源发出的光束的光强分布和部分相干因子的照明系统；能将掩模图案成像且其数值孔径可以调节的成像光学系统；能承载所述掩模并精确定位的掩模台；能承载硅片并精确定位的工件台；所述方法包括以下步骤标定所述成像光学系统的灵敏度矩阵；将所述光源发出的光束经过所述照明系统调整后，照射于所述掩模；所述掩模选择性地透过一部分光线；这样透过的光线经过所述成像光学系统将掩模上的所述图案成像；通过改变所述成像光学系统出瞳面处的光强分布，利用特定工具测量得到多组所述线宽，计算得出线宽不对称度与不均匀性，而后使用所述灵敏度矩阵计算物镜波像差。进一步，所述特定工具包括像传感器、CD-SEM、显微镜等。所述线宽包括空间像线宽、曝光显影后的光刻胶线宽、刻蚀后的图形线宽等。所述掩模包括二元掩模、相移掩模等。所述相移掩模包括交替相移掩模、衰减相移掩模、无铬相移掩模等。通过使用包括不同特征尺寸与形状的标记的掩模作为所述掩模来进行所述的成像光学系统出瞳面处的光强分布的改变。所述特征尺寸包括标记中各组成部分的大小、间距。通过改变物镜数值孔径来进行所述的成像光学系统出瞳面处的光强分布的改变。通过改变照明部分相干因子或照明方式来进行所述的成像光学系统出瞳面处的光强分布的改变。所述照明方式包括传统照明、环形照明、二级照明、四级照明等。所述光源为汞灯或准分子激光器等紫外、深紫外、极紫外光源。所述波像差包括彗差、球差、像散、三波差等。相对于现有TAMIS测量技术，基于双线空间像线宽不对称度的彗差测量技术排除了低阶波像差对灵敏度的影响，从而可降低测量误差。同时，需测量的Zernike系数由三个减少至两个，可以减少NA和σ设定的数量，从而节约1/3左右的测量时间。因此，本专利技术与现有技术相比可提高像质参数测量精度，缩短测量时间。附图说明图1为依据本专利技术实施例的曝光装置的结构示意图；图2a为掩模上三线标记示意图；图2b为掩模上三线标记的空间像轮廓图；图3使用三线标记(a、b)与TAMIS中的密集线标记(c、d)时，由PROLITH计算得出的Z7灵敏度与数值孔径、部分相干因子的关系；图4为在其它Zernike系数为零，Z7与NA大小一定的条件下，比较了使用三线标记(图4a、图4b)与TAMIS中的密集线标记(图4c、图4d)的情况下，由仿真软件得出的内外部分相干因子与成像位置横向偏移量的关系图。图5为在其它Zernike系数为零，Z14与NA大小一定的条件下，比较了使用三线标记(图5a、图5b)与TAMIS中的密集线标记(图5c、图5d)的情况下，由仿真软件得出的内外部分相干因子与成像位置横向偏移量的关系图。具体实施例方式下面结合附图与实施例进一步说明本专利技术。如图1所示，本专利技术所使用的系统包括产生投影光束的光源LS；用于调整所述光源发出的光束的光强分布和部分相干因子的照明系统IL；能将掩模图案成像且其数值孔径可以调节的成像光学系统PL；能承载所述掩模R并精确定位的掩模台RS；能承载硅片W并精确定位的工件台WS；安装在所述工件台上WS的测量标记成像位置的像传感器TIS。本专利技术包括以下步骤标定所述成像光学系统的灵敏度矩阵；将所述汞灯或准分子激光器LS发出的光束经过照明系统IL调整后，照射于掩模R；掩模R选择性地透过一部分光线；透过的光线经过成像光学系统PL将掩模上的图案成像；通过使用CD-SEM测量曝光、显影后的线宽；通过使用包括不同特征尺寸与形状的标记的掩模、改变物镜数值孔径或改变照明部分相干因子来改变所述的成像光学系统出瞳面处的光强分布，测量得到多组所述成像位置偏移量与空间像线宽，而后使用所述灵敏度矩阵计算各种高级像质参数。投影物镜的波像差是指实际波前与理想波前在物镜出瞳面上的光程差。波像差可分解为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光刻机成像光学系统像差现场测量方法，所述方法所使用的系统包括：产生投影光束的光源；用于调整所述光源发出的光束的光强分布和部分相干因子的照明系统；能将掩模图案成像且其数值孔径可以调节的成像光学系统；能承载所述掩模并精确定位的掩模台；能承载硅片并精确定位的工件台；其特征在于，所述方法包括以下步骤：标定所述成像光学系统的灵敏度矩阵；将所述光源发出的光束经过所述照明系统调整后，照射于所述掩模；所述掩模选择性地透过一部分光线；这样透过的光线经过所述成像光学系统将掩模上的所述图案成像；通过改变所述成像光学系统出瞳面处的光强分布，利用特定工具测量得到多组所述线宽，计算得出线宽不对称度与不均匀性，而后使用所述灵敏度矩阵计算物镜波像差。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王帆，马明英，王向朝，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]