專利名稱：非對稱型移相光柵標記及在光刻機物鏡像差檢測中的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光刻機，尤其涉及一種非對稱型移相光柵標記及在光刻機物鏡像差檢測中的應用，詳細地說，本發(fā)明是一種非對稱型移相光柵標記和基于該標記的光刻機投影物鏡波像差的原位檢測方法。

背景技術：
光刻機是極大規(guī)模集成電路制造工藝中的核心設備。投影物鏡系統是光刻機最重要的分系統之一。投影物鏡的波像差會降低光刻成像質量，減小光刻工藝窗口。在投影物鏡成像過程中，彗差使空間像產生橫向位置偏移，增加光刻機套刻誤差；彗差還會導致成像圖形的線寬不對稱，增加曝光視場內的CD不均勻性。球差引起曝光圖形的最佳焦面偏移，使光刻機焦深減小。隨著光刻特征尺寸的不斷減小，尤其是各種分辨率增強技術的使用，投影物鏡波像差對光刻成像質量的影響越來越突出。高精度的投影物鏡波像差原位檢測能為波像差的校正提供及時可靠的數據，是一項重要的光刻機技術。
TAMIS(TIS At Multiple Illumination Settings)技術是目前國際上用于檢測光刻機投影物鏡波像差的主要技術之一。參見在先技術1，Hans van der Laan，MarcelDierichs，Henk van Greevenbroek，Elaine McCoo，Fred Stoffels，Richard Pongers，RobWillekers.“Aerial image measurement methods for fast aberration set-up and illuminationpupil verification.”Proc.SPIE 2001，4346，394-407。TAMIS技術采用基于二元掩模圖形的測試標記，通過測量測試標記成像時的軸向最佳焦面偏移量和橫向位置偏移量，計算出投影物鏡的球差和彗差。該技術對球差和彗差的檢測精度，在3sigma條件下分別可以達到3nm和2nm。該技術的波像差檢測精度由測試標記的像差靈敏度決定。像差靈敏度越大，其檢測精度越高。TAMIS技術選擇由普通二元掩模圖形，如圖1所示，組成的光柵作為測試標記，忽略了不同種類型掩模圖形組成的測試標記的像差靈敏度之間的差異，影響波像差檢測精度的進一步提高。
在TAMIS技術的基礎上，FAN WANG等人提出了一種基于移相掩模測試標記的光刻機投影物鏡波像差原位檢測技術。參見在先技術2，Fan Wang，XiangzhaoWang，Mingying Ma，Dongqing Zhang，Weijie Shi and Jianming Hu，“Aberrationmeasurement of projection optics in lithographic tools by use of an alternatingphase-shifting mask，”Appl.Opt.45，281-287(2006)。該技術利用移相掩模圖形，如圖2所示，代替二元掩模圖形作為測試標記，利用移相掩模比二元掩模的像差靈敏度高的優(yōu)點，提高了檢測精度。該技術采用線寬為250nm，線空比為1∶1的對稱型移相掩模光柵作為測試標記，根據已有的波像差計算模型，計算出待測成像光學系統的球差和彗差。在先技術2通過更換組成檢測標記的掩模圖形，使對投影物鏡球差和彗差的檢測精度分別比在先技術1提高了20％和30％。
在先技術2在測量波像差時，忽略了移相掩模圖形尺寸和線空比對像差靈敏度的影響，只考慮了利用移相的方法提高像差靈敏度，影響了投影物鏡波像差檢測精度的進一步提高。


發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于對上述現有技術的進一步改進，提供一種非對稱型移相光柵標記及其在光刻機物鏡像差檢測中的應用，詳細地說，是一種非對稱型移相光柵標記和利用該非對稱型移相光柵標記機械光刻機投影物鏡波像差的原位檢測的方法，以提高光刻機投影物鏡波像差的檢測精度。
本發(fā)明的技術解決方案如下 一種用于原位檢測光刻機投影物鏡波像差的非對稱型移相光柵標記，其特點是該標記由兩組非對稱型移相光柵組成，第一組移相光柵的光柵線條方向為90°，第二組移相光柵的光柵線條方向為0°，該非對稱型移相光柵為交替型移相光柵，相鄰兩透光區(qū)域的相位差為180°，而透光區(qū)域的寬度相同，光柵周期為不透光區(qū)域和透光區(qū)域的寬度之和，所述移相光柵的線空比為1∶2，即光柵不透光部分和透光部分的寬度之比為1∶2，所述移相光柵的周期為1.92λ/NA，其中λ為光刻機照明系統光源的波長，NA為光刻機投影物鏡數值孔徑可變化范圍內的最大值和最小值的平均值。
一種利用上述非對稱型移相光柵標記進行光刻機投影物鏡波像差的原位檢測方法，包括下列步驟 ①非對稱型移相光柵標記置于光刻機的測試掩模并精確定位的掩模臺上，像傳感器安裝在工件臺上，用于測量測試掩模上非對稱型移相光柵標記的空間像位置； ②利用光刻仿真軟件PROLITH標定波像差靈敏度系數S1(NAi，σi)，S2(NAi，σi)，S3(NAi，σi)，S4(NAi，σi)，S5(NAi，σi)，S6(NAi，σi)，S7(NAi，σi)，S8(NAi，σi)和S9(NAi，σi)； ③通過照明系統調節(jié)部分相干因子，其變化范圍為0.3～0.8，步長為0.1；通過投影物鏡調節(jié)數值孔徑，其變化范圍為0.5～0.8，步長為0.1，在20組不同的照明條件{(NAi，σi)|i＝1，2......20}＝{(0.5，0.3)，(0.5，0.4)......(0.8，0.8)}下，利用工件臺上的空間像傳感器測量第一組移相光柵成像時X方向的橫向位置偏移量ΔX31(NAi，σi)和最佳焦面偏移ΔZ31(NAi，σi)，測量第二組移相光柵成像時Y方向的橫向位置偏移量ΔY32(NAi，σi)和最佳焦面偏移ΔZ32(NAi，σi)； ④根據標定得到的靈敏度矩陣和測量得到的偏移量，計算投影物鏡的球差和彗差 首先，利用下列式子計算得到第一組移相光柵的空間像在X方向的成像位置偏移ΔX(NAi，σi)、第二組移相光柵的空間像在Y方向的成像位置偏移ΔY(NAi，σi)和第一組移相光柵與第二組移相光柵最佳焦面偏移量的平均值ΔZs(NAi，σi) ΔX(NAi，σi)＝ΔX31(NAi，σi) ΔY(NAi，σi)＝ΔY32(NAi，σi) ΔZs(NAi，σi)＝[ΔZ31(NAi，σi)+ΔZ32(NAi，σi)]/2 然后，根據測量得到的位置偏移量和標定得到的靈敏度系數矩陣，利用最小二乘法求解下列方程組，得到表示投影物鏡彗差和球差的澤尼克系數Z7、Z14、Z8、Z15、Z9和Z16 所述的利用光刻仿真軟件PROLITH標定波像差靈敏度系數的方法是 照明條件的變化通過在PROLITH軟件中的設置實現，部分相干因子變化范圍為0.3～0.8，步長為0.1；數值孔徑變化范圍為0.5～0.8，步長為0.1，可以得到20組不同的照明條件{(NAi，σi)|i＝1，2......20}＝{(0.5，0.3)，(0.5，0.4)......(0.8，0.8)}； 在標定三階彗差Z7的靈敏度系數S2(NAi，σi)時，設定一定的Z7值而取其它澤尼克系數為零，使用光刻仿真軟件計算得到由Z7引起的成像位置偏移量ΔX(NAi，σi)，則此時的靈敏度系數S2(NAi，σi)即為ΔX(NAi，σi)與Z7之比； 其他靈敏度系數S1(NAi，σi)，S3(NAi，σi)，S4(NAi，σi)，S5(NAi，σi)，S6(NAi，σi)，S7(NAi，σi)，S8(NAi，σi)和S9(NAi，σi)的標定方法與S2(NAi，σi)相似。
本發(fā)明由于采用了上述技術方案，與在先技術(在先技術1、在先技術2)相比，具有以下優(yōu)點 1、根據理論分析可知，本發(fā)明非對稱型移相光柵標的±3級衍射光光強被調制為0，測試標記的像差靈敏度得到提高。本發(fā)明移相光柵的透過率函數t(x)為 其中，pw為相位區(qū)域42和43的寬度，p為光柵周期。移相光柵的頻譜分布函數為透過率函數的傅里葉變換， 其中，N是能夠進入光瞳的衍射光的最高衍射級次。由上式可知，此種光柵的偶數級次的衍射光復振幅被調制為0，±1級衍射光復振幅遠大于±3和±5級衍射光。由±1級衍射光引起的成像位置偏移量ΔX1，-1可依據下式估算， 其中，f1＝1/(2p)，f-1＝-1/(2p)分別為+1和-1級衍射光的空間頻率。φ1和φ-1分別為波像差函數在f1和f-1處的值。|ΔX1，-1|隨光柵周期的增大而增大，即當光瞳中只有±1級衍射光時，移相光柵的像差靈敏度隨光柵周期p的增大而增大。但是，隨著光柵周期p的增大，±3級衍射光開始進入光瞳，使成像位置偏移量成為ΔX1，-1，ΔX3，-3，ΔX1，3，ΔX1，-3，ΔX-1，3和ΔX-1，-3的平均值，像差靈敏度隨之減小。當光柵線空比為1∶2時，使用線空比為1∶2的非對稱型移相光柵標記，±3級衍射光復振幅被調制為0，避免了多級衍射光的平均作用，從而獲得較大的像差靈敏度。
2、移相光柵的周期得到優(yōu)化。當光瞳中只有±1級衍射光時，移相光柵的像差靈敏度隨光柵周期p的增大而增大。對于線空比為1∶2的非對稱型移相光柵，其±3級衍射光的復振幅被調制為0。本發(fā)明在保證±5級衍射光不進入光瞳的條件下，取最大的光柵周期1.92λ/NA，同時獲得最大的像差靈敏度。
3、利用本發(fā)明的測試標記5，可以同時測量球差和彗差。相對于在先技術2，通過提高測試標記的像差靈敏度，球差和彗差的檢測精度也得到大幅度提高。



圖1在先技術1中使用的測試標記結構示意圖。
圖2在先技術2中使用的測試標記結構示意圖。
圖3本發(fā)明非對稱型移相光柵標記的示意圖。
圖4本發(fā)明非對稱型移相光柵標記的結構示意圖。
圖5本發(fā)明采用的波像差檢測系統結構示意圖。
圖6成像位置偏移量和移相光柵標記的線空比、光柵周期之間的關系，其縱軸表示成像位置偏移量(單位nm)，橫軸表示光柵周期(單位nm)。
圖7測試標記5對三階彗差Z7的靈敏度系數隨數值孔徑和部分相干因子的變化關系，其縱軸為靈敏度系數，橫軸為部分相干因子，不同標記的曲線對應不同的數值孔徑NA。
圖8測試標記5對五階彗差Z14的靈敏度系數隨數值孔徑和部分相干因子的變化關系，其縱軸為靈敏度系數，橫軸為部分相干因子，不同標記的曲線對應不同的數值孔徑NA。
圖9測試標記5對球差Z9的靈敏度系數隨數值孔徑和部分相干因子的變化關系，其縱軸為靈敏度系數，橫軸為部分相干因子，不同標記的曲線對應不同的數值孔徑NA。

具體實施例方式 下面結合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應以此實施例限制本發(fā)明的保護范圍。
先請參閱圖3和圖4，圖3是本發(fā)明非對稱型移相光柵標記的示意圖。圖4是本發(fā)明非對稱型移相光柵標記的結構示意圖。由圖可見，本發(fā)明一種用于原位檢測光刻機投影物鏡波像差的非對稱型移相光柵標記由兩組非對稱型移相光柵組成，第一組移相光柵51的光柵線條方向為90°，第二組移相光柵52的光柵線條方向為0°，該非對稱型移相光柵為交替型移相光柵，相鄰兩透光區(qū)域42和透光區(qū)域43的相位差為180°，而透光區(qū)域的寬度相同，光柵周期為不透光區(qū)域41和透光區(qū)域42的寬度之和，所述移相光柵的線空比為1∶2，即光柵不透光部分41和透光部分42的寬度之比為1∶2，所述移相光柵的周期為1.92λ/NA，其中λ為光刻機照明系統光源的波長，NA為光刻機投影物鏡數值孔徑可變化范圍內的最大值和最小值的平均值。
一種利用上述非對稱型移相光柵標記進行光刻機投影物鏡波像差的原位檢測方法使用的檢測系統如圖5所示。該系統包括產生照明光束的光源1；用于調整所述光源發(fā)出的光束的束腰尺寸、光強分布、部分相干因子和照明方式的照明系統2；能承載測試掩模3并精確定位的掩模臺4；能將測試掩模3上的測試標記5成像且數值孔徑可調的投影物鏡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7，安裝在工件臺7上用于測量測試掩模3上測試標記5的空間像位置的像傳感器8。
所述光源1可以是汞燈、準分子激光器、激光等離子體光源和放電等離子體光源等紫外和深紫外光源。
所述照明系統2包括擴束透鏡組，光束整形器和光束均勻器。
所述照明方式包括傳統照明、環(huán)形照明、二級照明、四級照明等。
所述測試標記5為本發(fā)明內容之一的非對稱型移相光柵標記。
所述像傳感器可以是CCD、光電二極管陣列或其它具有光電信號轉換功能的探測器陣列。測量測試標記5空間像的偏移量時，首先工件臺7調焦調平，然后，對測試標記5經投影物鏡所成的空間像進行三維掃描，測量得到空間像的最佳焦面偏移量和焦面內的成像位置偏移量。
利用上述非對稱型移相光柵標記5進行光刻機投影物鏡波像差的原位檢測方法，包括如下步驟 (1)標定投影物鏡6的球差和彗差靈敏度系數 首先，介紹波像差、成像位置偏移量和像差靈敏度系數的概念；然后詳細說明靈敏度系數的標定方法。
投影物鏡的波像差系指投影物鏡光瞳處理的像波面與實際波面之間的偏差，通常由澤尼克多項式來表示 其中，ρ，θ為物鏡出瞳面的歸一化極坐標。Z7和Z14分別表示三階和五階X方向彗差，它們與Z2均能引起測試標記51的空間像在X方向的成像位置偏移ΔX(ρ，θ)。Z8和Z15分別表示三階和五階Y方向彗差，它們與Z3均能引起測試標記52的空間像在Y方向的成像位置偏移ΔY(ρ，θ)。Z9和Z16分別表示三階球差和五階球差，它們與Z4均能引起測試標記51和測試標記52的空間像在Z方向的最佳焦面偏移ΔZs(ρ)。忽略高階波像差的影響，橫向成像位置偏移量可分別表示為 ΔX(ρ，θ)∝Z2+Z7(3ρ2-2)+Z14(10ρ4-12ρ2+3)(2) ΔY(ρ，θ)∝Z3+Z8(3ρ2-2)+Z15(10ρ4-12ρ2+3)(3) 最佳焦面偏移量可以表示為 ΔZs(ρ)∝Z4+Z9(3ρ2-1.5)+Z16(10ρ4-10ρ2+1) (4) 橫向成像位置偏移量、最佳焦面偏移量與數值孔徑、部分相干因子有關，因此在成像位置偏移量和澤尼克系數之間建立如下方程 ΔX(NAi，σi)＝S1(NAi，σi)Z2+S2(NAi，σi)Z7+S3(NAi，σi)Z14，(i＝1，2，3……n)，(5) ΔY(NAi，σi)＝S4(NAi，σi)Z3+S5(NAi，σi)Z8+S6(NAi，σi)Z15，(i＝1，2，3……n)，(6) ΔZs(NAi，σi)＝S7(NAi，σi)Z4+S8(NAi，σi)Z9+S9(NAi，σi)Z16，(i＝1，2，3……n)，(7) 上述方程可由以下矩陣方程表示 其中，ΔX(NAi，σi)為在不同NA和σ條件下測量得到的測試標記51的空間像在X方向的成像位置偏移ΔX31(NAi，σi)，即 ΔX(NAi，σi)＝ΔX31(NAi，σi)。 (11) ΔY(NAi，σi)為在不同NA和

條件下測量得到的測試標記52的空間像在Y方向的成像位置偏移ΔY32(NAi，σi)，即 ΔY(NAi，σi)＝ΔY32(NAi，σi)。
(12) ΔZs(NAi，σi)為在不同NA和σ條件下測量得到的ΔZ31(NAi，σi)和ΔZ32(NAi，σi)的平均值，即 ΔZs(NAi，σi)＝[ΔZ31(NAi，σi)+ΔZ32(NAi，σi)]/2。
(13) S1(NAi，σi)、S2(NAi，σi)、S3(NAi，σi)、S4(NAi，σi)、S5(NAi，σi)、S6(NAi，σi)、S7(NAi，σi)、S8(NAi，σi)、S9(NAi，σi)分別為與Z2、Z7、Z14、Z3、Z8、Z15、Z4、Z9和Z16對應的像差靈敏度系數，由下列公式定義 利用光刻仿真軟件PROLITH標定波像差靈敏度系數。波像差靈敏度系數是隨投影物鏡的數值孔徑和照明系統的部分相干因子的變化而變化的。為了能夠利用不同照明條件下(NAi，σi)測量得到的成像位置偏移量(ΔX(NAi，σi)、ΔY(NAi，σi)和ΔZs(NAi，σi))計算出表示投影物鏡波像差的澤尼克系數，需要標定相應照明條件下的波像差靈敏度系數S(NAi，σi)。照明條件的變化通過在PROLITH軟件中的設置實現，部分相干因子變化范圍為0.3～0.8，步長為0.1；數值孔徑變化范圍為0.5～0.8，步長為0.1，可以得到20組不同的照明條件 {(NAi，σi)|i＝1，2......20}＝{(0.5，0.3)，(0.5，0.4)......(0.8，0.8)}。
舉例說明靈敏度系數的標定方法，在標定三階彗差Z7的靈敏度系數S2(NAi，σi)時，可設定一定的Z7值而取其它澤尼克系數為零，使用光刻仿真軟件計算得到由Z7引起的成像位置偏移量ΔX(NAi，σi)，則此時的靈敏度系數S2(NAi，σi)即為ΔX(NAi，σi)與Z7之比。S1(NAi，σi)，S3(NAi，σi)，S4(NAi，σi)，S5(NAi，σi)，S6(NAi，σi)，S7(NAi，σi)，S8(NAi，σi)和S9(NAi，σi)的標定方法與S2(NAi，σi)相似。最后得到(8)～(10)式中的三個20×3的靈敏度系數矩陣。
(2)測試標記5通過投影物鏡6在不同數值孔徑NAi和部分相干因子σi條件下成像通過照明系統調節(jié)部分相干因子，其變化范圍為0.3～0.8，步長為0.1；通過投影物鏡調節(jié)數值孔徑，其變化范圍為0.5～0.8，步長為0.1，在20組不同的照明條件{(NAi，σi)|i＝1，2.....20}＝{(0.5，0.3)，(0.5，0.4)......(0.8，0.8)}下，利用工件臺上的空間像傳感器測量第一組移相光柵成像時X方向的橫向位置偏移量ΔX31(NAi，σi)和最佳焦面偏移ΔZ31(NAi，σi)，測量第二組移相光柵成像時Y方向的橫向位置偏移量ΔY32(NAi，σi)和最佳焦面偏移ΔZ32(NAi，σi)； (3)根據標定得到的靈敏度矩陣和測量得到的偏移量，計算投影物鏡的球差和彗差 首先，利用(11)～(13)式，計算得到第一組移相光柵51的空間像在X方向的成像位置偏移ΔX(NAi，σi)、第二組移相光柵52的空間像在Y方向的成像位置偏移ΔY(NAi，σi)和最佳焦面偏移量ΔZs(NAi，σi)。然后，根據測量得到的位置偏移量和標定得到的靈敏度系數矩陣，利用最小二乘法求解方程組(8)～(10)，得到表示投影物鏡球差和彗差的澤尼克系數Z7、Z14、Z8、Z15、Z9和Z16。
本發(fā)明實施例中所采用的光刻機系統結構如圖5所示，光源1采用波長為193nm的ArF準分子激光器，照明系統2提供的照明方式為傳統照明，部分相干因子變化范圍為0.3～0.8，步長為0.1。投影物鏡5的數值孔徑變化范圍為0.5～0.8，步長為0.1。測試掩模3上的測試標記5采用非對稱型移相光柵標記，如圖3所示，測試標記5的周期為570nm，CD寬度為190nm，相位區(qū)域寬度為380nm。
根據理論分析可知，此種標記的±3級衍射光光強被調制為0，測試標記的像差靈敏度得到提高。圖3所示移相光柵的透過率函數t(x)為 其中，pw為相位區(qū)域42和43的寬度，p為光柵周期。移相光柵的頻譜分布函數為透過率函數的傅里葉變換， 其中，N是能夠進入光瞳的衍射光的最高衍射級次。由(24)式可知，此種光柵的偶數級次的衍射光復振幅被調制為0，±1級衍射光復振幅遠大于±3和±5級衍射光。由±1級衍射光引起的成像位置偏移量ΔX1，-1可依據下式估算， 其中，f1＝1/(2p)，f-1＝-1/(2p)分別為+1和-1級衍射光的空間頻率。φ1和φ-1分別為波像差函數在f1和f-1處的值。根據(1)式和(25)式可知，|ΔX1，-1|隨光柵周期的增大而增大，即當光瞳中只有±1級衍射光時，移相光柵的像差靈敏度隨光柵周期p的增大而增大。但是，隨著光柵周期p的增大，±3級衍射光開始進入光瞳，使成像位置偏移量成為ΔX1，-1，ΔX3，-3，ΔX1，3，ΔX1，-3，ΔX-1，3和ΔX-1，-3的平均值，像差靈敏度隨之減小。當光柵線空比為1∶2時，使用線空比為1∶2的非對稱型移相光柵標記，±3級衍射光復振幅被調制為0，避免了多級衍射光的平均作用，從而獲得較大的像差靈敏度。
從式(23)和(24)可知，移相光柵周期p和線空比的大小會影響移相光柵的頻譜分布，進而影響移相光柵的像差靈敏度。圖6仿真計算了在投影物鏡中只有三階X方向彗差時，兩種不同線空比的移相光柵成像時的橫向位置偏移量隨光柵周期p的變化關系。其中，縱軸表示成像位置偏移量(單位nm)，橫軸表示光柵周期(單位nm)。由圓圈標記的曲線表示位相區(qū)域寬度pw和光柵周期p之比為2∶3的移相光柵的成像位置偏移量隨光柵周期p的變化關系。由十字標記的曲線表示位相區(qū)域寬度pw和光柵周期p之比為1∶2的移相光柵的成像位置偏移量隨光柵周期p的變化關系。從圖6可知，與對稱型移相光柵相比，線空比為1∶2的非對稱型移相光柵在其周期p為570nm時，得到最大的成像位置偏移量，即像差靈敏度最大。
在本實施例中，利用本發(fā)明內容之-的非對稱型光柵檢測光刻機投影物鏡的球差和彗差，其步驟如下。
(1)利用光刻仿真軟件PROLITH標定投影物鏡的波像差靈敏度系數矩陣，標定方法如發(fā)明內容所述，得到靈敏度系數矩陣如下 (2)在不同數值孔徑NAi和部分相干因子σi條件下測量第一組移相光柵51的X方向橫向成像位置偏移量ΔX31(NAi，σi)和最佳焦面偏移量ΔZ31(NAi，σi)，測量第二組移相光柵52的Y方向橫向成像位置偏移量ΔY32(NAi，σi)和最佳焦面偏移量ΔZ32(NAi，σi)。由于照明條件不同，每種偏移量測量得到20組數據。
(3)根據標定得到的靈明度系數矩陣和測量得到的偏移量，利用(8)～(13)式計算投影物鏡的球差和彗差。
在測量投影物鏡波像差時，標定測試標記5的靈敏度矩陣是測量中的關鍵，而且靈敏度矩陣中靈敏度系數的變化范圍直接決定波像差測量精度，其變化范圍越大，波像差測量精度越高。圖7為本發(fā)明所采用的測試標記5對三階彗差Z7的靈敏度系數隨數值孔徑和部分相干因子的變化關系，其縱軸為靈敏度系數，橫軸為部分相干因子，不同標記的曲線對應不同的數值孔徑NA。圖8為本發(fā)明所采用的測試標記5對五階彗差Z14的靈敏度系數隨數值孔徑和部分相干因子的變化關系，其縱軸為靈敏度系數，橫軸為部分相干因子，不同標記的曲線對應不同的數值孔徑NA。圖9為本發(fā)明所采用的測試標記5對球差Z9的靈敏度系數隨數值孔徑和部分相干因子的變化關系，其縱軸為靈敏度系數，橫軸為部分相干因子，不同標記的曲線對應不同的數值孔徑NA。根據靈敏度系數變化范圍評價波像差的檢測精度，本實施例中對投影物鏡球差、彗差的檢測精度比在先技術2分別提高了17％和15％。
權利要求
1、一種用于原位檢測光刻機投影物鏡波像差的非對稱型移相光柵標記，其特征在于該標記由兩組非對稱型移相光柵組成，第一組移相光柵(51)的光柵線條方向為90°，第二組移相光柵(52)的光柵線條方向為0°，該非對稱型移相光柵為交替型移相光柵，相鄰兩透光區(qū)域(42)和透光區(qū)域(43)的相位差為180°，而透光區(qū)域的寬度相同，光柵周期為不透光區(qū)域(41)和透光區(qū)域(42)的寬度之和，所述移相光柵的線空比為1∶2，即光柵不透光部分(41)和透光部分(42)的寬度之比為1∶2，所述移相光柵的周期為1.92λ/NA，其中λ為光刻機照明系統光源的波長，NA為光刻機投影物鏡數值孔徑可變化范圍內的最大值和最小值的平均值。
2、一種利用權利要求1所述的非對稱型移相光柵標記進行光刻機投影物鏡波像差的原位檢測方法，特征在于包括下列步驟
①非對稱型移相光柵標記(5)置于測試掩模(3)并精確定位的掩模臺(4)上，像傳感器(8)安裝在工件臺(7)上，用于測量測試掩模(3)上非對稱型移相光柵標記(5)的空間像位置；
②利用光刻仿真軟件PROLITH標定波像差靈敏度系數S1(NAi，σi)，S2(NAi，σi)，S3(NAi，σi)，S4(NAi，σi)，S5(NAi，σi)，S6(NAi，σi)，S7(NAi，σi)，S8(NAi，σi)和S9(NAi，σi)；
③通過照明系統(2)調節(jié)部分相干因子，其變化范圍為0.3～0.8，步長為0.1；通過投影物鏡(6)調節(jié)數值孔徑，其變化范圍為0.5～0.8，步長為0.1，在20組不同的照明條件{(NAi，σi)|i＝1，2......20}＝{(0.5，0.3)，(0.5，0.4)......(0.8，0.8)}下，利用工件臺(7)上的空間像傳感器(8)測量第一組移相光柵(51)成像時X方向的橫向位置偏移量ΔX31(NAi，σi)和最佳焦面偏移ΔZ31(NAi，σi)，測量第二組移相光柵(52)成像時Y方向的橫向位置偏移量ΔY32(NAi，σi)和最佳焦面偏移ΔZ32(NAi，σi)；
④根據標定得到的靈敏度矩陣和測量得到的偏移量，計算投影物鏡的球差和彗差
首先，利用下列式子計算得到第一組移相光柵(51)的空間像在X方向的成像位置偏移ΔX(NAi，σi)、第二組移相光柵(52)的空間像在Y方向的成像位置偏移ΔY(NAi，σi)和第一組移相光柵(51)與第二組移相光柵(52)最佳焦面偏移量的平均值ΔZs(NAi，σi)
ΔX(NAi，σi)＝ΔX31(NAi，σi)(11)
ΔY(NAi，σi)＝ΔY32(NAi，σi)(12)
ΔZs(NAi，σi)＝[ΔZ31(NAi，σi)+ΔZ32(NAi，σi)]/2 (13)
然后，根據測量得到的位置偏移量和標定得到的靈敏度系數矩陣，利用最小二乘法求解下列方程組，得到表示投影物鏡彗差和球差的澤尼克系數Z7、Z14、Z8、Z15、Z9和Z16
3、根據權利要求2所述的利用非對稱型移相光柵標記進行光刻機投影物鏡波像差的原位檢測方法，特征在于所述的利用光刻仿真軟件PROLITH標定波像差靈敏度系數的方法是
照明條件的變化通過在PROLITH軟件中的設置實現，部分相干因子變化范圍為0.3～0.8，步長為0.1；數值孔徑變化范圍為0.5～0.8，步長為0.1，可以得到20組不同的照明條件{(NAi，σi)i＝1，2......20}＝{(0.5，0.3)，(0.5，0.4)......(o.8，0.8)}；
在標定三階彗差Z7的靈敏度系數S2(NAi，σi)時，設定一定的Z7值而取其它澤尼克系數為零，使用光刻仿真軟件計算得到由Z7引起的成像位置偏移量ΔX(NAi，σi)，則此時的靈敏度系數S2(NAi，σi)即為ΔX(NAi，σi)與Z7之比；
其他靈敏度系數S1(NAi，σi)，S3(NAi，σi)，S4(NAi，σi)，S5(NAi，σi)，S6(NAi，σi)，S7(NAi，σi)，S8(NAi，σi)和S9(NAi，σi)的標定方法與S2(NAi，σi)相似。
全文摘要
一種非對稱型移相光柵標記及在光刻機物鏡像差檢測中的應用，所述標記由兩組非對稱型移相光柵組成，兩組光柵的線條方向分別為90度和0度，所述標記為交替型移相光柵，光柵中兩相鄰透光區(qū)域的相位差為180度；移相光柵的線空比為1∶2，移相光柵的周期為1.92λ/NA，其中，λ為光刻機照明光源的波長，NA為光刻機投影物鏡數值孔徑可變化范圍內其最大與最小值的平均值。本發(fā)明還提供一種基于非對稱型移相光柵標記的光刻機投影物鏡波像差原位檢測方法。通過優(yōu)化移相光柵的結構和尺寸，測試標記的像差靈敏度明顯提高，利用該測試標記檢測光刻機投影物鏡的波像差，檢測精度明顯提高。
文檔編號G03F7/20GK101241315SQ20081003464
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權日2008年3月14日
發(fā)明者邱自成, 王向朝, 袁瓊雁 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所