專利名稱：光刻機(jī)投影物鏡偶像差原位檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光刻機(jī)，特別是一種光刻機(jī)投影物鏡偶像差原位檢測(cè)系統(tǒng)。
技術(shù)背景在極大規(guī)模集成電路制造領(lǐng)域，用于光刻工藝的歩進(jìn)掃描投影光刻機(jī)是公知的。 投影物鏡系統(tǒng)是歩進(jìn)掃描投影光刻機(jī)中最重要的分系統(tǒng)之一。投影物鏡的波像差使 光刻機(jī)的光刻成像質(zhì)量惡化，并造成光刻工藝容限的減小。波像差可以分為奇像差 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 影物鏡的彗差使掩模上的圖形曝光到硅片后發(fā)生成像位置偏移，該成像位置偏移量 與圖形尺寸和照明條件有關(guān)，因而，投影物鏡的彗差是影響套刻精度的關(guān)鍵因素之 一。彗差還會(huì)導(dǎo)致掩模上的對(duì)稱圖形在曝光、顯影后在硅片上形成的圖形不對(duì)稱， 從而影響光刻分辨率和線寬的均勻性。投影物鏡的三波差使動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器圖形曝 光顯影后在硅片上形成的圖形不對(duì)稱，影響動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的性能。投影物鏡的球 差造成圖形的最佳焦面發(fā)生偏移，并使不同尺寸、不同柵距的線條的最佳焦面不在 一個(gè)平面上。投影物鏡的像散主要使互相垂直的線條的最佳焦面不在一個(gè)平面上。 投影物鏡偶像差的存在使光刻成像系統(tǒng)的有效焦深縮小，對(duì)調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)的檢測(cè)精 度提出了更加苛刻的要求。隨著光刻特征尺寸的不斷減小，尤其是各種分辨率增強(qiáng) 技術(shù)的使用，偶像差對(duì)光刻成像質(zhì)量的影響越來(lái)越突出。因此，快速、高精度的光 刻機(jī)投影物鏡偶像差原位檢測(cè)系統(tǒng)是不可或缺的。TAMIS (TIS At Multiple Illumination Settings)技術(shù)是目前國(guó)際上用于檢測(cè)光刻 機(jī)投影物鏡彗差的主要技術(shù)之一。參見在先技術(shù)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技術(shù)采用的系統(tǒng)包括工件臺(tái)以 及安裝在工件臺(tái)上的透射式像傳感器、掩模臺(tái)及測(cè)試掩模、照明系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)等。其中透射式像傳感器由兩部分構(gòu)成 一套尺寸為亞微米級(jí)的孤立線和一個(gè)方孔，孤 立線與方孔下方均放置獨(dú)立的光電二極管。其中孤立線包括X方向的孤立線和Y方向的孤立線，方孔用于補(bǔ)償照明光源的光強(qiáng)波動(dòng)。透射式像傳感器可以分別測(cè)量X3方向線條和Y方向線條的三維成像位置。在TAMIS技術(shù)中，通過(guò)移動(dòng)工件臺(tái)使透 射式像傳感器掃描掩模上X方向測(cè)試標(biāo)記和Y方向測(cè)試標(biāo)記經(jīng)投影物鏡所成的像， 可以得到標(biāo)記的軸向成像位置，再與理想成像位置比較后得到軸向成像位置偏移量 (AZA— (A^a) ， AZy (Mi")。在不同的投影物鏡數(shù)值孔徑和照明系統(tǒng)部分相千因子設(shè)置下測(cè)量掩模上各個(gè)標(biāo)記的成像位置，得到不同照明條件下的視場(chǎng)內(nèi)不同位置 處的成像位置偏移量AZ^(7V4,a,)， AZy(A^,，(T,)，(卜/,Z3…w)，然后利用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算后得到偶像差相應(yīng)的澤尼克系數(shù)Z9、 Zl2、 Z16、 Z2I。由于透射式像傳感器具有特殊的結(jié)構(gòu)，因此測(cè)試標(biāo)記的形狀一般需設(shè)計(jì)為透射 式像傳感器某個(gè)分支的形狀，因此測(cè)試標(biāo)記的設(shè)計(jì)受到了一定的限制。此外，在成 像位置偏移量的測(cè)量過(guò)程中，需要通過(guò)移動(dòng)工件臺(tái)使透射式像傳感器對(duì)掩模上測(cè)試 標(biāo)記經(jīng)投影物鏡所成的像進(jìn)行三維掃描，因此測(cè)量時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。TAMIS技術(shù)采用的測(cè)試掩模為二元掩模，相對(duì)于各種相移掩模，偶像差對(duì)二元 掩模成像位置偏移的影響較小。因此TAMIS技術(shù)使用二元掩模進(jìn)行偶像差檢測(cè)，靈 敏度系數(shù)的變化范圍較小，導(dǎo)致偶像差檢測(cè)的精度有限。針對(duì)TAMIS技術(shù)存在的不足，F(xiàn)AN WANG等人提出了一種基于移相掩模標(biāo)記 的光刻機(jī)投影物鏡偶像差原位檢測(cè)技術(shù)。參見在先技術(shù)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)，該技術(shù)采用水平方向和垂直方向 的交替型移相光柵標(biāo)記取代TAMIS技術(shù)中采用的二元光柵標(biāo)記進(jìn)行偶像差的檢測(cè)。 交替型移相光柵標(biāo)記的偶像差靈敏度系數(shù)變化范圍更大，檢測(cè)精度較TAMIS技術(shù)有 明顯的提高。在先技術(shù)1和在先技術(shù)2在檢測(cè)球差時(shí)，球差所造成的最佳焦面偏移量是水平 方向線條的最佳焦面偏移量和垂直方向線條的最佳焦面偏移量的平均值，而忽略了 45'方向和135'方向線條最佳焦面偏移量的影響。在先技術(shù)1和在先技術(shù)2在檢測(cè)像 散時(shí)，只考慮了水平/垂直像散(Z12、 Z2I)，而忽略了±45°像散(Z13、 Z22)。然而， 隨著集成電路圖形特征尺寸的不斷減小，集成電路圖形密度不斷提高，集成電路圖 形也愈加復(fù)雜，45°方向和135°方向線條更廣泛地應(yīng)用于集成電路設(shè)計(jì)之中，尤其是 存儲(chǔ)器件的設(shè)計(jì)之中。因此，在檢測(cè)光刻機(jī)投影物鏡偶像差時(shí)，必須測(cè)量45°方向和135。方向線條的最佳焦面偏移量，從而測(cè)得±45'像散(Z13、 Z22)，并使球差的檢測(cè) 精度得以提高。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種光刻機(jī)投影物鏡偶 像差原位檢測(cè)系統(tǒng)，本實(shí)用新型要全面考慮(T、 45°、 90°、 135。方向線條的最佳焦 面偏移的處理，提高偶像差檢測(cè)的精度，同時(shí)提高偶像差的檢測(cè)速度。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下一種光刻機(jī)投影物鏡偶像差原位檢測(cè)系統(tǒng)，包括產(chǎn)生照明光束的光源，用于調(diào) 整所述光源發(fā)出的光束的束腰尺寸、光強(qiáng)分布和部分相干因子和照明方式的照明系 統(tǒng)，能承載測(cè)試掩模并精確定位的掩模臺(tái)，能將掩模圖形成像且其數(shù)值孔徑可調(diào)的 投影物鏡，能精確定位的工件臺(tái)，安裝在工件臺(tái)上的測(cè)量測(cè)試掩模上的圖形成像位 置的像傳感裝置，其特點(diǎn)是所述測(cè)試掩模由(T方向偶像差測(cè)量標(biāo)記、45°方向偶像差 測(cè)量標(biāo)記、90°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記和135"方向偶像差測(cè)量標(biāo)記組成，所述的(T方向 偶像差測(cè)量標(biāo)記、45°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記、90°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記和135°方向偶 像差測(cè)量標(biāo)記為移相光柵標(biāo)記，所述像傳感裝置由依次相連的孔徑光闌、成像物鏡、 光電探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)組成。所述的移相光柵標(biāo)記為交替型移相光柵標(biāo)記，或衰減型移相光柵標(biāo)記，或無(wú)鉻 移相光柵標(biāo)記。所述的光電探測(cè)器是CCD，或光電二極管陣列。本實(shí)用新型由于采用了上述技術(shù)方案，與在先技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極 效果1. 本實(shí)用新型通過(guò)(T、 45°、 9(T、 135'四個(gè)方向的交替型移相光柵標(biāo)記最佳焦 面偏移量測(cè)量，全面考慮了各個(gè)方向線條的最佳焦面偏移量，從而提高了球差的檢 測(cè)精度。2. 本實(shí)用新型通過(guò)測(cè)量45°方向和135°方向線條最佳焦面偏移量，實(shí)現(xiàn)了 ±45°像 散的檢測(cè)。3. 本實(shí)用新型的測(cè)試掩模中采用了線空比優(yōu)化的移相光柵標(biāo)記，對(duì)偶像差更為 敏感，可以提高偶像差差檢測(cè)的精度。最佳焦面偏移量時(shí)，無(wú)需對(duì)掩模上測(cè)試標(biāo)記經(jīng)投影物鏡 所成的像進(jìn)行三維掃描，利用六維掃描平臺(tái)精確調(diào)平后，直接在軸向掃描掩模上測(cè) 試標(biāo)記經(jīng)投影物鏡所成的像，從而得到測(cè)試標(biāo)記的最佳焦面偏移量。5. 本實(shí)用新型還可通過(guò)變換照明方式，使用光瞳濾波等方法使偶像差靈敏度系 數(shù)變換范圍增大，從而提高了偶像差檢測(cè)精度。


圖1是本實(shí)用新型光刻機(jī)投影物鏡偶像差原位檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本實(shí)用新型所使用測(cè)試掩模上的測(cè)試標(biāo)記的示意圖。 圖3是本實(shí)用新型采用的像傳感裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例中采用的測(cè)試標(biāo)記的Z9靈敏度系數(shù)與數(shù)值孔徑、部分 相干因子之間的關(guān)系。圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例中采用的測(cè)試標(biāo)記的Z^靈敏度系數(shù)與數(shù)值孔徑、部分 相干因子之間的關(guān)系。圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例中采用的測(cè)試標(biāo)記的Z12 /Z13靈敏度系數(shù)與數(shù)值孔徑、 部分相干因子之間的關(guān)系。圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例中采用的測(cè)試標(biāo)記的Z21 /Z22靈敏度系數(shù)與數(shù)值孔徑、部分相干因子之間的關(guān)系。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本實(shí)用新 型的保護(hù)范圍。本實(shí)用新型光刻機(jī)投影物鏡偶像差原位檢測(cè)系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)包括產(chǎn) 生照明光束的光源1;用于調(diào)整所述光源發(fā)出的光束的束腰尺寸、光強(qiáng)分布、部分 相干因子和照明方式的照明系統(tǒng)2;能承載測(cè)試掩模3并精確定位的掩模臺(tái)4;能將 測(cè)試掩模3上的圖形成像且數(shù)值孔徑可調(diào)的投影物鏡5;能精確定位的六維掃描平 臺(tái)6;安裝在六維掃描平臺(tái)6上用于測(cè)量測(cè)試掩模3上的圖形成像位置的像傳感裝置7。所述的光源1可以是汞燈、準(zhǔn)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、深紫外和極紫外光源。所述照明系統(tǒng)2包括擴(kuò)束透鏡組21，光束整形器22和光束均勻器23。 所述照明方式包括傳統(tǒng)照明、環(huán)形照明、二級(jí)照明、四級(jí)照明等。 如圖2所示，所述的測(cè)試掩模3上，包含(T方向偶像差測(cè)量標(biāo)記31、 45°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記32、 9(T方向偶像差測(cè)量標(biāo)記33、 135'方向偶像差測(cè)量標(biāo)記34。 所述0°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記31 、 45°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記32、 90°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記33、 135"方向偶像差測(cè)量標(biāo)記34是交替型移相光柵標(biāo)記，或衰減型移相光柵標(biāo)記，或無(wú)鉻移相光柵標(biāo)記等，其線空比可通過(guò)優(yōu)化，達(dá)到最大的偶像差靈敏度。 所述投影物鏡5可以是全透射式投影物鏡、折反式投影物鏡、全反射式投影物鏡等。如圖3所示，所述像傳感裝置7由依次相連的孔徑光闌71、成像物鏡72、光電 探測(cè)器73、數(shù)據(jù)采集卡74和計(jì)算機(jī)75組成。所述光電探測(cè)器73可以是CCD、光電二極管陣列或其它具有光電信號(hào)轉(zhuǎn)換功 能的探測(cè)器陣列。測(cè)量標(biāo)記最佳焦面偏移量時(shí)，無(wú)需對(duì)掩模上測(cè)試標(biāo)記經(jīng)投影物鏡 所成的像進(jìn)行三維掃描，利用六維掃描平臺(tái)6精確調(diào)平后，直接在軸向掃描掩模上 測(cè)試標(biāo)記經(jīng)投影物鏡所成的像，從而得到測(cè)試標(biāo)記的最佳焦面偏移量。一種采用所述的光刻機(jī)投影物鏡偶像差原位檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行光刻機(jī)投影物鏡偶像 差原位檢測(cè)的方法。包括以下歩驟光源1發(fā)出的照明光經(jīng)照明系統(tǒng)2中的擴(kuò)束透鏡組21擴(kuò)束后進(jìn)入光束整形器 22，得到所需要的照明方式，再進(jìn)入光束均勻器23使照明光的光強(qiáng)均勻化；經(jīng)光強(qiáng) 均勻化后的照明光束照射掩模臺(tái)4上的測(cè)試掩模3，通過(guò)調(diào)節(jié)六維掃描平臺(tái)6使測(cè) 試掩模3上的(T方向偶像差測(cè)量標(biāo)記31、 45°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記32、 9(T方向偶像 差測(cè)量標(biāo)記33、 135。方向偶像差測(cè)量標(biāo)記34經(jīng)投影物鏡5成像在安裝在六維掃描平 臺(tái)6的像傳感裝置7上的孔徑光闌71表面；0°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記31 、 45°方向偶 像差測(cè)量標(biāo)記32、 9(T方向偶像差測(cè)量標(biāo)記33、 135。方向偶像差測(cè)量標(biāo)記34的像通 過(guò)孔徑光闌71濾波后經(jīng)成像物鏡72成像在光電探測(cè)器73表面并被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)， 該信號(hào)被數(shù)據(jù)采集卡74采集后送入計(jì)算機(jī)75進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)計(jì)算可得到在當(dāng) 前數(shù)值孔徑A^和部分相干因子^x條件下，0"方向偶像差測(cè)量標(biāo)記31的最佳焦面與 理想焦面之間的偏移量AZ31 (A^.ct) ， 45°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記32的最佳焦面與理想焦面之間的偏移量AZ^(AM，(j), 90。方向偶像差測(cè)量標(biāo)記33的最佳焦面與理想焦面之間的偏移量AZw(Ay，c)，以及135°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記34的最佳焦面與理想焦 面之間的偏移量AZM(A^,^h通過(guò)改變照明系統(tǒng)2的部分相干因子、照明方式以及 投影物鏡5的數(shù)值孔徑，利用所述像傳感裝置7測(cè)得多組所述最佳焦面偏移量 △Z3I(W4,ct,)， AZ32(7V4,(7,)， AZ,3(A^,o",)， AZ34(A^,，fx,) (,W,2J…")；利用光刻仿真軟件標(biāo)定在不同的數(shù)值孔徑和部分相干因子條件下所述投影物鏡5的偶像差 靈敏度系數(shù)S(A^,a)和&(A^,fx);利用所述偶像差靈敏度系數(shù)計(jì)算得到與投影物 鏡5的偶像差有關(guān)的澤尼克系數(shù)的大小。詳細(xì)的標(biāo)定與計(jì)算的過(guò)程如下所述。 投影物鏡的波像差通常由澤尼克多項(xiàng)式來(lái)表示<formula>formula see original document page 8</formula>其中，p， e為物鏡出瞳面的歸一化極坐標(biāo)。澤尼克系數(shù)Z9和z,6分別表示三階球差和五階球差，Z4與Z5分別三階的H/V像散和士45。像散，Z^與Z^分別五階的H/V像散和 ±45°像散，Z2!與Z22分別七階的H/V像散和士45。像散。在忽略高階像差的情況下，偶 像差引起的圖形最佳焦面偏移量可表示為<formula>formula see original document page 8</formula> 其中，AZ,(p)是球差引起的最佳焦面偏移量，AZf「(;9)是由H/V像散引起的最佳焦面偏移量，AZ，(/ )是由土45。像散引起的最佳焦面偏移量。由(2) (4)式可看出， 偶像差對(duì)圖形最佳焦面偏移的影響依賴于測(cè)量標(biāo)記在光瞳面的頻譜分布。球差引起的最佳焦面偏移量是(T方向偶像差測(cè)量標(biāo)記31、 45。方向偶像差測(cè)量 標(biāo)記32、 90°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記33、 135。方向偶像差測(cè)量標(biāo)記34的最佳焦面偏移 量的平均值，可由下式計(jì)算△Z (^力=AZ3I (鳩,ex) + AZ32 + AZ (泡，a) + AZ34 (W," ("H/V像散引起的最佳焦面偏移量是(T方向偶像差測(cè)量標(biāo)記31的最佳焦面與9(T 方向偶像差測(cè)量標(biāo)記33的最佳焦面之間的距離AZ，(風(fēng)cr) = AZ3,(風(fēng)ex) - AZ (鳳o") (6)±45°像散引起的最佳焦面偏移量是45°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記32的最佳焦面與 135t'方向偶像差測(cè)量標(biāo)記34的最佳焦面之間的距離AZ， (A^,(7)=AZ32(A^,cr)_AZ33(A^，c7) (7)與此同時(shí)，偶像差引起的測(cè)量標(biāo)記最佳焦面偏移量還取決于投影物鏡的數(shù)值孔 徑和照明系統(tǒng)的部分相干因子。在偶像差一定的情況下，改變投影物鏡的數(shù)值孔徑 和照明系統(tǒng)的部分相干因子將使不同空間頻率的光線的光強(qiáng)分布發(fā)生變化，從而使 偶像差引起的測(cè)量標(biāo)記最佳焦面發(fā)生變化。調(diào)節(jié)光束整形器22改變照明系統(tǒng)的部分 相干因子和照明方式，并調(diào)節(jié)投影物鏡5的數(shù)值孔徑，由偶像差引起的最佳焦面偏 移量可表示為AZ、(崩,,o",) = & ( M4,, ) Z4 + & (旭,，o",) Z9 + & (眉,，o",) Z16 ， ......" ) ， (8)△ZnA^'crJ-SjAH'o^Zs+S^AH^JZu+S^AH'o^Z" ， (/=7'2J'…'.")，(9)AZ，(眉,，cr,) = S7 (， a,)Z6 + & (iV4.,o",)Z13 + 5*9 (W,,o",)Z22 ， ( /=7,......") ， (10)其中，AZ、(AH,A)為在給定的數(shù)值孔徑NA和部分相干因子cj條件下球差引起的最 佳焦面偏移量，AZ^K (AH，fT,)為在給定的數(shù)值孔徑NA和部分相干因子cr條件下H/V 像散引起的最佳焦面偏移量，AZ， (A^,，a,)為在給定的數(shù)值孔徑NA和部分相干因 子cj條件下土45'像散引起的最佳焦面偏移量。S(^V4，cT,)， ^(AH.,c7,)， &(A^,CT,)， &(W4,cx,)， &(_/V4,(7,)， &(W4,cr,)， S7(7V4,tr,)， ^(iV4,o",)和&(A^,，o",)為偶 像差靈敏度系數(shù)，由下列公式定義S(W4,o",卜^~~^~^ (zw"......")， (ii)、, 3Z。&(旭,,。,)況|23AZ， (AH,cr,)(zW""...'")，"…'")，'")，......")，0=7'2,3……")，(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)22靈敏度系數(shù)隨投影物鏡的數(shù)值孔徑和照明系統(tǒng)的部分相干因子變化，可利用光 刻仿真軟件標(biāo)定得到。如標(biāo)定在一定的數(shù)值孔徑和部分相干因子條件下的靈敏度系 數(shù)S,(AM,，(7,)時(shí)，可設(shè)定一定的Z4值而取其它澤尼克系數(shù)為零，使用光刻仿真軟件仿真計(jì)算得到由Z4引起的最佳焦面偏移量AZ、(A^,fT,)，則此時(shí)的靈敏度系數(shù) &(^4,0",)可即為厶2、(^4,0",)與Z4之比，S2(A^,，cr,)， &(W4，cr,)， S4(W4,0",)， & (, ex,) ， & (#4 ， ) ， S7 (AH， a,) ， & (A^,, o",)和& (AH， a,)的標(biāo)定方法與 S,(W《cr,)相似。在一系列不同的數(shù)值孔徑和部分相干因子設(shè)置下，通過(guò)安裝在六維掃描平臺(tái)6 上的像傳感裝置7探測(cè)測(cè)試掩模3上0°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記31、 45°方向偶像差測(cè) 量標(biāo)記32、 9(T方向偶像差測(cè)量標(biāo)記33、 135°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記34的空間像可以 得到其光強(qiáng)分布并計(jì)算得到最佳焦面偏移量，可由以下矩陣方程表示AZ、(A^,o",). AZ、(旭2，o"2)S(A^,cr,) S2(iV4,cr,) ^(A^'cr,)-S(扁2,0"2)&(眉2,(72) &(旭2,0"2)z4 z,,(20)AZ"'(iV4,^;)AZ， ,，4 AZ:45 (細(xì)2，(72)& (m ， q) & (m ， ) & (m wS7(崩,，q) ^(A^,^) 5;(A^,o",). &(眉2，"2) ^(A^2,o"2) S9(M42,cj2)Z5z，z6 z,(21)22(22)上述方程為超定方程，可通過(guò)最小二乘法求解。利用像傳感裝置7在一系列數(shù)值孔 徑和部分相干因子設(shè)置下測(cè)量視場(chǎng)內(nèi)不同位置處(T方向偶像差測(cè)量標(biāo)記31、 45°方 向偶像差測(cè)量標(biāo)記32、 90°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記33、 135°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記34的 最佳焦面偏移量，利用標(biāo)定的靈敏度系數(shù)可以計(jì)算得到視場(chǎng)內(nèi)相應(yīng)位置的澤尼克系數(shù)Z9， Zl6， Z12， Z13， Z2i和Z22。本實(shí)用新型實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，光源1采用波長(zhǎng)為193nm的ArF準(zhǔn) 分子激光器，照明系統(tǒng)2提供的照明方式為傳統(tǒng)照明，部分相干因子變化范圍為 0.3 0.8。投影物鏡5的數(shù)值孔徑變化范圍為0.5 0.8。測(cè)試掩模3上的0°方向偶像差 測(cè)量標(biāo)記31、 45°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記32、 90"方向偶像差測(cè)量標(biāo)記33、 135°方向 偶像差測(cè)量標(biāo)記34均為線寬為250nm的交替型移相光柵標(biāo)記，其線空比為l:m。投 影物鏡5是全透射式投影物鏡。圖3中的光電探測(cè)器73為光電二極管陣列。以90'方向偶像差測(cè)量標(biāo)記33為例，其復(fù)透過(guò)率函數(shù)為卞jj《x) = Z《x-2"(w + l)w]承卜e"附w/7W(23)其中，w為交替型移相光柵的線寬。交替型移相光柵在物鏡光瞳面的頻譜分布為其 復(fù)透過(guò)率函數(shù)的傅里葉變換72(m + l)sinc(附w々)sin[;r(OT + l)w/1], "eZ, ， (24)其中力二sin6V/L，為空間頻率變量。由(24)式可知，交替型移相光柵的頻譜分布取決于光柵的線空比。當(dāng)光柵的 線空比為1:2時(shí)，只有±1級(jí)和±5級(jí)衍射光可以進(jìn)入光瞳，而且±5級(jí)衍射光恰好位于 光瞳中偶像差影響最大的區(qū)域，因此可以獲得較大的偶像差靈敏度系數(shù)變化范圍，適于用于偶像差檢測(cè)。因此，在本實(shí)施例中，圖3中的0'方向偶像差測(cè)量標(biāo)記31、 45。方向偶像差測(cè)量標(biāo)記32、 9(T方向偶像差測(cè)量標(biāo)記33、 135'方向偶像差測(cè)量標(biāo)記 34均采用線空比為1:2的交替型移相光柵。在本實(shí)施例中，通過(guò)在不同的數(shù)值孔徑和部分相干因子條件下測(cè)量(T方向偶像 差測(cè)量標(biāo)記31、 45°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記32、 90°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記33、 135°方 向偶像差測(cè)量標(biāo)記34的最佳焦面偏移量，利用(5) ~ (7)和(20) (22)式計(jì)算 得到與偶像差相關(guān)的澤尼克系數(shù)。靈敏度系數(shù)的變化范圍是影響偶像差檢測(cè)精度的關(guān)鍵因素。下面給出本實(shí)施例 部分偶像差靈敏度系數(shù)的仿真結(jié)果。圖4為本實(shí)用新型采用測(cè)試掩模3上的(T方向 偶像差測(cè)量標(biāo)記31、 45卜方向偶像差測(cè)量標(biāo)記32、 90°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記33、 135° 方向偶像差測(cè)量標(biāo)記34的最佳焦面偏移量的平均值的Z9靈敏度系數(shù)與數(shù)值孔徑、 部分相干因子之間的關(guān)系。圖5為本實(shí)用新型采用測(cè)試掩模3上的(T方向偶像差測(cè) 量標(biāo)記31、 45。方向偶像差測(cè)量標(biāo)記32、 90。方向偶像差測(cè)量標(biāo)記33、 135°方向偶 像差測(cè)量標(biāo)記34的最佳焦面偏移量的平均值的Zw靈敏度系數(shù)與數(shù)值孔徑、部分相 干因子之間的關(guān)系。圖6為本實(shí)用新型采用測(cè)試掩模3上0°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記31 的最佳焦面與90'方向偶像差測(cè)量標(biāo)記33的最佳焦面之間距離的Z12/Z13靈敏度系數(shù) 與數(shù)值孔徑、部分相干因子之間的關(guān)系。圖7為本實(shí)用新型采用測(cè)試掩模3上45。方 向偶像差測(cè)量標(biāo)記32的最佳焦面與135°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記34的最佳焦面之間的 距離的Zu/Z22靈敏度系數(shù)與數(shù)值孔徑、部分相干因子之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本實(shí)用新型提高了偶像差檢測(cè)精度和檢測(cè)速度。
權(quán)利要求1、一種光刻機(jī)投影物鏡偶像差原位檢測(cè)系統(tǒng)，包括產(chǎn)生照明光束的光源(1)，用于調(diào)整所述光源(1)發(fā)出的光束的束腰尺寸、光強(qiáng)分布和部分相干因子和照明方式的照明系統(tǒng)(2)，能承載測(cè)試掩模(3)并精確定位的掩模臺(tái)(4)，能將掩模圖形成像且其數(shù)值孔徑可調(diào)的投影物鏡(5)，能精確定位的工件臺(tái)(6)，安裝在工件臺(tái)(6)上的測(cè)量測(cè)試掩模(3)上的圖形成像位置的像傳感裝置(7)，其特征在于所述測(cè)試掩模(3)由0°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記(31)、45°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記(32)、90°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記(33)和135°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記(34)組成，所述的0°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記(31)、45°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記(32)、90°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記(33)和135°方向偶像差測(cè)量標(biāo)記(34)的移相光柵標(biāo)記，所述像傳感裝置(7)由依次相連的孔徑光闌(71)、成像物鏡(72)、光電探測(cè)器(73)、數(shù)據(jù)采集卡(74)和計(jì)算機(jī)(75)組成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)投影物鏡偶像差原位檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所 述的移相光柵標(biāo)記為交替型移相光柵標(biāo)記，或衰減型移相光柵標(biāo)記，或無(wú)鉻移相光 柵標(biāo)記。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光刻機(jī)投影物鏡偶像差原位檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所 述的光電探測(cè)器(73)是CCD，或光電二極管陣列。
專利摘要一種光刻機(jī)投影物鏡偶像差原位檢測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括光源、照明系統(tǒng)、測(cè)試掩模、掩模臺(tái)、投影物鏡、工件臺(tái)、安裝在所述工件臺(tái)上的像傳感裝置、數(shù)據(jù)采集卡以及計(jì)算機(jī)。所述像傳感裝置包括孔徑光闌、成像物鏡、光電探測(cè)器。所述測(cè)試掩模包含一種用于偶像差原位檢測(cè)的測(cè)試標(biāo)記，由0°、45°、90°、135°四個(gè)方向的移相光柵標(biāo)記組成，光柵的線空比經(jīng)過(guò)優(yōu)化，達(dá)到最大的像差靈敏度。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是提高了偶像差的檢測(cè)精度。
文檔編號(hào)G03F1/44GK201166781SQ20082005517
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者王向朝, 袁瓊雁, 邱自成 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所