[发明专利]一种光刻机投影物镜波像差的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于投影式光刻机成像系统测量领域，具体涉及一种光刻机投影物镜波像差的测量方法。

背景技术

在纳米制造中，为了实现光学光刻的高精度刻蚀，需要评估光刻机成像质量、光刻分辨率以及特征尺寸均匀性等各项光刻技术指标。光刻机投影物镜波像差(Wavefront Aberration)是影响步进扫描投影光刻机性能的重要指标，直接影响到上述各项光刻技术指标，因此光刻机投影物镜波像差是光刻机中最关键的检测指标之一。

波像差是指经过投影物镜后的实际波面与理想波面之间的光程差，可以用泽尼克多项式及其系数来表征。随着分辨率增强技术的不断进步和发展，光刻机投影物镜的数值孔径(NA,Numerical Aperture)正逐步逼近其制造极限。例如，目前干式光刻机投影物镜的NA值已达到0.85以上；采用浸液式光刻，则NA达到1.0以上。在超高数值孔径下，为保证成像质量、光刻分辨率以及特征尺寸均匀性等关键指标，要求投影物镜的波像差小于10mλ（即对于193nm深紫外准分子激光照明光源而言，波像差应小于2nm），这就要求波像差泽尼克系数检测精度达到2mλ；而且只获得泽尼克多项式中的低阶系数是远远不够的，需要同时获得更高阶数的泽尼克系数，一般要达到37级（即Z37）。从而对波像差检测技术及其系统提出了极为严峻的挑战。波像差在线检测技术以集成在工件台或硅片上的空间像传感器为基础，实现投影物镜空间像的直接测量，从而通过测量数据的实时处理，快速准确地重构出投影物镜的波像差。

目前，波像差检测中一种常用的方法就是通过干涉进行检测。如ASML公司的ILIAS(Integrated Lens Interferometer At Scanner)技术、Nikon公司的iPot(Integrated Projecting Optics Tester)技术、以及Canon公司的SPIN(Slant Projection through a Pinhole)技术和LDI(Line Diffraction Interferometer)技术。运用干涉进行波像差测量时，集成干涉仪或便携干涉仪，因此成本较高，且硬件设计复杂。这类检测技术都可以获得37级Zernike系数，精度都能达到2mλ甚至更高，而且检测时间相对较短，鲁棒性高。但这类技术由于系统设计特别是硬件设计相当复杂，具有相当的难度，适用性并不高。

在线波像差检测其中的另一种方法是ASML公司的TAMIS(TIS At Multiple Illumination Settings)技术，利用透射像传感器TIS(Transmission Image Sensor)扫描对准过程获取空间像的实际坐标及其相对于理论成像位置的横向或纵向偏差，配合光刻机对数值孔径NA和部分相干因子σ的自动调节功能，通过基于经验的灵敏度模型计算出投影物镜的波像差。由于TAMIS技术仅仅局限于分析空域内光强信号与几何偏移的线性关系，该线性模型为简化的经验线性模型，其线性度必然受到了照明方式及掩模标记尺寸的影响，因此，TAMIS技术只能检测波像差低阶Zernike系数，难以适应目前光刻机高NA和低CD的进一步发展。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于光刻机投影物镜波像差的测量方法，采用基于单次光强测量的波像差快速检测方法，实现小波像差的快速、精确提取，且流程实现简单。

本发明提供的一种光刻机投影物镜波像差的测量方法，用于对投影物镜的较小波像差进行快速的原位检测，所述方法包括以下步骤：

步骤102，根据实际光刻机工艺条件确定曝光的特性参数，其中，特性参数包括光刻机数值孔径，光源的波长、形状、以及其他光源参数；

步骤104，根据光刻投影理论，在波长差较小的情况下，简化光刻投影正向模型；

步骤106，根据简化后的正向模型，计算泽尼克系数的灵敏度矩阵以及无像差时的光强值，其中，灵敏度矩阵是由每个泽尼克系数对应的一个子矩阵组成的矩阵；

步骤108，采用灵敏度矩阵的条件数作为目标函数对掩模图形的参数进行掩模图形优化，得到最优掩模；

步骤110，采用优化得到的掩模图形，在一定离焦处进行实际曝光测量光强；

步骤112，根据曝光得到的光强值，以及计算得到的无像差光强值和灵敏度矩阵，求解泽尼克系数，得到重构的波像差。