[发明专利]一种大数值孔径光刻机投影物镜波像差检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及光刻机投影物镜，特别是一种大数值孔径光刻机投影物镜波像差检测方法。

背景技术

光刻机是极大规模集成电路制造的核心设备之一。投影物镜是光刻机最重要的分系统之一。投影物镜的波像差影响光刻机的成像质量，造成成像对比度降低，工艺窗口缩小。随着光刻技术从干式发展至浸没式，光刻机投影物镜的像差容限变得越来越严苛，对波像差检测精度的要求也越来越高。因此，为满足光刻机的套刻精度和分辨率等要求，研发一种高精度的大数值孔径光刻机投影物镜波像差检测技术意义重大。

2011年，Lifeng Duan等人提出了一种基于空间像主成分分析的光刻机投影物镜波像差检测技术(参见在先技术1，Lifeng Duan,Xiangzhao Wang,Anatoly Y.Bourov,et al.,“In situ aberration measurement technique based on principal component analysis of aerial image,”Opt.Express 19(19),18080-18090(2011))。该技术采用水平和垂直两个方向的检测标记，在一种照明模式下，通过采集空间像光强分布检测光刻投影物镜波像差。该技术检测精度高，速度快；但由于掩模检测标记只有两个方向，只能用于检测低阶像差(Z₅,Z₇～Z₉,Z₁₄～Z₁₆)，无法检测更高阶泽尼克像差。

在上述技术的基础上，段立峰等又提出了一种基于空间像检测的投影物镜波像差原位测量方法(参见在先技术2，段立峰，王向朝，徐东波，“基于空间像检测的投影物镜波像差原位测量方法”，专利号：ZL201210115759.5)。该方法采用6个方向的掩模检测标记实现了33阶泽尼克像差的测量(Z₅～Z₃₇)，该方法通过增加掩模检测标记实现了高阶泽尼克像差的检测，但由于使用标量成像模型，只能适用于投影物镜数值孔径小于/等于0.75的情况,无法检测大数值孔径光刻机投影物镜波像差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于空间像检测的大数值孔径光刻机投影物镜波像差检测方法，能够高精度地检测大数值孔径光刻机投影物镜的波像差。

本发明的技术解决方案如下：

一种大数值孔径光刻机投影物镜波像差检测方法，该方法采用的测量系统包括用于产生激光光束的光源、照明系统、用于承载测试掩模并拥有精确定位能力的掩模台、用于将掩模图形上的检测标记成像到硅片上的投影物镜系统、能承载硅片并具有三维扫描能力和精确定位能力的工件台、安装在该工件台上的空间像传感器以及与空间像传感器相连的数据处理计算机。

所述的光源可以是传统照明、环形照明、二极照明、四极照明和自由照明光源，传统照明光源的部分相干因子为σ；环形照明光源的部分相干因子为[σ_out,σ_in]，σ_out表示外部相干因子，σ_in表示内部相干因子；二极照明的部分相干因子为[σ_out,σ_in]，σ_out表示外部相干因子，σ_in表示内部相干因子，极张角为θ；四极照明的部分相干因子为[σ_out,σ_in]，σ_out表示外部相干因子，σ_in表示内部相干因子，极张角为θ。

所述的照明系统用于调整所述光源产生的照明光场的光强分布及偏振状态。

所述的检测标记由6个具有不同方向取向的孤立空组成，6个不同的方向取向分别为0°，30°，45°，90°，120°，135°。

该方法包括建模阶段和像差提取阶段。

建模阶段包括以下2个步骤：

a.仿真空间像集合的创建

采用Box-Behnken Design统计抽样方式设定33阶泽尼克像差Z₅～Z₃₇的组合ZU，并随机设定一组大数值孔径光刻机投影物镜的偏振像差PT；

选择光刻仿真参数：照明系统的照明方式及其部分相干因子，照明方式为偏振照明，照明光的偏振态可以是完全偏振，部分偏振和完全非偏振，光刻机曝光波长λ，投影物镜的数值孔径NA，设定NA的取值范围为NA≥0.93；