[发明专利]光刻机匹配方法

摘要

一种光刻机匹配方法，以三维空间像关键尺寸作为描述光刻机成像性能的参数，通过同步调谐光刻机的照明系统和投影物镜可调参数，利用阻尼最小二乘优化算法求解可调参数的值，实现光刻机快速匹配。本发明提高了现有方法的匹配精度，增大了工艺窗口，适用于具有自由照明系统的浸没式光刻机之间的匹配。

主权项

1.一种光刻机匹配方法，其特征在于该方法包括如下步骤：(1)光刻机和涂胶显影机检查对参考光刻机和待匹配光刻机的状态进行检查；需要检查的部分包括投影物镜冷像差，照明的椭圆度、照明的部分相干因子，激光光源稳定性，杂散光水平，照明均匀性和掩模台工件台同步误差；检查并确认参考光刻机和待匹配光刻机的参数已正确设定，如果发现有的参数与说明书规定的参数不一致，及时对这些参数进行调整，使得参考光刻机和待匹配光刻机工作正常，并处于最佳工作状态；检查涂胶显影机的工作流程、CD检测系统的工作状态以及光刻胶批次，使涂胶显影机正常工作，并处于最佳工作状态，光刻胶批次相同、CD检测系统工作状态正常；采用一维through‑pitch图形掩模和部分事先筛选出的量产二维图形掩模作为测试掩模；参考光刻机和待匹配光刻机依次加载测试掩模并对掩模进行曝光；使用CD检测系统测量硅片上光刻胶图形的CD，如果两台光刻机曝光产生的光刻胶图形CD之间的差异在工艺允许的范围之内，则无需对当前的待匹配光刻机进行匹配，否则进入下一步；(2)光刻机匹配设定三维空间像模型仿真三维空间像公式如下：其中，和分别表示归一化的光刻机像面坐标和光刻机投影物镜光瞳面坐标，表示光瞳函数，NA表示投影物镜的数值孔径，σ表示照明系统部分相干因子，dose是曝光剂量，z表示空间像所在的离焦位置，aberration表示实测的投影物镜像差，Rx表示工件台倾斜因子，MSD表示光刻机光学系统的机械振动水平，laserb表示激光带宽；表示照明系统光瞳分布；表示掩模的频谱；以(x,y)表示光刻机像面坐标、(f,g)表示光刻机投影物镜光瞳面坐标，和的归一化方法如下：采用空间像阈值模型计算三维空间像CD，公式如下：I(x₁；z)＝I(x₂；z)＝T_r，CD(z)＝x₂‑x₁   ③其中x₁、x₂是在离焦位置z处空间像强度为设定阈值T_r时对应的坐标；读取参考光刻机的状态文件；状态文件中包含了光刻机的投影物镜的数值孔径、照明系统部分相干因子、实测的照明系统光瞳分布、曝光剂量、离焦量、实测的投影物镜像差、工件台倾斜因子、光刻机光学系统的机械振动水平和激光带宽信息；设定一维through‑pitch掩模图形为匹配用目标图形；利用公式①得到的参考光刻机的仿真三维空间像，表示为采用公式③计算参考光刻机的三维空间像CD，表示为CD_ref；读取待匹配光刻机的状态文件，设定与参考光刻机使用的相同的目标图形，采用公式①计算得到待匹配光刻机的三维空间像，表示为采用公式③计算待匹配光刻机三维空间像CD，表示为CD_TBM(z)；对一个给定的掩模图形，参考光刻机与待匹配光刻机之间的三维空间像CD的差异表示为ΔCD(z_i)＝CD_ref(z_i)‑CD_TBM(z_i)，   ④其中i＝1,2,…,M，M表示三维空间像所取的离焦位置的个数；设定待匹配光刻机的照明系统光瞳分布的调制方式，公式如下：其中，是调制前待匹配光刻机的照明系统光瞳分布，是调制后待匹配光刻机的照明系统光瞳分布，是待匹配光刻机的照明系统光瞳分布光强的调制项，ZIM_m为第m阶照明系统光瞳分布强度调制系数，Z_m(f,g)为m阶泽尼克多项式，m取值为1到37的自然数；是照明系统光瞳分布在x轴方向上的几何形状调制项，是照明系统光瞳分布在y轴方向上的几何形状调制项，C是表示背景光的常数；ZDM_n为第n项几何调制系数；n的取值是1到55的自然数；DX_n、DY_n为调制量；将带入公式①和③即可仿真得到待匹配光刻机照明系统光瞳分布调制后的三维空间像CD；采用公式⑤所示的照明系统光瞳分布调制方式，照明系统光瞳分布的可调参数包括55个几何形状调制参数ZDM和37项强度调制泽尼克系数ZIM；投影物镜可调参数为数值孔径NA；令P表示可调参数，那么光刻机匹配问题转化为求解使得评价函数E的值最小的可调参数P，表示为其中，N表示掩模目标图形个数；采用Levenberg‑Marquardt算法，对公式⑥描述的优化问题求解，第k个可调参数P_k对应的CD差异ΔCD_j(z_i,P_k)的偏导采用差商法近似计算：其中，j＝1,2,…,N表示第j个目标图形，ΔP表示第k个可调参数P_k的微小变化量；根据求解出的全部照明系统光瞳分布可调参数的值和NA调整量值生成待匹配光刻机的参数子菜单，将所述的参数子菜单输入待匹配光刻机对可调参数进行调整，调整后待匹配光刻机对测试掩模进行曝光，测量硅片上光刻胶图形的CD，如果实测CD和参考光刻机CD之间的差异在允许范围之内，则光刻机匹配完成，否则重新进行光学临近效应校正对掩模进行重新设计。