[实用新型]光刻机投影物镜偶像差原位检测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光刻机，特别是一种光刻机投影物镜偶像差原位检测系统。

背景技术

在极大规模集成电路制造领域，用于光刻工艺的步进扫描投影光刻机是公知的。投影物镜系统是步进扫描投影光刻机中最重要的分系统之一。投影物镜的波像差使光刻机的光刻成像质量恶化，并造成光刻工艺容限的减小。波像差可以分为奇像差和偶像差。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。投影物镜的彗差使掩模上的图形曝光到硅片后发生成像位置偏移，该成像位置偏移量与图形尺寸和照明条件有关，因而，投影物镜的彗差是影响套刻精度的关键因素之一。彗差还会导致掩模上的对称图形在曝光、显影后在硅片上形成的图形不对称，从而影响光刻分辨率和线宽的均匀性。投影物镜的三波差使动态随机存储器图形曝光显影后在硅片上形成的图形不对称，影响动态随机存储器的性能。投影物镜的球差造成图形的最佳焦面发生偏移，并使不同尺寸、不同栅距的线条的最佳焦面不在一个平面上。投影物镜的像散主要使互相垂直的线条的最佳焦面不在一个平面上。投影物镜偶像差的存在使光刻成像系统的有效焦深缩小，对调焦调平系统的检测精度提出了更加苛刻的要求。随着光刻特征尺寸的不断减小，尤其是各种分辨率增强技术的使用，偶像差对光刻成像质量的影响越来越突出。因此，快速、高精度的光刻机投影物镜偶像差原位检测系统是不可或缺的。

TAMIS(TIS At Multiple Illumination Settings)技术是目前国际上用于检测光刻机投影物镜彗差的主要技术之一。参见在先技术1，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 pupilverification.”Proc.SPIE 2001，4346，394-407。TAMIS技术采用的系统包括工件台以及安装在工件台上的透射式像传感器、掩模台及测试掩模、照明系统和计算机等。其中透射式像传感器由两部分构成：一套尺寸为亚微米级的孤立线和一个方孔，孤立线与方孔下方均放置独立的光电二极管。其中孤立线包括X方向的孤立线和Y方向的孤立线，方孔用于补偿照明光源的光强波动。透射式像传感器可以分别测量X方向线条和Y方向线条的三维成像位置。在TAMIS技术中，通过移动工件台使透射式像传感器扫描掩模上X方向测试标记和Y方向测试标记经投影物镜所成的像，可以得到标记的轴向成像位置，再与理想成像位置比较后得到轴向成像位置偏移量(ΔZ_X(NA，σ)，ΔZ_Y(NA，σ))。在不同的投影物镜数值孔径和照明系统部分相干因子设置下测量掩模上各个标记的成像位置，得到不同照明条件下的视场内不同位置处的成像位置偏移量ΔZ_X(NA_i，σ_i)，ΔZ_Y(NA_i，σ_i)，(i＝1，2，3…n)，然后利用数学模型进行计算后得到偶像差相应的泽尼克系数Z₉、Z₁₂、Z₁₆、Z₂₁。

由于透射式像传感器具有特殊的结构，因此测试标记的形状一般需设计为透射式像传感器某个分支的形状，因此测试标记的设计受到了一定的限制。此外，在成像位置偏移量的测量过程中，需要通过移动工件台使透射式像传感器对掩模上测试标记经投影物镜所成的像进行三维扫描，因此测量时间相对较长。

TAMIS技术采用的测试掩模为二元掩模，相对于各种相移掩模，偶像差对二元掩模成像位置偏移的影响较小。因此TAMIS技术使用二元掩模进行偶像差检测，灵敏度系数的变化范围较小，导致偶像差检测的精度有限。