[发明专利]一种光刻机投影物镜波像差现场测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及光刻机投影物镜波像差现场测量方法。

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，并造成光刻工艺窗口的减小。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。彗差还可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得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，并使得不同尺寸、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得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得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，光刻机投影物镜的波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波像差现场测量技术是不可或缺的。

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波像差的主要技术之一。(参见在先技术，Hans van der Laan，Marcel Dierichs，Henkvan 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图像传感器、掩模台及测试掩模、照明系统和计算机等。其中透射式图像传感器由两部分构成：一套尺寸为亚微米级的孤立线以及一个方孔，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。透射式图像传感器可以分别测量X方向线条和Y方向线条的成像位置。在TAMIS技术中，通过移动工件台使透射式图像传感器扫描掩模上测试标记经投影物镜所成的像，可以得到标记的成像位置，再与理想成像位置比较后得到成像位置偏移量。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，然后利用数学模型进行计算后得到波像差相应的泽尼克系数。

TAMIS技术测量投影物镜的波像差时需要使用十种以上的照明设置，因此测量速度较慢。而且TAMIS技术可以测量的泽尼克系数的数量非常有限，仅局限于Z₅，Z₇，Z₈，Z₉，Z₁₂，Z₁₄，Z₁₅，Z₁₆，Z₂₁，而且随着光刻特征尺寸的不断减小，TAMIS技术的测量精度也逐渐无法满足要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光刻机投影物镜波像差现场测量方法，本发明可以简化波像差测量流程，提高波像差测量精度，同时缩短测量时间。

一种光刻机投影物镜波像差现场测量的方法，利用了一测量系统，该系统包括用于产生照明光束的光源；能调整照明光束的束腰尺寸、光强分布、部分相干因子和照明方式的照明系统；能承载测试掩模并精确定位的掩模台；能将测试掩模上的图形成像且数值孔径可调的投影物镜；能精确定位的六维扫描工件台；被安装于六维扫描工件台上用于测量测试掩模上的图形的图像传感器；其特征在于该方法具有以下步骤：