[发明专利]光刻投影物镜波像差检测系统及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及光刻机，特别是一种用于光刻机的基于空间像主成分拟合定心的光刻投影物镜波像差检测系统及检测方法。

背景技术

投影物镜是光刻机系统的核心部件之一。投影物镜中的波像差会造成成像质量的恶化和工艺窗口的减小，从而降低产率。随着光刻技术的特征尺寸不断减小，光刻机投影物镜的像差容限变得越来越严苛。光刻投影物镜的波像差检测需求从低阶像差扩展到高阶像差，从在这种前提下，研发能够高精度检测低阶和高阶波像差的原位检测技术具有更加重要的意义。

由于基于空间像的投影物镜波像差检测技术成本低且容易操作，基于空间像的波像差检测技术在最近几年得到了广泛发展。在众多基于空间像的波像差检测技术中，TAMIS技术是具有代表性的一种(参见在先技术1，H.van der Laan，M.Dierichs，H.van Greevenbroek，E.McCoo，F.Stoffels，R.Pongers and R.Willekers，“Aerial image measurement methods for fast aberration set-up and illumination pupil verification，”Proc.SPIE 4346，394-407(2001))。TAMIS检测技术通过检测二元掩模标记的空间像来提取像差。具体方式是，在一系列照明设置下检测标记的最佳焦面偏移量和成像位置偏移量，用检测数据获得的偏移量向量和事先计算好的灵敏度矩阵来计算空间像。TAMIS技术采用二元掩模标记作为检测标记，在多种照明方式下进行检测。为了提升TAMIS技术的检测精度，Fan Wang等和Zicheng Qiu等先后提出了基于相移光栅标记的光刻机投影物镜波像差原位检测技术(参见在先技术2，Fan Wang，Xiangzhao Wang，Mingying Ma，Dongqing Zhang，Weijie Shi and Jianming Hu，“Aberration measurement of projection optics in lithographic tools by use of an alternating phase-shifting mask，”Appl.Opt.45，281-287(2006).)和基于平移对称交替相移光栅标记的光刻机投影物镜彗差检测技术(参见在先技术3，Zicheng Qiu，Xiangzhao Wang，Qiongyan Yuan，Fan Wang，“Coma measurement by use of an alternating phase-shifting mask mark with a specific phase width，”Appl.Opt.48(2)，261-269(2009).)。以上两种技术分别提出了使用相移掩模光栅标记和使用更为复杂的平移对称交替相移光栅标记来提升检测精度。相比在先技术1，在先技术2的检测精度提升了20％以上。相对在先技术2，在先技术3的检测精度又提高了15％以上。这两种技术虽然都提升了检测精度，但只是在检测标记上进行了改进，检测原理仍然是基于TAMIS技术。因此其检测的像差种类仍然较少，检测的流程也无法简化。

近年来，Nikon公司提出了一种基于多方向标记和空间像傅里叶分析的投影物镜波像差检测技术(参见在先技术4，Suneyuki Hagiwara，Naoto Kondo，Irihama Hiroshi，Kosuke Suzuki and Nobutaka Magome，″Development of aerial image based aberration measurement technique″，Proc.SPIE 5754，1659(2005))。该技术的检测标记为36个不同方向不同周期的光栅标记，测得的空间像通过傅里叶分析处理，在波像差和不同级次频谱的相位和幅度之间建立线性关系。这种技术由于专门设计了36个方向周期各不相同的标记，检测像差的种类得以扩展，检测精度也获得很大提升。然而该技术的检测标记需要专门设计，提高了成本，通用性也下降。