[发明专利]光刻机投影物镜奇像差原位检测系统和检测方法

权利要求书

1.一种光刻机投影物镜奇像差原位检测系统，包括产生照明光束的光源(1)、调整光源(1)发出的光束的照明方式和部分相干因子并使光束均匀照明的照明系统(2)、搭载掩模并利用定位装置(6)实现精确定位的掩模台(3)、包含检测标记(5)的掩模(4)、能将掩模图形成像且数值孔径可调的投影物镜(7)、搭载硅片并利用定位装置(10)实现精确定位的工件台(8)、安装在工件台(8)上的记录所述掩模成像的光强分布的像传感装置(9)和数据处理装置(11)，其特征在于所述的检测标记(5)为两组双线图形，即X方向检测标记(51)和Y方向检测标记(52)，用于分别检测X方向和Y方向奇像差，且双线图形为透光区域，其余为不透光区域，所述的双线图形的线宽变化范围为150～300nm，两线之间不透光区域宽度的变化范围为100～300nm。

2.根据权利要求1所述的光刻机投影物镜奇像差原位检测系统，其特征在于所述的光源(1)和照明系统(2)实现部分相干因子可调的传统照明和环形照明两种照明方式，传统照明中部分相干因子的取值范围为0.3～0.8，环形照明中环带的外相干因子和内相干因子的差值为0.2，环中心相干因子的取值范围为0.3～0.8。

3.根据权利要求1所述的光刻机投影物镜奇像差原位检测系统，其特征在于针对所述的照明方式，双线图形检测标记的线宽为200nm，两线中心距离为300nm。

4.根据权利要求1所述的光刻机投影物镜奇像差原位检测系统，其特征在于所述的投影物镜(7)的数值孔径的取值范围为0.5～0.8。

5.根据权利要求1所述的光刻机投影物镜奇像差原位检测系统，其特征在于所述的像传感器(9)为CCD、光电二极管阵列或其它能实现光电信号转换的探测器阵列。

6.利用权利要求1所述的光刻机投影物镜奇像差原位检测系统进行光刻机投影物镜奇像差原位检测的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

①确定奇像差的灵敏度系数：

所述的奇像差包括彗差、三波差、高阶彗差、高阶三波差，首先采用传统照明方式，部分相干因子的变化范围为0.3～0.8，步长为0.1，投影物镜的数值孔径为0.5～0.8，步长为0.05，总共为42组照明条件，每种照明条件下，设定Z₇的大小为0.02λ，λ为照明光源的波长，并且设定其它的像差均为零，利用光刻仿真软件计算得到相应照明条件和像差系数下的双线图形峰值光强差值ΔI(NA_i，σ_i)，根据公式：

S7(NAi,σi)=∂ΔIx(NAi,σi)∂Z7,(i=1,2,3...42)]]>

从而可确定42组照明条件下的Z₇像差灵敏度系数；

利用相同方法标定其它X方向奇像差Z₁₀，Z₁₄，Z₁₉，Z₂₃，Z₃₀，Z₃₄以及Y方向奇像差Z₈，Z₁₁，Z₁₅，Z₂₀，Z₂₄，Z₃₁和Z₃₅，并同样可以计算得到相应的灵敏度系数：

S10(NAi,σi)=∂ΔIx(NAi,σi)∂Z10,(i=1,2,3...42)]]>

S14(NAi,σi)=∂ΔIx(NAi,σi)∂Z14,(i=1,2,3...42)]]>

S19(NAi,σi)=∂ΔIx(NAi,σi)∂Z19,(i=1,2,3...42)]]>

……

S8(NAi,σi)=∂ΔIy(NAi,σi)∂Z8,(i=1,2,3...42)]]>

S11(NAi,σi)=∂ΔIy(NAi,σi)∂Z11,(i=1,2,3...42)]]>

S15(NAi,σi)=∂ΔIy(NAi,σi)∂Z15,(i=1,2,3...42)]]>

S20(NAi,σi)=∂ΔIy(NAi,σi)∂Z20,(i=1,2,3...42)]]>

……

S35(NAi,σi)=∂ΔIy(NAi,σi)∂Z35,(i=1,2,3...42)]]>

当投影物镜存在多种奇像差时，与42组照明条件对应，由以上各灵敏度系数构成X和Y方向上的灵敏度矩阵S_X和S_Y：

SX=S7(NA1,σ1)S10(NA1,σ1)LS34(NA1,σ1)S7(NA2,σ2)S10(NA2,σ2)S34(NA2,σ2)MS7(NA42,σ42)S10(NA42,σ42)S34(NA42,σ42)]]>

SY=S8(NA1,σ1)S11(NA1,σ1)LS35(NA1,σ1)S8(NA2,σ2)S11(NA2,σ2)S35(NA2,σ2)MS8(NA42,σ42)S11(NA42,σ42)S35(NA42,σ42);]]>

②测量投影物镜波像差引起的双线图形的峰值光强差值：

所述的测量过程分为两个步骤：

(a)利用X方向检测标记(51)测量X方向上奇像差引入的峰值光强差值：

设定照明系统(2)为传统照明方式，部分相干因子为0.3，投影物镜(7)的数值孔径为0.5，光照射X方向检测标记(51)，经过投影物镜(7)成像于像传感器(9)，像传感器(9)测量并记录X方向检测标记(51)空间像的光强分布，结果输入到数据处理装置(11)，不改变投影物镜的数值孔径，增大照明系统的部分相干因子，增幅为0.1，再次测量并记录相应的光强分布以待处理，当部分相干因子达到0.8时，改变投影物镜的数值孔径为0.55并保持不变，再次测量部分相干因子在0.3～0.8之间变化的光强分布，重复进行该测量过程，直到经过数据处理后获得投影物镜的数值孔径在0.5～0.8，部分相干因子在0.3～0.8之间变化的42组照明条件下的X方向上的双线图形的峰值光强差值：

ΔIx=ΔIx(NA1,σ1)ΔIx(NA2,σ2)MΔIx(NA42,σ42);]]>

(b)利用Y方向检测标记(52)测量Y方向上奇像差引入的峰值光强差值：

利用Y方向检测标记(52)测量Y方向上的光强分布，其它过程与步骤(a)相同，同样得到42组照明条件下的Y方向上的双线图形的峰值光强差值：

ΔIy=ΔIy(NA1,σ1)ΔIy(NA2,σ2)MΔIy(NA42,σ42);]]>

③在不同数值孔径和部分相干因子的照明条件下，峰值光强差值和泽尼克像差系数之间具有如下关系：

ΔIx(NA1,σ1)ΔIx(NA2,σ2)MΔIx(NA42,σ42)=S7(NA1,σ1)S10(NA1,σ1)LS34(NA1,σ1)S7(NA2,σ2)S10(NA2,σ2)S34(NA2,σ2)MS7(NA42,σ42)S10(NA42,σ42)S34(NA42,σ42)Z7Z10MZ34]]>

ΔIy(NA1,σ1)ΔIy(NA2,σ2)MΔIy(NA42,σ42)=S8(NA1,σ1)S11(NA1,σ1)LS35(NA1,σ1)S8(NA2,σ2)S11(NA2,σ2)S35(NA2,σ2)MS8(NA42,σ42)S11(NA42,σ42)S35(NA42,σ42)Z8Z11MZ35]]>

即：

ΔI_x＝S_X·Z_x

ΔI_y＝S_Y·Z_y

其中Z_x和Z_y分别代表[Z₇ Z₁₀ Z₁₄ Z₁₉ Z₂₃ Z₃₀ Z₃₄]和[Z₈ Z₁₁ Z₁₅ Z₂₀ Z₂₄ Z₃₁ Z₃₅]，即X和Y方向上的奇像差；在峰值光强差值和像差系数的关系式中，X和Y方向上各有7个待测未知数，因此还可以在步骤②中的42组照明条件中选取7组不同的数值孔径和部分相干因子的照明条件，并得到相应的峰值强度差值，以进一步提高像差检测速度；

④根据步骤①得到的灵敏度矩阵和步骤②得到的峰值光强差值，计算得到投影物镜(7)的各个奇像差大小：

Zx=SX-1·ΔIx]]>

Zy=SY-1·ΔIy.]]>