[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

说明书

技术领域

本发明涉及光刻机，尤其涉及一种光刻机投影物镜奇像差原位检测系统和检测方法。

背景技术

光刻技术是极大规模集成电路制造工艺中的核心技术，它影响着极大规模集成电路制造工艺所能实现的技术节点。步进扫描投影光刻机是用于光刻工艺的重要设备，其中投影物镜系统是光刻机的重要分系统之一。投影物镜波像差对光刻过程有重要影响。根据波像差分布特点，波像差可分为奇像差和偶像差，例如彗差和三波差即为奇像差，球差和像散则为偶像差。彗差和三波差导致掩模图形经过投影物镜成像后位置发生偏移、图形线宽不对称等，影响光刻机的套刻精度、增加光刻成像的CD不均匀性。随着光刻机的特征尺寸不断减小，光刻工艺对投影物镜波像差的检测和控制要求也愈来愈高，因此快速、高精度地检测投影物镜波像差，是降低和调整波像差的前提条件，对提高光刻成像质量具有重要意义。

TAMIS(TIS At Multiple Illumination Settings)技术是国际上用于检测投影物镜波像差的重要技术之一，它是一种基于空间像的检测技术。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 pupil verification，”Proc.SPIE，4346，394-407(2001)。与其它基于曝光过程的检测技术相比，TAMIS技术具有快速、简单、可靠等优点。TAMIS技术的核心思想是利用二元掩模标记作为检测标记，检测标记在成像过程中受到投影物镜波像差的影响，成像位置发生偏移或最佳焦面发生偏移，且偏移量与光刻成像过程的照明条件、投影物镜数值孔径、像差大小等有关，因此改变投影物镜数值孔径和部分相干因子，通过测量不同光刻成像条件下的成像位置偏移量或最佳焦面偏移量，通过数值处理得到像差大小。该技术的彗差和球差测量精度在3σ标准下分别为2nm和3nm。由于TAMIS技术采用二元掩模，而奇像差引起二元掩模的成像位置偏移量相对于相移掩模较小，因此TAMIS技术的检测精度受到一定限制。

针对上述技术的不足，Fan Wang等人提出了一种基于相移掩模检测标记的像差检测技术。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)。该技术采用180°的相移掩模光栅标记代替二元掩模标记进行像差检测。由于相移掩模光栅标记的像差灵敏度系数变化范围更大，因此检测精度得到较大的改善。

在先技术2利用相移掩模光栅标记检测像差时，忽略了光栅结构对测量精度的影响，因此Zicheng Qiu等人提出了一种基于非对称型相移掩模光栅标记的彗差检测方法。参见在先技术3，Zicheng Qiu，Xiangzhao Wang，Qiongyan Yuan and Fan Wang，“Coma measurement by use of an alternating phase-shifting mask mark with a specific phase width，”Appl.Opt，48，261-269(2009)。该方法通过优化相移掩模光栅标记的结构，设计了一种光栅线宽与相移宽度不同的非对称型光栅结构，从而使光栅的±3级衍射光缺级，提高了相移掩模光栅标记的像差灵敏度，进一步提高了像差检测精度。

在先技术1、在先技术2和在先技术3在检测投影物镜奇像差时，都是利用成像位置偏移量为测量对象，像差的测量精度受到位移测量工具和定位装置的精度的影响，限制了利用该技术的波像差检测精度的进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光刻机投影物镜奇像差原位检测系统和检测方法，本发明考虑双线图形检测标记的空间像峰值光强差值的处理，以提高投影物镜奇像差的检测精度和检测速度。

本发明的技术解决方案如下：