[发明专利]光刻机成像质量的检测方法

摘要

一种光刻机成像质量的检测方法，其特征在于该方法包括准备工作、标记测量和数据处理等步骤，本发明该方法在完成光刻机的焦面偏移、场曲、像散等轴向像质参数的原位检测的同时，实现了对畸变、放大率、平移、旋转等垂轴像质参数的精确测量，避免了垂轴像质参数的测量精度对轴向像质校正程度的依赖关系，可获得光刻机像全面的质参数。

主权项

1、一种光刻机成像质量的检测方法，其特征在于该方法包括下列步骤：第一步：准备工作：①初始化光刻机；②在晶圆(7)上涂光刻胶并上至工作台(8)；③制备具有多个镜像FOCAL标记的掩模版(3)，每个镜像FOCAL标记包括四个象限，每个象限的图形由一定周期的粗线条和细线条组成，第一象限和第二象限的线条方向相同，且旋转对称；第三象限与第四象限线条方向相同且镜像对称，但与第一象限、第二象限的线条方向相垂直，在该镜像FOCAL标记中，第一象限和第四象限构成右FOCAL图形，第二象限与第三象限线条构成左FOCAL图形；第二步：标记测量：①将所述的具有镜像FOCAL标记的掩模版(3)上至掩模台(4)上；②选定若干个具有离焦量Δf的离焦位置；③调整照明系统，设置曝光装置的照明条件和工艺条件；④控制工作台(8)和掩模台(4)的运动，使涂有光刻胶的晶圆(7)在选定的一系列离焦位置曝光；⑤被曝光的晶圆(7)进行后烘或后烘后显影；⑥利用光学对准系统(6)的参考光栅分别对晶圆(7)上的镜像FOCAL标记的左右两个FOCAL图形进行对准，记录其对准位置坐标，并记为PL(xL，yL)和PR(xR，yR)；第三步：数据处理：①水平对准偏移量的计算：根据镜像FOCAL标记的左右两个FOCAL图形在曝光视场中成像的名义位置P0L(x0L，y0L)及P0R(x0R，y0R)，并利用它们的对准位置信息按(A)式分别计算镜像FOCAL标记左右两部分的水平对准偏移量AOL与AOR，在笛卡儿坐标系中：X方向的水平对准偏移量记为ΔxL和ΔxR；Y方向的水平对准偏移量记为ΔyL和ΔyR：$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta x}}_L=x_L-x_{0L}\\ {\mathrm{\Delta y}}_L=y_L-y_{0L}\\ {\mathrm{\Delta x}}_R=x_R-x_{0R}\\ {\mathrm{\Delta y}}_R=y_R-y_{0R}\end{array}\right.---\left(A\right)$ ②轴向像质引起的水平对准偏移量的计算：由水平对准偏移量计算轴向像质导致的水平对准偏移量AOv(Δxv或Δyv)，用下式计算：${\mathrm{AO}}^v=2A{O}_R^v=-2A{O}_L^v={\mathrm{AO}}_R-{\mathrm{AO}}_L;---\left(B\right)$ ③轴向对准偏移量的计算：根据轴向像质导致的水平对准偏移量AOv与对应的离焦量数值Δf，利用最小二乘法进行四次曲线拟合，得到(C)式，AOv＝a0+a1Δf+a2Δf2+a3Δf3+a4Δf4 (C)其中a0，a1，a2，a3，a4等为多项式各项的系数。利用(C)式计算对准偏移量AOv (Δxv或Δyv)取得极大值时，对应的离焦量Δf＝ΔZx(或Δf＝ΔZy)的数值ΔZx、ΔZy，即为轴向对准偏移量；④轴向像质参数计算：由轴向对准偏移量ΔZx、ΔZy拟合(D)式，从而得到焦面偏移、像面倾斜、场曲及像散等轴向像质参数：$\left\{\begin{array}{c}(\mathrm{\Delta Zx}+\mathrm{\Delta Zy})/2=\mathrm{Zw}+\mathrm{Rx}·x_0+\mathrm{Ry}·y_0+\mathrm{FC}·({x_0}^2+{y_0}^2)\\ \mathrm{average}(\mathrm{\Delta Zx}-\mathrm{\Delta Zy})=\mathrm{AS}\end{array}\right.----\left(D\right)$ 其中ΔZx、ΔZy、x0、y0分别表示曝光视场中每个FOCAL标记的轴向偏移量和名义坐标，AS代表像散，FC代表场曲、Zw代表最佳焦面、Rx、Ry分别代表绕X轴和绕Y轴的像面倾斜；⑤水平对准偏移量拟合：由水平对准偏移量AOL＝ΔxL或ΔyL与AOR＝ΔxR或ΔyR以及对应的离焦数值Δf，分别利用最小二乘法进行四次曲线拟合得到(E)式，$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta x}}_L=b_0+b_1\mathrm{\Delta f}+b_2\Delta f^2+b_3{\mathrm{\Delta f}}^3+b_4{\mathrm{\Delta f}}^4\\ {\mathrm{\Delta x}}_R=c_0+c_1\mathrm{\Delta f}+c_2{\mathrm{\Delta f}}^2+c_3{\mathrm{\Delta f}}^3+c_4{\mathrm{\Delta f}}^4\\ {\mathrm{\Delta y}}_L=d_0+d_1\mathrm{\Delta f}+d_2{\mathrm{\Delta f}}^2+d_3{\mathrm{\Delta f}}^3+d_4\Delta f^4\\ {\mathrm{\Delta y}}_R=e_0+e_1\mathrm{\Delta f}+e_2{\mathrm{\Delta f}}^2+e_3{\mathrm{\Delta f}}^3+e_4{\mathrm{\Delta f}}^4\end{array}\right.---\left(E\right)$ 式中b0，b1，b2，b3，b4，c0，c1，c2，c3，c4，d0，d1，d2，d3，d4，e0，e1，e2，e3，e4等为多项式各项系数；⑥垂轴像质引起的水平对准偏移量的计算：在E式中，计算当Δf＝ΔZx或Δf＝ΔZy时的水平对准偏移量AOL＝ΔxL或ΔyL，与AOR＝ΔxR或ΔyR，并按照(F)式计算由垂轴像质引起的水平对准偏移量AOh，即Δxh与Δyh：，$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta x}}^h=\frac{{\mathrm{\Delta x}}_R+{\mathrm{\Delta x}}_L}{2}{|}_{\mathrm{\Delta f}=\mathrm{\Delta Zx}}\\ \Delta y^h=\frac{{\mathrm{\Delta y}}_R+{\mathrm{\Delta y}}_L}{2}{|}_{\mathrm{\Delta f}=\mathrm{\Delta Zy}}\end{array}\right.;---\left(F\right)$ ⑦垂轴像质计算：由垂轴像质引起的水平对准偏移量AOh拟合(G)式，从而得到像面平移、像面旋转、放大率变化量、畸变等垂轴像质参数：$\left\{\begin{array}{c}\Delta x^h=\mathrm{dx}+x_0\mathrm{Mag}-y_0\phi +x_0{r}_0^2{D}_3\\ {\mathrm{\Delta y}}^h=\mathrm{dy}+y_0\mathrm{Mag}+x_0\phi +y_0{r}_0^2{D}_3\end{array}\right.---\left(G\right)$ 其中：dx、dy为标记在X向与Y向的平移，Mag为曝光系统的放大倍率变化量，φ为曝光视场绕光轴的旋转，D3为曝光系统的三级畸变。