光刻機投影物鏡偏振像差原位檢測方法技術

一種光刻機投影物鏡偏振像差原位檢測方法，該方法使用的檢測系統包括光源、照明系統、掩模臺、包含檢測標記的掩模、投影物鏡、工件臺、像傳感器、用于掩模臺與工件臺的定位系統、數據處理系統及反饋控制系統。本發明專利技術采用偏振像差的泡利-澤尼克表征方法，結合兩種線性偏振照明方式，利用像傳感器測量檢測標記空間像的成像位置偏移量與最佳焦面偏移量，根據標定的偏振像差靈敏度系數計算投影物鏡的偏振像差。本發明專利技術具有檢測過程簡單、快速和像差檢測的精度高的特點，適用于大數值孔徑和超大數值孔徑投影物鏡偏振像差檢測。

【技術實現步驟摘要】
光刻機投影物鏡偏振像差原位檢測方法
本專利技術涉及光刻機，尤其涉及一種光刻機投影物鏡偏振像差原位檢測方法。
技術介紹
投影物鏡是光刻機系統的核心部件之一。投影物鏡的偏振像差會引起光刻圖像的特征尺寸誤差、成像位置偏移與最佳焦面偏移等，導致圖像質量和工藝窗口的惡化。當采用高NA投影物鏡和偏振照明時，偏振像差的這些不良影響不可忽略。快速、有效的偏振像差檢測方法是減小和控制其不利影響的前提條件，對光刻成像質量的提高具有重要意義。基于空間像的投影物鏡偏振像差檢測技術，具有檢測系統結構簡單、容易操作、精度高的優勢。涂遠瑩等人提出獲取光刻機投影物鏡偏振像差的原位檢測方法(參見在先技術1，涂遠瑩，王向朝，步楊；“光刻機投影物鏡偏振像差原位檢測方法”，申請號：CN201310140728.X，授權公開號：CN103197512B，公開日期：2015/9/16)。該方法采用偏振照明方式，通過測量檢測標記的成像位置偏移量與最佳焦面偏移量，獲得光刻投影系統的偏振像差，具有檢測系統結構簡單，偏振像差測量時間短，測量范圍大的特點。董立松等人提出一種超高數值孔徑透鏡系統偏振像差測量方法(參見在先技術2，LisongDong,YanqiuLi,XuebingDai,etc.,“MeasuringthePolarizationAberrationofHyper-NAlensfromtheVectorAerialImage”Proc.SPIE,9283,928313,2014)。該方法采用偏振像差的物理光瞳表征方式，對不同的像差分量(切趾、標量相位、偏振衰減和偏振延遲)進行不同的澤尼克分解方法、采用不同的測量方法，通過測量不同測試掩模的圖形偏移、焦面平移和特征尺寸誤差，可以獲取成像系統偏振像差的全部信息，具有結構簡單、檢測成本低的優點。然而，在先技術1在標定和測量過程中只采用一種偏振照明方式，標定獲得的各偏振像差靈敏度系數間線性相關，最終導致可檢測的像差數目少、精度低。在先技術2需要針對不同的偏振像差分量采用不同的偏振像差表征和檢測方法，過程復雜，偏振衰減和偏振延遲分量的測量精度低。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種光刻機投影物鏡偏振像差原位檢測方法，該檢測方法具有過程簡單、快速和測量精度高的特點。本專利技術的技術解決方案如下：一種光刻機投影物鏡偏振像差原位檢測方法，所述的檢測方法使用的檢測系統包括產生照明光束的光源、調整光源發出的光束的照明方式(包括偏振照明方式)和部分相干因子并使光束均勻照明的照明系統、搭載掩模并利用定位系統實現精確定位的掩模臺、包含偏振像差檢測標記的掩模、能將掩模圖形成像且數值孔徑可調的投影物鏡系統、能搭載硅片并利用定位系統實現精確定位的工件臺、安裝在工件臺上的記錄所述掩模空間像光強分布的像傳感器、數據處理系統以及反饋控制系統。所述的光源和照明系統用于實現部分相干因子可調的常規圓形照明方式，部分相干因子的取值范圍為0.3～0.8，實現X方向和Y方向線性偏振照明。所述的投影物鏡的數值孔徑的取值范圍為0.85～1.35。所述的檢測標記為X方向和Y方向交替型相移掩模光柵圖形，分別用于檢測X方向和Y方向偏振像差。光柵圖形相鄰透光區域相位差為180度，光柵的線空比為1:1。所述的像傳感器為CCD或光電二極管陣列。上述光刻機投影物鏡偏振像差原位檢測方法包括以下檢測步驟：1)標定偏振像差的靈敏度系數，該標定過程分為三個步驟：①標定Y方向線性偏振照明時，偏振像差的靈敏度系數。所述的偏振像差采用泡利-澤尼克系數表示。將泡利光瞳的泡利矩陣復數系數a0的相位分布Pa0_Ph和泡利矩陣復數系數a1的虛部分布Pa1_Im利用澤尼克多項式進行分解，得到其泡利-澤尼克系數和其中上標a0-Ph和a1-Im分別表示對應的光瞳是Pa0_Ph和Pa1_Im，下標m對應第m項澤尼克系數；例如表示光瞳Pa0_Ph中的澤尼克系數Z7；其它項泡利-澤尼克系數具有類似的解釋。采用常規圓形照明方式下的Y方向線性偏振照明，設置照明光源部分相干因子σ的變化范圍為0.3～0.8，步長為0.1，投影物鏡的數值孔徑NA的變化范圍為0.9～1.3，步長為0.1，則所設置的照明條件(NA,σ)總共有30組；用(NAi,σi)表示第i組照明條件，其中下標i＝1,2,3…30。每種照明條件下，設定彗差的大小為0.02λ，λ為照明光源的波長，并且設定其它的偏振像差均為零。利用光刻仿真軟件計算得到相應照明條件和像差系數下X方向交替型相移掩模光柵圖形檢測標記空間像在X方向上的成像位置偏移量(ΔX)；根據下列公式：確定30組照明條件下偏振像差的靈敏度系數；設定球差的大小為0.02λ，其它設置條件與計算靈敏度系數時的相同，根據光刻仿真軟件計算得到掩模空間像在Z方向上的最佳焦面偏移量ΔZ，按下列公式計算其相應的靈敏度系數：同理，利用光刻仿真軟件得到的ΔX(NAi,σi)與ΔZ(NAi,σi)標定泡利光瞳Pa0_Ph和Pa1_Im中泡利-澤尼克偏振像差的其它X方向奇像差項和偶像差項，計算得到相應的偏振像差靈敏度系數：當投影物鏡存在多種偏振像差時，與30組照明條件對應，由以上各靈敏度系數構成X和Z方向上的靈敏度矩陣和其中，上標Y-pol表示照明偏振態為Y方向的線性偏振。②標定X方向線性偏振照明時，偏振像差的靈敏度系數。采用常規圓形照明方式下的X方向線性偏振照明，設置照明光源部分相干因子σ的變化范圍為0.35～0.75，步長為0.1，投影物鏡的數值孔徑NA的變化范圍為0.85～1.35，步長為0.1，則所設置的照明條件(NA,σ)總共有30組；用(NAi,σi)表示第i組照明條件，其中下標i＝1,2,3…30；采用與①中相同的方法標定泡利光瞳Pa0_Ph和Pa1_Im中泡利-澤尼克偏振像差靈敏度系數。獲得與30組照明條件對應的靈敏度矩陣和其中，上標X-pol表示照明偏振態為X方向的線性偏振；③組合X方向和Y方向線性偏振照明時的偏振像差靈敏度系數，獲得總的偏振像差靈敏度系數。組合步驟①、②中兩種線性偏振照時的靈敏度系數，與60組照明條件(前30組是①中的照明條件，后30組是②中的照明條件)對應，構成X和Z方向上的靈敏度矩陣SX和SZX。2)測量投影物鏡偏振像差引起的空間像位置偏移ΔXcom與最佳焦面偏移所述的測量過程分為兩個步驟：①測量偏振像差奇像差項引起的空間像在X方向上的位置偏移ΔXcom：(a)測量在Y方向線性偏振照明時，偏振像差奇像差項引起的空間像在X方向上的位置偏移ΔXY-pol。設定照明系統為常規圓形照明方式并采用Y方向線性偏振照明，部分相干因子為0.3，投影物鏡的數值孔徑為0.9。入射光照射X方向檢測標記，經過投影物鏡成像于像傳感器。像傳感器測量并記錄檢測標記空間像的光強分布，結果輸入到數據處理系統。數據處理系統提取空間像光強分布中X方向上最大光強對應的成像位置偏移量ΔX。保持投影物鏡的數值孔徑不變，增大照明系統的部分相干因子，增幅為0.1，再次測量并記錄相應的光強分布以待處理。當部分相干因子達到0.8時，改變投影物鏡的數值孔徑為1.0并保持不變，再次測量部分相干因子在0.3～0.8之間變化時對應的空間像光強分布。重復進行此測量過程直到獲得投影物鏡的數值孔徑在0.9～1.3，部分本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光刻機投影物鏡偏振像差原位檢測方法，該方法使用的檢測系統包括產生照明光束的光源(1)、調整光源(1)發出的光束的照明方式和部分相干因子并使光束均勻照明的照明系統(2)、搭載掩模并利用定位系統(6)實現精確定位的掩模臺(3)、包含偏振像差檢測標記(5)的掩模(4)、能將掩模圖形成像且數值孔徑可調的大數值孔徑投影物鏡(7)、能搭載硅片并利用定位系統(10)實現精確定位的工件臺(8)、安裝在工件臺(8)上的記錄所述掩模空間像光強分布的像傳感器(9)、數據處理系統(11)和反饋控制系統(12)，其特征在于：該方法采用的檢測標記(5)為兩組交替型相移掩模光柵圖形，即X方向檢測標記(51)和Y方向檢測標記(52)，用于分別檢測X方向和Y方向偏振像差，且光柵圖形相鄰透光區域相位差為180度，光柵的線空比為1:1；該方法采用的照明系統(2)的偏振照明方式包含X方向線性偏振照明和Y方向線性偏振照明；該方法采用的像傳感器(9)為CCD探測器或光電二極管陣列；該方法包括以下步驟：1)標定偏振像差的靈敏度系數,該標定過程分為三個步驟：①標定Y方向線性偏振照明時偏振像差的靈敏度系數；所述的偏振像差采用泡利?澤尼克系數表示；將泡利光瞳的泡利矩陣復數系數a0的相位分布Pa0_Ph和泡利矩陣復數系數a1的虛部分布Pa1_Im利用澤尼克多項式進行分解，得到泡利?澤尼克系數和其中上標a0?Ph和a1?Im分別表示對應的光瞳是Pa0_Ph和Pa1_Im，下標m對應第m項澤尼克系數；例如表示光瞳Pa0_Ph中的澤尼克系數Z7；其它項泡利?澤尼克系數具有類似的解釋；采用常規圓形照明方式下的Y方向線性偏振照明，設置照明光源部分相干因子σ的變化范圍為0.3～0.8，步長為0.1，投影物鏡的數值孔徑NA的變化范圍為0.9～1.3，步長為0.1，則所設置的照明條件(NA,σ)總共有30組；用(NAi,σi)表示第i組照明條件，其中下標i＝1,2,3…30；每種照明條件下，設定彗差的大小為0.02λ，λ為照明光源的波長，并且設定其它的偏振像差均為零；利用光刻仿真軟件計算，得到相應照明條件和像差系數下X方向交替型相移掩模光柵圖形檢測標記空間像在X方向上的成像位置偏移量(ΔX)；根據下列公式：S7a0-Ph(NAi,σi)=∂ΔX(NAi,σi)∂Z7a0-Ph,(i=1,2,3...30)]]>確定30組照明條件下偏振像差的靈敏度系數；設定球差的大小為0.02λ，其它設置條件與計算靈敏度系數時的相同，根據光刻仿真軟件計算得到掩模空間像在Z方向上的最佳焦面偏移量ΔZ，按下列公式計算其相應的靈敏度系數：S9a0-Ph(NAi,σi)=∂ΔZ(NAi,σi)∂Z9a0-Ph,(i=1,2,3...30);]]>同理，利用光刻仿真軟件得到的ΔX(NAi,σi)與ΔZ(NAi,σi)標定泡利光瞳Pa0_Ph和Pa1_Im中偏振像差的其它X方向奇像差項和偶像差項，計算得到相應的偏振像差靈敏度系數為：當投影物鏡存在多種偏振像差時，與30組照明條件對應，由以上各靈敏度系數構成X和Z方向上的靈敏度矩陣和SXY-pol=S7a0-Ph(NA1,σ1)S10a0-Ph(NA1,σ1)...S7a1-Im(NA1,σ1)S10a1-Im(NA1,σ1)...S7a0-Ph(NA2,σ2)S10a0-Ph(NA2,σ2)...S7a1-Im(NA2,σ2)S10a1-Im(NA2,σ2).....................S7a0-Ph(NA30,σ30)S10a0-Ph(NA30,σ30)...S7a1-Im(NA30,σ30)S10a1-Im(NA30,σ30)...,]]>SZXY-pol=S5a0-Ph(NA1,σ1)S9a0-Ph(NA1,σ1)...S5a1-Im(NA1,σ1)S9a1-Im(NA1,σ1)...S5a0-Ph(NA2,σ2)S9a0-Ph(NA2,σ2)...S5a1-Im(NA2,σ2)S9a1-Im(NA2,σ2).....................S5a0-Ph(NA30,σ30)S9a0-Ph(NA30,σ30)...S5a1-Im(NA30,σ30)S9a1-Im(NA30,σ30)...;]]>其中，上標Y?pol表示照明偏振態為Y方向的線性偏振；②標定...

【技術特征摘要】
1.一種光刻機投影物鏡偏振像差原位檢測方法，該方法使用的檢測系統包括產生照明光束的光源(1)、調整光源(1)發出的光束的照明方式和部分相干因子并使光束均勻照明的照明系統(2)、搭載掩模并利用定位系統(6)實現精確定位的掩模臺(3)、包含偏振像差檢測標記(5)的掩模(4)、能將掩模圖形成像且數值孔徑可調的大數值孔徑投影物鏡(7)、能搭載硅片并利用定位系統(10)實現精確定位的工件臺(8)、安裝在工件臺(8)上的記錄所述掩模空間像光強分布的像傳感器(9)、數據處理系統(11)和反饋控制系統(12)，其特征在于：該方法采用的檢測標記(5)為兩組交替型相移掩模光柵圖形，即X方向檢測標記(51)和Y方向檢測標記(52)，用于分別檢測X方向和Y方向偏振像差，且光柵圖形相鄰透光區域相位差為180度，光柵的線空比為1:1；該方法采用的照明系統(2)的偏振照明方式包含X方向線性偏振照明和Y方向線性偏振照明；該方法采用的像傳感器(9)為CCD探測器或光電二極管陣列；該方法包括以下步驟：1)標定偏振像差的靈敏度系數,該標定過程分為三個步驟：①標定Y方向線性偏振照明時偏振像差的靈敏度系數；所述的偏振像差采用泡利-澤尼克系數表示；將泡利光瞳的泡利矩陣復數系數a0的相位分布Pa0_Ph和泡利矩陣復數系數a1的虛部分布Pa1_Im利用澤尼克多項式進行分解，得到泡利-澤尼克系數和其中上標a0-Ph和a1-Im分別表示對應的光瞳是Pa0_Ph和Pa1_Im，下標m對應第m項澤尼克系數；采用常規圓形照明方式下的Y方向線性偏振照明，設置照明光源部分相干因子σ的變化范圍為0.3～0.8，步長為0.1，投影物鏡的數值孔徑NA的變化范圍為0.9～1.3，步長為0.1，則所設置的照明條件(NA,σ)總共有30組；用(NAi,σi)表示第i組照明條件，其中下標i＝1,2,3…30；每種照明條件下，設定彗差的大小為0.02λ，λ為照明光源的波長，并且設定其它的偏振像差均為零；利用光刻仿真軟件計算，得到相應照明條件和像差系數下X方向交替型相移掩模光柵圖形檢測標記空間像在X方向上的成像位置偏移量ΔX；根據下列公式：確定30組照明條件下偏振像差的靈敏度系數；設定球差的大小為0.02λ，其它設置條件與計算靈敏度系數時的相同，根據光刻仿真軟件計算得到掩模空間像在Z方向上的最佳焦面偏移量ΔZ，按下列公式計算其相應的靈敏度系數：同理，利用光刻仿真軟件得到的ΔX(NAi,σi)與ΔZ(NAi,σi)標定泡利光瞳Pa0_Ph和Pa1_Im中偏振像差的其它X方向奇像差項和偶像差項，計算得到相應的偏振像差靈敏度系數為：當投影物鏡存在多種偏振像差時，與30組照明條件對應，由以上各靈敏度系數構成X和Z方向上的靈敏度矩陣和其中，上標Y-pol表示照明偏振態為Y方向的線性偏振；②標定X方向線性偏振照明時，偏振像差的靈敏度系數；采用常規圓形照明方式下的X方向線性偏振照明，設置照明光源部分相干因子σ的變化范圍為0.35～0.75，步長為0.1，投影物鏡的數值孔徑NA的變化范圍為0.85～1.35，步長為0.1，則所設置的照明條件(NA,σ)總共有30組；用(NAi,σi)表示第i組照明條件，其中下標i＝1,2,3…30；采用與①中相同的方法標定泡利光瞳Pa0_Ph和Pa1_Im中偏振像差靈敏度系數，獲得與30組照明條件對應的靈敏度矩陣和其中，上標X-pol表示照明偏振態為X方向的線性偏振；③組合X方向和Y方向線性偏振照明時的偏振像差靈敏度系數，獲得總的偏振像差靈敏度系數；組合步驟①、②中兩種線性偏振照時的靈敏度系數，與60組照明條件，即前30組是①中的照明條件，后30組是②中的照明條件對應，構成X和Z方向上的偏振像差靈敏度矩陣SX和SZX如下：

【專利技術屬性】
技術研發人員：沈麗娜，王向朝，李思坤，閆觀勇，諸波爾，張恒，孟澤江，
申請(專利權)人：中國科學院上海光學精密機械研究所，
類型：發明
國別省市：上海;31