光刻机投影物镜偏振像差原位检测方法

摘要

一种光刻机投影物镜偏振像差原位检测方法，所述检测方法使用的检测系统包括光源、照明系统、掩模台、包含检测标记的掩模、投影物镜、工件台、像传感器、用于掩模台与工件台的定位系统、数据处理系统及反馈控制系统。所述的检测方法采用偏振照明方式并选取大的投影物镜数值孔径进行检测，然后利用像传感器测量所述检测标记的成像位置偏移量与最佳焦面偏移量，再根据标定的偏振像差灵敏度系数计算所述投影物镜的偏振像差。本发明具有检测系统结构简单，偏振像差测量时间短，测量范围大的特点。

主权项

一种光刻机投影物镜偏振像差原位检测方法，该方法使用的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系统(6)实现精确定位的掩模台(3)、包含偏振像差检测标记(5)的掩模(4)、能将掩模图形成像且数值孔径可调的大数值孔径投影物镜(7)、能搭载硅片并利用定位系统(10)实现精确定位的工件台(8)、安装在工件台(8)上的记录所述掩模空间像光强分布的像传感器(9)、数据处理系统(11)和反馈控制系统(12)，其特征在于所述的检测标记(5)为两组交替型相移掩模光栅图形，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方向偏振像差，且光栅图形相邻透光区域相位差为180度，光栅的线空比为1∶1，采用该检测标记的偏振像差原位检测方法包括以下步骤：①确定偏振像差的灵敏度系数：所述的偏振像差采用泡利‑泽尼克系数表示，将泡利矩阵复数系数a0的相位光瞳分布利用泽尼克多项式进行分解，得到a0相位项的泡利‑泽尼克系数，其中彗差项和球差项分别记为偏振像差的Z7_a0与Z9_a0项，用泽尼克多项式分解泡利矩阵复数系数的光瞳分布获得偏振像差的其它泡利‑泽尼克系数；采用常规圆形照明方式下的Y方向偏振照明，部分相干因子的变化范围为0.3～0.8，步长为0.05，投影物镜的数值孔径选为0.85～1.15，步长为0.05，总共为77组照明条件，每种照明条件下，设定Z7_a0的大小为0.02λ，λ为照明光源的波长，并且设定其它的偏振像差均为零，利用光刻仿真软件计算得到相应照明条件和像差系数下交替型相移掩模光栅图形检测标记(51)在X方向上的成像位置偏移量(ΔX)，根据下列公式： S 7 _ a 0 ( NA i , σ i ) = ∂ ΔX ( NA i , σ i ) ∂ Z 7 _ a 0 , ( i = 1,2,3 · · · 77 ) , 确定77组照明条件下偏振像差Z7_a0的灵敏度系数；设定Z9_a0的大小为0.02λ，其它条件相同，根据光刻仿真软件得到Z方向上最佳焦面偏移量ΔZ，按下列公式计算相应的灵敏度系数： S 9 _ a 0 ( NA i , σ i ) = ∂ ΔZ ( NA i , σ i ) ∂ Z 9 _ a 0 , ( i = 1,2,3 · · · 77 ) . 利用光刻仿真软件得到的ΔX与ΔZ标定偏振像差a0相位项的其它奇像差项和偶像差项，计算得到相应的偏振像差灵敏度系数：S5_a0、S34_a0和S37_a0等；偏振像差的泡利矩阵复数系数a1的虚部项同样能引起交替型相移掩模光栅图形成像位置偏移与最佳焦面偏移，因此需要计算它的灵敏度系数：S5_a1、S7_a1、S34_a1和S37_a1；当投影物镜存在多种偏振像差时，与77组照明条件对应，由以上各灵敏度系数构成X和Z方向上的灵敏度矩阵SX和SZ： S X = S 7 _ a 0 ( NA 1 , σ 1 ) . . . S 34 _ a 0 ( NA 1 , σ 1 ) S 7 _ a 1 ( NA 1 , σ 1 ) . . . S 34 _ a 1 ( NA 1 , σ 1 ) S 7 _ a 0 ( NA 2 , σ 2 ) S 34 _ a 0 ( NA 2 , σ 2 ) S 7 _ a 1 ( NA 2 , σ 2 ) S 34 _ a 1 ( NA 2 , σ 2 ) . . . S 7 _ a 0 ( NA 77 , σ 77 ) . . . . S 34 _ a 0 ( NA 77 , σ 77 ) S 7 _ a 1 ( NA 77 , σ 77 ) . . . S 34 _ a 1 ( NA 77 , σ 77 ) S Z = S 5 _ a 0 ( NA 1 , σ 1 ) . . . S 37 _ a 0 ( NA 1 , σ 1 ) S 5 _ a 1 ( NA 1 , σ 1 ) . . . S 37 _ a 1 ( NA 1 , σ 1 ) S 5 _ a 0 ( NA 2 , σ 2 ) S 37 _ a 0 ( NA 2 , σ 2 ) S 5 _ a 1 ( NA 2 , σ 2 ) S 37 _ a 1 ( NA 2 , σ 2 ) . . . S 5 _ a 0 ( NA 77 , σ 77 ) . . . . S 37 _ a 0 ( NA 77 , σ 77 ) S 5 _ a 1 ( NA 77 , σ 77 ) . . . S 37 _ a 1 ( NA 77 , σ 77 ) . ②测量投影物镜偏振像差引起的ΔX与ΔZ：所述的测量过程分为两个步骤：(a)测量X方向上偏振像差奇像差项引起的ΔX：设定照明系统(2)为常规圆形照明方式并采用Y方向偏振照明，部分相干因子为0.3，投影物镜(7)的数值孔径为0.85，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系统(11)，数据处理系统(11)提取空间像光强分布中X方向上最大光强对应的成像位置偏移量ΔX。保持投影物镜的数值孔径不变，增大照明系统的部分相干因子，增幅为0.05，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0.90并保持不变，再次测量部分相干因子在0.3～0.8之间变化的空间像光强分布，重复进行该测量过程直到获得投影物镜的数值孔径在0.85～1.15，部分相干因子在0.3～0.8之间变化的77组照明条件下的ΔX： ΔX = ΔX ( NA 1 , σ 1 ) ΔX ( NA 2 , σ 2 ) . . . ΔX ( NA 77 , σ 77 ) . (b)测量Z方向上偏振像差偶像差项引起的ΔZ：对应步骤(a)中的77组照明条件，利用定位系统(10)和反馈控制系统(12)使像传感器(9)沿Z方向移动并记录相应的空间像光强分布，数据处理系统(11)提取77组照明条件下的空间像光强分布中Z方向上最大光强对应的最佳焦面偏移量ΔZ： ΔZ = ΔZ ( NA 1 , σ 1 ) ΔZ ( NA 2 , σ 2 ) . . . ΔZ ( NA 77 , σ 77 ) . ; ③在不同数值孔径和部分相干因子的照明条件下，所述的ΔX、ΔZ与泡利‑泽尼克系数表示的偏振像差之间具有如下关系：ΔX＝SX·PZXΔZ＝SZ·PZZ，其中，PZX和PZZ分别代表影响交替型相移掩模光栅图形成像质量的偏振像差奇像差项泡利‑泽尼克系数与偶像差项泡利‑泽尼克系数，具体如下： PZ X = Z 7 _ a 0 . . . Z 34 _ a 0 Z 7 _ a 1 . . . Z 34 _ a 1 ; PZ Z = Z 5 _ a 0 . . . Z 37 _ a 0 Z 5 _ a 1 . . . Z 37 _ a 1 . ④根据步骤①得到的灵敏度矩阵和步骤②得到的ΔX、ΔZ，计算投影物镜(7)偏振像差的X方向上奇像差项与偶像差项泡利‑泽尼克系数：PZX＝SX‑1·ΔXPZZ＝SZ‑1·ΔZ.⑤采用检测标记(52)测量Y方向上的偏振像差：将步骤①中的照明方式改为X方向偏振圆形照明，其它设置相同，计算得到相应的灵敏度矩阵SY： S Y = S 8 _ a 0 ( NA 1 , σ 1 ) . . . S 35 _ a 0 ( NA 1 , σ 1 ) S 8 _ a 1 ( NA 1 , σ 1 ) . . . S 35 _ a 1 ( NA 1 , σ 1 ) S 8 _ a 0 ( NA 2 , σ 2 ) S 35 _ a 0 ( NA 2 , σ 2 ) S 8 _ a 1 ( NA 2 , σ 2 ) S 35 _ a 1 ( NA 2 , σ 2 ) . . . S 8 _ a 0 ( NA 77 , σ 77 ) . . . . S 35 _ a 0 ( NA 77 , σ 77 ) S 8 _ a 1 ( NA 77 , σ 77 ) . . . S 35 _ a 1 ( NA 77 , σ 77 ) . 通过类似步骤②(a)中的测量过程得到77组照明条件下Y方向上的成像位置偏移量ΔY： ΔY = ΔY ( NA 1 , σ 1 ) ΔY ( NA 2 , σ 2 ) . . . ΔY ( NA 77 , σ 77 ) . 根据步骤③④计算投影物镜(7)偏振像差的Y方向上奇像差项泡利‑泽尼克系数：PZY＝SY‑1·ΔY其中，PZY＝[Z8_a0；...；Z35_a0；Z8_a1...；Z35_a1].。