CN102298273A - 基于二极照明的空间像传感器角度响应的测量方法 - Google Patents

Abstract

一种用于光刻机空间像的波像差检测的基于二极照明的空间像传感器角度响应的测量方法，本发明的优点在于根据空间像传感器角度响应的特点，给出了一种有效的基于二极照明的空间像传感器角度响应的测量方法，本发明通过空间像传感器角度响应的测量，精确地建立空间像传感器角度响应模型，可以有效地提高基于空间像的波像差检测技术的求解精度与求解重复性。

Description

基于二极照明的空间像传感器角度响应的测量方法

技术领域

本发明涉及光刻机投影物镜波像差原位检测技术，特别是一种用于用于光刻机空间像的波像差检测的基于二极照明的空间像传感器角度响应的测量方法。

背景技术

投影物镜是光刻机***的核心部件之一。投影物镜波像差是影响步进扫描投影光刻机性能的重要指标，可以用泽尼克多项式及其系数来表征。波像差直接影响光刻机成像质量、光刻分辨率以及关键尺寸(CD)均匀性等光刻技术指标，因此投影物镜波像差是光刻机中最关键的检测指标之一。随着光刻技术的特征尺寸不断减小，光刻机投影物镜的像差容限变得越来越严苛。光刻投影物镜的波像差检测需求从低阶像差扩展到高阶像差，从在这种前提下，研发能够高精度检测低阶和高阶泽尼克像差的原位检测技术具有更加重要的意义。

由于基于空间像的投影物镜波像差检测技术成本低且容易操作，基于空间像的波像差检测技术在最近几年得到了广泛发展。在众多基于空间像的波像差检测技术中，TAMIS(在先技术1)技术是具有代表性的一种(H.van der Laan，M.Dierichs，H.van Greevenbroek，E.McCoo，F.Stoffels，R.Pongers and R.Willekers，“Aerial image measurement methods for fast aberration set-up andillumination pupil verification，”Proc.SPIE 4346，394-407(2001).)。近年来，武汉光电国家实验室提出了一种在部分相干光照明条件下基于空间像可测光刻投影物镜泽尼克系数达37阶的波像差检测技术(在先技术2，Wei Liu，Shiyuan Liu，Tingting Zhou，Lijuan Wang，″Aerial image based technique for measurementof lens aberrations up to 37th Zernike coefficient in lithographic toolsunder partial coherent illumination″，Opt.Express17(21)，19278-19291(2009))。上海微电子装备有限公司提出了一种用空间像模型来测量波像差的方法(在先技术3，Anatoly Y.Burov，Liang Li，Zhiyong Yang，FanWang，Lifeng Duan，″Aerial image model and application to aberrationmeasurement″，Proc.SPIE 7640，764032(2010))。这些波像差检测技术都是通过测量掩模标记经投影物镜所成的空间像来计算波像差的，作为空间像测量的关键元件之一，空间像传感器的角度响应对空间像的影响很大，得到一个能正确反映空间像传感器对空间像角度响应的响应曲线模型，对提高波像差的求解精度和求解重复性都有至关重要的意义，因此必须设计出一种能精确测量空间像传感器角度响应的测量方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于光刻机空间像的波像差检测的基于二极照明的空间像传感器角度响应的测量方法。通过对空间像传感器角度响应的测试，得到空间像传感器角度响应曲线模型，可以有效的提高泽尼克像差的求解精度与求解重复性。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于光刻机空间像的波像差检测的基于二极照明的空间像传感器角度响应的测量方法，该方法利用的测量***包括用于产生照明光束的光源、能调整照明光束的束腰、光强分布、部分相干因子和照明方式的照明***、掩模台、投影物镜、能精确定位的六维扫描工件台、安装在该六维扫描工件台上的空间像传感器以及与工件台相连的数据处理计算机，其特点在于本方法包括以下步骤：

(1)设置极中心相干因子为σ_min，极相干半径因子为r，投影物镜的数值孔径为NA，照明方式为X方向二极照明或Y方向二极照明；

启动光刻机，光源发出的照明光束经照明***调整后得到相应的照明方式，并照射到掩模台上，掩模台上不放置掩模标记，空载运行，利用空间像传感器重复多次测量经投影物镜汇聚的光强值，将结果输入所述计算机储存；

增加照明***的极中心相干因子，增加量为，σ＝σ_min+δ，每改变一次照明条件，利用空间像传感器重复多次测量经投影物镜汇聚的光强值，将结果输入所述计算机储存，极中心相干因子增加到σ_max时停止测量；

(2)计算每个照明条件下空间像传感器重复多次测量所测得的光强平均值I^σ，并令衍射光的空间频率f_x＝σ，拟合空间频率f_x同光强平均值I^σ之间的关系，得到关系式，并求得拟合参数，得到空间像传感器的角度响应曲线。

所述的照明光源是二极照明光源，该二极照明光源包括两组二极连线互相垂直的照明方式，该二极照明光源由两个圆形扩展光源组成，极相干半径因子为r，两极光源的极中心相干因子在σ_min至σ_max的范围内调整。

所述投影物镜为全透射式投影物镜、折反式投影物镜或全反射式投影物镜。

所述照明光源为汞灯、准分子激光器、激光等离子体光源或放电等离子体光源。

与在先技术相比，本发明具有以下优点：

本发明采用二极照明方式作为测量空间像传感器角度响应的照明方式。使用二极照明方式进行测量时，通过改变极中心相干因子来改变空间像传感器接收到的光的空间频率的角度范围，且所选用的极相干因子取值保证了二极照明的两极可视为点光源照明，可以有效的测量空间像传感器的角度响应曲线。实验表明本发明方法可以提高基于空间像的波像差检测技术的求解精度和求解结果的重复性。

附图说明

图1：本发明所采用的空间像传感器角度响应曲线模型测量***示意图

图2：本发明所采用的照明方式示意图

图3：本发明所测量的空间像传感器示意图

图4：本发明所测量的空间像传感器角度响应曲线示意图

图5：利用本发明所测量的空间像传感器角度响应曲线求解与无空间像传感器角度响应曲线求解的求解误差对比

图6：利用本发明所测量的空间像传感器角度响应曲线求解与无空间像传感器角度响应曲线求解的求解重复性对比

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此实施例限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1是本发明采用的空间像传感器角度响应曲线模型测量***结构示意图。由图1可见，该***包括产生照明光束的光源1，用于调整所属光源发出光束的束腰尺寸、光强分布、部分相干因子和照明方式的照明***2、能精确定位的掩模台3、数值孔径可调的投影物镜4、能精确定位的六维扫描工件台6及安装在该六维扫描工件台上的空间像传感器5，与工件台相连的数据处理计算机7。空间像传感器结构如图3所示，10为铬层，11为石英基底，12为探测器。本发明采用的空间像传感器5上自带通用数据接口，可直接与计算机7相连采集和记录数据。

本发明基于二极照明的空间像传感器角度响应的测量方法，具体测量包含以下步骤：

(1)设置极中心相干因子σ_min＝0.2，极相干半径因子为r＝0.1，极中心相干因子和极相干半径定义如图2中8所示，投影物镜的数值孔径为NA＝0.75，照明方式设置为X方向二极照明如图2中8所示，图2中9为YX方向二极照明；

启动光刻机，光源发出的照明光经照明***调整后得到相应的照明方式为X方向二极照明，并照射到掩模台3上，掩模台上不放任何掩模标记，空载掩模台。利用空间像传感器5重复40次测量经投影物镜汇聚的光强值，记光强值为

检查测量结果无误后，将结果输入所述计算机储存；

增加照明***的极中心相干因子，进行重复测试。

增加照明***的极中心相干因子，使σ＝σ_min+δ，增加量δ＝0.05，直至极中心相干因子增加到0.90时，停止测量，每改变一次照明条件，利用空间像传感器重复40次测量投影物镜汇聚的光强值，记光强值为

检查结果无误后，将结果输入所述计算机储存；

(2)利用下列公式计算每个照明条件下空间像传感器重复多次测量所测得的光强平均值，

${\stackrel{\‾}{I}}^{\mathrm{\σ}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{40}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i^{\mathrm{\σ}}}{40},\mathrm{\σ}=\mathrm{0.2,0.25},...,0.90---\left(1\right)$

对求得的光强平均值

进行曲线拟合，得到空间像传感器的角度响应曲线。

对求得的光强平均值

σ＝0.2，0.25，…，0.90进行曲线拟合，σ的变化对应于衍射光束空间频率f_x的变化，因此我们令空间频率f_x＝σ，则不同的空间频率f_x对应的光强值为

f_x＝0.2，0.25，…，0.90，通过拟合不同空间频率f_x对应的光强变化

f_x＝0.2，0.25，…，0.90，求得光强

f_x＝0.2，0.25，…，0.90和空间频率f_x的变化关系，拟合得到的空间像传感器的角度响应曲线如下式所示：

$\mathrm{Rp}=1-0.4\×\left|\frac{f_x}{\sqrt{1-f_x^2}}\right|---\left(2\right)$

式(2)对应的响应模型如图(4)所示。

利用本方法测得的空间像传感器角度响应曲线进行波像差求解得到如图5和图6的结果，由图5和图6的求解结果可以看出，本发明方法可以提高基于空间像的波像差检测技术的求解精度和求解结果的重复性。

Claims (4)

1.一种用于光刻机空间像的波像差检测的基于二极照明的空间像传感器角度响应的测量方法，该方法利用的测量***包括用于产生照明光束的光源(1)、能调整照明光束的束腰、光强分布、部分相干因子和照明方式的照明***(2)、掩模台(3)、投影物镜(4)、能精确定位的六维扫描工件台(5)、安装在该六维扫描工件台(5)上的空间像传感器(6)以及与工件台相连的数据处理计算机，其特征在于本方法包括以下步骤：

(1)设置极中心相干因子为σ_min，极相干半径因子为r，投影物镜的数值孔径为NA，照明方式为X方向二极照明或Y方向二极照明；

启动光刻机，光源发出的照明光束经照明***调整后得到相应的照明方式，并照射到掩模台上，掩模台上不放置掩模标记，空载运行，利用空间像传感器重复多次测量经投影物镜汇聚的光强值，将结果输入所述计算机储存；

增加照明***的极中心相干因子，增加量为δ，σ＝σ_min+δ，直至极中心相干因子增加到σ_max，每改变一次照明条件，利用空间像传感器重复多次测量经投影物镜汇聚的光强值，将结果输入所述计算机储存；

(2)计算每个照明条件下空间像传感器重复多次测量所测得的光强平均值I^σ，并令衍射光的空间频率f_x＝σ，拟合空间频率f_x同光强平均值I^σ之间的关系，得到关系式，并求得拟合参数，得到空间像传感器的角度响应曲线。

2.根据权利要求1所述的基于二极照明的空间像传感器角度响应的测量方法，其特征在于，所述的照明光源(1)是二极照明光源，该二极照明光源包括两组二极连线互相垂直的照明方式，该二极照明光源由两个圆形扩展光源组成，极相干半径因子为r，两极光源的极中心相干因子在σ_min至σ_max的范围内调整。

3.根据权利要求1所述的基于二极照明的空间像传感器角度响应的测量方法，其特征在于，所述投影物镜为全透射式投影物镜，折反式投影物镜和全反射式投影物镜。

4.根据权利要求1所述的基于二极照明的空间像传感器角度响应的测量方法，其特征在于，所述照明光源为汞灯、准分子激光器、激光等离子体光源、放电等离子体光源。

Images