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提出一种基于空间像峰值光强差的光刻投影物镜奇像差测量技术。根据Hopkins部分相干成像理论,推导双缝图形空间像光强分布以及峰值光强差的解析表达式。该测量技术以双缝图形为测量标记,以空间像峰值光强差为测量对象。与基于成像位置偏移量的奇像差测量技术相比,基于峰值光强差的奇像差测量技术降低了对空间像定位精度的要求,并且高精度的光强度测量有效地提高了该技术的奇像差测量精度。利用光刻仿真软件PROLITH分析了传统照明与二极照明方式下该技术的奇像差测量精度,仿真结果表明采用二极照明具有更高的测量精度。以彗差Z7为例,在传统照明和二极照明方式下,Z7的测量精度分别达到了0.29 nm与0.19 nm。
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书书书
第
33
卷
第
5
期
光
学
学
报
Vol.33
,
No.5
2013
年
5
月
犃犆犜犃犗犘犜犐犆犃犛犐犖犐犆犃
犕犪
狔
,
2013
基于空间像峰值光强差的奇像差测量技术
涂远莹
1
,
2
王向朝
1
,
2
闫观勇
1
,
2
1
中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室,上海
201800
2
中国科学院大学,北京
( )
100049
摘要
提出一种基于空间像峰值光强差的光刻投影物镜奇像差测量技术。根据
Ho
p
kins
部分 相干 成像理 论,推 导
双缝图形空间像光强分布以及峰值光强差的解析表达式。该测量技术以双缝图 形为 测量标 记,以 空间像 峰值 光强
差为测量对象。与基于成像位置偏移量的奇像差测量技术相比,基于峰值光强差 的奇 像差测 量技 术降低 了对 空间
像定位精度的 要 求,并 且 高 精 度 的 光 强 度 测 量 有 效 地 提 高 了 该 技 术 的 奇 像 差 测 量 精 度。 利 用 光 刻 仿 真 软 件
PROLITH
分析了传统照明与二极照明方式下该技术的奇像差 测量精 度,仿 真结果 表明 采用二 极照 明具有 更 高的
测量精度
。以彗差
犣
7
为例,在传统照明和二极照明方式下,
犣
7
的测量精度分别达到了
0.29nm
与
0.19nm
。
关键词
光学制造;光刻投影物镜;波像差测量;泽尼克系数;峰值光强差
中图分类号
TN305.7
文献标识码
A
犱狅犻
:
10.3788
/
犃犗犛201333.0512002
犗犱犱犃犫犲狉狉犪狋犻狅狀 犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋犜犲犮犺狀犻
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狌犲犅犪狊犲犱狅狀犘犲犪犽犐狀狋犲狀狊犻狋
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犲
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1
,
2
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犵
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1
,
2
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狔
狅狀
犵
1
,
2
1
犔犪犫狅狉犪狋狅狉
狔
狅
犳
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犳
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狆
狋犻犮狊犪狀犱犗
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,
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犵
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,
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犳
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,
犛犺犪狀
犵
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201800
,
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2
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狔
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,
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犼
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,
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狆
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犵
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犼
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犵
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狆
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狅犳
狆
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犵
犻狀
犵
,
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狔
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狆
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狅犳狋犺犲犪犲狉犻犪犾犻犿犪
犵
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狆
犲犪犽犻狀狋犲狀狊犻狋
狔
犱犻犳犳犲狉犲狀犮犲犪狉犲犱犲狉犻狏犲犱犳狅狉狋犺犲犱狅狌犫犾犲狊犾犻狋
狆
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狇
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狆
狋狊犪
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狆
犪狋狋犲狉狀犪狊狋犺犲 犿犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋犿犪狉犽犪狀犱狋犺犲
狆
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狆
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(
犐犘犈
),
狋犺犲
狋犲犮犺狀犻
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犲犪犽犻狀狋犲狀狊犻狋
狔
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狇
狌犻狉犲犿犲狀狋犳狅狉
狆
狅狊犻狋犻狅狀犻狀
犵
犪犮犮狌狉犪犮
狔
狅犳狋犺犲犪犲狉犻犪犾
犻犿犪
犵
犲
,
犪狀犱犪犮犮狌狉犪狋犲犻狀狋犲狀狊犻狋
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狆
狉狅狏犲狋犺犲狅犱犱犪犫犲狉狉犪狋犻狅狀 犿犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋犪犮犮狌狉犪犮
狔
犲犳犳犲犮狋犻狏犲犾
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狅犱犱犪犫犲狉狉犪狋犻狅狀 犿犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋犪犮犮狌狉犪犮犻犲狊狌狀犱犲狉犮狅狀狏犲狀狋犻狅狀犪犾犻犾犾狌犿犻狀犪狋犻狅狀犪狀犱犱犻
狆
狅犾犲犻犾犾狌犿犻狀犪狋犻狅狀犪狉犲犪狀犪犾
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狕犲犱 狑犻狋犺
犘犚犗犔犐犜犎狊狅犳狋狑犪狉犲.犜犺犲狊犻犿狌犾犪狋犻狅狀狉犲狊狌犾狋狊狊犺狅狑狋犺犪狋狋犺犲 犿犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋犪犮犮狌狉犪犮
狔
犮犪狀犫犲犳狌狉狋犺犲狉犻犿
狆
狉狅狏犲犱狌狀犱犲狉
犱犻
狆
狅犾犲犻犾犾狌犿犻狀犪狋犻狅狀.犜犪犽犻狀
犵
犮狅犿犪
犣
7
犪狊犪狀犲狓犪犿
狆
犾犲
,
狋犺犲犿犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋犪犮犮狌狉犪犮犻犲狊犪狉犲狌
狆
狋狅0.29狀犿犪狀犱0.19狀犿
狌狀犱犲狉犮狅狀狏犲狀狋犻狅狀犪犾犻犾犾狌犿犻狀犪狋犻狅狀犪狀犱犱犻
狆
狅犾犲犻犾犾狌犿犻狀犪狋犻狅狀
,
狉犲狊
狆
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狔
.
犓犲
狔
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狅
狆
狋犻犮犪犾 犳犪犫狉犻犮犪狋犻狅狀
;
犾犻狋犺狅
犵
狉犪
狆
犺犻犮
狆
狉狅
犼
犲犮狋犻狅狀 犾犲狀狊
;
狑犪狏犲犳狉狅狀狋 犪犫犲狉狉犪狋犻狅狀 犿犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋
;
犣犲狉狀犻犽犲
犮狅犲犳犳犻犮犻犲狀狋
;
狆
犲犪犽犻狀狋犲狀狊犻狋
狔
犱犻犳犳犲狉犲狀犮犲
犗犆犐犛犮狅犱犲狊
220.3740
;
220.3630
;
220.1010
;
110.3000
收稿日期:
20121219
;收到修改稿日期:
20130123
基金项目:国家自然科学基金(
60938003
,
61205102
,
61275207
)资助课题。
作者简介:涂远莹(
1987
—),女,博士研究生,主要从事光刻成像方面的研究。
Email
:
tu
y
uan
y
in
g
@
siom.ac.cn
导师简介:王向朝(
1957
—),男,研究员,博士生导师,主要从事信息光电子技术方面的研究。
Email
:
wxz26267
@
siom.ac.cn
(通信联系人)
1
引
言
投影物镜是光刻机的重要分系统之一。投影物
镜波像差会造成光刻成像质量恶化和工艺窗口减小
等问题
[
1
~
3
]
。如彗差和三波差等奇像差引起光刻图
05120021
光
学
学
报
形横向位置偏移、图形线宽不对称等问题,影响光刻
机的套刻精度,增加光刻成像的特征尺寸(
CD
)不均
一性等
[
4
,
5
]
。随着
CD
不断减小,波像差 对光刻成像
质量的影响越来 越 显著。因 此 需要快速、高精度的
投影物镜波像差测量技术来减小和控制波像差对光
刻成像质量的不利影响
[
6
,
7
]
。
为此研究人员开发了一系列投影物镜波像差测
量技术
。其中一类 为 基于光刻 胶 图形的测 量 技术,
如相位轮测量技术
[
8
]
、三 光 束干涉测量技术
[
9
]
和 双
光束干涉测量技术
[
10
]
等,该类技术需要 通过 硅片涂
胶、曝光、显影得到 光 刻胶图 形 后 进行图 形 检 测,测
量时间较长。还有一类基于空间像的多照明设置空
间像测量(
TAMIS
)技 术
[
11
]
,它 具 有测量速 度 快、精
度高等优点。在
TAMIS
技术基础上发展了一系列
改进型
TAMIS
技 术
[
12
~
15
]
。 这 些 技 术 在 测 量 奇 像
差时需要测量图形位置或图形线宽。利用这些技术
进一步提高波像差测量精度时受到测量过程中空间
像定位 精 度 和 线 宽 测 量 精 度 的 限 制。 此 外,
Pen
g
等
[
16
]
提出了一种新的偶像差测量技术,该技术 以光
栅在成像面 上 的 相 邻 峰 值 光 强 不 均 衡 性 为 测 量 对
象,在简化测量步骤 的 同 时有效 提 高 了偶像 差 的 测
量精度。然而上述利用空间像光强不均衡性的测量
方法并未拓展到奇像差的测量过程。
为了降低传统奇像差测量技术对空间像定位精
度和线宽测量精度 的要求,并提高奇 像 差的测量 精
度
,本文提出一种基 于 双 缝图形 空 间 像峰值 光 强 差
的奇像差测量技术。该技术利用双缝图形空间像峰
值光强在奇像差的 影 响下出现 光 强不对称 的 特点,
并结合
TAMIS
技 术 的 核 心 测 量 原 理,通 过 测 量 双
缝图形空间像峰值光强差获得投影物镜奇像差。利
用光刻仿真 软 件
PROLITH
分 析 比 较 了 本 技 术 在
传统照明和二极照明方式下的奇像差测量精度
。
2
原
理
2.1
光刻成像模型
光刻 成像过程可 以简单描述 为:照明光 源发出
的光束照明掩模并 被掩模衍 射,在投影 物 镜数值孔
径
(
犖犃
)内的部分 衍射级 次进 入投影 物镜 并会聚 到
像面成像。图
1
为典型的光刻成像系统简图。为了
分析方便,对 掩 模 面 坐 标 (
狓
o
,
狔
o
)、光 瞳 坐 标 (
犳
,
犵
)
与像面坐标(
狓
i
,
狔
i
)进行坐标归一化
[
17
]
:
^狓
o
=-
犕狓
o
λ
/
犖犃
,
^
狔
o
=-
犕
狔
o
λ
/
犖犃
,
^
犳
=
犳
犖犃
/
λ
,
^
犵
=
犵
犖犃
/
λ
,
^狓
i
=
狓
i
λ
/
犖犃
,
^
狔
i
=
狔
i
λ
/
犖犃
, (
1
)
式中
犕
是投影物镜的横 向放大率,
λ
是光刻 机曝光
波长。
图
1
典型的光刻成像系统简图
Fi
g
.1 Schemeofat
yp
icalo
p
ticallitho
g
ra
p
hicima
g
in
g
s
y
stem
根据
Ho
p
kins
部分相干成像理论
[
18
]
,像面上的光强分布可表示为
犐
(
^狓
i
,
^
狔
i
)
=
∫
+
∞
-
∞
狌
TCC
(
^
犳
′
,
^
犵
′
;
^
犳
″
,
^
犵
″
)
犗
(
^
犳
′
,
^
犵
′
)
犗
(
^
犳
″
,
^
犵
″
)
×
ex
p
{
-
i2
π
[(
^
犳
′
-
^
犳
″
)
^狓
i
+
(
^
犵
′
-
^
犵
″
)
^
狔
i
]}
d
^
犳
′
d
^
犵
′
d
^
犳
″
d
^
犵
″
, (
2
)
式中
犗
(
^
犳
,
^
犵
)是掩模频谱,
狌
TCC
为交叉传递系数,定义为
05120022
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