一種大數值孔徑光刻機投影物鏡波像差檢測方法技術

一種大數值孔徑光刻機投影物鏡波像差檢測方法，本發明專利技術分為建模階段和像差提取階段，建模階段先設定光的偏振態、投影物鏡的偏振像差以及數值孔徑等參數，仿真空間像，對仿真空間像進行主成分分析和多元線性回歸分析，得到相應的主成分和回歸矩陣,建立與大數值孔徑光刻機匹配的檢測模型；像差提取階段采集實測空間像，對實測空間像進行主成分擬合得到主成分系數，采用回歸矩陣對主成分系數進行最小二乘法擬合得到實測空間像的澤尼克像差。本發明專利技術實現了大數值孔徑光刻機投影物鏡的澤尼克像差Z5～Z37的高精度檢測。

【技術實現步驟摘要】
一種大數值孔徑光刻機投影物鏡波像差檢測方法
本專利技術涉及光刻機投影物鏡，特別是一種大數值孔徑光刻機投影物鏡波像差檢測方法。
技術介紹
光刻機是極大規模集成電路制造的核心設備之一。投影物鏡是光刻機最重要的分系統之一。投影物鏡的波像差影響光刻機的成像質量，造成成像對比度降低，工藝窗口縮小。隨著光刻技術從干式發展至浸沒式，光刻機投影物鏡的像差容限變得越來越嚴苛，對波像差檢測精度的要求也越來越高。因此，為滿足光刻機的套刻精度和分辨率等要求，研發一種高精度的大數值孔徑光刻機投影物鏡波像差檢測技術意義重大。2011年，LifengDuan等人提出了一種基于空間像主成分分析的光刻機投影物鏡波像差檢測技術(參見在先技術1，LifengDuan,XiangzhaoWang,AnatolyY.Bourov,etal.,“Insituaberrationmeasurementtechniquebasedonprincipalcomponentanalysisofaerialimage,”Opt.Express19(19),18080-18090(2011))。該技術采用水平和垂直兩個方向的檢測標記，在一種照明模式下，通過采集空間像光強分布檢測光刻投影物鏡波像差。該技術檢測精度高，速度快；但由于掩模檢測標記只有兩個方向，只能用于檢測低階像差(Z5,Z7～Z9,Z14～Z16)，無法檢測更高階澤尼克像差。在上述技術的基礎上，段立峰等又提出了一種基于空間像檢測的投影物鏡波像差原位測量方法(參見在先技術2，段立峰，王向朝，徐東波，“基于空間像檢測的投影物鏡波像差原位測量方法”，專利號：ZL201210115759.5)。該方法采用6個方向的掩模檢測標記實現了33階澤尼克像差的測量(Z5～Z37)，該方法通過增加掩模檢測標記實現了高階澤尼克像差的檢測，但由于使用標量成像模型，只能適用于投影物鏡數值孔徑小于/等于0.75的情況,無法檢測大數值孔徑光刻機投影物鏡波像差。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于空間像檢測的大數值孔徑光刻機投影物鏡波像差檢測方法，能夠高精度地檢測大數值孔徑光刻機投影物鏡的波像差。本專利技術的技術解決方案如下：一種大數值孔徑光刻機投影物鏡波像差檢測方法，該方法采用的測量系統包括用于產生激光光束的光源、照明系統、用于承載測試掩模并擁有精確定位能力的掩模臺、用于將掩模圖形上的檢測標記成像到硅片上的投影物鏡系統、能承載硅片并具有三維掃描能力和精確定位能力的工件臺、安裝在該工件臺上的空間像傳感器以及與空間像傳感器相連的數據處理計算機。所述的光源可以是傳統照明、環形照明、二極照明、四極照明和自由照明光源，傳統照明光源的部分相干因子為σ；環形照明光源的部分相干因子為[σout,σin]，σout表示外部相干因子，σin表示內部相干因子；二極照明的部分相干因子為[σout,σin]，σout表示外部相干因子，σin表示內部相干因子，極張角為θ；四極照明的部分相干因子為[σout,σin]，σout表示外部相干因子，σin表示內部相干因子，極張角為θ。所述的照明系統用于調整所述光源產生的照明光場的光強分布及偏振狀態。所述的檢測標記由6個具有不同方向取向的孤立空組成，6個不同的方向取向分別為0°，30°，45°，90°，120°，135°。該方法包括建模階段和像差提取階段。建模階段包括以下2個步驟：a.仿真空間像集合的創建采用Box-BehnkenDesign統計抽樣方式設定33階澤尼克像差Z5～Z37的組合ZU，并隨機設定一組大數值孔徑光刻機投影物鏡的偏振像差PT；選擇光刻仿真參數：照明系統的照明方式及其部分相干因子，照明方式為偏振照明，照明光的偏振態可以是完全偏振，部分偏振和完全非偏振，光刻機曝光波長λ，投影物鏡的數值孔徑NA，設定NA的取值范圍為NA≥0.93；在掩模臺上放置測試掩模，該測試掩模上的測試標記為孤立空組合；空間像采集范圍：X方向采集范圍為[-L,L]，設定L的取值范圍為300nm≤L≤3000nm，Z方向采集范圍為[-F,F]，設定F的取值范圍為2000nm≤F≤6000nm；空間像采集點數：X方向采集點數為M，設定M的取值范圍為M≥20，Z方向采集點數為N，設定N的取值范圍為N≥13；將上述參數和澤尼克像差組合ZU輸入計算機，使用公式①所示的矢量成像公式，采用光刻仿真軟件進行仿真，得到仿真空間像集合AIU。①其中，nimage為像方空間的折射率，為歸一化的有效光源強度分布，為光瞳函數，為掩模的衍射譜，為3×2的傳輸矩陣，E0為入射光的瓊斯矢量，*表示共軛轉置，和和分別為歸一化的像面坐標、光瞳面坐標，歸一化公式如下：②其中，NA為投影物鏡的數值孔徑，λ為光刻機曝光波長，x和y，f和g分別為像面坐標、光瞳面坐標。b.線性回歸矩陣的標定對仿真空間像集合AIU進行主成分分析，獲取仿真空間像的主成分以及相應的主成分系數，公式如下：AIU＝PC·V③其中，PC為仿真空間像集合的主成分，V為對應的主成分系數。將所述的主成分系數V和所述的澤尼克像差組合ZU作為已知數據，采用最小二乘法擬合方法計算線性回歸矩陣RM，公式如下：V＝ZU·RM④像差提取階段包括以下2個步驟：a.實測空間像的采集對待檢測的光刻機進行參數設置，參數與建模階段步驟a.相同；啟動光刻機，光源發出的照明光經過照明系統調整后得到與建模階段步驟a.相應的照明方式，照射到掩模臺上的測試掩模，利用空間像傳感器測量經投影物鏡匯聚的多方向測試標記對應的空間像，得到實測空間像，并輸入所述計算機儲存。b.澤尼克像差的求解利用計算機對實測空間像進行主成分擬合，得到實測空間像的主成分系數，然后與所述的線性回歸矩陣RM按照最小二乘法進行擬合，得到所測光刻機投影物鏡的澤尼克像差。與在先技術相比，本專利技術具有以下優點：本專利技術通過采用偏振光照明方式和矢量成像模型，考慮了大數值孔徑光刻機投影物鏡的偏振像差，準確表征了大數值孔徑光刻機的空間像，實現了大數值孔徑光刻機投影物鏡澤尼克像差Z5～Z37的高精度檢測。附圖說明圖1本專利技術所采用的檢測系統結構圖。圖2本專利技術所采用的照明方式結構示意圖。圖3本專利技術所采用的掩模標記結構示意圖。圖4使用本專利技術測量得到的大數值孔徑光刻機投影物鏡波像差精度圖。具體實施方式下面結合實施例和附圖對本專利技術作進一步說明，但不應以此實施實例限制本專利技術的保護范圍。圖1是本專利技術采用的檢測系統結構示意圖。產生激光光束的光源1、照明系統2、用于承載測試掩模3并擁有精確定位能力的掩模臺4、用于將掩模圖形上的檢測標記5成像到硅片上的投影物鏡系統6、能承載硅片并具有三維掃描能力和精確定位能力的工件臺7、安裝在該工件臺7上的空間像傳感器8以及與空間像傳感器8相連的數據處理計算機9。該方法包括建模階段和像差提取階段。建模階段包括以下2個步驟：a.仿真空間像集合的創建采用Box-BehnkenDesign統計抽樣方式設定[-0.02λ,0.02λ]幅值范圍的33階澤尼克像差Z5～Z37的組合ZU并隨機設定一組大數值孔徑光刻機投影物鏡的偏振像差PT；選定光刻仿真參數：照明系統的照明方式選取環形照明，其部分相干因子為[σout,σin]＝[0.9,0.7]，照明光的偏振狀態選取線偏振光，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大數值孔徑光刻機投影物鏡波像差檢測方法，該方法采用的測量系統包括用于產生激光光束的光源(1)、照明系統(2)、用于承載測試掩模(3)并擁有精確定位能力的掩模臺(4)、用于將掩模圖形上的檢測標記(5)成像到硅片上的投影物鏡系統(6)、能承載硅片并具有三維掃描能力和精確定位能力的工件臺(7)、安裝在該工件臺(7)上的空間像傳感器(8)以及與空間像傳感器(8)相連的數據處理計算機(9)；其特征在于，該方法包括建模階段和像差提取階段；所述的建模階段包括以下2個步驟：a.仿真空間像集合的創建采用Box?Behnken?Design統計抽樣方法設定33階澤尼克像差Z5～Z37的組合ZU，并隨機設定一組偏振像差PT；選擇光刻仿真參數：照明系統的照明方式及其部分相干因子，光刻機曝光波長λ，投影物鏡的數值孔徑NA；在掩模臺上放置測試掩模，該測試掩模上的測試標記為孤立空組合；設置空間像采集范圍：X方向采集范圍為[?L,L]，Z方向采集范圍為[?F,F]；空間像采集點數：X方向采集點數為M，Z方向采集點數為N；將上述參數和澤尼克像差組合ZU輸入計算機，采用光刻仿真軟件進行仿真，得到仿真空間像集合AIU；b.線性回歸矩陣的標定對仿真空間像集合AIU進行主成分分析，獲取仿真空間像的主成分以及相應的主成分系數，公式如下:AIU＝PC·V???①其中，PC為仿真空間像集合的主成分，V為對應的主成分系數；將所述的主成分系數V和所述的澤尼克像差組合ZU作為已知數據，采用最小二乘法擬合方法計算線性回歸矩陣RM，公式如下：V＝ZU·RM???②所述的像差提取階段包括以下2個步驟：a.實測空間像的采集對待檢測的光刻機進行參數設置，參數與建模階段步驟a.相同；啟動光刻機，光源發出的照明光經過照明系統調整后得到與建模階段步驟a.相應的照明方式，照射到掩模臺上的測試掩模，利用空間像傳感器測量經投影物鏡匯聚的多方向測試標記對應的空間像，得到實測空間像，并輸入所述計算機儲存；b.澤尼克像差的求解利用計算機對實測空間像進行主成分擬合，得到實測空間像的主成分系數，然后與所述的線性回歸矩陣RM按照最小二乘法進行擬合，得到所測光刻機投影物鏡的澤尼克像差。...

【技術特征摘要】
1.一種大數值孔徑光刻機投影物鏡波像差檢測方法，該方法采用的測量系統包括用于產生激光光束的光源(1)、照明系統(2)、用于承載測試掩模(3)并擁有精確定位能力的掩模臺(4)、用于將掩模圖形上的檢測標記(5)成像到硅片上的投影物鏡系統(6)、能承載硅片并具有三維掃描能力和精確定位能力的工件臺(7)、安裝在該工件臺(7)上的空間像傳感器(8)以及與空間像傳感器(8)相連的數據處理計算機(9)；該方法采用偏振光照明方式和矢量成像模型，其特征在于，包括建模階段和像差提取階段；所述的建模階段包括以下2個步驟：a.仿真空間像集合的創建采用Box-BehnkenDesign統計抽樣方法設定33階澤尼克像差Z5～Z37的組合ZU，并隨機設定一組偏振像差PT；選擇光刻仿真參數：照明系統的照明方式及其部分相干因子，光刻機曝光波長λ，投影物鏡的數值孔徑NA；在掩模臺上放置測試掩模，該測試掩模上的測試標記為孤立空組合；設置空間像采集范圍：X方向采集范圍為[-L,L]，Z方向采集范圍為[-F,F]；空間像采集點數：X方向采集點數為M，Z方向采集點數為N；將上述參數和澤尼克像差組合ZU輸入計算機，采用光刻仿真軟件進行仿真，得到仿真空間像集合AIU；b.線性回歸矩陣的標定對仿真空間像集合AIU進行主成分分析，獲取仿真空間像的主成分以及相應的主成分系數，公式如下:AIU＝PC·V①其中，PC為仿真空間像集合的主成分，V為對應的主成分系數；將所述的主成分系數V和所述的澤尼克像差組合ZU作為已知數據，采用最小二乘法擬合方法計算線性回歸矩陣RM，公式如下：V＝ZU·RM②所述的像差提取階段包括以下2個步驟：a.實測空間像的采集對待檢測的光刻機進行參數設置，參數與建模階段步驟a.相同；啟動光刻機，光源發...

【專利技術屬性】
技術研發人員：諸波爾，李思坤，王向朝，閆觀勇，沈麗娜，王磊，
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