基于快速建模的大数值孔径光刻投影物镜波像差检测方法技术

一种基于快速建模的大数值孔径光刻投影物镜波像差检测方法，分为快速建模和像差提取两阶段，快速建模阶段先设定光的偏振态、投影物镜的偏振像差以及数值孔径等参数，采用一元线性采样方法仿真空间像，对仿真空间像进行主成分分析和多元线性回归分析，得到相应的主成分和回归矩阵,建立与大数值孔径光刻机匹配的检测模型；像差提取阶段采集实测空间像，对实测空间像进行主成分拟合得到主成分系数，采用回归矩阵对主成分系数进行最小二乘法拟合得到实测空间像的泽尼克像差。本发明专利技术实现了大数值孔径光刻投影物镜的泽尼克像差Z5～Z37的快速建模和高精度检测。

【技术实现步骤摘要】
基于快速建模的大数值孔径光刻投影物镜波像差检测方法
本专利技术涉及光刻投影物镜，特别是一种基于快速建模的大数值孔径光刻投影物镜波像差检测方法。
技术介绍
光刻机是极大规模集成电路制造的核心设备之一。投影物镜是光刻机最重要的分系统之一。投影物镜的波像差是影响光刻机套刻精度和成像分辨率的主要因素。随着光刻技术从干式发展至浸没式，光刻机投影物镜的像差容限变得越来越严苛，对波像差检测的速度和精度要求也越来越高。为了满足光刻机套刻精度和成像分辨率等要求，研发一种快速、高精度的大数值孔径光刻投影物镜波像差检测技术意义重大。基于空间像测量的光刻投影物镜波像差检测技术是常见的一类技术，具有检测速度快、成本低，能实时检测光刻投影物镜波像差的优点。2015年，诸波尔等人提出了一种大数值孔径光刻机投影物镜波像差检测方法(参见在先技术1，诸波尔，李思坤，王向朝，闫观勇，沈丽娜，王磊，“一种大数值孔径光刻机投影物镜波像差检测方法”，专利申请号：201510166998.7，公开号：104777718A)。该方法采用Box-BehnkenDesign统计抽样方法，使用偏振光照明和矢量成像模型，建立了与大数值孔径光刻机相匹配的检测模型，实现了33阶泽尼克像差的测量(Z5～Z37)，但建立检测模型所需时间较长,不利于快速检测光刻投影物镜波像差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于快速建模的大数值孔径光刻投影物镜波像差检测方法，能够快速、高精度地检测大数值孔径光刻投影物镜的波像差。本专利技术的技术解决方案如下：一种基于快速建模的大数值孔径光刻投影物镜波像差检测方法，该方法采用的测量系统包括用于产生激光光束的光源、照明系统、用于承载测试掩模并拥有精确定位能力的掩模台、用于将掩模图形上的检测标记成像到硅片上的投影物镜系统、能承载硅片并具有三维扫描能力和精确定位能力的工件台、安装在该工件台上的空间像传感器以及与空间像传感器相连的数据处理计算机。所述的光源可以是传统照明、环形照明、二极照明、四极照明和自由照明光源，传统照明光源的部分相干因子为σ；环形照明光源的部分相干因子为[σout,σin]，σout表示外部相干因子，σin表示内部相干因子；二极照明的部分相干因子为[σout,σin]，σout表示外部相干因子，σin表示内部相干因子，极张角为θ；四极照明的部分相干因子为[σout,σin]，σout表示外部相干因子，σin表示内部相干因子，极张角为θ。所述的照明系统用于调整所述光源产生的照明光场的光强分布及偏振状态。所述的检测标记由6个具有不同方向取向的孤立空组成，6个不同的方向取向分别为0°，30°，45°，90°，120°，135°。该方法包括快速建模和像差提取两阶段。快速建模阶段包括以下步骤：1)采用一元线性采样方法设定33阶泽尼克像差Z5～Z37的组合ZU,并随机设定一组大数值孔径光刻机投影物镜的偏振像差PT，33×67的采样矩阵D公式如下：2)选择光刻仿真参数：照明系统的照明方式及其部分相干因子，照明方式为偏振照明，照明光的偏振态可以是完全偏振，部分偏振和完全非偏振，光刻机曝光波长λ，投影物镜的数值孔径NA，设定NA的取值范围为NA≥0.93；3)在掩模台上放置测试掩模，该测试掩模上的测试标记为孤立空组合；4)空间像采集范围：X方向采集范围为[-L,L]，设定L的取值范围为300nm≤L≤3000nm，Z方向采集范围为[-F,F]，设定F的取值范围为空间像采集点数：X方向采集点数为M，设定M的取值范围为M≥20，Z方向采集点数为N，设定N的取值范围为N≥13；将上述参数和泽尼克像差组合ZU输入计算机，使用公式②所示的矢量成像公式，采用光刻仿真软件进行仿真，得到仿真空间像集合AIU。②其中，nimage为像方空间的折射率，J(f,g)为归一化的有效光源强度分布，H(f,g)为光瞳函数，O(f,g)为掩模的衍射谱，M0(f,g)为3×2的传输矩阵，E0为入射光的琼斯矢量，*表示共轭转置，x和y，f和g分别为归一化的像面坐标、光瞳面坐标，归一化公式如下：③其中，NA为投影物镜的数值孔径，λ为光刻机曝光波长，x和y，f和g分别为像面坐标、光瞳面坐标。5)对仿真空间像集合AIU进行主成分分析，获取仿真空间像的主成分以及相应的主成分系数，公式如下：AIU＝PC·V④其中，PC为仿真空间像集合的主成分，V为对应的主成分系数。6)将所述的主成分系数V和所述的泽尼克像差组合ZU作为已知数据，采用最小二乘法拟合方法计算线性回归矩阵RM，公式如下：V＝ZU·RM⑤像差提取阶段包括以下步骤：1)对待检测的光刻机进行参数设置，参数与建模阶段相同；2)启动光刻机，光源发出的照明光经过照明系统调整后得到与建模阶段相应的照明方式，照射到掩模台上的测试掩模，利用空间像传感器测量经投影物镜汇聚的多方向测试标记对应的空间像，得到实测空间像，并输入所述计算机储存。3)利用计算机对实测空间像进行主成分拟合，得到实测空间像的主成分系数，然后与所述的线性回归矩阵RM按照最小二乘法进行拟合，得到所测光刻投影物镜的泽尼克像差。与在先技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术通过一元线性采样方式，降低了采样数，简化了建模过程；并采用偏振光照明方式和矢量成像模型，准确表征了大数值孔径光刻机的空间像，最终实现了大数值孔径光刻投影物镜泽尼克像差Z5～Z37的快速建模和高精度检测。附图说明图1本专利技术所采用的检测系统结构图。图2本专利技术所采用的照明方式示意图，其中，(a)是照明方式的结构，(b)是照明光的偏振状态。图3本专利技术所采用的掩模标记结构示意图。图4使用本专利技术测量得到的大数值孔径光刻投影物镜波像差精度图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此实施实例限制本专利技术的保护范围。图1是本专利技术采用的检测系统结构示意图。产生激光光束的光源1、照明系统2、用于承载测试掩模3并拥有精确定位能力的掩模台4、用于将掩模图形上的检测标记5成像到硅片上的投影物镜系统6、能承载硅片并具有三维扫描能力和精确定位能力的工件台7、安装在该工件台7上的空间像传感器8以及与空间像传感器8相连的数据处理计算机9。该方法包括快速建模和像差提取两阶段。快速建模阶段包括以下步骤：1)采用一元线性采样方法设定幅值范围的33阶泽尼克像差Z5～Z37的组合ZU并随机设定一组大数值孔径光刻投影物镜的偏振像差PT，33×67的采样矩阵D公式如下：2)选定光刻仿真参数：照明系统的照明方式选取环形照明，其部分相干因子为[σout,σin]＝[0.9,0.7]，照明光的偏振状态选取线偏振光，该线偏振光光矢量的振动方向与X轴方向平行，如图2所示，光刻机曝光波长λ＝193nm，投影物镜的数值孔径NA＝1.35；3)在掩模台上放置测试掩模，该测试掩模上的测试标记为孤立空组合，该组合有6个具有不同方向取向的孤立空，所述的6个孤立空的方向取向分别为0°，30°，45°，90°，120°，135°，如图3所示；4)空间像采集范围：X方向采集范围为[-900nm,900nm]，Z方向采集范围为[-2000,2000]；空间像采集点数：X方向采集点数为61，Z方向采集点数为57；将上述参数设计和泽尼克像差组合ZU输入计算机，使用公本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于快速建模的大数值孔径光刻投影物镜波像差检测方法，该方法采用的测量系统包括用于产生激光光束的光源(1)、照明系统(2)、用于承载测试掩模(3)并拥有精确定位能力的掩模台(4)、用于将掩模图形上的检测标记(5)成像到硅片上的投影物镜系统(6)、能承载硅片并具有三维扫描能力和精确定位能力的工件台(7)、安装在该工件台(7)上的空间像传感器(8)以及与空间像传感器(8)相连的数据处理计算机(9)；其特征在于，该方法包括快速建模和像差提取两阶段；所述的快速建模阶段包括以下步骤：1)采用一元线性采样方法设定33阶泽尼克像差Z5～Z37的组合ZU,并随机设定一组偏振像差PT，33×67的采样矩阵D公式如下：2)选择光刻仿真参数：照明系统的照明方式，即偏振照明、光源的部分相干因子、光刻机曝光波长λ和投影物镜的数值孔径NA；3)在掩模台上放置测试掩模(3)，该测试掩模上的测试标记为孤立空组合；4)设置空间像采集范围和采集点数：X方向采集范围为[‑L,L]和采集点数为M，Z方向采集范围为[‑F,F]和采集点数为N；5)将上述步骤1)‑步骤4)的参数输入计算机，采用光刻仿真软件进行仿真，得到仿真空间像集合AIU；6)对仿真空间像集合AIU进行主成分分析，获取仿真空间像的主成分以及相应的主成分系数，公式如下:AIU＝PC·V   ④其中，PC为仿真空间像集合的主成分，V为对应的主成分系数；7)将所述的主成分系数V和所述的泽尼克像差组合ZU作为已知数据，采用最小二乘法拟合方法计算线性回归矩阵RM，公式如下：V＝ZU·RM   ⑤所述的像差提取阶段包括以下步骤：1)对待检测的光刻机进行参数设置，参数与建模阶段相同；2)启动光刻机，光源发出的照明光经过照明系统调整后得到与建模阶段相应的照明方式，照射到掩模台上的测试掩模，利用空间像传感器测量经投影物镜汇聚的多方向测试标记对应的空间像，得到实测空间像，并输入所述计算机储存；3)利用计算机对实测空间像进行主成分拟合，得到实测空间像的主成分系数，然后与所述的线性回归矩阵RM按照最小二乘法进行拟合，得到所测光刻投影物镜的泽尼克像差。...

【技术特征摘要】
1.一种基于快速建模的大数值孔径光刻投影物镜波像差检测方法，该方法采用的测量系统包括用于产生激光光束的光源(1)、照明系统(2)、用于承载测试掩模(3)并拥有精确定位能力的掩模台(4)、用于将掩模图形上的检测标记(5)成像到硅片上的投影物镜系统(6)、能承载硅片并具有三维扫描能力和精确定位能力的工件台(7)、安装在该工件台(7)上的空间像传感器(8)以及与空间像传感器(8)相连的数据处理计算机(9)；其特征在于，该方法包括快速建模和像差提取两阶段；所述的快速建模阶段包括以下步骤：1)采用一元线性采样方法设定33阶泽尼克像差Z5～Z37的组合ZU,并随机设定一组偏振像差PT，33×67的采样矩阵D公式如下：2)选择光刻仿真参数：照明系统的照明方式，即偏振照明、光源的部分相干因子、光刻机曝光波长λ和投影物镜的数值孔径NA；3)在掩模台上放置测试掩模(3)，该测试掩模上的检测标记为孤立空组合；4)设置空间像采集范围和采集点数：X方向采集范围为[-L,L]和采集点数为M，Z方向采集范围为[-F,F]和采集点数为N；5)将上述步骤1)-步骤4)的参数输入计算机，采用光刻仿真软件进行仿真，得到仿真空间像集合AIU；6)对仿真空间像集合AIU进行主成分分析，获取仿真空间像的主成分以及相应的主成分系数，公式如下:AIU＝PC·V④其中，PC为仿真空间像集合的主成分，V为对应的主成分系数；7)将所述的主成分系数V和所述的泽尼克像差Z5～Z37的组合ZU作为已知数据，采用最小二乘法拟合方法计算线性回归矩阵RM，公式如下：V＝ZU·RM⑤所述的像差提取阶段包括以下步骤：1)对待检测的光刻机进行参数设置，参数与建模阶段相同；2)启动光刻机，光源发出的照明光经过照明系统调整后得到与建模阶段相应的照明方式，照射到掩模台上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：诸波尔，李思坤，王向朝，闫观勇，沈丽娜，孟泽江，张恒，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31