基于空间像主成分分析的极紫外光刻投影物镜波像差检测方法技术

基于空间像主成分分析的极紫外(EUV)光刻投影物镜波像差检测方法。本发明专利技术采用0

【技术实现步骤摘要】
基于空间像主成分分析的极紫外光刻投影物镜波像差检测方法


[0001]本专利技术涉及光刻投影物镜波像差检测技术，特别涉及基于空间像主成分分析的极紫外光刻投影物镜波像差检测方法。

技术介绍

[0002]光刻是极大规模集成电路制造的关键技术。光刻分辨率决定集成电路的特征尺寸。投影物镜的波像差会导致光刻成像对比度下降，严重影响光刻成像质量。为保证光刻机的成像质量，在投影物镜制造、光刻机的整机集成测校、曝光以及周期性维修维护等过程中都需要对像质参数进行高精度检测。
[0003]在深紫外(DUV)光刻中，现有的波像差检测技术主要有基于光刻胶图形的波像差检测技术、基于瞳面的波像差检测技术以及基于空间像的波像差检测技术。其中，基于空间像的波像差检测技术只需要借助掩模标记和空间像传感器，即可实现波像差的原位检测，具有成本低、易操作等优点。
[0004]在众多基于空间像的波像差检测技术中，TAMIS技术是具有代表性的一种(参见在先技术1，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 and illumination pupil verification”,Proc.SPIE4346,394
‑
407(2001))。TAMIS技术利用检测标记空间像的成像位置偏移量和最佳焦面偏移量提取波像差，但其需要多种照明模式，且只能对一些低阶像差进行测量，具有一定的局限性。
[0005]基于空间像主成分分析的光刻机投影物镜波像差检测(AMAI
‑
PCA)技术是另一种基于空间像的波像差检测方法，具有过程简单、快速、像差求解精度高的特点。在DUV光刻中，通过建立基于矢量光刻成像理论的检测模型，优化检测标记、像空间采样方式和照明方式，现有AMAI
‑
PCA技术的应用范围已经从干式DUV光刻机拓展至浸液式DUV光刻机，可以实现Z5～Z
64
60项Zernike系数的检测，并且单项Zernike系数的检测精度优于1.03mλ(参见在先技术2，王向朝，戴凤钊等，“光刻机像质检测技术.上册”，北京：科学出版社，2021.3，496
‑
528)。
[0006]在极紫外(EUV)光刻中，现有波像差检测技术有基于干涉测量的检测技术、基于Hartmann波前传感器的检测技术和基于空间像测量的检测技术等。其中，基于干涉测量的检测技术主要有点衍射干涉检测和剪切干涉检测两类。点衍射干涉检测技术具有非常高的测量精度，但其测量范围很小，对高NA光学系统的测量适应性较差，且对光源的空间相干性要求较高。横向剪切干涉检测技术具有较大的测量范围，且不需要额外的参考光，对光源的空间相干性要求显著降低，但由于其对光栅位置和光栅倾斜的容限很低，同样较难应用于大数值孔径光学系统。与干涉测量技术相比，基于Hartmann波前传感器的检测技术具有结构简单、对光源空间和时间相干性要求不高、测量范围较大等优点，但其缺点也较为明显，如空间分辨率较低、测量灵敏度不可调、难以应用于高NA极紫外光刻投影物镜波像差检测
等(参见在先技术3，王向朝，戴凤钊等，“光刻机像质检测技术.下册”，北京：科学出版社，2021.3，174
‑
277)。为了检测大数值孔径极紫外光刻投影物镜的波像差，开发基于空间像测量的波像差检测技术具有重要意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于将AMAI
‑
PCA技术拓展至极紫外光刻，并保持其像差检测的高精度特点。EUV掩模的阴影效应使得90
°
方向检测标记空间像的宽度出现一定程度的缩窄，而0
°
方向的检测标记则不受影响。这种缩窄会使得两种检测标记的空间像宽度不同，从而影响AMAI
‑
PCA技术的像差检测精度。本专利技术通过对90
°
方向检测标记进行优化，使得两种检测标记空间像的宽度相匹配，从而将AMAI
‑
PCA技术拓展至EUV光刻，并保留其高精度的特点。
[0008]本专利技术的技术解决方案如下：
[0009]基于空间像主成分分析的极紫外光刻投影物镜波像差检测方法，包括如下步骤：
[0010]步骤1.掩模标记的校正：
[0011]①
设置仿真条件：
[0012]设置照明条件，传统照明的部分相干因子为σ，环形照明的部分相干因子为[σ
in
,σ
out
]，σ
in
表示内部相干因子,σ
out
表示外部相干因子；
[0013]设置投影物镜的数值孔径NA，掩模周期p，掩模标记为0度方向和90度方向的孤立空，且0度方向掩模标记的宽度w0，90度方向掩模标记的宽度w1，w0＝w1；
[0014]设置空间像垂轴方向采集长度x，垂轴取样间隔dx，采集范围与工件台中心对称，空间像轴向方向采集长度f，轴向取样间隔df，采集范围与轴向中心对称；
[0015]②
校正掩模标记：
[0016]不考虑光刻胶影响，掩模成像图形尺寸(CD)通常由恒定的空间像阈值得到。由于阴影效应的存在，当空间像阈值为恒定值，掩模成像图形尺寸CD将随入射光方向而变化。0
°
方向的检测标记与入射光方向相同，不会受到阴影效应的影响。而90
°
方向的检测标记与入射光方向垂直，由于受到阴影效应的影响，会导致该方向检测标记的掩模成像图形尺寸CD减小。为获得相同的掩模成像图形尺寸CD，可通过以下步骤对掩模标记进行校正：
[0017]仿真一张不含像差的0度方向空间像，记为AI0；
[0018]仿真一张不含像差的90度方向空间像，记为AI1；
[0019]设定掩模成像图形尺寸CD的阈值T；
[0020]对0度方向的空间像AI0和90度方向的空间像AI1分别使用阈值T确定0度方向的掩模成像图形尺寸CD0和90度方向的掩模成像图形尺寸CD1；
[0021]将0度方向的掩模成像图形尺寸CD0和90度方向的掩模成像图形尺寸CD1之差，记为补偿量ΔCD，则对应的掩模标记的宽度补偿量Δw＝4*ΔCD，90度方向掩模标记的宽度w1＝w0+Δw；
[0022]步骤2.空间像集合的获取：
[0023]①
设置投影物镜需要求解的6种波像差，分别为Z7～Z9和Z
14
～Z
16
，且每种波像差的幅值范围为[
‑
a,a]；
[0024]②
构建矩阵D：对于所述的6种波像差，利用Box_Behnken Design统计抽样生成54种组合，作为矩阵D的54行，以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间像主成分分析的极紫外光刻投影物镜波像差检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.掩模标记的校正：
①
设置仿真条件：设置照明条件，传统照明的部分相干因子为σ，环形照明的部分相干因子为[σ
in
，σ
out
]，σ
in
表示内部相干因子,σ
out
表示外部相干因子；设置投影物镜的数值孔径NA，掩模周期p，掩模标记为0度方向和90度方向的孤立空，且0度方向掩模标记的宽度w0，90度方向掩模标记的宽度w1，w0＝w1；设置空间像垂轴方向采集长度x，垂轴取样间隔dx，采集范围与工件台中心对称，空间像轴向方向采集长度f，轴向取样间隔df，采集范围与轴向中心对称；
②
校正掩模标记：仿真一张不含像差的0度方向空间像，记为AI0；仿真一张不含像差的90度方向空间像，记为AI1；设定掩模成像图形尺寸CD的阈值T；对0度方向的空间像AI0和90度方向的空间像AI1分别使用阈值T确定0度方向的掩模成像图形尺寸CD0和90度方向的掩模成像图形尺寸CD1；将0度方向的掩模成像图形尺寸CD0和90度方向的掩模成像图形尺寸CD1之差，记为补偿量ΔCD，则对应的掩模标记的宽度补偿量Δw＝4*ΔCD，90度方向掩模标记的宽度w1＝w0+Δw；步骤2.空间像集合的获取：
①
设置投影物镜需要求解的6种波像差，分别为Z7～Z9和Z
14
～Z
16
，且每种波像差的幅值范围为[
‑
a,a]；
②
构建矩阵D：对于所述的6种波像差，利用Box_Behnken Design统计抽样生成54种组合，作为矩阵D的54行，以6种波像差作为矩阵D的6列；计算Zernike系数组合A，公式如下：A＝a
·
D；
③
分别对0度方向和90度方向的掩模标记进行仿真，0度方向的54张空间像构成了0度方向的空间像集合IM0，90度方向的54张空间像构成了90度方向的空间像集合IM1；步骤3.主成分矩阵和回归矩阵的生成：
①
对0度方向的空间像集合IM0进行主成分分析，得到0度方向空间像对应的主成分矩阵PC0和主成分系数矩阵C0；对90度方向的空间像集合IM1进行主成分分析，得到90度方向空间像对应的主成分矩阵PC1和主成分系数矩阵C1；
②
对主成分系数矩阵C0和Zernike系数组合A进行线性回归分析，得到0度方向的回归矩阵RM0；对主成分系数矩阵C1和Zernike系数组合A进行线性回归分析，得到90度方向的回归矩阵RM1；步骤4.空间像的采集：对待检测光刻机的投影物镜的参数进行设置，照明、数值孔径、掩模周期及空间像扫...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷威，李思坤，王向朝，
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：