[发明专利]一种基于空间像主成分控制的曝光系统

说明书

技术领域

本发明涉及光刻领域，尤其涉及光刻机中的曝光系统。

背景技术

在现有的光刻设备中，为了保证曝光效果良好，特征尺寸的均匀性能够满足工艺要求，通常需要尽可能减小投影光学系统的波像差，同时尽可能减小光学视场中波像差的分布差异，以保证在成像端空间光强的分布特性尽可能接近理想状态。同时，由于使用环境变化造成的波像差等光学系统性能参数的漂移，以及曝光图形的工艺特征、照明器设置等因素的影响，在光刻机的使用过程中，需要在镜头内部设置一系列的可动镜片，根据实际使用情况调整可动镜片的位置及倾角，使得波像差满足曝光需求。由于光刻过程需要动态并且及其精确的控制投影物镜的像差，光刻机的光学系统设计异常困难。

在K1因子小于0.5的光刻机中，波像差需要根据每一项Zernike系数进行约束并控制，控制矩阵如下示意。

由于需要独立控制的Zernike系数项比较多，导致投影物镜镜片的可动自由度数量较多，由可动自由度到Zernike系数的转换矩阵庞大，投影物镜的制造装配难度极大，控制转换矩阵的设计和标定极其困难。

同时，通常的投影物镜仅仅针对波像差进行设计和控制，没有建立由波像差到硅片面像质的转换关系，因此无法实现由可动镜片面型及调整量到硅片面像质的完整闭环控制。通常的做法是尽可能通过可动镜片补偿的方式，使Zernike系数尽可能小，一方面增加了投影物镜设计和调整的难度；另一方面也无法完全保证硅片面的曝光像质。

发明内容

本发明将投影物镜的控制对象由Zernike系数转化为像方空间像的空间光强分布特性。通过空间像主成分分析的方法，将投影物镜像方的空间光强分布特性用一系列的主成分进行描述，建立投影物镜各镜片的位置到空间像各个主成分光强权重的转换关系，进而通过调整镜头内部可动镜片位置的方式，直接控制像方的空间光强分布特性。

一种基于空间像主成分控制的光刻曝光系统，沿光传播方向依序包括照明器、掩模版、投影物镜及硅片台，在该硅片台上布置用于测量空间像信息的测量单元，在该投影物镜中设置有至少一个位置可调的可动镜片，其中，还包括一控制模块，该控制模块依据该测量单元所测量到的空间像信息建立该投影物镜中的可动镜片的位置到空间像主成分的转换矩阵，并根据该转换矩阵计算出该可动镜片的位置调整量以控制该可动镜片位移。

其中，该控制模块包括用于从该空间像信息中提取空间像主成分的物理模型，用于回归分析以获取空间像主成分权重的算法模块，用于存储计算结果和该转换矩阵的存储模块。

其中，当光刻工艺及曝光图形改变时，该系统可以重新计算相应的空间像主成分及控制投影物镜的转换矩阵。

上述光刻曝光系统的控制矩阵的标定方法，包括：

步骤一，利用Abbe成像原理建立光刻成像的物理模型，用于计算光刻机硅片端的空间成像光强分布；

步骤二，利用步骤一建立的物理模型，定义实际系统所设定的照明方式、曝光波长和数值孔径计算无像差系统的空间像；

步骤三，利用步骤一建立的物理模型，计算所有典型的带像差系统空间像，作为下一步骤中主成分分析的样本；

步骤四，利用统计学中的主成分分析方法并基于上一步骤获得的空间成像样本，计算所有典型的带像差系统空间像的主成分，并存储于存储模块中；

步骤五，逐一移动投影物镜中的可动镜片，利用硅片台上布置的空间像传感器，测量镜片设置不同位置时的空间像光强分布特性，利用线性回归的方法，建立并标定由可动镜片位置<E_i>到空间像主成分<PC_i>之间的转换矩阵S_(mk)，其中，空间像传感器可以实现空间光强分布的测量，