[发明专利]光刻投影物镜波像差检测系统及检测方法

权利要求书

1.一种用于光刻机的基于主成分拟合定心的光刻投影物镜波像差检测系统，该系统包括产生照明光束的照明光源；照明系统；用于承载掩模，并具有精确定位能力的掩模台；能将通过测试掩模上的检测标记的光束汇聚到硅片面且数值孔径可调的投影物镜；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；安装在工件台上的像传感器，与所述像传感器相连并进行数据处理的计算机；其特征在于：

所述检测标记由一组分别位于0度和90度方向孤立空图形组成，图形的线宽为250nm，周期为3000nm；

所述的像传感器为CCD等光电转换器件，所述像传感器能够在水平方向和垂直方向进行扫描，水平方向和垂直方向定位精度都小于20nm。

2.利用权利要求1所述的基于主成分拟合定心的光刻投影物镜波像差检测系统检测波像差的方法，包括以下步骤：

(1)仿真主成分拟合定心所需要的空间像：

确定需要求解的波像差种类为Z7～Z9，或者Z7～Z9和Z14～Z16，或者Z7～Z9和其它像差共N_Z种波像差；设置需要求解的波像差的幅值为a；对于需要求解的波像差，通过统计方法Box_Behnken设计像差组合得到一个矩阵B，B的每一行代表一种组合，B的每一列与一种需要求解的波像差对应，B的总行数就是设计的像差组合的总个数，每一组像差组合中需要求解的波像差的值像差组合矩阵A＝a·B中每行的值；投影物镜数值孔径为NA；设置照明方式为传统照明或环形照明，传统照明条件下部分相干因子为σ，环形照明条件下，部分相干因子为[σ_out，σ_in]，其中，σ_out表示外部相干因子，σ_in表示为内部相干因子；设置掩模标记为0度方向和90度方向的宽为250nm的孤立空；设置空间像垂轴方向采集长度为w，采集步长为dw，采集范围与工件台中心对称，垂轴方向的采集位置构成了向量X，向量X的长度为N_x；设置空间像沿轴向采集长度为h，采集步长为dh，采集范围与轴向中心对称，轴向采集位置构成了向量F，向量F的长度为N_f；根据上述条件，采用Prolith等光刻仿真软件进行仿真，得到在0度和90度条件下每组波像差对应的空间像，0度方向的所有空间像构成了0度方向的空间像集合IM₀，90度方向的所有空间像构成了90度方向的空间像集合IM₁； 

(2)主成分分析和线性回归分析：

对仿真的空间像集合IM₀进行主成分分析，得到0度方向的主成分矩阵S₀，0度方向的主成分系数矩阵C₀；对仿真的空间像集合IM₁进行主成分分析，得到90度方向的主成分矩阵S₁，90度方向的主成分系数矩阵C₁；

对主成分系数矩阵C₀与Box_Behnken得到的像差组合A进行线性回归，得到0度方向的回归矩阵RM₀；对主成分系数矩阵C₁与Box_Behnken得到的像差组合A进行线性回归，得到90度方向的回归矩阵RM₁；

对主成分矩阵S₀与向量X和F进行拟合，得到拟合的样条插值函数f₀；对主成分矩阵S₁与向量X和F进行拟合，得到拟合的样条插值函数f₁；

(3)启动光刻机采集空间像：

按照仿真空间像时光刻机投影物镜NA、照明方式、部分相干因子、工件台和轴向的测量范围、工件台和轴向的测量点数设置光刻机的工作条件；

加载带有上面所述检测标记的掩模板，启动光刻机，传感器采集该掩模上0度方向掩模标记和90度方向掩模标记所对应的空间像 和 以及实际测量位置，并输入计算机进行处理。其中， 和 都是大小为N_x×N_f的矩阵， 和 的名义位置就是向量X和F对应的位置，名义位置与实测位置的偏移量就是定心误差，垂轴方向定心误差范围为[-XS_max，XS_max]，轴向定心误差范围为[-FS_max，FS_max]；

(4)基于主成分拟合进行定心和求解波像差：

对0度方向的空间像 采用定心流程得到其对应的主成分系数 对90度方向的空间像 采用定心流程得到其对应的主成分系数 

根据回归矩阵RM₀和RM₁，主成分系数 和 采用最小二乘法拟合得到需要求解的波像差。