[发明专利]基于二阶像差模型的投影物镜波像差检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及光刻机，尤其是一种基于二阶像差模型的光刻机投影物镜波像差检测方法。

背景技术

光刻机是制造极大规模集成电路最重要的设备。光刻机的投影物镜是光刻机最重要的系统之一，它的性能直接决定光刻机的成像质量。当投影物镜有波像差存在时，将造成光刻成像质量的恶化和工艺窗口的减小，特别是随着光刻的特征尺寸不断减小，投影物镜波像差对光刻成像质量的影响越来越突出。国际上，通常使用一组正交的37阶泽尼克多项式表征波像差，这37阶泽尼克多项式可以按奇偶分为两类。其中，以Z₇、Z₁₄为代表的奇像差会引起空间像的成像位置偏移，并导致空间像对称位置的特征尺寸CD（Critical Dimensions）不对称等形状改变；以Z₅、Z₉为代表的偶像差则会引起空间像的焦面偏移，并导致空间像离轴位置的CD不均衡等形状改变。所以，研发快速，高精度的投影物镜波像差检测技术具有重要的意义。

基于空间像主成分分析的波像差检测技术是一种新近提出的投影物镜波像差现场检测技术。该技术具有检测速度快，求解精度高的特点(参见在先技术，Lifeng Duan,Xiangzhao Wang,Anatoly Bourov,Bo Peng and Peng Bu,“In situ aberration measurement technique based on principal component analysis of aerial image,”Optics Express.Vol.19,No.19,18080-18090(2011))。在先技术是一种基于物理仿真和统计分析的波像差检测技术。它利用物理仿真产生大量训练用空间像，然后对训练空间像进行主成分分析，并建立主成分系数与泽尼克系数之间的回归分析矩阵，从而实现空间像与泽尼克系数之间的线性关系模型，测量时，使用建立好的模型对实测空间像进行拟合即可提取出投影物镜的波像差。

理论上，在先技术可以建立空间像与Z₅～Z₃₇共33阶泽尼克系数之间的线性关系。但在实际中，由于像差之间的相关性，建立33阶模型会将线性模型的线性工作区间压缩得非常小。使用线性模型对大范围的波像差进行测量时，测量精度很低。所以，建立空间像与泽尼克系数之间的二阶关系模型对于提高测量精度和拓展测量像差的幅值范围都具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于二阶像差模型的光刻机投影物镜波像差检测方法，具体地说就是通过建立空间像光强分布与泽尼克系数之间的二阶关系测量波像差，并拓展泽尼克系数的测量范围，提高泽尼克系数的测量精度。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于二阶像差模型的光刻机投影物镜波像差检测方法，该方法利用的系统包括：产生照明光束的照明光源；能调整照明光源发出光束的束腰尺寸，光强分布，部分相干因子和照明方式的照明系统；能承载测试掩模并拥有精确步进和定位能力的掩模台；能将测试掩模上的检测标记按照一定比例缩放成像的投影物镜；能精确步进和定位的工件台；安装在工件台上的用于采集检测标记所成空间像的图像传感装置；与所述图像传感装置相连的用于光刻机控制，数据采集和处理的计算机；其特征在于该方法所述的检测标记是孤立线、孤立空、或中线宽于边线的3线或5线，并包含0°，90°两个方向；该方法包括如下步骤：

①建立仿真空间像训练库SAIB：

首先，按照Box_Behnken design的采样方式，以下简称BBdesign，要求每个设计变量只有0，±1三种可能取值，每个采样组合，只有两个设计变量不为0，设计泽尼克系数训练库ZB：ZB=A·BBdesign(ZN),ZN=3,4,…,33，其中，A是泽尼克系数的变化范围，在0至0.2范围内取值，单位是λ，λ表示照明光源的波长；ZN表示泽尼克系数训练库模型选用的泽尼克系数的个数，因为BBdesign理论上可以设计变量个数要求大于等于3，而本方法可以求解Z₅至Z₃₇共33项泽尼克系数，所以ZN的取值是3到33的整数；所述的ZB是一个N行ZN列的矩阵，N是一个与ZN相关的量，ZB的每一行表示一组训练用的泽尼克系数；