[发明专利]一种大数值孔径光刻机投影物镜波像差检测方法

摘要

一种大数值孔径光刻机投影物镜波像差检测方法，本发明分为建模阶段和像差提取阶段，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，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。本发明实现了大数值孔径光刻机投影物镜的泽尼克像差Z5～Z37的高精度检测。

主权项

一种大数值孔径光刻机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)；该方法采用偏振光照明方式和矢量成像模型，其特征在于，包括建模阶段和像差提取阶段；所述的建模阶段包括以下2个步骤：a.仿真空间像集合的创建采用Box‑Behnken Design统计抽样方法设定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；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，光刻机曝光波长λ，投影物镜的数值孔径NA；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；设置空间像采集范围：X方向采集范围为[‑L,L]，Z方向采集范围为[‑F,F]；空间像采集点数：X方向采集点数为M，Z方向采集点数为N；将上述参数和泽尼克像差组合ZU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；b.线性回归矩阵的标定对仿真空间像集合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                       ①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；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                       ②所述的像差提取阶段包括以下2个步骤：a.实测空间像的采集对待检测的光刻机进行参数设置，参数与建模阶段步骤a.相同；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步骤a.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；b.泽尼克像差的求解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，得到所测光刻机投影物镜的泽尼克像差；所述的光源是传统照明、环形照明、二极照明、四极照明或自由照明光源，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°和135°。