基于空間像線性擬合的投影物鏡波像差檢測系統和方法技術方案

一種用于光刻機的基于空間像線性擬合的投影物鏡波像差檢測系統和方法。本發明專利技術采用6個方向孤立空作檢測標記，通過對檢測標記空間像的線性擬合來得到波像差。本發明專利技術首先建立描述0°孤立空空間像與澤尼克像差關系的線性擬合矩陣以及描述孤立空方向影響的旋轉矩陣。然后通過空間像傳感器掃描獲得檢測標記的空間像。再利用線性擬合矩陣和旋轉矩陣對空間像進行最小二乘擬合得到澤尼克像差。本發明專利技術降低了檢測標記的復雜程度，減少了像差檢測的時間，增加了可測像差種類，提高了像差求解的精度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光刻機，特別是一種用于光刻機的。
技術介紹
投影物鏡是光刻機系統的核心部件之一。投影物鏡中的波像差會造成成像質量的惡化和エ藝窗ロ的減小，從而降低產率。隨著光刻技術的特征尺寸不斷減小，光刻機投影物鏡的像差容限變得越來越嚴苛。光刻投影物鏡的波像差檢測需求從低階像差擴展到高階像差，在這種前提下，研發能夠高精度檢測低階和高階波像差的原位檢測技術具有更加重要的意義。由于基于空間像的投影物鏡波像差檢測技術成本低且容易操作，基于空間像 的波像差檢測技術在最近幾年得到了廣泛發展。在眾多基于空間像的波像差檢測技術中，TAMIS技術是具有代表性的一種(參見在先技術I, H. van der Laan, M. Dierichs,H. van Greevenbroek, E. McCoo, F.Stoffels, R. Pongers and R. Willekers, “Aerialimage measurement methods for fast aberration set-up and illumination pupilverification, ” Proc. SPIE4346, 394407 (2001) )。TAMIS 檢測技術通過檢測ニ元掩模標記的空間像來提取像差。具體方式是，在一系列照明設置下檢測標記的最佳焦面偏移量和成像位置偏移量，用檢測數據獲得的偏移量向量和事先計算好的靈敏度矩陣來計算空間像。TAMIS技術采用ニ元掩模標記作為檢測標記，在多種照明方式下進行檢測。為了提升TAMIS技術的檢測精度，Fan Wang等和Zicheng Qiu等先后提出了基于相移光柵標記的光刻機投影物鏡波像差原位檢測技術(參見在先技術2,Fan Wang,Xiangzhao Wang,MingyingMa, Dongqing Zhang, Weijie Shi and Jianming Hu,“Aberration measurement ofprojection optics in lithographic tools by use of an alternating phase-smftingmask, ” Appl. Opt. 45，281-287 (2006).)和基于平移對稱交替相移光柵標記的光刻機投影物鏡彗差檢測技術(參見在先技術 3, Zicheng Qiu, Xiangzhao Wang, Qiongyan Yuan, FanWang, “Coma measurement by use of an alternating phase-shifting mask marK witha specific phase width, ”Appl. Opt. 48 (2), 261-269 (2009) )。以上兩種技術分別提出了使用相移掩模光柵標記和使用更為復雜的平移對稱交替相移光柵標記來提升檢測精度。相比在先技術1，在先技術2的檢測精度提升了 20%以上。相對在先技術2，在先技術3的檢測精度又提高了 15%以上。這兩種技術雖然都提升了檢測精度，但只是在檢測標記上進行了改進，檢測原理仍然是基于TAMIS技木。因此其檢測的像差種類仍然較少，檢測的流程也無法簡化。近年來，Nikon公司提出了一種基于多方向標記和空間像傅里葉分析的投影物鏡波像差檢測技術(參見在先技術 4, Suneyuki Hagiwara, Naoto Kondo, Irihama Hiroshi,Kosuke Suzuki and Nobutaka Magome, ' Development of aerial image oasedaberration measurement technique " , Proc. SPIE5754,1659 (2005))。該技術的檢測標記為36個不同方向不同周期的光柵標記，測得的空間像通過傅里葉分析處理，在波像差和不同級次頻譜的相位和幅度之間建立線性關系。這種技術由于專門設計了 36個方向周期各不相同的標記，檢測像差的種類得以擴展，檢測精度也獲得很大提升。然而該技術的檢測標記需要專門設計，提高了成本，通用性也下降。上海微電子裝備有限公司(SMEE)的Lifeng Duan等人提出了一種基于空間像主成分分析的波像差檢測技術(參見在先技術5, Lifeng Duan;Xiangzhao Wang;Bourov,A. Y. ;Bo Peng;Peng Bu, “In situ aberration measurement technique oased onprincipal component analysis of aerial image，，,Opt. Express 19 (19) (2011))。該技術采用0°和90°的孤立空作檢測標記，采用主成分分析和回歸分析的方法建立空間像與澤尼克像差之間的線性關系。該技術不需要專門設計掩模標記，測量速度快，可用來檢測高階像差。然而主成分分析較為繁瑣，使像差求解的流程較為復雜。
技術實現思路
本專利技術提供一種用于光刻機的，該方法采用6方向孤立空作檢測標記，通過對檢測標記空間像的線性擬合得到波 像差。該方法檢測標記簡單，可測像差種類多，像差檢測精度尚。本專利技術的技術解決方案如下一種用于光刻機的基于空間像線性擬合的投影物鏡波像差檢測系統，包括產生照明光束的照明光源；調整照明光強分布和部分相干因子大小的照明系統；用于承載掩模，并具有精確定位能力的掩模臺；將通過測試掩模上的檢測標記的光束匯聚到硅片面且數值孔徑可調的投影物鏡；能承載硅片并具有三維掃描能力和精確定位能力的エ件臺；安裝在エ件臺上的像傳感器，與所述像傳感器相連并進行數據處理的計算機，其特點在干所述檢測標記由ー組分別位于O。、30°、45°、90°、135°、150°方向的孤立空圖形組成，各個方向的圖形的線寬都為CD nm，周期都為P nm；所述的像傳感器為CCD或透射像傳感器，所述像傳感器能夠在水平方向和垂軸方向進行掃描，水平方向和垂直方向定位精度都高于30nm。所述的孤立空的周期P的范圍為1000nnT3000nm，所述的孤立空的寬度的取值范圍為 IOOnm 彡 CD 彡 0. 25*P nm。利用上述基于空間像線性擬合的光刻投影物鏡波像差檢測系統檢測波像差的方法，包括以下步驟(I)計算空間像的線性擬合矩陣無像差的擬合向量Itl和j階澤尼克像差的擬合向量Tj (I ( j ( 37)的計算公式如下4 = j JJI f'. ) ■ IK I"め'.(1 g -<X>T = \dfdg, (l< j <37) —CO其中,: 表示光源，I■和;;是光源坐標，EcJPも分別為Ec = J 0^7 Jexpj- '^^l- {f + f ) +g" NA2 z|exp(-/2^/'x)#'Ej =竽了Rj .0(7').exp{—今p (/ + /')" +g NA2 .zj.ex+W+/其中，0(f')表示0°方向檢測標記的衍射譜，/和g是光瞳面坐標，A表示光刻機工作波長，NA是數值孔徑，z表示離焦量，X表示像面坐標，Rj是j階澤尼克多項式；采用具有數值運算功能的MATL本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于光刻機的基于空間像線性擬合的投影物鏡波像差檢測系統，包括產生照明光束的照明光源；調整照明光強分布和部分相干因子大小的照明系統；用于承載掩模，并具有精確定位能力的掩模臺；將通過測試掩模上的檢測標記的光束匯聚到硅片面且數值孔徑可調的投影物鏡；承載硅片并具有三維掃描能力和精確定位能力的工件臺；安裝在工件臺上的像傳感器，與所述像傳感器相連并進行數據處理的計算機，其特點在于：所述檢測標記由一組分別位于0°、30°、45°、90°、135°、150°方向的孤立空圖形組成，各個方向的圖形的線寬都為CD？nm，周期都為P？nm；所述的像傳感器為CCD或透射像傳感器，所述的像傳感器能夠在水平方向和垂軸方向進行掃描，水平方向和垂直方向定位精度都高于30nm。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：閆觀勇，王向朝，徐東波，
申請(專利權)人：中國科學院上海光學精密機械研究所，
類型：發明
國別省市：