[發明專利]基于相位環空間像主成分分析的投影物鏡波像差檢測方法

有效

• 申請號: 201310139424.1
• 申請日: 2013-04-19
• 公開（公告）號: CN103217871A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 楊濟碩;王向朝;李思坤;閆觀勇;諸波爾
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G01M11/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及光刻機，涉及一種光刻機投影物鏡波像差檢測技術，尤其涉及一種基于相位環空間像主成分分析的投影物鏡波像差檢測方法。

背景技術

光刻機是制造極大規模集成電路最為關鍵的設備。投影物鏡作為光刻機的最重要組成部分之一，它的成像質量直接決定光刻機的性能。當投影物鏡有波像差存在時，將降低光刻成像對比度，導致光刻工藝窗口的縮小。國際上，通常使用一組正交的37階澤尼克多項式表征波像差，這37階澤尼克多項式可以按奇偶分為兩類。其中，以彗差、三波差為代表的奇像差會引起空間像的成像位置偏移，并導致空間像對稱位置的特征尺寸CD(Critical?Dimensions)不對稱等形狀改變；以像散、球差為代表的偶像差則會引起空間像的焦面位置偏移，并導致空間像離軸位置的CD不均衡等形狀改變。所以，研發快速，高精度的投影物鏡波像差檢測技術具有重要的意義。

基于空間像主成分分析的波像差檢測技術是一種新近提出的投影物鏡波像差現場檢測技術。該技術具有檢測速度快，求解精度高的特點(參見在先技術，Lifeng?Duan，Xiangzhao?Wang，Anatoly?Bourov，Bo?Peng?and?Peng?Bu，“In?sim?aberration?measurement?technique?based?on?principal?component?analysis?of?aerial?image，”Optics?Express.Vol.19，No.19，18080-18090(2011))。在先技術是一種基于物理仿真和統計分析的波像差檢測技術。它利用物理仿真產生大量訓練空間像，并對訓練空間像進行主成分分析，然后根據多元線性回歸分析建立主成分系數與澤尼克系數之間的回歸矩陣，從而建立空間像與澤尼克系數之間的線性關系模型，測量時，使用建立好的模型擬合實測空間像即可提取出投影物鏡的波像差。

由于在先技術使用的是只在一維方向呈現周期變化的二元掩模標記，所以它對光瞳面波前的抽樣位置分布是與掩模標記方向相垂直的線性分布。盡管在先技術使用了垂直和水平兩個方向的檢測標記，但其僅能在光瞳面對水平和垂直兩個方向上的波前進行抽樣。這限制了在先技術對某些在水平和垂直方向沒有幅值改變的波像差的檢測能力。如果選擇在更多方向上添加檢測標記，就需要測量更多的空間像。這樣引入的一個問題是測量時間的增加，降低其檢測速度快的優勢。同時，更多的掩模標記需要在一定空間上延展分布，由于像差檢測過程不移動掩模，就會導致各個檢測標記測量到的像差屬于不同的視場位置，降低了像差檢測的可靠性。更進一步，在先技術為了測量球差、像散等偶像差，需要采集空間像在一定焦深內分布的光強信號。但是，使用這種光強分布的空間像無法從受像差影響的空間像中區分波像差的類型。例如，彗差和三波差等奇像差對空間像光強分布擁有類似的影響方式，主成分分析會將二者歸為同一主成分。像散和球差等偶像差也存在同樣的情況。這導致了在先技術在像差提取過程中存在像差間的串擾問題，影響了其檢測像差的精度。

基于以上分析，我們設計了一種新型的基于相位環的二維檢測標記，其對光瞳面內的各類像差均能獲得有效抽樣。由于相位環的結構存在相移，從而增強了垂軸空間像對偶像差的響應靈敏度，操作人員僅需采集某個或某幾個焦深位置的垂軸空間像，即可從空間像中提取奇像差和偶像差。并且，該檢測標記對不同像差的空間像響應存在明顯差別，使各類像差可以納入不同的空間像主成分，從而避免了像差測量時，不同種類像差間的串擾。

發明內容

本發明的目的在于提供投影物鏡波像差的檢測方法，具體地說就是建立空間像光強分布與澤尼克系數之間的線性關系，從采集到的空間像中提取波像差，并利用本發明中設計的掩模標記增加澤尼克系數的檢測速度，拓展澤尼克系數的測量數量，并提高澤尼克系數的測量精度。

本發明的技術解決方案如下：