[發(fā)明專利]光刻投影物鏡波像差和成像最佳焦面的檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410002627.0
• 申請日: 2014-01-03
• 公開（公告）號: CN103744269A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李思坤;王向朝;楊濟碩;閆冠勇;李兆澤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)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

1.一種光刻投影物鏡波像差和成像最佳焦面的檢測方法，該方法利用的檢測系統(tǒng)包括：照明光源（1）、照明系統(tǒng)（2）、承載測試掩模（3）的掩模臺（4）、位于測試掩模（3）上的檢測標(biāo)記（5），能夠?qū)z測標(biāo)記縮小成像的投影物鏡（6）、工件臺（7）、安裝在工件臺上的空間像傳感器（8）和與所述空間像傳感器相連的計算機（9），其特征在于該方法包括如下步驟：

（1）建立仿真訓(xùn)練用空間像集合IM：

首先，采用澤尼克多項式表示投影物鏡的波像差，取33階澤尼克系數(shù)即Z5～Z37；每個系數(shù)代表一種特定的波像差種類；設(shè)置波像差的幅值為A，A小于0.2范圍內(nèi)取值，單位是λ，λ表示照明光源的波長；按照統(tǒng)計方法Box_Behnken?design設(shè)計波像差組合，得到訓(xùn)練用澤尼克系數(shù)矩陣，又稱像差組合矩陣ZI：ZI＝A·BBdesign(ZN)，ZN表示訓(xùn)練用澤尼克系數(shù)的個數(shù)，其取值范圍為3～33；BBdesign()表示Box_Behnkendesign對應(yīng)的函數(shù)；ZI的每一行代表一種波像差種類組合，ZI的每一列與一種波像差對應(yīng)，ZI的總行數(shù)就是所述的波像差組合的總個數(shù)，每一組波像差組合中波像差的值即像差組合矩陣ZI中每行的值；

然后，將像差組合矩陣ZI的每組訓(xùn)練用澤尼克系數(shù)輸入商用光刻仿真軟件，再設(shè)定照明光源的波長、照明方式及部分相干因子、投影物鏡的數(shù)值孔徑、空間像的采樣范圍、采樣點數(shù)；將相位環(huán)檢測標(biāo)記仿真成像在最佳焦面位置的x-y平面上，表示最佳焦面內(nèi)的空間像；將最佳焦面內(nèi)空間像轉(zhuǎn)換成列向量ai_j，其中，下標(biāo)j表示第j幅空間像，也即ZI的行數(shù)編號；

最后，將所有空間像按照下式排列成訓(xùn)練用仿真空間像集合IM：

IM＝[ai₁?ai₂?…?ai_j?…?ai_N]；

（2）主成分分析：

對所述的訓(xùn)練用仿真空間像集合IM進(jìn)行主成分分析，得到一系列相互正交的空間像主成分；用有限階主成分與主成分系數(shù)乘積疊加的形式表示空間像集合：

IM(x,y,z;Z)=Σj=1mPj(x,y,z)·Cj(Z)+ET,]]>

其中，IM與像空間坐標(biāo)(x,y,z)以及澤尼克系數(shù)Z有關(guān)，P表示主成分，C表示主成分系數(shù)，E_T表示將空間像集合IM展開到m階主成分時的舍位誤差；

（3）采集第一幅空間像：

啟動光刻機；按照步驟（1）中生成訓(xùn)練用仿真空間像集合IM時使用的參數(shù)設(shè)置光刻機的各項參數(shù)；

加載帶有所述的相位環(huán)檢測標(biāo)記的測試掩模，利用計算機控制空間像傳感器對檢測標(biāo)記經(jīng)過投影物鏡投影后所成的空間像進(jìn)行采集，在沿著空間像焦深方向即z方向的初始位置z₁處采集一幅x-y方向的空間像，經(jīng)過計算機處理，生成歸一化的空間像光強數(shù)據(jù)為AI₁；

（4）最佳焦面測定：

①設(shè)定最佳焦面判斷依據(jù)RMS的初始值RMS₀，傳感器在z方向的步進(jìn)間隔為D，最佳焦面的檢測精度為AC；

計算機控制空間像傳感器沿著空間像焦深方向，即z方向自初始位置z₁處開始以D為步進(jìn)間隔依次采集第n幅空間像，n>2，其中第n幅空間像表示為AI_n，對應(yīng)位置為z_n；

②根據(jù)最小二乘法，擬合第n幅實測空間像AI_n得到實測主成分系數(shù)C_n，然后計算空間像擬合殘差E_n：

En=AIn-Σj=1mPj·Cnj(Z),]]>

計算擬合殘差的均方根RMS_n；將RMS_n的值賦予當(dāng)前的RMS；

③空間像傳感器按照步進(jìn)間隔D步進(jìn)至下一個位置z_n+1位置處采集空間像AI_n+1，計算擬合殘差的均方根RMS_n+1，比較RMS_n+1和當(dāng)前的RMS，當(dāng)RMS_n+1小于當(dāng)前RMS的值，則將RMS_n+1的值賦予為當(dāng)前的RMS，并重復(fù)步驟③，當(dāng)該均方根值大于當(dāng)前的RMS時，轉(zhuǎn)至步驟④，

④將所述的D與所述的最佳焦面的檢測精度AC進(jìn)行比較，當(dāng)所述的D大于AC時，轉(zhuǎn)至步驟⑤，當(dāng)D≤AC時停止，此時的位置即為光刻成像的最佳焦面位置；

⑤將RMS_n-1的值賦予當(dāng)前的RMS，將空間像傳感器反向步進(jìn)至z_n-1位置，減小空間像傳感器的步進(jìn)間隔設(shè)為D＝D/2，自z_n-1位置處開始以D為步進(jìn)間隔采集第n幅空間像，重復(fù)步驟②～④過程；

（5）多元線性回歸：

使用多元線性回歸分析方法建立所述的的訓(xùn)練用澤尼克系數(shù)Z和所述的主成分系數(shù)C_j(Z)之間的線性關(guān)系：

C_j(Z)＝R·Z+E_R，

其中，R是多元線性回歸矩陣；

（6）求解波像差：

利用步驟（2）中得到的主成分矩陣P擬合步驟（4）中得到的最佳焦面位置實測空間像AI得到主成分系數(shù)：

C＝(P^T·P)^-1·(P^T·AI)，

利用步驟（5）中得到的回歸矩陣R擬合主成分系數(shù)，得到待測澤尼克系數(shù)：

Z＝(R^T·R)^-1·(R^T·C)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的檢測標(biāo)記是無鉻掩模技術(shù)制造的相位環(huán)檢測標(biāo)記，該檢測標(biāo)記包括四個階梯相位環(huán)，四個相位環(huán)的相位從內(nèi)向外依次為0°、90°、180°和0°，寬度比為1：2：1：1.5。