[發明專利]光刻投影物鏡波像差和成像最佳焦面的檢測方法

有效

• 申請號: 201410002627.0
• 申請日: 2014-01-03
• 公開（公告）號: CN103744269A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 李思坤;王向朝;楊濟碩;閆冠勇;李兆澤
• 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

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包括：照明光源（1）、照明系統（2）、承載測試掩模（3）的掩模臺（4）、位于測試掩模（3）上的檢測標記（5），能夠將檢測標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階澤尼克系數即Z5～Z37；每個系數代表一種特定的波像差種類；設置波像差的幅值為A，A小于0.2范圍內取值，單位是λ，λ表示照明光源的波長；按照統計方法Box_Behnken?design設計波像差組合，得到訓練用澤尼克系數矩陣，又稱像差組合矩陣ZI：ZI＝A·BBdesign(ZN)，ZN表示訓練用澤尼克系數的個數，其取值范圍為3～33；BBdesign()表示Box_Behnkendesign對應的函數；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，ZI的總行數就是所述的波像差組合的總個數，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的每組訓練用澤尼克系數輸入商用光刻仿真軟件，再設定照明光源的波長、照明方式及部分相干因子、投影物鏡的數值孔徑、空間像的采樣范圍、采樣點數；將相位環檢測標記仿真成像在最佳焦面位置的x-y平面上，表示最佳焦面內的空間像；將最佳焦面內空間像轉換成列向量ai_j，其中，下標j表示第j幅空間像，也即ZI的行數編號；

最后，將所有空間像按照下式排列成訓練用仿真空間像集合IM：

IM＝[ai₁?ai₂?…?ai_j?…?ai_N]；

（2）主成分分析：

對所述的訓練用仿真空間像集合IM進行主成分分析，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(x,y,z)以及澤尼克系數Z有關，P表示主成分，C表示主成分系數，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）中生成訓練用仿真空間像集合IM時使用的參數設置光刻機的各項參數；

加載帶有所述的相位環檢測標記的測試掩模，利用計算機控制空間像傳感器對檢測標記經過投影物鏡投影后所成的空間像進行采集，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，經過計算機處理，生成歸一化的空間像光強數據為AI₁；

（4）最佳焦面測定：

①設定最佳焦面判斷依據RMS的初始值RMS₀，傳感器在z方向的步進間隔為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，對應位置為z_n；

②根據最小二乘法，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的值賦予當前的RMS；

③空間像傳感器按照步進間隔D步進至下一個位置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和當前的RMS，當RMS_n+1小于當前RMS的值，則將RMS_n+1的值賦予為當前的RMS，并重復步驟③，當該均方根值大于當前的RMS時，轉至步驟④，

④將所述的D與所述的最佳焦面的檢測精度AC進行比較，當所述的D大于AC時，轉至步驟⑤，當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的值賦予當前的RMS，將空間像傳感器反向步進至z_n-1位置，減小空間像傳感器的步進間隔設為D＝D/2，自z_n-1位置處開始以D為步進間隔采集第n幅空間像，重復步驟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練用澤尼克系數Z和所述的主成分系數C_j(Z)之間的線性關系：

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：

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，得到待測澤尼克系數：

Z＝(R^T·R)^-1·(R^T·C)。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的檢測標記是無鉻掩模技術制造的相位環檢測標記，該檢測標記包括四個階梯相位環，四個相位環的相位從內向外依次為0°、90°、180°和0°，寬度比為1：2：1：1.5。