[发明专利]光刻投影物镜波像差和成像最佳焦面的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及光刻机，尤其是一种光刻投影物镜波像差和成像最佳焦面的检测方法。

背景技术

光刻机推动着芯片按照摩尔定律不断向着更高集成度发展。随着光刻分辨率越来越接近衍射极限，投影物镜波像差对成像的影响也越来越显著，造成光刻成像质量劣化、工艺窗口减小等问题。光刻机环境中的温度、湿度、振动、应力等因素均能够造成波像差的改变。随着投影物镜数值孔径的不断增大，光刻成像的焦深也越来越小。焦深很小的情况下硅片形貌对光刻图形质量的影响越来越明显。通过精确地检测光刻成像最佳焦面并调整硅片的位置，能有效利用焦深，增大工艺窗口、提高光刻图形质量。因此必须研发快速、高精度的投影物镜波像差及最佳焦面原位检测技术。

基于空间像主成分分析的波像差检测技术(在先技术1，Lifeng Duan,Xiangzhao Wang,Anatoly Bourov,Bo Peng and Peng Bu,In situ aberration measurement technique based on principal component analysis of aerial image,Optics Express.19(19),18080-18090(2011))是一种新近提出的投影物镜波像差原位检测技术。该技术通过主成分分析和线性回归方法建立了主成分系数与Zernike像差之间的线性关系，根据线性关系从空间像中提取出投影物镜波像差信息，具有检测速度快、求解精度高的特点。为进一步提高该技术的检测速度、精度及测量范围，后续又对该方法的空间像降噪方法（在先技术2，Jishuo Yang,Xiangzhao Wang,Sikun Li,Lifeng Duan,Anatoly Y.Bourov,Andreas Erdmann,Adaptive denoising method to improve aberration measurement performance,Optics Communications,2013,308(1),228-236），照明模式（在先技术3，Guanyong Yan,Xiangzhao Wang,Sikun Li,Jishuo Yang,Dongbo Xu,Lifeng Duan,Anatoly Y.Bourov,Andreas Erdmann,In situ aberration measurement technique based on an aerial image with an optimized source,Optical Engineering.2013,52(6),063602)以及主成分系数与Zernike像差之间的关系模型(在先技术4，Jishuo Yang,Xiangzhao Wang,Sikun Li,Lifeng Duan,Guanyong Yan,Dongbo Xu,Anatoly Y.Bourov,Andreas Erdmann,High-order aberration measurement technique based on a quadratic Zernike model with optimized source,Optical Engineering.2013,52(5),053603)等关键技术环节进行了改进。但在先技术均只能检测投影物镜的波像差，无法同时实现对最佳焦面的检测。利用最佳焦面位置的空间像进行波像差检测，可有效提高基于空间像主成分分析的投影物镜波像差检测方法的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光刻投影物镜波像差和成像最佳焦面的检测方法，通过对检测标记在最佳焦面位置的仿真空间像进行主成分分析和多元线性回归，提取出包含像差影响的空间像的主成分和线性回归矩阵，利用主成分拟合实测空间像，以拟合残差的均方根最小为判断依据实现对光刻成像最佳焦面的快速、低成本检测，以回归矩阵拟合主成分系数，实现波像差原位检测，通过利用最佳焦面位置的空间像，提高波像差检测精度。

本发明的技术解决方案如下：

一种光刻投影物镜波像差和成像最佳焦面的检测方法，该方法利用的检测系统包括：照明光源、照明系统、承载测试掩模的掩模台、位于测试掩模上的检测标记，能够将检测标记缩小成像的投影物镜、工件台、安装在工件台上的空间像传感器和与所述空间像传感器相连的计算机，其特点在于该方法包括如下步骤：

（1）建立仿真训练用空间像集合IM：