[发明专利]光刻机投影物镜大像差检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及光刻机投影物镜像差，特别是一种光刻机投影物镜大像差检测方法。

背景技术

投影物镜的像差是影响投影式光刻机光刻分辨率和套刻精度的一个重要因素。随着光刻特征尺寸的不断变小，尤其是离轴照明与相移掩模的使用，投影物镜波像差的影响变得越来越突出。投影物镜是一个十分庞大的复杂系统，工作过程中环境的变化和自身重力的影响都会使得物镜像质恶化。因此光刻机投影物镜像差的测量技术不可或缺。

在以前的工作中，我们提出了一种基于空间像主成分分析的光刻投影物镜波像差检测技术，即AMAI-PCA技术(参见在先技术[1]，Lifeng Duan，Xiangzhao Wang，Anatoly Y.Bourov，Bo Peng，and Peng Bu，“In situ aberration measurement technique based on principal component analysis of aerial image，”Opt.Express 19，18080-18090(2011)，)。过去的工作中，我们采用基于Box-Behnken Design(BBD)方法(参见在先技术[2]，G.E.P. Box and D.W.Behnken，“Some new three level designs for the study ofquantitative variables，”Technometrics 2(4)，455-475(1960)，)，对泽尼克像差空间进行抽样，采用该方法可对20nm范围内的波像差进行准确的求解。在数值孔径为0.75的ArF光刻机上的实际试验表明，AMAI-PCA技术的测试重复性(1σ)可达0.5nm，根据AMAI-PCA技术检测结果校正波像差，能够有效的改善硅片曝光结果。但在一些特殊情况下，例如光刻机集成测试之初，由于长途运输及环境变化等原因导致投影物镜波像差严重恶化，波像差最差可达到0.2λ以上。该技术的缺点在于其测量范围小，当波像差超过0.1λ范围时，求解精度将随着波像差的增大而降低，无法适应光刻机集成测试之初的像差测试需求。因此需要一种原位检测技术，能够对大范围的波像差进行快速、准确的测量，以优化投影物镜成像质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光刻机投影物镜大像差检测方法。利用多级BBD抽样方式，对泽尼克空间进行抽样，构建空间像集合，并通过主成分分析方法实现对泽尼克幅值大于0.1λ的大波像差进行检测。相对于在先技术[1]，本方法泽尼克像差的求解精度提高了30％以上，有效提高了大像差下泽尼克系数的求解精度。

本发明的技术解决方案如下：

一种光刻机投影物镜大像差检测方法，该方法采用的测量系统包括用于产生照明光束的光源、能调整照明光束的束腰、光强分布，部分相干因子和照明方式的照明系统、掩模台、投影物镜、能精确定位的六维扫描工件台、安装在六维扫描工件台上的空间像传感器以及与工件台相连的数据处理计算机，其特点在于本方法包括以下步骤：

①设定泽尼克像差抽样组合方式：

通过BBD设计得到一个矩阵M，选取0～1区间的n个数值分别乘上矩阵M得到不同幅值的矩阵分别为M₁，M₂，…，M_n，n为正整数；采用公式(1)组合方式进行组合，则得到本方法所需要的多级BBD矩阵：

矩阵M_多乘上建模所需的泽尼克系数幅值为0.1λ、0.2λ、或0.3λ，即为所需要的泽尼克像差抽样组合方式，即多级BBD的泽尼克系数组合，其中λ为光刻机激光器的使用波长；

②仿真空间像集合的建立：

选定光刻机的参数：照明系统的照明方式及其部分相干因子，光刻机激光器的使用波长为λ，投影物镜的数值孔径NA，在掩模台上的安置测试掩模，该测试掩模上的测试标记由一组图形位于0°方向和图形位于90°方向的孤立空组成；空间像采集范围：X方向采集范围为[-L，L]，Z方向采集范围为[-F，F]；空间像采样点数：X方向采样点数为M，Z方向采集采样点数为N；将上述参数设计和所述的多级BBD的泽尼克系数组合输入计算机，采用PROLITH光刻仿真软件进行仿真，得到仿真空间像集合AIM；

③仿真空间像集合的主成分分析和线性回归分析：