专利名称：自适应定心的光刻机投影物镜波像差检测方法
技术领域：
本发明涉及光刻机，特别是一种自适应定心的光刻机投影物镜波像差检测方法。
背景技术：
投影物镜是光刻机的核心部件之一。投影物镜的波像差会造成成像质量的恶化和工艺窗口的减小，从而降低产率。随着光刻技术的特征尺寸不断减小，光刻机投影物镜的像差容限变得越来越严苛。光刻投影物镜的波像差检测需求从低阶像差扩展到高阶像差，从在这种前提下，研发能够高精度检测低阶和高阶波像差的原位检测技术具有更加重要的意义。由于基于空间像的投影物镜波像差检测技术成本低且容易操作，基于空间像的波像差检测技术在最近几年得到了广泛发展。在众多基于空间像的波像差检测技术中，TAMIS技术是具有代表性的一种(参见在先技术1，H. van der Laan，Μ. Dierichs， H. van Greevenbroek, E. McCoo, F. Stoffels, R. Pongers and R. ffillekers, "Aerial image measurement methods for fast aberration set-up and illumination pupil verification", Proc. SPIE 4346，394-407 (2001) )。TAMIS检测技术通过检测二元掩模标记的空间像来提取像差。具体方式是，在一系列照明设置下检测标记的最佳焦面偏移量和成像位置偏移量，用检测数据获得的偏移量向量和事先计算好的灵敏度矩阵来计算空间像。 TAMIS技术采用二元掩模标记作为检测标记，在多种照明方式下进行检测。为了提升TAMIS 技术的检测精度，Fan Wang等和Zicheng Qiu等先后提出了基于相移光栅标记的光刻机投影物镜波像差原位检测技术(参见在先技术2，Fan Wang，Xiangzhao Wang，Mingying Ma, Dongqing Zhang,Weijie Shi and Jianming Hu,"Aberration measurement of projection optics in lithographic tools by use of an alternating phase-shifting mask", App 1. Opt. 45,281-287(2006).)和基于平移对称交替相移光栅标记的光刻机投影物镜彗差检测技术(参见在先技术 3, Zicheng Qiu, Xiangzhao Wang, Qiongyan Yuan, Fan Wang, “Coma measurement by use of an alternating phase-shifting mask mark with a specific phase width”，Appl. Opt. 48 (2)，261-269 (2009).)。以上两种技术分别提出了使用相移掩模光栅标记和使用更为复杂的平移对称交替相移光栅标记来提升检测精度。相比在先技术1，在先技术2的检测精度提升了 20%以上。相对在先技术2，在先技术3的检测精度又提高了 15%以上。这两种技术虽然都提升了检测精度，但只是在检测标记上进行了改进，检测原理仍然是基于TAMIS技术。因此其检测的像差种类仍然较少，检测的流程也无法简化。近年来，Nikon公司提出了一种基于多方向标记和空间像傅里叶分析的投影物镜波像差检测技术(参见在先技术 4，Suneyuki Hagiwara, Naoto Kondo, Irihama Hiroshi, Kosuke Suzuki and Nobutaka Magome, “ Development of aerial image based aberration measurement technique" , Proc. SPIE 5754,1659 (2005)) 该技术的检测标记为36个不同方向不同周期的光栅标记，测得的空间像通过傅里叶分析处理，在波像差和不同级次频谱的相位和幅度之间建立线性关系。这种技术由于专门设计了 36个方向周期各不相同的标记，检测像差的种类得以扩展，检测精度也获得很大提升。然而该技术的检测标记需要专门设计，提高了成本，通用性也下降。上海微电子装备有限公司(SMEE)的Anatoly Y. Burov等人提出了一种描述空间像的模型及其在波像差检测中的应用(参见在先技术5，Anatoly Y. Burov, Liang Li， Zhiyong Yang, Fan Wang, Lifeng Duan, "Aerial image model and application to aberration measurement”，Proc. SPIE 7640，(2009))。采用主成分和主成分系数表示空间像，然后根据主成分系数得到像差。这种方法不需要专门设计掩模标记，测量速度快，可以用来检测高阶像差。但是这种方法要求严格知道测量空间像的位置，这就给对准提出了很高的要求，限制了这种方法在实测中的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自适应定心的光刻机投影物镜波像差检测方法。该方法可以自适应地处理有较大偏心的待测空间像，降低了光刻机对准的要求，提高了光刻机投影物镜波像差检测的重复性。本发明的技术解决方案如下一种自适应定心的光刻机投影物镜波像差检测方法，该方法包含如下的步骤(1)设置并启动光刻机，采集待测空间像设置光刻机的照明方式为二级照明、四级照明、传统照明或环形照明中的任意一种；设置照明的部分相干因子为[。。ut，。in]，其中，。。ut表示外部相干因子，。in表示为内部相干因子；设置光刻机的数值孔径为NA ；设置光刻机的掩模标记为O度和90度方向的宽为CD的孤立空；设置光刻机垂轴扫描范围为(-w，w)，垂轴扫描步长为dw，垂轴测量点数为Nx;设置光刻机轴向扫描范围为(_h，h)，轴向扫描步长为dh，轴向测量点数为Nf，根据上述条件启动光刻机，通过像传感器得到O度方向待测空间像I0real，90度方向待测空间像 I1real ；两个方向的待测空间像都是NxXNf大小的矩阵；(2)建立待测空间像对应的主成分和回归矩阵。O度方向的主成分为Stl，回归矩阵为冊。；90度方向的主成分为S1,回归矩阵为RM1 ；
dh(3)对主成分进行插值，得到垂轴步长为，，轴向步长为卩的主成分；O度方向
插值后的主成分为SStl,90度方向插值后的主成分为SS1 ；(4)裁剪空间像，将空间像和/Lri左右都各去掉mMal列，上下都各去掉nMal 行，得到O度方向裁剪后的空间像和90度方向裁剪后的空间像分别为/^‘和I1real;(5)对O度方向裁剪后的空间像/L丨和90度方向裁剪后的空间像进行粗定心，O度和90度方向裁剪后的空间像的粗定心的垂轴起始位置都为-w，轴向起始位置都为_h，垂轴结束位置都为-w+2 · mreal · dw，轴向结束位置都为-h+2 · nreal · dh ；粗定心得到 O度和90度方向空间像垂轴位置估计值和轴向位置估计值；(6)对O度和90度方向空间像位置的估计值进行判断如果垂轴位置估计值与粗定心垂轴起始位置或垂轴结束位置距离小于等于dw，则认为定心位置在左边界上或右边界上；如果轴向位置估计值与粗定心轴向始位置或轴向结束位置小于等于dh，则认为定心位置在上边界上或下边界上；否则定心位置不在边界上；定心在左(或右或上或下)边界上时，对空间像左(或右或上或下)边的数据裁剪一列(或列或行或行)，得到更新后的裁剪空间像/二‘和；重新进行步骤(5)，直到空间像定心位置不在边界上，定心位置不在边界上时0度方向和90度方向空间像分别为/二“和I\ea;，此时得到的0度方向和90度方向空间像的位置估计值分别为(CXQ，CF0)和(CX1, CF1)；(7)对0度方向和90度方向空间像进行精定心，0度方向和90度方向空间像精定
权利要求
1. 一种自适应定心的光刻机投影物镜波像差检测方法，其特征在于该方法包含如下的步骤(1)设置并启动光刻机，采集待测空间像设置光刻机的照明方式为二级照明、四级照明、传统照明或环形照明中的任意一种；设置照明的部分相干因子为[o。ut，0in]，其中，0。ut表示外部相干因子，Oin表示为内部相干因子；设置光刻机的数值孔径为NA ；设置光刻机的掩模标记为O度和90度方向的宽为CD的孤立空；设置光刻机垂轴扫描范围为(_w，w)，垂轴扫描步长为dw，垂轴测量点数为Nx ；设置光刻机轴向扫描范围为(_h，h)，轴向扫描步长为dh，轴向测量点数为Nf，然后启动光刻机， 通过像传感器得到O度方向待测空间像，90度方向待测空间像/Lri ；两个方向的待测空间像都是Nx X Nf大小的矩阵；(2)建立待测空间像对应的主成分和回归矩阵，得到O度方向的主成分为Stl，回归矩阵为冊。；90度方向的主成分为S1,回归矩阵为RM1 ；Awdh(3)对主成分进行插值，得到垂轴步长为，，轴向步长为77的主成分；O度方向插值后ρQ的主成分为SStlAO度方向插值后的主成分为SS1 ；(4)裁剪空间像，将空间像/二和/Lri左右都各去掉Hireal列，上下都各去掉IIreal行，得到0 度方向裁剪后的空间像和90度方向裁剪后的空间像分别为和/Lj/ ；(5)对0度方向裁剪后的空间像/L丨和90度方向裁剪后的空间像/Lj/进行粗定心，0度和90度方向裁剪后的空间像的粗定心的垂轴起始位置都为ι,轴向起始位置都为_h，垂轴结束位置都为-w+2 · mreal · dw，轴向结束位置都为-h+2 · nreal · dh ；粗定心得到0度和90 度方向空间像垂轴位置估计值和轴向位置估计值；(6)对0度和90度方向空间像位置的估计值进行判断如果垂轴位置估计值与粗定心垂轴起始位置或垂轴结束位置的距离小于等于dw，则认为定心位置在左边界上或右边界上；如果轴向位置估计值与粗定心轴向始位置或轴向结束位置的距离小于等于dh，则认为定心位置在上边界上或下边界上；否则定心位置不在边界上；当定心在左(或右或上或下) 边界上时，对空间像左(或右或上或下)边的数据裁剪一列(或列或行或行)，得到更新后的裁剪空间像/二‘和/Lri ；重复步骤(5)，直到空间像定心位置不在边界上，定心位置不在边界上时0度方向和90度方向空间像分别为C和/L；，此时得到的0度方向和90度方向空间像的位置估计值分别为(CXQ，CF0)和(CX1, CF1)；(7)对0度方向和90度方向空间像进行精定心Awdh0度方向和90度方向空间像精定心的垂轴步长为，，轴向步长为；，0度方向空间ρQ像精定心的垂轴起始位置为CXtl-Ck,轴向起始位置为CFfdh，垂轴结束位置为CXjdw，轴向结束位置为CF。+dh ；90度方向空间像精定心的垂轴起始位置为CXfdw，轴向起始位置为 CFfdh，垂轴结束位置为CXfdw，轴向结束位置为CFAdh ；经过精定心得到的空间像位置就是0度方向和90度方向空间像位置的精确值，对应的0度和90度方向主成分系数为和厂；；(8)根据所述的主成分系数。％&，回归矩阵RlVRM1,采用最小二乘法得到待测像差。
2.根据权利要求1所述的自适应定心的光刻机投影物镜波像差检测方法，其特征在于所述的建立待测空间像对应的主成分和回归矩阵的方法，包含如下的步骤1)建立待测空间像对应的仿真空间像集合以光刻机中影响像质的Nz种像差为空间像仿真的训练像差；通过统计方法Box_ Behnken设计仿真空间像集合对应的像差样本矩阵A，A的每一行代表一个样本，A的每一列与一种训练像差对应；仿真空间像的NA、照明方式、部分相干因子、掩模标记、垂轴范围、轴向范围都与待测空间像的相同，然后采用Prolith光刻仿真软件进行仿真，得到O度和90 度的每个像差样本对应的空间像，O度方向所有像差样本对应的空间像构成O度方向的仿真空间像集合IM0,90度方向的所有像差样本对应的空间像构成了 90度方向的仿真空间像集合IM1 ；2)对仿真空间像集合进行主成分分析和线性回归分析，得到主成分和回归矩阵 对仿真空间像集合IMtl进行主成分分析，得到0度方向的主成分Stl，0度方向的主成分系数Ctl ；对主成分系数Ctl与像差样本矩阵A进行线性回归，得到0度方向的回归矩阵RMtl ； 对空间像集合IM1进行主成分分析，得到90度方向的主成分S1，90度方向的主成分系数C1 ； 对主成分系数C1与像差样本矩阵A进行线性回归，得到90度方向的回归矩阵RM115
3.根据权利要求1所述的自适应定心的光刻机投影物镜波像差检测方法，其特征在于所述的粗定心流程包括如下的步骤1)假设O度方向裁剪后的空间像/二‘的当前位置为(-W，-h)；2)从0度方向经过插值的主成分SStl中选出当前位置对应的主成分^^；3)根据对采用最小二乘法拟合得到主成分系数；4)根据当前位置对应的主成分《￥和主成分系数^#，得到拟合空间像为
4.根据权利要求1所述的自适应定心的光刻机投影物镜波像差检测方法，其特征在于所述的精定心流程包括如下的步骤1)假设定心位置不在边界上时，0度方向空间像/L"位置为(CXfdw，CVdh)；2)从0度方向经过插值的主成分中SStl中选出当前位置对应的主成分^^；3)根据《￥对/1；采用最小二乘法拟合得到主成分系数^#；4)根据主成分^^和主成分系数得到拟合空间像为
5.根据权利要求1所述的自适应定心的光刻机投影物镜波像差检测方法，其特征在于所述的最小二乘法得到待测像差的方法，包含如下步骤1)根据O度和90度方向的回归矩阵RMtl和RM1，得到总回归矩阵RM
全文摘要
一种自适应定心的光刻机投影物镜波像差检测方法，首先采集待测空间像，然后得到与待测空间像对应的主成分和回归矩阵，并对主成分插值。待测空间像裁剪之后，经过粗定心流程，待测空间像位置估计值判断流程和精定心流程得到待测空间像对应的主成分系数。根据回归矩阵和主成分系数，采用最小二乘法得到投影物镜的波像差。本发明可以自适应地处理有较大偏心的待测空间像，降低了光刻机对准的要求，提高了光刻机投影物镜波像差检测的重复性。
文档编号G03F7/20GK102314095SQ20111026084
公开日2012年1月11日 申请日期2011年9月5日 优先权日2011年9月5日
发明者徐东波, 杨济硕, 段立峰, 王向朝, 闫观勇 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所