基于空间像频谱的光刻投影物镜波像差检测方法

摘要

一种基于空间像频谱的光刻投影物镜波像差检测方法，本发明的特点在于通过频谱匹配进行空间像定心和波像差求解。本发明方法包括1)使用光刻仿真软件PROLITH计算不同泽尼克像差组合对应的仿真空间像，对每幅空间像进行傅里叶变换；2)对仿真空间像频谱集合进行主成分分析，通过线性回归分析在主成分系数和泽尼克系数之间建立回归矩阵；3)运行光刻机的空间像采集程序，完成实测空间像的采集；4)使用频谱定心方法对实测空间像进行定心，将实测空间像的频谱修正为理想位置空间像对应频谱；5)计算投影物镜波像差。本发明可避免空间像差值带来的误差，简化了测试流程，提高了测试精度。

主权项

1.一种基于空间像频谱定心的投影物镜波像差检测方法，本方法利用投影物镜波像差检测系统进行检测，该系统包括产生照明光束的照明光源（1）；可以调整照明光强分布和部分相干因子大小的照明系统（2）；用于承载掩模（3），并具有精确定位能力的掩模台（4）；能将通过测试掩模（3）上的检测标记（5）的光束汇聚到硅片面且数值孔径可调的投影物镜（6）；能承载硅片并具有三维扫描能力和精确定位能力的工件台（7）；安装在工件台上的像传感器（8），与所述像传感器（8）相连并进行数据处理的计算机（9），所述像传感器（8）在垂直于光轴和平行于光轴方向扫描，采集XZ面内的空间像，其特征在于该方法包括以下步骤：1）使用光刻仿真软件PROLITH计算不同泽尼克像差组合对应的仿真空间像，对每幅空间像进行傅里叶变换得到空间像频谱集合：根据实验采集空间像的详细参数，包括照明方式，照明参数，空间像的水平方向和竖直方向采集范围，空间像的水平方向和竖直方向采集点数以及泽尼克像差的变化范围，以及需要测试的泽尼克像差的种类，设置PROLITH的各项参数，通过BBdesign方法生成泽尼克像差组合；将掩模方向设置为0°，运行PROLITH，得到上述泽尼克像差组合对应的多幅空间像，对每幅空间像进行傅里叶变换得到空间像频谱，将所有生成的空间像频谱分别排成一列并组合成仿真空间像频谱集合，设仿真空间像的像素点个数为M个，BB design得到的组合个数为N个，则最后生成0°方向掩模对应的仿真空间像频谱集合：将掩模方向设置为90°，得到90°方向的仿真空间像频谱集合：2）对仿真空间像频谱集合进行主成分分析，通过线性回归分析在主成分系数和泽尼克系数之间建立回归矩阵：以对0°仿真空间像频谱的处理为例，首先对0°方向仿真空间像频谱集合进行主成分分解，得到0°方向仿真空间像频谱对应的主成分与主成分系数，表示如下：[Coeff^0°,Score^0°,Latent^0°]＝princomp(Spectrum^0°)，其中Coeff^0°是0°方向的主成分系数，Score^0°是0°方向的主成分，Latent^0°是0°方向的本征值，反应对应主成分的权重大小；接下来对主成分系数和BB design设计得到的泽尼克像差组合BBGroup之间进行回归分析：第i行主成分系数，为对应的回归系数，将所有回归系数依次组合，得到0°方向的回归矩阵：按照与上述步骤完全相同方式处理90°方向的仿真空间像频谱可以得到90°方向对应的回归矩阵：3）运行光刻机的空间像采集程序，完成实测空间像的采集：运行光刻机配套的伺服软件，设置照明方式，照明参数，投影物镜NA，装载载有检测标记的掩模，完成在硅片面上所有视场点上两个方向标记的空间像采集，L个视场点上的0°空间像集合表示为:其中，表示第k个场点的0°方向的实测空间像；L个视场点上的90°方向的实测空间像集合表示为:4）使用频谱定心方法对实测空间像进行定心，将实测空间像的频谱修正为理想位置空间像对应频谱：首先对所述的实测空间像进行傅里叶变换得到实测空间像频谱，对第k个视场点0°方向的空间像做傅里叶变换得到实测空间像频谱的过程表示为将所述的实测空间像频谱乘以相位因子得到包含位移量的实测空间像频谱：其中，x,z是实测空间像频谱对应的位移量，f_x,f_z是实测空间像频谱垂轴方向和轴向方向的频率间隔，将所述的实测空间像频谱进行压栈处理：将进行了压栈处理的实测空间像频谱左除步骤2）所述的主成分得到实测空间像频谱对应的主成分系数：利用下式计算实测空间像频谱和所述的主成分与所述的实测空间像频谱主成分系数乘积之间的残差，改变x,z的值，残差最小时的x,z值，即为实测空间像偏心位置[z_shift,x_shift]其中是Score^0°矩阵中的第j列，而则表示分解所得的实测空间像频谱主成分系数CoeffEx^0°中第j个系数，H表示定心时所取的所述的主成分的个数,其取值由求解的泽尼克像差种类决定；确定实测空间像的偏移位置后，在频谱上乘以相应的相位偏移从而将所述的实测空间像频谱修正为无偏心的理想空间像频谱通过压栈操作将修正后的频谱重新排成一列，则所有视场点上的经过修正的实测空间像频谱集合Spectrum^0°为：5）计算投影物镜波像差：通过下式求解所有视场点上实测空间像频谱对应的主成分系数：PCCoeff^0°＝Score^0°/Spectrum^0°，然后用以下公式计算得到投影物镜0°方向的波像差：Z^0°＝RM^0°/PCCoeff^0°,同样投影物镜90°方向波像差：Z^90°＝RM^90°/PCCoeff^90°。