一种用于光刻机的基于空间像主成分拟合定心的光刻投影物镜波像差检测系统及检测方法，本发明专利技术通过主成分拟合找到空间像实测位置与名义位置的偏移量，从而得到空间像的主成分系数和波像差。所述方法首先是仿真一组空间像，对空间像进行主成分分析和线性回归得到主成分和回归矩阵，并得到主成分与仿真空间像坐标的样条插值函数。对X-Z面用像传感器扫描获得光刻机硅片面的空间像分布，首先通过定心流程得到该空间像实测位置与名义位置的偏移量，然后计算其对应的主成分系数。根据回归矩阵和主成分系数，采用最小二乘法拟合求解波像差。本发明专利技术补偿了空间像的定心误差，提高了求解的重复精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光刻机，特别是一种用于光刻机的基于空间像主成分拟合定心的。
技术介绍
投影物镜是光刻机系统的核心部件之一。投影物镜中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, ” Appl. 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等人提出了一种空间像的模型和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20个主成分表示空间像，并根据各个主成分的系数得到33阶像差的20个组合作为表示像差的一种方法。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坐标，这就给对准提出了很高的要求，限制了这种方法的应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于光刻机的基于空间像主成分拟合定心的，该方法通过定心流程，补偿了光刻机空间像位置测量误差，提高了测试的重复精度。本专利技术的技术解决方案如下一种用于光刻机的基于主成分拟合定心的光刻投影物镜波像差检测系统，包括产生照明光束的照明光源；可以调整照明光强分布和部分相干因子大小的照明系统；用于承载掩模，并具有精确定位能力的掩模台；能将通过测试掩模上的检测标记的光束汇聚到硅片面且数值孔径可调的投影物镜；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；安装在工件台上的像传感器，与所述像传感器相连并进行数据处理的计算机，其特点在于所述检测标记由一组分别位于O度和90度方向孤立空图形组成，图形的线宽为 250nm，周期为 3000nm ；所述的像传感器为CCD或透射像传感器，所述像传感器能够在水平方向和垂直方向进行扫描，水平方向和垂直方向定位精度都小于20nm。利用上述基于主成分拟合定心的光刻投影物镜波像差检测系统检测波像差的方法，包括以下步骤(1)仿真空间像集合确定需要求解的波像差种类为Z7 Z9，或者Z7 Z9和Z14 Z16，或者Z7 Z9 和其它像差共Nz种波像差；设置需要求解的波像差的幅值为a ；对于需要求解的波像差，通过统计方法BoX_Behnken设计像差组合得到一个矩阵B，B的每一行代表一种组合，B的每一列与一种需要求解的波像差对应，B的总行数就是设计的像差组合的总个数，每一组像差组合中需要求解的波像差的值即像差组合矩阵A = a · B中每行的值；投影物镜数值孔径为NA;设置照明方式为传统照明或环形照明，传统照明条件下部分相干因子为ο，环形照明条件下，部分相干因子为，其中，o。ut表示外部相干因子，Qin表示为内部相干因子；设置掩模标记为O度方向和90度方向的宽为250nm的孤立空；设置空间像垂轴方向采集长度为w，采集步长为dw，采集范围与工件台中心对称，垂轴方向的采集位置构成了向量X，向量X的长度为Nx ；设置空间像沿轴向采集长度为h，采集步长为dh，采集范围与轴向中心对称，轴向采集位置构成了向量F，向量F本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于光刻机的基于主成分拟合定心的光刻投影物镜波像差检测系统，该系统包括产生照明光束的照明光源；照明系统；用于承载掩模，并具有精确定位能力的掩模台；能将通过测试掩模上的检测标记的光束汇聚到硅片面且数值孔径可调的投影物镜；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；安装在工件台上的像传感器，与所述像传感器相连并进行数据处理的计算机；其特征在于：所述检测标记由一组分别位于０度和９０度方向孤立空图形组成，图形的线宽为２５０ｎｍ，周期为３０００ｎｍ；所述的像传感器为ＣＣＤ等光电转换器件，所述像传感器能够在水平方向和垂直方向进行扫描，水平方向和垂直方向定位精度都小于２０ｎｍ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：闫观勇，王向朝，彭勃，徐东波，段立峰，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31
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