一种基于空间像自适应降噪的投影物镜波像差检测方法，是基于空间像主成份分析的光刻机投影物镜的波像差测量技术的优化方法。本方法通过对同一视场位置的空间像进行重复采集得到相应空间像的噪声权重，再将噪声的权重转化为主成份的权重，利用权重最小二乘法拟合空间像得到具有噪声抑制效果的主成份系数，最后利用泽尼克像差回归矩阵求解投影物镜的波像差。本发明专利技术通过对空间像进行无损的噪声抑制算法优化达到降噪目的，可以使投影物镜波像差的测量精度和重复精度都得到明显提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光刻机，涉及基于空间像主成份分析的投影物镜波像差检测方法，特别是一种。
技术介绍
光刻机是当今世界制造极大规模集成电路最为关键的设备之一。投影物镜作为光刻机的最重要组成部分之一，它的成像质量直接决定光刻机的性能。如何快速、精确的检测光刻机投影物镜的波像差是光刻机技术中最重要的问题之一。目前国际上通用的求解波像差的方法可以分为三类，第一类是基于光刻胶曝光的波像差检测技术，但是这种方法耗时长，成本高，且波像差的求解结果受曝光工艺的影响较大；第二类是基于波面的波像差检测技术，一股可检测37阶泽尼克像差，但集成难度大，适合在投影物镜装校之前对投影物镜进行检测；第三类是基于空间像的波像差检测技术，这种技术速度快、成本低，适合实时检测投影物镜波像差，所述的空间像是指掩模板上的检测标记经光源照射，通过投影物镜后在像面附近空间形成的光强分布。一股使用光电探测器采集光强信号并将其转换成电信号输入计算机进行可视化处理成像。基于空间像主成份分析的波像差检测技术是一种新近提出的基于空间像的波像差现场检测技术。(参见在先技术，Anatoly Y. Bourov, Liang Li, Zhiyong Yang, Fan Wang, Lifeng Duan, Aerial image model and application to aberration measurement, ” Proc. SPIE 7640, 765032 (2010).)在先技术是一种基于物理仿真和统计分析的波像差检测技术。它首先利用物理仿真对空间像进行主成份分析，然后建立主成份系数与泽尼克像差之间的回归矩阵，以仿真和统计分析得到的主成份矩阵和回归矩阵作为模型，对实测空间像进行主成份分解和泽尼克像差回归运算，实现对投影物镜的现场检测。在先技术理论上可以测量& Z37共33阶泽尼克像差，而且具有很高的测量精度和测量速度。但是，由于光刻机是一个非常复杂和灵敏的成像系统，通过该成像系统所成的空间像都会带有各类噪声。根据噪声来源不同可以主要归结为四类，分别是光源的随机噪声， 投影物镜的杂散光，光电探测器的噪声，以及光电探测器定位误差。当采集的空间像含有噪声时，用主成份分解空间像得到的主成份系数就会含有误差，并进一步影响波像差的求解精度和重复精度。为了降低噪声，在先技术采用样条平滑的空间像降噪方法，该方法使用一个二维小方阵遍历空间像矩阵，每遍历一个位置，即算得该方阵内各矩阵元素的平均值作为方阵中心元素对应空间像矩阵元素的新值，这样，通过小面元遍历取均值的方式实现对整幅空间像的平滑。该方法虽然可以抑制光强突变等随机噪声，然而并不能降低光电探测器定位误差等噪声，当系统性能不稳定时，该方法使用的平滑参数并不能随之自动改变，带来欠平滑和过平滑的问题，另外，在使用样条平滑的空间像降噪方法时，空间像的特征会被改变， 需要对建模用的仿真空间像进行同样的样条平滑处理，增加了方法的繁琐性。所以，寻找一种可以自适应且对空间像无损伤的降噪方法非常重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种， 该方法通过抑制空间像噪声在主成份分解过程中的影响，从而提高主成份系数的求解精度，并最终提高波像差求解的精度和重复精度。本专利技术的技术解决方案如下一种，该方法利用的系统包括，产生照明光束的照明光源；能调整照明光源发出光束的束腰尺寸，光强分布，部分相干因子和照明方式的照明系统；能承载测试掩模并拥有精确步进和定位能力的掩模台；能将测试掩模上的检测标记按照一定比例缩放成像的投影物镜；能精确步进和定位的工件台； 安装在工件台上的用于采集检测标记所成空间像的图像传感装置；与所述图像传感装置相连的用于光刻机控制，数据采集和处理的计算机；该方法包括如下步骤①设置光刻机参数，重复采集得到空间像组AIR (Aerial Image Really Collected)；设置照明系统的部分相干因子σ和投影物镜数值孔径ΝΑ，加载测试标记，启动光源；运行测试程序，验证掩模是否正常加载，检验像传感器能否正确扫描捕捉空间像；设置像传感器的采样范围，采样步长以及重复次数等，使像传感器在同一视场位置重复s次采集空间像，得到空间像组AIR ；此时，如果系统是理想的没有误差和噪声的成像系统，则每幅空间像相同位置的像素值应完全一致；如果系统存在误差，则会造成重复采集的两幅空间像在相同位置的像素值有差别，进而导致由同一视场位置重复采集到的各幅空间像解得的波像差不同；其中，每次解得的波像差相对于真值的差别是像差测量的精度， 而由重复采集到的空间像解得的波像差之间的差别是像差测量的重复精度；②计算空间像的噪声权重V;首先，将重复测量采集到的s幅空间像AIIij分别重构成列向量的形式AICj;可以使用MATLAB提供的reshape函数，根据公式⑴将空间像由mXn的矩阵存储形式变为pX 1 的列向量存储形式AICj = reshape (AIRj, [ρ, 1]) (j = 1,2,…，s)(1)其中，ρ = mXn，表示空间像的像素个数；将所有s幅空间像列向量组合成维度是pX s的新矩阵AIM AIMpxs = [AIC1 AICV.. AICs](2)再利用MATLAB的std函数逐行求新矩阵AIM的标准差，按照公式(3)所示得到一个 pXl 的列向量 ain(aerial image noise)ain = std (AIM, 0,2)(3)ain向量可以元素展开为下式形式本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于空间像自适应降噪的投影物镜波像差检测方法，该方法利用的系统包括：产生照明光束的照明光源（１）；能调整照明光源（１）发出光束的束腰尺寸，光强分布，部分相干因子和照明方式的照明系统（２）；能承载测试掩模（３）并拥有精确步进和定位能力的掩模台（４）；能将测试掩模（３）上的检测标记（５）按照一定比例缩放成像的投影物镜（６）；能精确步进和定位的工件台（７）；安装在工件台（７）上的用于采集检测标记（５）所成空间像的图像传感装置（８）；与所述图像传感装置相连的用于光刻机控制，数据采集和处理的计算机（９）；其特征在于该方法包括如下步骤：①设置光刻机参数，重复采集得到空间像组ＡＩＲ：设置照明系统的部分相干因子σ和投影物镜数值孔径ＮＡ，加载测试掩模标记，启动光源；运行测试程序，验证掩模是否正常加载，检验像传感器能否正确扫描捕捉空间像；设置像传感器的采样范围，采样步长以及重复次数等，使像传感器在同一视场位置重复ｓ次采集空间像，得到ｓ幅空间像ＡＩＲｊ的空间像组ＡＩＲ；②计算空间像的噪声权重Ｖ：首先，使用数学工具软件将重复测量采集到的ｓ幅空间像ＡＩＲｊ分别重构成列向量的形式ＡＩＣｊ；如，可以使用ＭＡＴＬＡＢ提供的ｒｅｓｈａｐｅ函数，根据公式（１）将空间像由ｍ×ｎ的矩阵存储形式变为ｐ×１的列向量存储形式：ＡＩＣｊ＝ｒｅｓｈａｐｅ（ＡＩＲｊ，［ｐ，１］）（ｊ＝１，２，…，ｓ）（１）其中，ｐ＝ｍ×ｎ，表示空间像的像素个数；将所有ｓ幅空间像列向量组合成维度是ｐ×ｓ的新矩阵ＡＩＭ：ＡＩＭｐ×ｓ＝［ＡＩＣ１ ＡＩＣ２…ＡＩＣｓ］ （２）再利用数学工具软件，如ＭＡＴＬＡＢ软件提供的ｓｔｄ函数逐行求新矩阵ＡＩＭ的标准差，按照公式（３）所示得到一个ｐ×１的列向量ａｉｎ：ａｉｎ＝ｓｔｄ（ＡＩＭ，０，２） （３）ａｉｎ向量可以元素展开成下式的形式：（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ａｉｎ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｆｅｎｃｅｄｏｐｅｎ＝＇［＇ｃｌｏｓｅ＝＇］＇）?（ｍｔａｂｌｅ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）＆ｓｉｇｍａ；（／ｍｉ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）＆ｓｉｇｍａ；（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｏ）．（／ｍｏ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｏ）．（／ｍｏ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｏ）．（／ｍｏ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）＆ｓｉｇｍａ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｐ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（／ｍｔａｂｌｅ）?（／ｍｆｅｎｃｅｄ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）４（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）其中，列向量ａｉｎ的每一个元素值σｉ就代表空间像在该像素位置采集的误差幅度，用来表征该像素位置的噪声权重；再将ａｉｎ中各元素写成对角阵的形式Ｖｐ×ｐ：将该Ｖｐ×ｐ简写为Ｖ，即所述的空间像噪声权重因子；③建立空间像主成份矩阵ＰＣＭ和泽尼克像差回归矩阵ＺＲＭ：首先按照Ｂｏｘ＿Ｂｅｈｎｋｅｎ ｄｅｓｉｇｎ的统计方式，根据公式（６）建立训练用泽尼克像差库ＺＢ，ＺＢ＝０．１＊ＢＢｄｅｓｉｇｎ（ＺＮ）（ＺＮ＝３，４，…，３３） （６）其中，ＺＮ表示使用的泽尼克像差的个数，系数０．１是训练用泽尼克像差的幅值，ＺＢ是一个Ｎ行ＺＮ列的矩阵，它的每一行表示一组训练用的泽尼克像差；将ＺＢ中的泽尼克像差分别代入光刻仿真软件（ＰＲＯＬＩＴＨ、Ｓｏｌｉｄ－Ｃ等），生成训练用仿真空间像库ＡＩＢ，再基于ＭＡＴＬＡＢ的主成份分析算法ｐｒｉｎｃｏｍｐ分析空间像的主成份，得到仿真空间像主成份矩阵ＰＣＭ和训练用仿真空间像库对应的主成份系数Ｐ６ｃ：［ＰＣｃ，ＰＣＭ，Ｌａｔｅｎｔ］＝ｐｒｉｎｃｏｍｐ（ＡＩＢ）（７）其中，ＰＣｃ是仿真空间像库主成份系数，ＰＣＭ是仿真空间像主成分矩阵，Ｌａｔｅｎｔ是本征值；最后，基于ＭＡＴＬＡＢ的回归分析函数ｒｅｇｒｅｓｓ，按照公式（８）和（９）建立从主成份系数ＰＣｃ到泽尼克像差训练库ＺＢ的泽尼克回归矩阵ＺＲＭ：ｂｊ＝ｒｅｇｒｅｓｓ（ＰＣｃｊ，［１ ＺＢｊ］）（ｊ＝１，２，…，Ｎ） （８）ＺＲＭ＝［ｂ１ ｂ２…ｂｊ…ｂＮ］Ｔ （９）其中...
【技术特征摘要】
1. 一种基于空间像自适应降噪的投影物镜波像差检测方法，该方法利用的系统包括 产生照明光束的照明光源(1)；能调整照明光源(1)发出光束的束腰尺寸，光强分布，部分相干因子和照明方式的照明系统O)；能承载测试掩模(3)并拥有精确步进和定位能力的掩模台⑷；能将测试掩模⑶上的检测标记(5)按照一定比例缩放成像的投影物镜(6)； 能精确步进和定位的工件台(7)；安装在工件台(7)上的用于采集检测标记(5)所成空间像的图像传感装置(8)；与所述图像传感装置相连的用于光刻机控制，数据采集和处理的计算机(9)；其特征在于该方法包括如下步骤①设置光刻机参数，重复采集得到空间像组AIR设置照明系统的部分相干因子ο和投影物镜数值孔径NA，加载测试掩模标记，启动光源；运行测试程序，验证掩模是否正常加载，检验像传感器能否正确扫描捕捉空间像；设置像传感器的采样范围，采样步...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨济硕，王向朝，彭勃，徐东波，闫观勇，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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