光刻机空间像噪声评估及滤波方法转让专利
申请号 : CN201110164996.6
文献号 : CN102221789B
文献日 : 2012-11-14
发明人 : 徐东波 , 王向朝 , 彭勃 , 闫观勇 , 段立峰
申请人 : 中国科学院上海光学精密机械研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种光刻机空间像噪声评估及滤波方法,该方法利用的测量系统包括照明光源、照明系统、掩模台、投影物镜、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及与该空间像传感器相连的计算机,其特征在于该方法包括以下步骤:(1)采集测试标记的空间像:
采集选定光刻机照明系统的照明方式及其的部分相干因子,投影物镜的数值孔径NA,在掩模台上安置测试掩模,该测试掩模的视场点数为P,每个视场点对应测试掩模上的一个测试标记,该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,每个视场点的空间像采样次数为T;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方向采样点数为N,所述的L的取值范围为:3000nm≥L≥450nm;F的取值范围为5000nm≥F≥2000nm;M的取值范围为M≥20,N的取值范围为N≥13;
启动光源,调整照明系统,使光源发出的光经照明系统得到相应的照明方式,照射在掩模台上的测试掩模上,所述的空间像传感器采集测试掩模上的测试标记经投影物镜所成的空间像并能输入所述的计算机;
利用空间像传感器对每个测试标记孤立空图形位于0°方向和90°方向时分别各采集T幅空间像;将采集的空间像送入所述的计算机储存;
(2)建立空间像噪声标准差和空间像理想光强:
计算机对0°方向P个视场点的空间像,按常规方法求得每个视场点的空间像0°方向p噪声标准差STD0,p=1,2,3,…,P,以及每个视场点的空间像0°方向光强平均值,记为0°p方向理想光强I0,p=1,2,3,…,P;对90°方向P视场点数的空间像,同样按常规方法求得p每个视场点的空间像90°方向噪声标准差STD90,p=1,2,3,…,P和每个视场点对应的空间p像90°方向理想光强I90,p=1,2,3,…,P;
(3)对所述的空间像噪声标准差进行主成分分析:
p
对所述的空间像0°方向噪声标准差SID0 按常规方法进行主成分分析,得到空间像
0°方向噪声标准差SID0p的主成分 i=1,2,3,…,P,根据空间像0°方向噪声标准差主成分 的组成,得出空间像0°方向噪声源,主要包括:空间像传感器对空间像0°方向理想光p p强I0,p=1,2,3,…,P的响应噪声,空间像0°方向理想光强I0,p=1,2,3,…,P沿X方向快速p变化时引进的梯度噪声 及空间像0°方向理想光强I0,p=1,2,3,…,P沿Z方向快速变化时引进的梯度噪声 依此建立空间像0°方向噪声标准差分布模型为:
p
其中:a0为空间像传感器对0°方向理想光强I0 的响应噪声权重系数,b0为0°方向p理想光强I0 沿X方向快速变化时引进的梯度噪声 的权重系数,c0为0°方向理想光强pI0 沿Z方向快速变化时引进的梯度噪声 的权重系数;对上式采用线性回归拟合,得到
0°方向权重系数a0,b0,c0;
对所述的空间像90°方向噪声标准差STD90p,同样建立空间像90°方向噪声标准差分布模型为:其中:a90为空间像传感器对90°方向理想光强I90p的响应噪声权重系数,b90为90°p方向理想光强I90 沿X方向快速变化时引进的梯度噪声 的权重系数,c90为90°方向p理想光强I90 沿Z方向快速变化时引进的梯度噪声 的权重系数;对上式采用线性回归拟合的方式求取90°方向的权重系数a90,b90,c90;
(4)利用最佳平滑因子对空间像进行二维样条平滑滤波,得到滤除噪声的空间像:掩模上孤立空图形位于0°方向时,对视场点p,p=1,2,3,…,P采样得到的T幅空间像选用常规的二维样条平滑方法进行滤波,由于用二维样条平滑方法进行滤波需要确定平滑因子,首先任意给定一个平滑因子,对含噪声的空间像进行样条平滑,滤除的空间像p噪声记为 按常规方法求其标准差为STDNs,p=1,2,3,…,P,求得的标准差pSTDNs,p=1,2,3,…,P与(1)式得到的噪声标准差相减,取差的绝对值的平均值有Eij代表矩阵E中各元素,Es为矩阵E中所有元素求和的结果,不断改变平滑因子的取值,重复上述步骤,当Es取最小值时的平滑因子即为要寻找的最佳平滑因子;掩模上孤立空图形位于90°方向时计算方法相同;
得到最佳平滑因子后,利用最佳平滑因子对空间像进行二维样条平滑滤波,即可滤除空间像的噪声,得到滤除噪声的空间像。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的视场点数P≥2,所述的每个视场点的采样次数T≥2。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的照明方式为传统照明、环形照明、二极照明或四级照明,部分相干因子取值范围为:传统照明0.31≤σ≤0.80;环形照明:外环0.31≤σout≤0.88,内环0.031≤σin≤0.64且环带宽度σw=σout-σin≥0.1;
二 级 照 明:外 环0.31 ≤σout≤ 0.88,内 环0.031≤ σin≤ 0.64,环 带 宽 度σw=σout-σin≥0.1,开孔角度10°≤OPA≤45°;四极照明:外环0.31≤σout≤0.88,内环0.031≤σin≤0.64,环带宽度σw=σout-σin≥0.1,开孔角度OPA,10°≤OPA≤45°。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,对空间像噪声的分析采用了主成分分析的方法,根据其主成分组成识别噪声源。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述测试掩模上的标记图形由一组孤立空图形组成,图形位于0°方向和90°方向,图形线宽为250nm,周期为3000nm。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述投影物镜为全透射式投影物镜,投影物镜的数值孔径值为0.45≤NA≤0.75。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述空间像传感器为CCD或透射像传感器,所述空间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。
说明书 :
光刻机空间像噪声评估及滤波方法
技术领域
背景技术
质量、光刻分辨率以及关键尺寸(CD)均匀性等光刻技术指标,因此投影物镜波像差是光刻
机中最关键的检测指标之一。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泽尼克像差的原位检测技术具有更加重要的
意义。
术中,TAMIS(在先技术1)技术是具有代表性的一种(H.van der Laan,M.Dierichs,
H.van Greevenbroek,E.McCoo,F.Stoffels,R.Pongers and R.Willekers,“Aerial
image measurement methods for fast aberration set-upand 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。
Liu,Tingting Zhou,Lijuan Wang,″Aerial image based techniquefor measurement
of lens aberrations up to 37th Zernike coefficient inlithographic tools under
partial coherent illumination″,Opt.Express17(21),19278-19291(2009).)。上海微
电子装备有限公司提出了一种用空间像模型来测量波像差的方法(在先技术3,Anatoly
Y.Burov,LiangLi,Zhiyong Yang,Fan Wang,Lifeng Duan,″Aerial image model and
application to aberrationmeasurement″,Proc.SPIE 7640,764032(2010)),这一方法
通过设计泽尼克系数组合,生成大量的空间像,形成一个空间像集合,对这一组空间像集合
做主成分分析,从而建立了一种空间像和泽尼克系数之间的线性模型,在仿真实验中这种
方法可以很好的求出泽尼克像差,但在工程应用中由于空间像在测量过程中被噪声污染,
泽尼克像差求解的重复精度很难满足工程要求,这就需要对空间像的噪声源,噪声分布及
强度进行评估,并设计一种滤波方法来尽量滤除测量噪声对泽尼克像差求解结果的影响。
和重复精度。
发明内容
高了泽尼克像差的求解精度与求解重复性。
上的一个测试标记,该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,每个视场点的空间像采样次数为T;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;
成的空间像并能输入所述的计算机;
方向噪声标准差STD0,p=1,2,3,…,P,以及每个视场点的空间像0°方向光强平均值,
p
记为0°方向理想光强I0,p=1,2,3,…,P;对90°方向P视场点数的空间像,同样按常
p
规方法求得每个视场点的空间像90°方向噪声标准差STD90,p=1,2,3,…,P和每个视
p
场点对应的空间像90°方向理想光强I90,p=1,2,3,…,P;
差主成分 的组成,得出空间像0°方向噪声源,主要包括:空间像传感器对空间像0°方向
p p
理想光强I0,p=1,2,3,…,P的响应噪声,空间像0°方向理想光强I0,p=1,2,3,…,
P沿X方向快速变化时引进的梯度噪声 p=1,2,3,…,P,及空间像0°方向理想光
强I0p,p=1,2,3,…,P沿Z方向快速变化时引进的梯度噪声 p=1,2,3,…,P,依
此建立空间像0°方向噪声标准差分布模型为:
方向理想光强I0 沿X方向快速变化时引进的梯度噪声 的权重系数,c0为0°方向理想
p
光强I0 沿Z方向快速变化时引进的梯度噪声 的权重系数;对上式采用线性回归拟合,
得到0°方向权重系数a0,b0,c0;;
p
方向理想光强I90 沿Z方向快速变化时引进的梯度噪声 的权重系数;对上式采用线性
回归拟合的方式求取90°方向的权重系数a90,b90,c90;
确定平滑因子,首先任意给定一个平滑因子,对含噪声的空间像进行样条平滑,滤除的空间
p p
像噪声记为Nst,t=1,2,…,T,按常规方法求其标准差为STDNs,p=1,2,3,…,P,求得
p
的标准差STDNs,p=1,2,3,…,P与(1)式得到的噪声标准差相减,取差的绝对值的平均
值有
立空图形位于90°方向时计算方法相同;
内环0.031≤σin≤0.64且 环带宽 度σw=σout-σin≥0.1;二级照 明:外 环
in
0.31≤σout≤0.88,内环0.031≤σin≤0.64,环带宽度σw=σout-σ ≥0.1,开孔角
度10°≤OPA≤45°;四极照明:外环0.31≤σout≤0.88,内环0.031≤σin≤0.64,环
带宽度σw=σout-σin≥0.1,开孔角度10°≤OPA≤45°。
对空间像无需去寻找中心。
附图说明
具体实施方式
束的照明系统2、测试掩模4、承载测试掩模4并能精确定位的掩模台5、测试掩模上的测试
标记3、对测试标记3进行空间像成像的投影物镜6、能精确定位的六维扫描工件台8及安
装在六维扫描工件台上的空间像传感器7、与空间像传感器相连的数据处理计算机9。空间
像传感器在图中虚线框表示的范围内可以对空间像进行扫描,采集空间像数据。本发明采
用的空间像传感器上自带通用数据接口,直接采集和记录数据送计算机。
装载载有检测标记的掩模,测试能否正常采集空间像。如果测试失败,检查光刻机设置,直
到能够在硅片面正常捕捉到检测标记的空间像。空间像采集测试成功后,设置要采集的视
场点数P=11,空间像采集范围:X方向采样范围为[-900nm,900nm],Z方向采样范围为
[-3500nm,3500nm],空间像采样点数:X方向采集点数M=62,Z方向采集点数N=57,每个
视场点的空间像采样次数T=20,运行程序,完成在硅片面上所有视场点上标记两个方向
的空间像采集。采集完成以后检查空间像存储数据文件是否正常,有无遗漏,如数据正常且
无遗漏,则将所有数据文件上传至服务器,以便后续处理,否则重新进行数据采集。
20,则每个标记孤立空图形位于0°方向和90°方向时分别采得20幅空间像;掩模上孤立
p
空图形位于0°方向时,按常规方法求得每个视场点的空间像噪声标准差STD0,p=1,2,
p
3,…,11(如图4),以及每个视场点的空间像光强平均值,记为理想光强I0,p=1,2,3,…,
11;掩模上孤立空图形位于90°方向时,同样按常规方法求得每个视场点的空间像噪声标
p p
准差STD90,p=1,2,3,…,11和每个视场点对应的理想光强I90,p=1,2,3,…,11;
解过程,给出具体实施方式。
p
每个视场点按常规方法求得空间像噪声标准差STD0,p=1,2,3,…,11,为一个57×62的
p
矩阵,11个视场点共可得到11个57×62的矩阵。对于一个空间像噪声标准差矩阵STD0,
p=1,2,3,…,11,可表示为如下形式:
Vs011,向量Vs0i为:
S,…,S,…S ,由矩阵S0,i=1,2,…,11的组成得出空间像的噪声源主要有空间像传
p p
感器对理想光强I0,p=1,2,3,…,11的响应噪声,理想光强I0,p=1,2,3,…,11沿X
p
方向快速变化时引进的梯度噪声 p=1,2,3,…,11(如图5),及理想光强I0,p=1,
2,3,…,11沿Z方向快速变化时引进的梯度噪声 p=1,2,3,…,11(如图6),依此
建立空间像的噪声标准差分布模型为:
想光强I0,p=1,2,3,…,11沿X方向快速变化时引进的梯度噪声 p=1,2,3,…,
p
11的权重系数,c0为理想光强I0,p=1,2,3,…,11沿Z方向快速变化时引进的梯度噪声
p=1,2,3,…,11的权重系数;
为理想光强I90,p=1,2,3,…,11沿X方向快速变化时引进的梯度噪声 p=1,2,
p
3,…,11的权重系数,c90为理想光强I90,p=1,2,3,…,11沿Z方向快速变化时引进的
梯度噪声 p=1,2,3,…,11的权重系数;
0°方向时,对视场点p,p=1,2,…,11,对应的空间像噪声的标准差STD0,p=1,2,3,…,
p
11,理想光强为I0,p=1,2,3,…,11,其矩阵分别为:
变化时引进的梯度噪声 p=1,2,3,…,11,以及理想光强I0,p=1,2,3,…,11沿Z
方向快速变化时引进的梯度噪声 p=1,2,3,…,11,gradient函数的调用格式为:
光强I0 沿Z方向梯度 的绝对值。梯度噪声 记为GIX,梯度噪声 记为GIZ :
870.5,900,900,…,900] (26)
T
滑函数spaps对空间像光强 进行二维样条平滑滤波,函数spaps二样条平滑滤波的调用
格式为:
强。w0从0开始增加,每次的增加量dw0=0.5,对每个视场点p,p=1,2,…,11掩模上孤
p
立空图形位于0°方向时的20幅空间像进行平滑滤波,每幅空间像滤除的噪声记为Nst,t
p p
=1,2,…,20,按常规方法求取滤除噪声Nst,t=1,2,…,20的标准差STDNs,求得的标
p
准差STDNs,p=1,2,3,…,P与(9)式得到的噪声标准差相减,取差的绝对值的平均值有
其中Eij代表矩阵E中各元素,Es为矩阵E中各元素
求和的结果,当Es取最小值时,此时的w0即为最佳平滑因子,得w0=5,在w0=5时求得的
最平滑的B-样条函数sp后,把含有噪声空间像光强相应格点的光强值替换为B-样条函数
sp在该点的取值,通过调用Matlab中的函数fnval实现,fnval的调用格式为:
p
平滑因子w90=3,滤除孤立空图形位于90°方向时的光强。利用基于空间像模型的滤除噪
p
声的空间像光强It(如图8),用空间像模型来测量波像差的方法求解泽尼克系数,可以有
效提高泽尼克像差的求解精度与求解重复性。