CN110764372B - 浸没光刻机偏振像差检测***的标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种浸没光刻机偏振像差检测***的标定方法，属于光学检测领域。该检测***中的PSG由偏振片和宽角四分之一波片构成，该设计适用于大角度入射。本征值标定过程中，标定样品采用宽角四分之一波片满足大角度入射时本征值标定方法运行的条件，可以实现高数值孔径偏振成像***的标定。此外，该标定方法中，在各步骤中的标定样品联合使用的传统四分之一波片和宽角四分之一波片进行标定的策略；不仅实现了偏振态产生器和偏振态分析器的标定，还完成了准直镜的标定，该策略适用于任意高数值空孔径成像***偏振像差的标定，扩大了适用范围，操作简单、可行性强、标定精度高。

Description

浸没光刻机偏振像差检测***的标定方法
技术领域
本发明属于光学检测技术领域，特别涉及浸没光刻机偏振像差检测***的标定方法。
背景技术
用于制造大规模集成电路的核心设备是光刻机，光刻机的核心部件是投影光刻物镜。集成电路节点的推进促使光刻物镜数值孔径(NA)不断增大，当NA增大到一定程度时，成像光束的偏振态对成像质量的影响变得不可忽略，需要对投影物镜偏振像差进行精确测量，进而对其进行合理控制，提高其成像性能。
相关专利(中国专利CN103197512A)和(CN104281011A)公开了获取光刻投影***偏振像差的方法，但是这些方法只能检测出投影***偏振像差的部分信息，不能用于实际光刻投影物镜偏振像差的测量。文献(Nomura,H.,and Higashikawa,I.,“Mueller matrixpolarimetry for immersion lithography tools with a polarization monitoringsystem at the wafer plane,”Proc.SPIE 7520,752012,(2009).)提出了利用穆勒矩阵偏振仪对投影物镜偏振像差进行在线测量，该穆勒矩阵偏振仪由偏振掩模，准直镜，四分之一波片，偏振分束棱镜和CCD构成，其中，偏振掩模作为偏振态产生器PSG，由四片式偏振片和四片式宽角四分之一波片共同构成，且偏振片在前，波片再后；准直镜将投影物镜的光瞳耦合到CCD光敏面上，并将高NA成像光束准直成平行光束；四分之一波片和偏振分束棱镜构成偏振态分析器PSA，其通过傅里叶分析法分析准直镜后平行光束的Stokes参量。测量过程中，PSG总共产生16中已知偏振态的入射光束，并以用PSA和CCD相机测量每种入射光束从准直镜出射后的Stokes参量，对入射和出射Stokes参量进行数学运算便可获得投影物镜的穆勒矩阵。
然而，该测量方法没有考虑仪器的标定，且测量得到的穆勒矩阵包含了准直镜的影响，目前，没有成熟可行的方法进行准直镜的标定。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种浸没光刻机偏振像差检测***的标定方法，不仅实现了偏振态产生器和偏振态分析器的标定，还完成了准直镜的标定，并且该标定方法中，在各步骤中的标定样品联合使用的传统四分之一波片和宽角四分之一波片进行标定的策略。
实现本发明的技术方案如下：
一种浸没光刻机偏振像差检测***，所述浸没光刻机偏振像差检测***主要包括照明装置、偏振态产生器PSG、投影物镜、与投影物镜耦合的准直镜、偏振态分析器PSA及CCD探测器；其中，偏振态产生器PSG由偏振片和宽角四分之一波片组成,这是因为投影物镜物方数值孔径较大，掩模处照明光束的入射角非正入射，传统四分之一波片会产生的相位延迟误差；偏振态分析器PSA由传统四分之一波片和偏振棱镜组成。
设偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA的仪器矩阵分别为G和A，投影物镜与投影物镜耦合的准直镜的Mueller矩阵分别为为Mp和Mc。
浸没光刻机偏振像差检测***的标定方法，其特征在于：
步骤一：利用复合标定法是将傅里叶分析法和本征值标定方法结合起来对浸没光刻机偏振像差检测***进行标定；
1.1、傅里叶分析法用于标定偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA，并得到仪器矩阵G和A，通过求得偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA中的波片和的快轴方位角误差ε1和ε2，延迟量误差ε4和ε5，及偏振态分析器PSA中偏振棱镜的透光轴方位角误差ε3；用来求解偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA的仪器矩阵G和A；
具体步骤如下：
1.1.1、旋转偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA中波片对空气进行测量，其中偏振态产生器PSG中宽角四分之一波片的旋转角度与偏振态分析器PSA中四分之一波片的旋转角度比为1：5；
设，其中偏振态产生器PSG中宽角四分之一波片的延迟量为δ1，偏振态分析器PSA中四分之一波片的延迟量为δ2，如下式：
Figure BDA0002267914260000031
根据式(2)，可以求得偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA中器件的误差，即偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA中的波片的快轴方位角误差ε1和ε2，延迟量误差ε4和ε5，及偏振态分析器PSA中偏振棱镜的透光轴方位角误差ε3。
Figure BDA0002267914260000041
其次，将求出的以上误差带入到求偏振态产生器PSG与偏振态分析器PSA的仪器矩阵G和A中，便完成了偏振态产生器PSG与偏振态分析器PSA的标定，即得到偏振态产生器PSG与偏振态分析器PSA的仪器矩阵G和A中。
步骤二，运用与步骤一不同的方法，求得偏振态产生器PSG与偏振态分析器PSA的仪器矩阵G和A，即利用多步本征值标定法对浸没光刻机偏振像差检测***进行标定，得到仪器矩阵G和A；
将标定样品S分别放置在偏振态产生器PSG和投影物镜之间，准直镜和偏振态分析器PSA之间，各进行一次本征值标定方法，然后根据矩阵运算，求解出仪器矩阵G和A。
具体步骤如下：
2.1：将标定样品S放置在偏振态产生器PSG和投影物镜之间，其中，偏振态产生器PSG作为一组，其仪器矩阵为M21；投影物镜，准直镜和偏振态分析器PSA作为一组,其仪器矩阵为M22，其中，M21和M22可以表示为：
M21＝G, (7)
M22＝A·Mc·Mp. (8)
进行一次本征值标定，获得M21和M22。
2.2：将标定样品S放置在准直镜和偏振态分析器PSA之间，其中，偏振态产生器PSG和投影物镜和准直镜作为一组，其仪器矩阵为M23；将偏振态分析器PSA作为一组,其仪器矩阵为M24，其中，M23和M24表示为：
M23＝Mc·Mp·G, (9)
M24＝A. (10)
再进行一次本征值标定，从公式(7)和(10)中通过矩阵M21和M24，得到偏振态产生器PSG和偏振态分析器的仪器矩阵G和A。
将步骤一或步骤二的结果带入步骤三，完成准直镜的标定，即获得准直镜的Mueller矩阵Mc，最终精确获得投影物镜偏振相差即Mp。
步骤三的具体步骤为：
3.1将标定样品S放置在投影物镜和准直镜之间进行本征值标定，在此过程中，将偏振态产生器PSG和投影物镜作为一组，设其仪器矩阵为M11，将准直镜和偏振态分析器PSA作为另一组，设其仪器矩阵为M12。则M11和M12可以表示为：
M11＝Mp·G, (3)
M12＝A·Mc. (4)
用本征值标定方法，求得M11和M12。
3.2结合步骤一或步骤二中求得的偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA的仪器矩阵G和A，再通过矩阵运算可以获得Mp和Mc，如下式所示：
Mp＝M11·G-1, (5)
Mc＝A-1·M12. (6)
在此，完成浸没光刻机偏振像差检测***的标定，即获得了偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA的仪器矩阵G和A，准直镜的Mueller矩阵Mc，最终精确获得投影物镜的偏振相差即Mp。
一般而言，标定样品S选择已有公开文献给出的最优参考样品：空气、透光轴方向为水平方向的偏振片、透光轴方向为垂直方向的偏振片和快轴方位角为30°的四分之一波片；但在本发明中值得注意的是：步骤三中的标定样品为空气、偏振片和宽角四分之一波片；而步骤二中的2.1中标定样品为空气、偏振片和宽角四分之一波片，2.2中的标定样品为空气、偏振片和常规四分之一波片。
有益效果：
1、本发明提供了浸没光刻机偏振像差检测***的标定方法，不仅实现了偏振态产生器和偏振态分析器的标定，还完成了准直镜的标定，最终可精确获取投影物镜偏振像差的全部信息。
2、本发明的浸没光刻机偏振像差检测***本征值标定中，标定样品中的波片采用宽角四分之一波片，适用于大角度入射，满足大角度入射时本征值标定方法运行的条件，可以实现高数值孔径偏振成像***的标定。并且该标定方法中，在各步骤中的标定样品联合使用的传统四分之一波片和宽角四分之一波片进行标定的策略，该策略适用于任意高数值空孔径成像***偏振像差的标定，扩大了适用范围，可操作性增强。
附图说明
图1为浸没光刻机投影物镜偏振像差检测***示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
浸没光刻机偏振像差检测***，其特征在于：
图1中所述浸没光刻机偏振像差检测***主要包括照明装置101、偏振态产生器PSG102、投影物镜103、与投影物镜耦合的准直镜104、偏振态分析器PSA105及CCD探测器106；其中，偏振态产生器PSG102由偏振片221和宽角四分之一波片222组成,这是因为投影物镜103物方数值孔径较大，掩模处照明光束的入射角非正入射，传统四分之一波片会产生的相位延迟误差；偏振态分析器PSA105由传统四分之一波片321和偏振棱镜322组成。
设偏振态产生器PSG102和偏振态分析器PSA105的仪器矩阵分别为G和A，投影物镜103与投影物镜耦合的准直镜104的Mueller矩阵分别为为Mp和Mc。
浸没光刻机偏振像差检测***的标定方法，其特征在于：
步骤一：利用复合标定法是将傅里叶分析法和本征值标定方法结合起来对浸没光刻机偏振像差检测***进行标定；
其中，傅里叶分析法用于标定偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA，并得到其仪器矩阵G和A，然后再结合本征值标定法与矩阵运算可以标定出与投影物镜耦合的准直镜的偏振像差即Mc，同时，也可以精确获得投影物镜的偏振像差即Mp。
1.1、傅里叶分析法用于标定偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA，并得到仪器矩阵G和A。具体步骤如下：
1.1.1旋转偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA中波片对空气进行测量，其中偏振态产生器PSG中宽角四分之一波片的旋转角度与偏振态分析器PSA中四分之一波片的旋转角度比为1：5；
首先，求得偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA中的波片和的快轴方位角误差ε1和ε2，延迟量误差ε4和ε5，及偏振态分析器PSA中偏振棱镜的透光轴方位角误差ε3；用来求解偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA的仪器矩阵G和A；
设，其中偏振态产生器PSG中宽角四分之一波片的延迟量为δ1，偏振态分析器PSA中四分之一波片的延迟量为δ2，如下式：
Figure BDA0002267914260000081
根据式(2)，可以求得偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA中器件的误差，即偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA中的波片的快轴方位角误差ε1和ε2，延迟量误差ε4和ε5，及偏振态分析器PSA中偏振棱镜的透光轴方位角误差ε3。
Figure BDA0002267914260000082
其次，将求出的以上误差带入到求偏振态产生器PSG与偏振态分析器PSA的仪器矩阵G和A中，便完成了偏振态产生器PSG与偏振态分析器PSA的标定，即得到偏振态产生器PSG与偏振态分析器PSA的仪器矩阵G和A中。
步骤二，运用与步骤一不同的方法，求得偏振态产生器PSG与偏振态分析器PSA的仪器矩阵G和A，即利用多步本征值标定法对浸没光刻机偏振像差检测***进行标定，得到仪器矩阵G和A；
将标定样品S分别放置在偏振态产生器PSG和投影物镜之间，准直镜和偏振态分析器PSA之间，各进行一次本征值标定方法，然后根据矩阵运算，求解出仪器矩阵G和A。
具体步骤如下：
2.1：将标定样品S放置在偏振态产生器PSG和投影物镜之间，其中，偏振态产生器PSG作为一组，其仪器矩阵为M21；投影物镜，准直镜和偏振态分析器PSA作为一组,其仪器矩阵为M22，其中，M21和M22可以表示为：
M21＝G, (7)
M22＝A·Mc·Mp. (8)
进行一次本征值标定，可以获得M21和M22。
2.2：将标定样品S放置在准直镜和偏振态分析器PSA之间，其中，偏振态产生器PSG和投影物镜和准直镜作为一组，其仪器矩阵为M23；将偏振态分析器PSA作为一组,其仪器矩阵为M24，其中，M23和M24可以表示为：
M23＝Mc·Mp·G, (9)
M24＝A. (10)
再进行一次本征值标定，从公式(7)和(10)中可以通过矩阵M21和M24，得到偏振态产生器PSG和偏振态分析器的仪器矩阵G和A。
将步骤一或步骤二的结果带入步骤三，完成准直镜的标定，即获得准直镜的Mueller矩阵Mc，最终精确获得投影物镜偏振相差即Mp。
步骤三的具体步骤为：
3.1将标定样品S放置在投影物镜和准直镜之间进行本征值标定，在此过程中，将偏振态产生器PSG和投影物镜作为一组，设其仪器矩阵为M11，将准直镜和偏振态分析器PSA作为另一组，设其仪器矩阵为M12。则M11和M12可以表示为：
M11＝Mp·G, (3)
M12＝A·Mc. (4)
用本征值标定方法，可以求得M11和M12。
3.2结合步骤一或步骤二中求得的偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA的仪器矩阵G和A，再通过矩阵运算可以获得Mp和Mc，如下式所示：
Mp＝M11·G-1, (5)
Mc＝A-1·M12. (6)
在此，完成浸没光刻机偏振像差检测***的标定，即获得了偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA的仪器矩阵G和A，准直镜的Mueller矩阵Mc，最终精确获得投影物镜的偏振相差即Mp。
一般而言，标定样品S选择已有公开文献给出的最优的参考样品：空气、透光轴方向为水平方向的偏振片、透光轴方向为垂直方向的偏振片和快轴方位角为30°的四分之一波片；但在本发明中值得注意的是：步骤三中的标定样品为空气、偏振片和宽角四分之一波片；而步骤二中的2.1中标定样品为空气、偏振片和宽角四分之一波片，2.2中的标定样品为空气、偏振片和常规四分之一波片。
综上所示，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种浸没光刻机偏振像差检测***的标定方法，其特征在于：所述浸没光刻机偏振像差检测***主要包括照明装置、偏振态产生器PSG、投影物镜、与投影物镜耦合的准直镜、偏振态分析器PSA及CCD探测器；其中，偏振态产生器PSG由偏振片和宽角四分之一波片组成,偏振态分析器PSA由传统四分之一波片和偏振棱镜组成；
所述的一种浸没光刻机偏振像差检测***的标定方法为：
步骤一、利用复合标定法是将傅里叶分析法和本征值标定方法结合起来对浸没光刻机偏振像差检测***进行标定；
1.1、傅里叶分析法用于标定偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA，并得到仪器矩阵G和A，通过求得偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA中的波片和快轴方位角误差ε1和ε2，延迟量误差ε4和ε5，及偏振态分析器PSA中偏振棱镜的透光轴方位角误差ε3；用来求解偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA的仪器矩阵G和A；
1.2、将求出的以上误差带入到求偏振态产生器PSG与偏振态分析器PSA的仪器矩阵G和A中，便完成了偏振态产生器PSG与偏振态分析器PSA的标定，即得到偏振态产生器PSG与偏振态分析器PSA的仪器矩阵G和A中；
步骤二，运用与步骤一不同的方法，求得偏振态产生器PSG与偏振态分析器PSA的仪器矩阵G和A，即利用多步本征值标定法对浸没光刻机偏振像差检测***进行标定，得到仪器矩阵G和A；
就是指，将标定样品S分别放置在偏振态产生器PSG和投影物镜之间，准直镜和偏振态分析器PSA之间，各进行一次本征值标定方法，然后根据矩阵运算，求解出仪器矩阵G和A；
将步骤一或步骤二的结果带入步骤三，完成准直镜的标定，即获得准直镜的Mueller矩阵Mc，最终精确获得投影物镜偏振相差即Mp；
步骤三的具体步骤为：
3.1将标定样品S放置在投影物镜和准直镜之间进行本征值标定，在此过程中，将偏振态产生器PSG和投影物镜作为一组，设其仪器矩阵为M11，将准直镜和偏振态分析器PSA作为另一组，设其仪器矩阵为M12，则M11和M12可以表示为：
M11＝Mp·G (3)
M12＝A·Mc (4)
用本征值标定方法，求得M11和M12；
3.2结合步骤一或步骤二中求得的偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA的仪器矩阵G和A，再通过矩阵运算可以获得Mp和Mc，如下式所示：
Mp＝M11·G-1 (5)
Mc＝A-1·M12 (6)
在此，完成浸没光刻机偏振像差检测***的标定，即获得了偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA的仪器矩阵G和A，准直镜的Mueller矩阵Mc，最终精确获得投影物镜的偏振相差即Mp。
2.根据权利要求1所述的一种浸没光刻机偏振像差检测***的标定方法，其特征在于，步骤一中的具体步骤如下：
1.1、旋转偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA中波片对空气进行测量，其中偏振态产生器PSG中宽角四分之一波片的旋转角度与偏振态分析器PSA中四分之一波片的旋转角度比为1：5；
1.2、设，其中偏振态产生器PSG中宽角四分之一波片的延迟量为δ1，偏振态分析器PSA中四分之一波片的延迟量为δ2，如下式：
Figure FDA0003110850490000031
根据式(2)，求得偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA中器件的误差，即偏振态产生器PSG和偏振态分析器PSA中的波片的快轴方位角误差ε1和ε2，延迟量误差ε4和ε5，及偏振态分析器PSA中偏振棱镜的透光轴方位角误差ε3；
Figure FDA0003110850490000032
3.根据权利要求1所述的一种浸没光刻机偏振像差检测***的标定方法，其特征在于，步骤二中的具体步骤如下：
2.1、将标定样品S放置在偏振态产生器PSG和投影物镜之间，其中，偏振态产生器PSG作为一组，其仪器矩阵为M21；投影物镜，准直镜和偏振态分析器PSA作为一组,其仪器矩阵为M22，其中，M21和M22可以表示为：
M21＝G (7)
M22＝A·Mc·Mp (8)
进行一次本征值标定，获得M21和M22；
2.2、将标定样品S放置在准直镜和偏振态分析器PSA之间，其中，偏振态产生器PSG和投影物镜和准直镜作为一组，其仪器矩阵为M23；将偏振态分析器PSA作为一组,其仪器矩阵为M24，其中，M23和M24表示为：
M23＝Mc·Mp·G (9)
M24＝A (10)
再进行一次本征值标定，从公式(7)和(10)中通过矩阵M21和M24，得到偏振态产生器PSG和偏振态分析器的仪器矩阵G和A。
4.根据权利要求3所述的一种浸没光刻机偏振像差检测***的标定方法，其特征在于，步骤三中的标定样品为空气、偏振片和宽角四分之一波片；而步骤二中的2.1中标定样品为空气、偏振片和宽角四分之一波片，2.2中的标定样品为空气、偏振片和常规四分之一波片。
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