專利名稱：基于雙光束干涉的投影物鏡波像差在線檢測裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明光記錄技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及光刻機的投影物鏡的波像差在線測量裝置和方法，特別是基于雙光束干涉的投影物鏡波像差在線檢測裝置和方法。
背景技術(shù)：
投影物鏡的波像差會影響曝光線條的成像質(zhì)量，如球差會影響光刻機的分辨力，彗差會影響線條的不對稱性和套刻精度，像散會影響X、Y兩個方向的成像線條不均勻性。隨著光刻機特征尺寸越來越小，對投影物鏡的波像差要求也越來越嚴格，不但要求低級像差(如球差、彗差和像散)很小，而且還對高級像差(高達37項Zernike系數(shù))提出嚴格的要求，這就要求投影物鏡波像差在線測量裝置能夠同時測量全部波像差，以便實時調(diào)整投影物鏡的波像差，以滿足光刻工藝的需求?，F(xiàn)有技術(shù)I (Hans van der laan, Marcel Dierichs, Henk van Greevenbroek,etc.“Aerial image measurement methods for fast aberration set-up andillumination pupil verification”，Proc.SPIE2001,4346, 394-407)提出了一種基于透射像傳感器(TIS)的測量方法，TIS是由測量標記和方孔以及光強探測器組成，方孔用于測量光源強度的變化，用來歸一化測量信號，以消除光源強度波動對測量結(jié)果的影響。不同照明模式的光束照射測量標記，因為受到投影物鏡波像差的影響，成像標記的水平位置和垂直位置會發(fā)生改變，利用光強探測器測出標記像的位置偏移量，再利用軟件仿真出的位置對波像差的靈敏度矩陣，即可得到投影物鏡的波像差。該方法測量波像差結(jié)構(gòu)簡單，易于集成在光刻機內(nèi)部，但是只能測量投影物鏡的低級像差(低級Zernike系數(shù))，包括球差(Z4，Z9，Z16)、X 方向彗差(Z2，TI, Z14)、Y 方向彗差(Ζ3，Ζ8，Ζ15)和像散(Ζ5，Ζ12，Ζ21)，不能測出全部37項Zernike系數(shù)。ASML 公司的專利 US6646729B2 利用 FOCAL(FOcus CALibration use alignmentsystem)技術(shù)和 DISTO(Distortion-measuring technique)技術(shù)，測出標記像的垂直和水平偏移量，求出投影物鏡的波像差，上海微電子裝備有限公司(SMEE)的專利CN100474115C、CN1312464C、CN101241312B,以及上海光學精密機械研究所的專利CN100428058C、CN100561359C、CN101551594B在掩膜設(shè)計和測試方法對現(xiàn)有技術(shù)I進行改進，提高了波像差的測試精度，但仍不能測出全部37項Zernike系數(shù)。為了精確檢測投影物鏡的低級和高級波像差，NIKON公司提出一種AIS技術(shù)(現(xiàn)有技術(shù) 2:Jacek.K.Tyminski, Tsuneyuki Hagiwara, Naoto Kondo, etc.Aerial ImageSensor:1n-Situ Scanner Aberration Monitor.Proc.0f SPIE Vol.6152),其在高相干光照明條件下，照射具有不同周期和不同方向(0°，30° ,45° ,90° ,120° ,135° )的36種光柵標記的掩模板，經(jīng)過光柵的光束衍射出不同級次的光，利用+1，-1和O級光干涉得到光柵標記的像，利用探測器得到光柵像的實際位置，計算像與理想像的偏離，再利用部分相干成像理論得到投影物鏡的波像差。不同周期不同方向的光柵標記完成對整個光瞳面波像差的測量，因此可以得到投影物鏡全部37項Zernike系數(shù)，但是這種技術(shù)要求探測器上參考的標記方向也需要有多個方向，要求工件臺沿著多個方向掃描探測，對探測器和工件臺的性能要求高，另外，波像差還原算法復(fù)雜，不易提高測量精度。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種用于光刻機的投影物鏡波像差的在線測量裝置和方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)只能測量投影物鏡的低級像差，或者是能測量全部像差但測量流程和方法復(fù)雜的缺點。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種投影物鏡波像差在線檢測裝置，包括光源、投影物鏡、參考標記和探測器，所述光源用于出射激光，所述裝置還包括掩模板，由所述光源出射的激光經(jīng)由該掩模板后入射到所述投影物鏡；所述掩模板包括用于形成干涉條紋的測試標記，測試標記構(gòu)成位相光柵圖案；所述參考標記設(shè)置在所述投影物鏡的焦平面處，構(gòu)成振幅型光柵圖案，該振幅型光柵的周期是所述測試標記的位相光柵的兩倍，且其尺寸與位相光柵的尺寸之比為投影物鏡的放大倍數(shù)；所述探測器設(shè)置在所述光路中參考標記的后方；其中，所述掩模板用于將由所述光源出射的激光轉(zhuǎn)換為兩束相干光，該兩束相干光經(jīng)所述投影物鏡后在所述投影物鏡的焦平面處發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉條紋；該干涉條紋經(jīng)過所述參考標記后照射在所述探測器上，轉(zhuǎn)化為電信號；根據(jù)該電信號的強度，可得到所述干涉條紋的位置偏移量，再根據(jù)偏移量的大小可得到所述投影物鏡的波像差。此外，本發(fā)明還提供一種投影物鏡波像差在線檢測方法，用于在線測量一投影物鏡的波像差，包括如下步驟提供一掩模板，該掩模板包括用于形成干涉條紋的測試標記，測試標記構(gòu)成位相光柵圖案；所述掩模板將由一光源出射的激光轉(zhuǎn)換為兩束相干光，該兩束相干光經(jīng)所述投影物鏡后在所述投影物鏡的焦平面處發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉條紋；提供一參考標記，使其設(shè)置在所述投影物鏡的焦平面處，構(gòu)成振幅型光柵圖案，該振幅型光柵的周期是所述測試標記的位相光柵的兩倍，且其尺寸與位相光柵的尺寸之比為投影物鏡的放大倍數(shù)；使所述干涉條紋經(jīng)過所述參考標記后照射在所述探測器上，轉(zhuǎn)化為電信號；根據(jù)該電信號的強度，得到所述干涉條紋的位置偏移量；根據(jù)偏移量的大小可得到所述投影物鏡的波像差。(三)有益效果本發(fā)明的投影物鏡波像差的測量裝置和方法通過雙光束干涉法，能夠測量全部37項Zernike系數(shù)，簡化了測試流程和波像差計算方法，提高了測量精度。


圖1是光刻機投影物鏡波像差檢測裝置示意圖；圖2是掩模板產(chǎn)生垂直和傾斜相干光的光路圖；圖3是相干光垂直照射在位相光柵時的波像差測量光路圖；圖4是因像差導致干涉像與理想像位置偏差；圖5是相干光傾斜照射在位相光柵時的波像差測量光路圖；圖6是掩模板上位相光柵的空間分布圖7是衍射光束經(jīng)過光瞳面對波像差均勻采樣時光瞳面上的所有光束投影點的示意圖；圖8是微棱鏡陣列改變相干光入射角度的光路圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。圖1是本發(fā)明的光刻機投影物鏡波像差在線測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1圖1所示，該裝置包括光源LA、照明系統(tǒng)IL、掩模板MA、投影物鏡PO、參考標記RP、探測器DE和工件臺ST。光源LA用于發(fā)射激光，其所發(fā)射的激光經(jīng)過反射鏡MI照射到照明系統(tǒng)IL上，照明系統(tǒng)IL將該激光進行擴束、整形、均勻化后照在掩模板MA上，掩模板MA上有一套照明光路，將部分相干的照明光束轉(zhuǎn)換為兩束相干光，該兩束相干光經(jīng)過投影物鏡PO后在投影物鏡PO的焦平面處發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉條紋。參考標記RP設(shè)置在投影物鏡PO的焦平面處，探測器DE設(shè)置在激光光路中參考標記RP的后方，參考標記RP和探測器DE共同安裝在可移動的工件臺ST上。掩模板MA包括用于形成干涉條紋的測試標記，測試標記可以構(gòu)成一種位相光柵圖案，參考標記RP構(gòu)成振幅型光柵圖案，該振幅型光柵的周期是所述測試標記構(gòu)成的位相光柵圖案的位相光柵的周期乘以所述投影物鏡PO的放大倍數(shù)的二分之一。由此，干涉條紋經(jīng)過參考標記RP后照射在探測器DE上，轉(zhuǎn)化為電信號。當投影物鏡PO存在波像差時，兩束相干光之間被引入一個位相差，導致干涉條紋位置發(fā)生移動，當工件臺ST移動時，根據(jù)電信號的強度，即可判斷干涉條紋的位置偏移量，再根據(jù)偏移量的大小，即可得到投影物鏡的波像差。實施例1圖2是掩模板MA產(chǎn)生垂直和傾斜相干光的光路圖。如圖2所示，本發(fā)明的掩模板MA包括沿光路方向依次設(shè)置的擴散片1、第一透鏡2、空間濾波器3、第二透鏡3和測試標記5。照明系統(tǒng)IL出射的激光光束首先照射在掩模板MA的擴散片I上，擴散片I的主要作用是進一步均勻化激光光束，擴散片I可以是普通擴散片，或者是全息擴散片、D0E(衍射光學元件)、微透鏡陣列等，經(jīng)過擴散片I的光束經(jīng)過第一透鏡2、空間濾波器3和第二透鏡3照射在測試標記5上，第一透鏡2和第二透鏡4構(gòu)成一個透鏡組，使入射的光束形成遠心光路，空間濾波器3設(shè)置于透鏡組的光瞳面處。濾波器3上設(shè)置有小孔，小孔的作用是在測試標記5上產(chǎn)生相干光，并且，小孔的位置還能夠決定照明光束的角度，當小孔在光瞳面中心時，光線準直照射，如圖2中的A圖所示；當小孔不在光瞳面中心時，光線傾斜照明，如圖2中B圖所示。小孔的大小設(shè)置為微米級。該實施例1中的測試標記5構(gòu)成多個位相光柵圖案，每個位相光柵圖案的周期均為d。位相光柵圖案的位相分布例如為余弦分布，其衍射級次只存在-1，+1級。當然，位相光柵圖案的位相分布也可為其他分布，但須使其衍射能量主要集中在-1，+1級上。所述多個位相光柵圖案在X方向和Y方向上排列，且在X方向排列的位相光柵圖案的衍射條紋在X方向上分布，在Y方向排列的位相光柵圖案的衍射條紋在Y方向上分布，X、Y方向是在測試標記平面上的兩個相互垂直的方向。 由此，經(jīng)過濾波器3和透鏡組的相干光照射在掩模板MA的測試標記5，兩個衍射級次的衍射光的衍射角分別為^和θ2。，圖3是相干光垂直照射在位相光柵圖案時的波像差測量光路圖。如圖3所示，當所述相干光垂直照射在位相光柵圖案上時，根據(jù)光柵方程可得:dsin Q1 = -X (I)dsin Q1=入(2)當投影物鏡沒有波像差時，兩束衍射光6和7照射在投影物鏡PO的像方焦平面上的電場強度可表示為:
權(quán)利要求
1.一種投影物鏡波像差在線檢測裝置，包括光源(LA)、投影物鏡(PO)、參考標記(RP)和探測器(DE)，所述光源(LA)用于出射激光，其特征在于: 所述裝置還包括掩模板(MA)，由所述光源(LA)出射的激光經(jīng)由該掩模板(MA)后入射到所述投影物鏡(PO)； 所述掩模板(MA)包括用于形成干涉條紋的測試標記，測試標記構(gòu)成位相光柵圖案； 所述參考標記(RP)設(shè)置在所述投影物鏡(PO)的焦平面處，構(gòu)成振幅型光柵圖案，該振幅型光柵的周期是所述測試標記構(gòu)成的位相光柵圖案的位相光柵的周期乘以所述投影物鏡(PO)的放大倍數(shù)的二分之一； 所述探測器(DE)設(shè)置在所述光路中參考標記(RP)的后方； 其中，所述掩模板(MA)用于將由所述光源(LA)出射的激光轉(zhuǎn)換為兩束相干光，該兩束相干光經(jīng)所述投影物鏡(PO)后在所述投影物鏡(PO)的焦平面處發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉條紋；該干涉條紋經(jīng)過所述參考標記(RP)后照射在所述探測器(DE)上，轉(zhuǎn)化為電信號；根據(jù)該電信號的強度，可得到所述干涉條紋的位置偏移量，再根據(jù)偏移量的大小可得到所述投影物鏡(PO)的波像差。
2.如權(quán)利要求1所述的投影物鏡波像差在線檢測裝置，其特征在于: 所述掩模板(MA)包括沿光路方向依次設(shè)置的第一透鏡(2)、空間濾波器(3)、第二透鏡(3)和測試標記(5)，其中， 所述空間濾波器(3)設(shè)置于由所述第一透鏡(2)、第二透鏡(3)構(gòu)成的透鏡組的光瞳面處，且其上具有小孔，該小孔用于將所述激光轉(zhuǎn)化為相干光； 所述測試標記(5)包括多個在X方向上Y方向排列的位相光柵圖案,且在X方向排列的位相光柵圖案的衍射條紋在X方向上分布，在Y方向排列的位相光柵圖案的衍射條紋在Y方向上分布，且各位相光柵圖案的衍射能量集中在-1，+1級上，所述Χ、γ方向是在測試標記平面上的兩個相互垂直的方向，每個位相光柵圖案對應(yīng)不同方向的照明模式，不同方向的照明模式通過改變所述空間濾波器3上的小孔位置來實現(xiàn)。
3.如權(quán)利要求2所述的投影物鏡波像差在線檢測裝置，其特征在于:所述掩模板(MA)還包括擴散片(I)，其設(shè)置于光路中所述第一透鏡(2)的前方。
4.如權(quán)利要求2所述的投影物鏡波像差在線檢測裝置，其特征在于:所述測試標記5至少包括36組X方向，36組Y方向的位相光柵圖案。
5.如權(quán)利要求4所述的投影物鏡波像差在線檢測裝置，其特征在于:所述兩束相干光的方向選擇為使所述投影物鏡(PO)的光瞳面能夠均勻采樣的方向。
6.如權(quán)利要求1所述的投影物鏡波像差在線檢測裝置，其特征在于:所述掩模板(MA)包括沿光路方向依次設(shè)置的第一透鏡(2)、空間濾波器(3)、第二透鏡(3)、光束偏折元件陣列(11)和多個位相光柵(12)，其中， 所述空間濾波器(3)設(shè)置于由所述第一透鏡(2)、第二透鏡(3)構(gòu)成的透鏡組的光瞳面處，且其上具有小孔，該小孔的位置固定，用于將所述激光轉(zhuǎn)化為垂直出射的相干光，所述相干光經(jīng)過所述光束偏折元件陣列(11)后照射在所述位相光柵(12)上，衍射出兩束相干光束。
7.如權(quán)利要求6所述的所述的投影物鏡波像差在線檢測裝置，其特征在于:所述光束偏折元件陣列(11)包括多個光束偏折元件，每個光束偏折元件對應(yīng)一個位相光柵(12)，且每個光束偏折元件對光束的偏轉(zhuǎn)角不同。
8.如權(quán)利要求7所述的所述的投影物鏡波像差在線檢測裝置，其特征在于:所述光束偏折兀件陣列(11)為折射棱鏡、反射鏡或動態(tài)擺鏡。
9.一種投影物鏡波像差在線檢測方法，用于在線測量一投影物鏡(PO)的波像差，其特征在于，包括如下步驟: 提供一掩模板(MA)，該掩模板(MA)包括用于形成干涉條紋的測試標記，測試標記構(gòu)成位相光柵圖案； 所述掩模板(MA)將由一光源(LA)出射的激光轉(zhuǎn)換為兩束相干光，該兩束相干光經(jīng)所述投影物鏡(PO)后在所述投影物鏡(PO)的焦平面處發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉條紋； 提供一參考標記(RP)，使其設(shè)置在所述投影物鏡(PO)的焦平面處，構(gòu)成振幅型光柵圖案，該振幅型光柵的周期是所述測試標記構(gòu)成的位相光柵圖案的位相光柵的周期乘以所述投影物鏡(PO)的放大倍數(shù)的二分之一； 使所述干涉條紋經(jīng)過所述參考標記(RP)后照射在所述探測器(DE)上，轉(zhuǎn)化為電信號; 根據(jù)該電信號的強度，得到所述干涉條紋的位置偏移量； 根據(jù)偏移量的大 小可得到所述投影物鏡(PO)的波像差。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于雙光束干涉的投影物鏡波像差在線檢測裝置和方法，其中裝置包括光源(LA)、投影物鏡(PO)、參考標記(RP)、探測器(DE)、掩模板(MA)。掩模板(MA)用于將由所述光源(LA)出射的激光轉(zhuǎn)換為兩束相干光，該兩束相干光經(jīng)所述投影物鏡(PO)后在所述投影物鏡(PO)的焦平面處發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉條紋；該干涉條紋經(jīng)過所述參考標記(RP)后照射在所述探測器(DE)上，轉(zhuǎn)化為電信號；根據(jù)該電信號的強度得到所述干涉條紋的位置偏移量，再根據(jù)偏移量的大小可得到所述投影物鏡(PO)的波像差。本發(fā)明能夠測量全部37項Zernike系數(shù)，簡化了測試流程和波像差計算方法，提高了測量精度。
文檔編號G03F7/20GK103076724SQ201310041059
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者劉廣義, 齊月靜, 蘇佳妮, 周翊, 王宇 申請人:中國科學院光電研究院