光刻机原位多通道成像质量检测装置及方法制造方法及图纸

一种光刻机原位多通道成像质量检测装置及方法，该装置包括光刻机的光源、照明系统、掩模台、投影物镜、工件台和计算机，还包括物面光栅板、波像差传感器。利用该装置原位检测光刻机的成像质量：波像差、畸变与场曲，提高了成像质量检测的并行通道数和检测速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光刻机，特别是一种光刻机原位多通道成像质量检测装置及方法。
技术介绍
光刻机是极大规模集成电路制造的核心设备之一。投影物镜是光刻机最重要的分系统之一。投影物镜的成像质量是决定光刻线条质量的关键因素之一。随着光刻节点向1xnm分辨率以下发展，要求产率达到250wph。产率的提高造成光刻机掩模热效应和投影物镜热像差，影响光刻机套刻精度和投影物镜成像质量。要求能够实时测量光刻系统的畸变、场曲及波像差。一般光刻机采用不同的传感器检测畸变、场曲及波像差参数。畸变和场曲参数通过光刻机对准系统的扫描实现；波像差采用原位波像差传感器实现，通过扫描实现全视场波像差检测。荷兰ASML公司报道了一种多通道像质传感器(参考在先技术[1]，WimdeBoeij,RemiPieternella,etal.,Extendingimmersionlithographydownto1xnmproductionnodes.Proc.ofSPIEVol.8683,86831L(2013))，替代了原有的TIS同轴对准及畸变、场曲等初级像差检测功能，同时能够实现光刻投影物镜7个视场点波像差的并行检测，波前检测结果从Z5～Z37Zernike系数扩展至Z2～Z64Zernike系数。但是，由于探测器像素有限，同时探测7个视场点的波像差必然导致每个视场点有效探测像素数的降低，在保证波像差检测空间分辨率的前提下(检测至Z64Zernike系数)，很难提高检测并行通道数。而提高检测并行通道数能够提高畸变、场曲检测精度，提高热效应预测的准确性。另一方面，原位成像质量检测速度是影响光刻机产率的重要因素，提高原位成像质量检测速度也是原位成像质量检测传感器改进的重要方面。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光刻机原位多通道成像质量检测装置及方法，以快速地原位检测光刻机投影物镜的波像差及畸变、场曲。本专利技术的技术解决方案如下：一种光刻机原位多通道成像质量检测装置，该装置包括光刻机的光源、照明系统、掩模台、投影物镜、工件台和计算机，其特点在于，还包括物面光栅板和波像差传感器；所述的物面光栅板置于掩模台上，所述的波像差传感器置于工件台上，所述的波像差传感器与计算机相连；所述的物面光栅板由n组占空比为50％的物面光栅组成；每组物面光栅包括光栅线沿y方向的第一光栅和光栅线沿x方向的第二光栅，周期为PoX；所述的波像差传感器包括沿光束传播方向依次放置的像面光栅板、小孔阵列和二维光电传感器；所述的像面光栅板包括n组占空比50％的像面光栅，周期为PiX；所述的第一光栅和第二光栅的周期PoX与所述的像面光栅的周期PiX满足如下关系；PoX＝PiX·M其中，M为光刻机投影物镜(5)的成像放大倍数，PiX由剪切率sX、光源波长λ和光刻机投影物镜的数值孔径NA决定：PiX=λ2sX·NA;]]>所述的物面光栅板上每组物面光栅之间的间距do与像面光栅板上每个像面光栅之间的间距di满足如下关系：do=di·M,]]>物面光栅板上每组物面光栅的第一光栅和第二光栅之间的间距相等，物面光栅的组数与像面光栅的数目相等，皆为n，所述的n为大于1的自然数。所述的第一光栅和第二光栅是相位光栅或振幅光栅型的一维反射式光栅或者一维透射式光栅。所述的小孔阵列的周期等于所述的光电二维传感器的像素周期，小孔阵列的小孔位置与所述的光电二维传感器的像素位置一一对应，所述的光电二维传感器像素大小与所述的小孔阵列的小孔的直径的比值为S。所述的二维光电传感器是照相机、CCD、CMOS图像传感器、PEEM，或二维光电探测器阵列。所述的像面光栅为相位光栅或振幅光栅型的二维透射式光栅。利用上述光刻机原位多通道成像质量检测装置的检测方法，包括下列步骤：①将所述的物面光栅板置于掩模台上，调节掩模台，使所述的物面光栅板的n组第一光栅位于光刻机投影物镜的物方视场位置；②由光源发出的光经过照明系统的调整后，均匀照明所述的物面光栅板的n组第一光栅；③将波像差传感器置于工件台上，调节工件台，使像面光栅板位于光刻机投影物镜的像面上；④调整工件台，使n组像面光栅分别与n组物面光栅的第一光栅经过光刻机投影物镜所成的像对准；⑤采用相移技术，沿x方向多次移动所述的工件台，每次移动后所述的波像差传感器采集一幅剪切干涉图输入所述的计算机，所述的计算机从采集得到的干涉图中计算得到n个视场点位置的x方向剪切相位信息；⑥调整掩模台，使物面光栅板的n组第二光栅分别运动至n组第一光栅的位置，n组第二光栅经过光刻机投影物镜所成的像与n组像面光栅分别对准；⑦采用相移技术，沿y方向多次移动工件台，每次移动后所述的波像差传感器采集一幅剪切干涉图并输入所述的计算机，该计算机从采集得到的干涉图中计算得到n个视场点位置的y方向剪切相位信息；⑧将步骤⑤、⑦得到的剪切相位信息解包裹，分别得到光刻机投影物镜在n个视场点位置的x方向和y方向的剪切波前ΔWx和ΔWy，将所述的剪切波前进行重建，获得光刻机投影物镜在n个视场点位置的波像差；从n个视场点位置的波像差的波面倾斜和离焦数据计算光刻机投影物镜的畸变和场曲。与在先技术相比，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术在波像差传感器中引入了小孔阵列，采用小孔阵列将成像质量原位检测的空间分辨率提高了S2倍，从而有效降低了每个通道二维光电传感器使用的像素数，提高了成像质量并行检测通道数，并行检测通道最大可以提高S2倍2)由于每个通道二维光电传感器使用的像素数的减小，减小了数据运算量，从而提高了检测速度，检测速度最大可以提高S2倍。3)通过多通道同时检测，使得波像差传感器具备了同时检测畸变与场曲等像质参数的能力。附图说明图1本专利技术光刻机原位多通道成像质量检测装置结构图。图2本专利技术物面光栅板示意图。图3本专利技术的波像差传感器结构示意图。图4本专利技术的涉及到的像面光栅板示意图。图5相当于无小孔阵列的检测误差。图6相当于加小孔阵列的检测误差。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此实施实例限制本专利技术的保护范围。图1是本专利技术的光刻机原位多通道成像质量检测装置结构图。本专利技术光刻机原位多通道成像质量检测装置包括光刻机的光源1、照明系统2、掩模台4、光刻机投影物镜5、工件台7，还包括置于掩膜台4上的物面光栅板3和置于工件台7上的波像差传感器6以及与波像差传感器6相连的数据处理计算机8；本实施例的光源1的波长为193nm；n＝14，所述的物面光栅板3由14组周期为41.52μm且占空比为50％的物面光栅组成(参见图2)，包括光栅线沿y方向的第一光栅3A1～3N1和光栅线沿x方向的第二光栅3A2～3N2；所述的像面光栅板601包括14组占空比50％的像面光栅601A～601N；像面光栅601A～601N采用二维棋盘光栅；像面光栅601A～601N的周期为10.38μm；物面光栅与像面光栅均为透射式振幅光栅；光刻机投影物镜5的数值孔径为0.93，光刻机投影物镜5的成像放大倍数为1/4，剪切率为1％；波像差传感器6(参见图3)包括沿光束传播方向依次放置的像面光栅板601、小孔阵列602和二维光电传感器603；二维光电传感器603本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光刻机原位多通道成像质量检测装置，该装置包括光刻机的光源(1)、照明系统(2)、掩模台(4)、投影物镜(5)、工件台(7)和计算机(8)，其特征在于，还包括物面光栅板(3)和波像差传感器(6)，上述各部件的连接关系如下：所述的物面光栅板(3)置于掩模台(4)上，所述的波像差传感器(6)置于工件台(7)上，所述的波像差传感器(6)与计算机(8)相连；所述的物面光栅板(3)由n组占空比为50％的物面光栅组成；每组物面光栅包括光栅线沿y方向的第一光栅(3X1)和光栅线沿x方向的第二光栅(3X2)，周期为PoX；所述的X为每组光栅的编号，用A、B、C…表示，如A组物面光栅的第一光栅3A1和第二光栅3A2，B组物面光栅的第一光栅3B1和第二光栅3B2；所述的波像差传感器(6)包括沿光束传播方向依次放置的像面光栅板(601)、小孔阵列(602)和二维光电传感器(603)；所述的像面光栅板(601)包括n组占空比50％的像面光栅(601X)，周期为PiX，所述X为每组光栅的编号，用A、B、C…表示；所述的第一光栅(3X1)和第二光栅(3X2)的周期PoX与所述的像面光栅(601X)的周期PiX满足如下关系；PoX＝PiX·M其中，M为光刻机投影物镜(5)的成像放大倍数，PiX由剪切率sX、光源波长λ和光刻机投影物镜的数值孔径NA决定：PiX=λ2sX·NA;]]>所述的物面光栅板(3)上每组物面光栅之间的间距do与像面光栅板(601)上每个像面光栅之间的间距di满足如下关系：do＝di·M，物面光栅板(3)上每组物面光栅的第一光栅(3X1)和第二光栅(3X2)之间的间距相等，物面光栅的组数与像面光栅的数目相等，皆为n，所述的n为大于1的自然数。...

【技术特征摘要】
1.一种光刻机原位多通道成像质量检测装置，该装置包括光刻机的光源(1)、照明系统(2)、掩模台(4)、投影物镜(5)、工件台(7)和计算机(8)，其特征在于，还包括物面光栅板(3)和波像差传感器(6)，上述各部件的连接关系如下：所述的物面光栅板(3)置于掩模台(4)上，所述的波像差传感器(6)置于工件台(7)上，所述的波像差传感器(6)与计算机(8)相连；所述的物面光栅板(3)由n组占空比为50％的物面光栅组成；每组物面光栅包括光栅线沿y方向的第一光栅(3X1)和光栅线沿x方向的第二光栅(3X2)，周期为PoX；所述的X为每组光栅的编号，用A、B、C…表示，如A组物面光栅的第一光栅3A1和第二光栅3A2，B组物面光栅的第一光栅3B1和第二光栅3B2；所述的波像差传感器(6)包括沿光束传播方向依次放置的像面光栅板(601)、小孔阵列(602)和二维光电传感器(603)；所述的像面光栅板(601)包括n组占空比50％的像面光栅(601X)，周期为PiX，所述X为每组光栅的编号，用A、B、C…表示；所述的第一光栅(3X1)和第二光栅(3X2)的周期PoX与所述的像面光栅(601X)的周期PiX满足如下关系；PoX＝PiX·M其中，M为光刻机投影物镜(5)的成像放大倍数，PiX由剪切率sX、光源波长λ和光刻机投影物镜的数值孔径NA决定：PiX=λ2sX·NA;]]>所述的物面光栅板(3)上每组物面光栅之间的间距do与像面光栅板(601)上每个像面光栅之间的间距di满足如下关系：do＝di·M，物面光栅板(3)上每组物面光栅的第一光栅(3X1)和第二光栅(3X2)之间的间距相等，物面光栅的组数与像面光栅的数目相等，皆为n，所述的n为大于1的自然数。2.根据权利要求1所述的光刻机原位多通道成像质量检测装置，其特征在于，所述的第一光栅(3X1)和第二光栅(3X2)是相位光栅或振幅光栅型的一维反射式
\t光栅或者一维透射式光栅。3.根据权利要求1所述的光刻机原位多通道成像质量检测装置，其特征在于，所述的小孔阵列(602)的周期等于所述的光电二维传感器(603)的像素周期，小孔阵列(602)的小孔位置与所述的光电二维传感器(603)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐锋，李杰，王向朝，冯鹏，徐世福，卢云君，
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：上海;31