本发明专利技术公开了一种光刻机投影物镜波像差在线检测装置及方法。漫射体集成在物方掩模板上，物方掩模板位于投影物镜的物面，并由光刻机中的物方工件台固定支撑和驱动，像方掩模板位于投影物镜的像面，并由光刻机中的像方工件台支撑和驱动。准直物镜位于投影物镜的像面之后，且准直物镜的物方焦平面与投影物镜的像面重合。剪切装置位于投影物镜与所述光电探测器之间，并由轴向调节装置固定支撑。光电传感器位于光刻投影物镜的出瞳共轭面处。本发明专利技术可实现剪切比的连续可调，提高了测量的灵敏度及测量精度；其次，利用方孔扩展光源提高了曝光光源光强的利用率，提高了测量速度和测量精度；最后，利用系统误差自校准技术，可快速、高精度的获得投影物镜的波像差。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学检测领域，涉及一种高分辨率光学成像系统波像差在线检测装置 及方法，尤其涉及一种针对高分辨率光刻机的投影物镜波像差在线检测装置及方法。
技术介绍
光学光刻技术作为集成电路制造的主流技术，在提高集成电路性能及推动半导体 产业快速发展方面，起着极为关键的作用。自20世纪60年代以来，集成电路一直遵循着 Intel公司创始人之一 Gordon Ε. Moore所提出的“摩尔定律”而快速发展，集成电路集成度 的快速提高主要得益于光学光刻技术的快速发展——自1987年第一台光刻机问世以来，光 刻曝光波长经历了 436nm(g-line)、365nm(i-line)、248nm(KrF)、及 193nm(ArF)的演变过 程；光刻工艺因子由以前的0. 8减小到极限值0. 25 ；光刻机核心部件投影物镜数值孔径由 最初的0. 32增加到现有的1. 35。基于这些发展，光刻所能达到的技术节点由最初的Ium发 展到至今的45nm。而投影物镜作为投影光刻机的核心部分，其特性直接决定了光刻传递图 形的能力，即成像的优劣。在早期光刻分辨率还不高、投影物镜的数值孔径还很小的时候， 人们在加工投影物镜的时候，直接利用PMI对其像质参数进行测量。但是，随着光刻分辨率增强技术的应用，光刻分辨率不断提高，尤其到2000年光 刻技术节点达到130nm时，投影物镜的像差容限要求应低于25m λ，否则投影物镜的像差对 CD控制的影响将十分明显，严重影响成像质量。另外，当投影物镜整机安装到光刻机中时， 由于运输、装配等影响也会对成像质量产生一定的影响。因此，如何在线检测、校正及控制 投影物镜系统的像质参数的问题，自此才真正引起了光刻界人士足够的重视。此外，随着超 精细加工水平的发展，投影物镜设计集成水平的提高，投影物镜像差容限逐渐减小，至2003 年达到ΙΟπιλ以下，自此低阶的几何像差如球差、慧差及像散仅仅能够预测其对测试图形 的影响而不能预测对实际图形的影响，为解决这一问题，高精度确定整个像差波前信息成 为必要。为此，如何快速、精确地在线检测、校正及控制投影物镜系统的波像差成为光刻界 人士致力研究的问题之一。从2007年开始，三大光刻公司先后推出了光刻分辨率达到45nm 的光刻机，其浸没投影物镜的数值孔径达到1.35，且投影物镜的残留波像差均达到6m λ以 下，这对实现投影物镜波像差的在线检测技术提出了更高的挑战和性能要求。现有的光刻机投影物镜波像差在线检测的主流技术主要基于光干涉原理的光刻 投影物镜波像差检测技术及基于Shack-Hartmarm波前传感技术。基于光干涉原理的光刻 投影物镜波像差检测技术的主要代表是ASML的基于横向剪切干涉仪(Lateral Shearing Interferometer，简称LSI)的技术及Canon公司的基于线衍射干涉仪(Line Diffraction Interferometer，简称LDI)的技术。此两种技术的主要缺点是为获得整个波前，需要转 换一维光栅面以实现在X、y两个方向上分别测量，一方面光栅在转换过程中会引入像散， 且难以校准，从而影响测量精度；另外，两次测量对测量速度也有一定影响。Nikon的基于 Shack-Hartmarm波前传感技术的主要缺点在于微透镜孔径的大小限制了检测的动态范围、 空间采样频率及波前采样能力。在90年代，Primot等人提出了一种四光束横向剪切仪的结构，且已经被广泛的应 用到CO2等红外激光器的激光光束质量测量及红外透镜的波像差检测(波长从近红外到远 红外)等长波领域。在红外透镜的波像差检测中，四光束横向剪切干涉仪通过特殊结构设 计的正交位相光栅将入射的待测波前主要衍射到(+1，+1)、(+1，-1)、(-1，-1)及(-1，+1) 四束衍射光中，由此四束衍射光在其重叠区内进行干涉形成干涉条纹，并由位于TalbOt距 离处的CCD探测接收。在美国专利2008/0316448A1中，Canon提出了一种基于正交振幅或位相光栅剪切 干涉仪的光刻物镜波像差在线检测技术。此技术的工作原理是位于投影物镜物面的针孔掩 模板将来自照明系统的光波变成理想的球面波，其再经过透镜物镜及位于投影物镜像方的 准直物镜后入射到位于投影物镜出瞳面上的正交光栅上，在其重叠区内进行干涉形成干涉 条纹，并由位于Talbot距离处的CXD探测接收。前述的四光束剪切干涉仪及正交光栅剪切干涉仪，一方面可以同时实现同时测量 x、y方向差分波前的检测，弥补了前述ASML的LSI及Canon的LDI的不足。另一方面克服 了 Nikon的基于Shack-Hartmarm波前传感技术的动态范围小、空间采样频率及波前采样能 力低的缺点。但是，前述的四光束剪切干涉仪及正交光栅剪切干涉仪都是基于Talbot效 应，探测器只能在与光栅间距为(1 = ηρ7λ采集到干涉图。因此，此两种技术存在的缺点 在于一方面无法实现剪切干涉仪剪切比连续可调。剪切比是剪切干涉仪的一个关键技术 参数，对不同的待测波前，需要确定不同的剪切比以获得最优的检测灵敏度及检测精度，为 此，技术人员总希望设计的剪切干涉仪可以实现剪切比的连续可调性，这样就可以增加其 灵敏度，而且能够轻松获得针对不同检测对象所需要的剪切比。而基于Talbot效应的前述 两种装置，剪切比的大小为2p/D，其中ρ为光栅周期，D待测物镜出瞳直径。可以看出，在待 测物镜出瞳直径一定时，剪切比的大小与光栅的周期有关，为获得针对不同检测对象所需 要的剪切比，必须设计不同周期的光栅，且即使选择不同周期光栅也很难实现剪切比的连 续可调。另一方面，从Talbot距离公式d = np2/λ中可以看出，在短波领域(如193nm)，为了实现对光刻物镜波像差的在线检测，干涉仪应该具有较高的集成度，为此d的大小有 一定的限制。这样就要求光栅的周期很小，结果会引入较大的几何慧差，从而影响了检测的 精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有的光刻物镜波像差在线检测技术的缺点，以及弥补 基于Talbot效应的干涉仪的不足，在四光束干涉仪的基础上，提出了一种新的光刻机投影 物镜波像差在线检测装置及方法。本专利技术装置集成在光刻机中，能够实现对光刻物镜波像 差高速度、高精度的在线检测。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下一种光刻机投影物镜波像差在线检测装置，包括以下组成部件⑴漫射体集成在物方掩模板上，用于均勻照明投影物镜光瞳及扩大投影物镜光瞳照明区 域。(2)物方掩模板在物方掩模板上，设有一个尺寸大于光刻机照明系统衍射极限分辨率的方孔，用 于选择测量视场点及提高光强透过率。(3)像方掩模板用于所述装置系统误差的校准。像方掩模板包括一个方孔，尺寸略大于所述物方掩模板上方孔在所述光刻物镜像 面上的像的尺寸。(4)准直物镜用于将投影物镜的出瞳共轭到有限远处，即共轭到光电探测器面 上。(5)剪切装置用于实现光波的剪切。剪切装置包括一个二维位相光栅，将经过所述准直物镜的平面波剪切成(+1，+1)、 (+1，-1)、(-1，-1)及(-1，+1)四束衍射光波。(6)轴向调节装置沿光轴方向移动光栅，从而实现剪切比的改变。(7)光电探测器用于采集所述四束衍射光波的干涉条纹。(8)存储器本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光刻机投影物镜波像差在线检测装置，其特征在于包括以下组成部件：（１）漫射体集成在物方掩模板上，用于均匀照明投影物镜光瞳及扩大投影物镜光瞳照明区域；（２）物方掩模板在物方掩模板上，设有一个尺寸大于光刻机照明系统衍射极限分辨率的方孔，用于选择测量视场点及提高光强透过率；（３）像方掩模板用于所述装置系统误差的校准；像方掩模板包括一个方孔，尺寸略大于所述物方掩模板上方孔在所述光刻物镜像面上的像的尺寸；（４）准直物镜：用于将投影物镜的出瞳共轭到有限远处，即共轭到光电探测器面上；（５镜补偿器及照明系统相连接。）剪切装置：用于实现光波的剪切；剪切装置包括一个二维位相光栅，将经过所述准直物镜的平面波剪切成（＋１，＋１）、（＋１，－１）、（－１，－１）及（－１，＋１）四束衍射光波；（６）轴向调节装置：沿光轴方向移动光栅，从而实现剪切比的改变；（７）光电探测器：用于采集所述四束衍射光波的干涉条纹；（８）存储器：用于保存光电探测器所采集的干涉条纹强度信息、投影物镜在物方掩模板上方孔规定的视场点未经标定的波像差、系统误差校准结果、各个视场点未经标定的波像差测量结果、系统误差校准后的投影物镜全视场波像差，以及投影物镜各个补偿器的调节量；（９）运算器：用于根据存储器中数据计算装置系统误差，各个视场点未经标定的波像差，系统误差校准后的投影物镜全视场波像差，以及投影物镜中各个补偿器的调整量；（１０）控制器：用于控制物方工件台和像方工件台改变所测量的投影物镜的视场点，根据存储器中投影物镜各个补偿器调整量调整补偿器来校正像差；上述各组成部分的位置与连接关系如下：漫射体集成在物方掩模板上；物方掩模板位于投影物镜的物面，并由光刻机中的物方工件台固定支撑和驱动；物方掩模板的方孔始终处于光刻机投影物镜的视场范围之内，方孔所在位置即为本专利技术装置所测量的投影物镜的视场点；像方掩模板位于投影物镜的像面，并由光刻机中的像方工件台支撑和驱动；当在线检测投影物镜波像差时，所述像方掩模板上的方孔与所述物方掩模板上的方孔在所述光刻物镜像面上的像对准，此时获得的波像差信息包括投影物镜波像差Ｗ↓［ｐｏ］和干涉仪的系统误差Ｗ↓［ｉｓ］；当进行系统误差校准时，纵向调节光刻机中的像方工件台的位置，使所述物方掩模板上的方孔在所述光刻物镜离焦像面上的像的尺寸远大于所述像方掩模板上的方孔的尺寸，此时获得的波像差信息只包括干涉仪系统误差Ｗ↓［ｉｓ］；准直物镜位于投影物镜的像面之后，且...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李艳秋，汪海，刘克，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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