用扩展光源的光刻机投影物镜波像差现场测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用扩展光源的光刻机投影物镜波像差现场测量装置及方法，能够实现对投影物镜波像差高精度的检测。具体过程为：在投影物镜波像差检测时，利用位于投影物镜上方的第一扩展光源板上的圆形针孔阵列产生理想的球面波，消除了照明系统对光刻机投影物镜波像差检测的影响；在进行系统误差标定时，利用位于投影物镜下方的第二扩展光源板上的圆形针孔阵列产生理想的球面波，实现了对待测照明系统残留像差和投影物镜波像差的空间滤波。本发明专利技术圆形针孔阵列上包括多个针孔，使得光源的利用率高，同时光束在传播的过程中损耗小，从而提高了测量的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对投影光学系统的光学性能进行现场测量的装置，特别涉及一种采用扩展光源照明的光刻机投影物镜波像差现场测量装置，属于光学测量

技术介绍
在大规模集成电路的制备过程中，通常使用光刻机将掩模上的图案经过投影物镜缩小投影在涂有光刻胶的硅片上。如图1所示，现有光刻机通常包括用于产生投影光束的光源101 ；用于调整光源发出的光束部分相干因子和偏振态的照明系统102 ；能将掩模图案成像在硅片106上的投影物镜105 ；能承载所述掩模103并精确定位的掩模台104 ；能承载所述硅片106并精确定位的硅片台107。目前，光刻机的主流技术——ArF光刻技术已经发展到65nm以下技术节点，为了满足低工艺因子ArF光刻技术特征尺寸控制的要求，高数值孔径投影物镜波像差通常要控制在IOm Xrms (λ = 193nm)以内，因此需要在光刻机中集成光刻机投影物镜波像差现场测量装置，以快速、高精度地实现对投影物镜的全视场波像差现场测量。美国专利US6914665和US6975387公开了一种通过在光刻机硅片台上集成基于 Shack-Hartmann波前传感器原理的波像差测量装置，实现光刻机投影物镜的波像差现场测量。文献《Portable phase measuring interferometer usingShack-Hartmann method》 (Proc. SPIE，2003，5038 726 73 对该装置的波像差测量和系统误差标定方法进行了详细论述。但是该装置存在体积大造价高以及测量精度低等问题。针对上述现有技术的不足，本专利技术人于2009年7月20日申请的专利号为 ZL200910089426. 8的《一种光刻机投影物镜波像差的现场测量装置》专利，其包括一个位于掩模台上的针孔掩模板。该现场测量装置集成于光刻机上，通过调节光刻机照明系统的部分相干因子和偏振态，使得照明光束均勻照射在掩模上。利用光束的反射原理，完成对该现场测量装置系统误差的标定；之后通过移动针孔掩模板和硅片台的测量位置，完成光刻机上投影物镜多个视场点波像差的现场测量。但是，上述现场测量装置存在以下问题第一， 其采用包含单个针孔的针孔掩模板对光束进行空间滤波，由于针孔透光面积的限制导致光透过率差，光源的利用率低，影响了测量精度。第二，其采用分束镜以及反射镜来改变光束的光路，光束在传播的过程中损耗较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了实现光刻机投影物镜波像差的现场测量，提出一种采用扩展光源照明的光刻机投影物镜波像差现场测量装置，利用该装置测量投影物镜波像差的测量精度尚。实现本专利技术的技术方案如下一种用扩展光源的光刻机投影物镜波像差现场测量装置，包括第一扩展光源板、 第二扩展光源板、准直物镜、衍射光学元件以及光电传感器；其中，第一扩展光源板位于光刻机掩模台上且与投影物镜的物面重合，第二扩展光源板位于光刻机硅片台上且与投影物镜的像面重合，准直物镜位于第二扩展光源板沿光刻机投影物镜光轴方向的下游，且准直物镜的物方焦面与投影物镜像面重合，衍射光学元件位于准直物镜的像方位置，光电传感器位于衍射光学元件光束出射方向的焦平面上；第一扩展光源板上设有圆形针孔阵列A和圆形窗口 A ；所述圆形窗口 A的尺寸应小于或者等于投影物镜物方视场的等晕区的尺寸，即圆形窗口 A的直径D1 ^ pz/2fm, ρ为衍射光学元件的周期常数，ζ为衍射光学元件与光电传感器沿投影物镜光轴方向的间距，f 为准直物镜的焦距，m为投影物镜的缩小倍率；圆形针孔阵列A中的每一个针孔大小相等， 各针孔直径Cl1小于所述投影物镜物方衍射极限分辨率，即Cl1 < λ/2ΝΑ。，λ为光刻机上光源发出光波的波长，NA0为投影物镜的物方数值孔径；第二扩展光源板上设有圆形针孔阵列B和圆形窗口 B ；所述圆形窗口 B的尺寸应小于或者等于投影物镜像方视场的等晕区的尺寸，即圆形窗口 B的直径D2 < pz/2f ；圆形针孔阵列B中的每一个针孔的大小相等，各针孔直径d2小于所述投影物镜像方衍射极限分辨率，即d2 < λ /2NAi; NAi为投影物镜的像方数值孔径，且NAi = NA0/m ；当检测光刻机中投影物镜视场点K的波像差时，使第一扩展光源板上的圆形针孔阵列A的圆心与视场点K重合，使第二扩展光源板上的圆形窗口 B的圆心与圆形针孔阵列 A在投影物镜像面上所成像的中心重合；当校准在线检测装置的系统误差时，使第一扩展光源板的圆形窗口 A的圆心与投影物镜的视场点0重合，使第二扩展光源板上圆形针孔阵列B的圆心与圆形窗口 A在投影物镜像面上所成像的中心重合。本专利技术所述衍射光学元件由周期常数为ρ的微镜阵列或微孔阵列组成。本专利技术所述圆形针孔阵列A的直径小于或者等于圆形窗口 A的直径；圆形针孔阵列B的直径小于或等于圆形窗口 B的直径。本专利技术所述圆形针孔阵列A中每相邻两针孔的圆心距相等为L1 > λ /NA0 ；圆形针孔阵列B中每相邻两针孔的圆心距相等为L2 > λ /NAi0一种利用上述现场测量装置的测量方法，具体步骤为步骤一、调节光刻机照明系统，使光束均勻照射于投影物镜的物面上；步骤二、移动掩模台使得位于掩模台上的第一扩展光源板上的圆形窗口 A的圆心与投影物镜的视场点0重合，移动第二扩展光源板使得圆形针孔阵列B的圆心与圆形窗口 A在投影物镜像面所成的像的中心重合，并且调节准直物镜使其中心视场点与圆形针孔阵列B的圆心重合；对此时光电传感器上形成多个像点位置的偏移进行波面重建，得到包括现场测量装置系统误差的波像差Wsys ；步骤三、移动掩模台使得位于掩模台上的第一扩展光源板的圆形针孔阵列A的圆心与投影物镜视场点K重合，移动第二扩展光源板使得圆形窗口 B的圆心与圆形针孔阵列A 在投影物镜像面所成像的中心重合，并且调节准直物镜使其中心视场点与圆形窗口 B的圆心重合；对此时光电传感器上形成多个像点位置的偏移进行波面重建，得到包括投影物镜在视场点K的波像差以及现场测量装置系统误差的波像差Wk'；步骤四、通过调节光刻机掩模台和硅片台来切换所需测量的视场点，重复步骤三直至完成投影物镜全视场波像差的测量，最终得到所有视场点的波像差Wi' (i = l，L L，η)，i为所测量的视场点的序号，η为所需测量的视场点的个数；步骤五、投影物镜上各视场点经过校正之后的波像差Wi = Wi' -Wsys0有益效果本专利技术在投影物镜波像差检测时，利用位于投影物镜上方的第一扩展光源板上的圆形针孔阵列产生理想的球面波，消除了照明系统对光刻机投影物镜波像差检测的影响， 且圆形针孔阵列上包括多个针孔，使得光源的利用率高，同时光束在传播的过程中损耗小， 从而提高了测量精度。其次，在进行系统误差标定时，利用位于投影物镜下方的第二扩展光源板上的圆形针孔阵列产生理想的球面波，实现了对待测照明系统残留像差和投影物镜波像差的空间滤波，且圆形针孔阵列上包括多个针孔，使得光源的利用率高，同时光束在传播的过程中损耗小，从而提高了测量的精度。附图说明图1为现有光刻机的结构示意图。图2为本具体实施方式中波像差现场测量装置的结构示意图。图3为本具体实施方式中第一扩展光源板的结构示意图。图4为本具体实施方式中第二扩展光源板的结构示意图。其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用扩展光源的光刻机投影物镜波像差现场测量装置，其特征在于，包括第一扩展光源板、第二扩展光源板、准直物镜、衍射光学元件以及光电传感器；其中，第一扩展光源板位于光刻机掩模台上且与投影物镜的物面重合，第二扩展光源板位于光刻机硅片台上且与投影物镜的像面重合，准直物镜位于第二扩展光源板沿光刻机投影物镜光轴方向的下游，且准直物镜的物方焦面与投影物镜像面重合，衍射光学元件位于准直物镜的像方位置，光电传感器位于衍射光学元件光束出射方向的焦平面上；第一扩展光源板上设有圆形针孔阵列Ａ和圆形窗口Ａ；所述圆形窗口Ａ的尺寸应小于或者等于投影物镜物方视场的等晕区的尺寸，即圆形窗口Ａ的直径Ｄ１≤ｐｚ／２ｆｍ，ｐ为衍射光学元件的周期常数，ｚ为衍射光学元件与光电传感器沿投影物镜光轴方向的间距，ｆ为准直物镜的焦距，ｍ为投影物镜的缩小倍率；圆形针孔阵列Ａ中的每一个针孔大小相等，各针孔直径ｄ１小于所述投影物镜物方衍射极限分辨率，即ｄ１＜λ／２ＮＡｏ，λ为光刻机上光源发出光波的波长，ＮＡｏ为投影物镜的物方数值孔径；第二扩展光源板上设有圆形针孔阵列Ｂ和圆形窗口Ｂ；所述圆形窗口Ｂ的尺寸应小于或者等于投影物镜像方视场的等晕区的尺寸，即圆形窗口Ｂ的直径Ｄ２≤ｐｚ／２ｆ；圆形针孔阵列Ｂ中的每一个针孔的大小相等，各针孔直径ｄ２小于所述投影物镜像方衍射极限分辨率，即ｄ２＜λ／２ＮＡｉ，ＮＡｉ为投影物镜的像方数值孔径，且ＮＡｉ＝ＮＡｏ／ｍ；当检测光刻机中投影物镜视场点Ｋ的波像差时，使第一扩展光源板上的圆形针孔阵列Ａ的圆心与视场点Ｋ重合，使第二扩展光源板上的圆形窗口Ｂ的圆心与圆形针孔阵列Ａ在投影物镜像面上所成像的中心重合；当校准在线检测装置的系统误差时，使第一扩展光源板的圆形窗口Ａ的圆心与投影物镜的视场点Ｏ重合，使第二扩展光源板上圆形针孔阵列Ｂ的圆心与圆形窗口Ａ在投影物镜像面上所成像的中心重合。...

【技术特征摘要】
1.一种用扩展光源的光刻机投影物镜波像差现场测量装置，其特征在于，包括第一扩展光源板、第二扩展光源板、准直物镜、衍射光学元件以及光电传感器；其中，第一扩展光源板位于光刻机掩模台上且与投影物镜的物面重合，第二扩展光源板位于光刻机硅片台上且与投影物镜的像面重合，准直物镜位于第二扩展光源板沿光刻机投影物镜光轴方向的下游，且准直物镜的物方焦面与投影物镜像面重合，衍射光学元件位于准直物镜的像方位置， 光电传感器位于衍射光学元件光束出射方向的焦平面上；第一扩展光源板上设有圆形针孔阵列A和圆形窗口 A ；所述圆形窗口 A的尺寸应小于或者等于投影物镜物方视场的等晕区的尺寸，即圆形窗口 A的直径D1 ^ pz/2fm, ρ为衍射光学元件的周期常数，ζ为衍射光学元件与光电传感器沿投影物镜光轴方向的间距，f为准直物镜的焦距，m为投影物镜的缩小倍率；圆形针孔阵列A中的每一个针孔大小相等，各针孔直径Cl1小于所述投影物镜物方衍射极限分辨率，即Cl1 < λ/2ΝΑ。，λ为光刻机上光源发出光波的波长，NA0为投影物镜的物方数值孔径；第二扩展光源板上设有圆形针孔阵列B和圆形窗口 B ；所述圆形窗口 B的尺寸应小于或者等于投影物镜像方视场的等晕区的尺寸，即圆形窗口 B的直径D2 < pz/2f ；圆形针孔阵列B中的每一个针孔的大小相等，各针孔直径d2小于所述投影物镜像方衍射极限分辨率， 即d2 < λ /2NAi; NAi为投影物镜的像方数值孔径，且NAi = NA0/m ；当检测光刻机中投影物镜视场点K的波像差时，使第一扩展光源板上的圆形针孔阵列 A的圆心与视场点K重合，使第二扩展光源板上的圆形窗口 B的圆心与圆形针孔阵列A在投影物镜像面上所成像的中心重合；当校准在线检测装置的系统误差时，使第一扩展光源板的圆形窗口 A的圆心与投影物镜的视场点0重合，使第二扩展光源板上圆形针孔阵列B的圆心与圆形窗口 A在投影物镜像面上所成像的中心重合。2.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘克，李艳秋，汪海，王建峰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11