波像差测量装置及其测量方法制造方法及图纸

一种波像差测量装置及其测量方法，照明系统产生照明光束；物面小孔包括至少两个物面小孔标记，所述至少两个物面小孔标记沿第一方向排列，所述物面小孔标记包括两个物面小孔子标记，所述两个物面小孔子标记沿第二方向排列，第一方向和第二方向垂直，所述两个物面小孔子标记的光栅方向分别沿X方向和沿Y方向，所述照明光束照射到所述物面小孔形成测量光束；所述测量光束通过投影物镜后入射到像面剪切光栅，形成剪切干涉图案；多次改变所述物面小孔和所述像面剪切光栅的相对位置，二维阵列光敏元件获得两个方向上的多个剪切干涉图案以计算投影物镜的波像差。所述波像差测量装置及其测量方法能够测量多视场点波像差，实现光刻装置多视场点波像差的并行测量，测量速度快，实时性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及波像差测量领域，特别涉及光刻装置多视场点。
技术介绍
半导体行业的一个目标是在单个集成线路(IC)中集成更多的电子元件。要实现这个目标需不断地缩小元件尺寸，即不断地提高光刻投影系统的分辨率。物镜波像差是限制投影系统分辨率的重要因素，它是造成线宽变化的重要原因。虽然物镜在加工制造和装配过程中都经过了严格的检验和优化，使其波像差最小化，但在物镜系统集成到光刻机后进行在线的波像差测量仍然必要。这是因为镜片材料的老化或者物镜热效应会造成波像差，因此，在光刻机工作过程中需经常的测量波像差，并根据测量结果调整物镜中特定镜片的位置以减小波像差。若需在短时间范围内校正物镜热效应，则需更频繁地进行波像差测量，这时波像差测量的实时性尤为重要。在线测量波像差的一种方法是移相剪切干涉法。该方法使用曝光光束进行测量，在物面使用小孔产生探测光源，小孔经物镜成像到像面剪切光栅并在远场产生剪切干涉条纹，使用二维阵列光敏元件在物镜光瞳的共轭面记录干涉图像。测量过程中需改变光源与光栅的相对位置(移相)以获得不同移相条件下的干涉条纹，分析这些干涉图像可得到物镜波像差。为了重建完整的波前信息，需在每个视场点同时测量两个相互垂直方向上的位相信息，也可测量多个方向上的位相信息，例如测量夹角互为120度的三个方向上的位相信息。同时，为了获得整个物镜视场范围内的波像差信息，需对选定的场点进行逐个测量。这样，使用该方法对整个视场进行波像差测量的时间正比于以下几个因素1、场点数目Nf ;2、测量的方向数(至少2个) Nd ;3、每个方向上的移相步数Np，则理论测量时间Tthemy与NfXNdXNp成正比例。为了保证一定的测量精度，上述每个项目的测量数量必须保持在一定的下限以上。以往的移相剪切法测波像差采用串行测量的方法，即依次测量每个视场点，在测量每个视场点时依次测量该视场点的两个方向，在测量每个方向时依次进行移相操作。因此，实际测量时间T_sure > =理论测量时间Tth_y。由于无法进一步缩短波像差测量的时间，这种串行测量方法将影响光刻机产率和波像差测量的实时性。现有技术中用移相剪切法串行测量每个视场点的波像差，不能满足光刻装置对波像差测量的实时性要求，不能在较短时间内校正物镜的热效应，对产率产生了较大影响。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是现有移相剪切法测量光刻装置波像差测量时间长，不能满足实时性需求的技术问题。为解决上述问题，本专利技术提供波像差测量装置，包括照明系统，产生照明光束；物面小孔，包括至少两个物面小孔标记，所述至少两个物面小孔标记沿第一方向排列，所述物面小孔标记包括两个物面小孔子标记，所述两个物面小孔子标记沿第二方向排列，所述第一方向和所述第二方向垂直，所述两个物面小孔子标记的光栅方向分别沿X 方向和沿Y方向，照明光束照射到上述物面小孔形成测量光束；投影物镜；像面剪切光栅，上述测量光束通过投影物镜后入射到像面剪切光栅，形成剪切干涉图案； 二维阵列光敏元件，用于接收上述剪切干涉图案。进一步，物面小孔位于物面小孔板上，物面小孔板与掩模台连接，掩模台带动物面小孔板移动。像面剪切光栅位于像面剪切光栅板上，像面剪切光栅板与工件台连接，工件台带动像面优选的，所述像面剪切光栅是棋格状光栅。进一步，相邻的所述物面小孔标记中的两个物面小孔子标记的排列方向不同。优选的，所述像面剪切光栅包括至少一个像面剪切光栅标记组，所述像面剪切光栅标记组包括至少两个像面剪切光栅标记，所述至少两个像面剪切光栅标记沿第一方向排列，所述至少一个像面剪切光栅标记组沿第二方向排列，所述至少两个像面剪切光栅标记的光栅方向分别沿X方向和沿Y方向。沿第一方向和沿第二方向相邻的所述至少两个像面剪切光栅标记排列方向不同。进一步，所述物面小孔标记的间距等于待测视场点间隔。所述物面小孔标记的间距与所述像面剪切光栅标记组的间距的比值等于投影物镜的投影倍率M。所述物面小孔子标记的周期与所述像面剪切光栅标记的周期的比值等于投影物镜的投影倍率M。优选的，所述X方向和所述Y方向垂直。优选的，所述物面小孔子标记为狭缝光栅。所述像面剪切光栅标记为狭缝光栅。进一步，还包括数据处理单元，对二维阵列光敏元件接收的信息进行处理，计算出投影物镜波像差。本专利技术还提供一种波像差测量方法，该测量方法使用上述波像差测量装置，包括多次改变所述物面小孔和所述像面剪切光栅的相对位置，获得两个方向上的多个剪切干涉图案；二维阵列光敏元件接收上述多个剪切干涉图案；根据多个剪切干涉图案，计算所述投影物镜的波像差。优选的，沿与所述物面小孔子标记的光栅方向和所述像面剪切光栅标记的光栅方向成45°的方向改变所述物面小孔和所述像面剪切光栅的相对位置。优选的，沿与所述物面小孔子标记的光栅方向和所述像面剪切光栅标记的光栅方向成0°或者90°的方向改变所述物面小孔和所述像面剪切光栅的相对位置。与现有技术相比，本专利技术波像差测量装置极大提高了波像差测量速度，增强了测量的实时性。附图说明关于本专利技术的优点与精神可以通过以下的专利技术详述及所附图式得到进一步的了解。图1是本专利技术波像差测量装置实施方式示意图；图2是本专利技术图1所示波像差测量装置的物面小孔第一种实施方式示意图；图3是本专利技术图1所示波像差测量装置的像面剪切光栅第一种实施方式示意图；图4是本专利技术图1所示波像差测量装置的像面剪切光栅第二种实施方式示意图；图5是本专利技术图1所示波像差测量装置的像面剪切光栅第三种实施方式示意图；图6是本专利技术图1所示波像差测量装置的物面小孔第二种实施方式示意图；图7是本专利技术图1所示波像差测量装置的像面剪切光栅第四种实施方式示意图。具体实施例方式下面结合附图详细说明本专利技术的具体实施例。参照图1，本专利技术波像差测量装置包括照明系统11，产生照明光；物面小孔板31，其上具有物面小孔35 ；像面剪切光栅板32，其上具有像面剪切光栅36 ；二维阵列光敏元件33和数据处理单元34。上述波像差测量装置在实施方式中，物面小孔板31位于光刻机照明系统11的下 方，投影物镜13的物面上，与掩模台21连接，并能随掩模台21 —起运动。物面小孔板31 接收来自照明系统11的照明光，通过物面小孔35产生理想点光源，理想点光源发出的测量 光束进入投影物镜13。携带投影物镜光瞳12的波像差信息的测量光束被投影物镜13汇聚 到像面剪切光栅板32。像面剪切光栅板32位于投影物镜13的像面，与工件台22连接，并 能随工件台22—起运动。汇聚的测量光束经过像面剪切光栅后形成剪切干涉图案，被位于 远场的二维阵列光敏元件33探测到。通过上述测量流程，在每个视场点测量不同方向、不 同移相位置的干涉图案，并传输到数据处理单元34，经过计算处理获得投影物镜光瞳12的 波像差信息。在具体实施方式中，通过改变物面小孔35和像面剪切光栅36的相对位置进行移 相，即通过运动掩模台21或工件台22，或同时运动掩模台21和工件台22，改变与其连接的 物面小孔板31和像面剪切光栅板32的相对位置。由于二维阵列光敏元件33位于像面剪切光栅36的远场探测面，即夫琅和费衍射 近似区，因此二维阵列光敏元件33的探测面与像面剪切光栅36之间为傅立叶变换关系。这 样，像面剪切光栅36上测量标记的位置变化等同于二维阵列光敏元件33本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆海亮，王帆，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：