專利名稱：可標定系統(tǒng)誤差的光刻機投影物鏡波像差在線檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光學檢測領域，涉及一種具有系統(tǒng)誤差標定功能的光刻機投影 物鏡波像差在線檢測裝置，尤其涉及針對極紫外光刻機的投影物鏡波像差在線 檢測裝置。
背景技術：
在大規(guī)模集成電路的制備過程中常常使用投影曝光裝置，將掩模板上的圖
案經過投影物鏡縮小投影在涂有光刻膠的硅片上。2007年國際半導體技術路線 圖(ITRS2007)指出，極紫外光刻技術(EUVL)是實現(xiàn)32nm及其以下技術節(jié) 點最有潛力的候選技術。EUVL采用波長13.5nm的曝光光源，任何材料在該波 段的折射率均接近于l,而且吸收較大。EUVL投影物鏡需要采用真空環(huán)境和反 射式光學設計，在鏡頭加工過程中需要在基底表面鍍有梯度多層膜，因此EUVL 投影物鏡的波像差由設計殘差、反射鏡基底的面形加工精度、多層膜的特性和 集成裝調共同決定，必須利用工作波長對其進行在線檢測。產業(yè)化EUVL設備 的投影物鏡通常為4或6個鍍有多層膜的非球面反射鏡系統(tǒng)，為了滿足32nm以 下技術節(jié)點的曝光要求，投影物鏡系統(tǒng)的波像差要求控制在30m;in^之內，相當 于0.45nm。為了完成EUVL投影物鏡高精度的在線裝調，對波像差在線檢測設 備的檢測精度要求高達O.l腦rms。
在美國專利US5835217中，提出了一種安裝在EUVL光刻機上利用曝光波 長在線檢測投影物鏡波像差的相移點衍射干涉儀(Phase-shifting point diffraction interferometer, PSPDI)該專利中，PSPDI的測量原理是利用光柵等分束裝置 產生測試臂和參考臂，并在投影物鏡的像面上放置掩模板。掩模板上刻有一個 直徑小于前述投影物鏡系統(tǒng)衍射極限分辨率的圓孔和一個較大的窗口。圓孔對 投影物鏡出射光束發(fā)生衍射作用，產生理想球面波作為參考波；窗口對投影物 鏡出射光束不產生影響，窗口出射光束攜帶投影物鏡波像差的信息作為測試波。 再利用光電傳感器(如CCD)采集測試波和參考波的干涉圖，利用相位提取、 相位展開和波面擬和等干涉條紋處理算法，最終計算得出多項37項Zemike多項式表示的投影物鏡波像差。
采用前述專利中的PSPDI檢測投影物鏡波像差，由于PSPDI本身的橫向錯 位光路結構，會導致在測量結果中引入一定的系統(tǒng)誤差。根據(jù)文獻 "Characterization of the accuracy of EUV phase-shifting point diffraction interferometry" (Proc.SPIE， 1998,3331: 114-123)中的分析結果表明，系統(tǒng)誤差 比干涉儀預期達到的精度還要高一個數(shù)量級，因此必須對系統(tǒng)誤差進行高精度 的標定，以達到干涉儀的檢測精度要求。主要的系統(tǒng)誤差包括測試波和參考 波橫向錯位所引入的慧差、光電傳感器傾斜所導致的像散、光柵衍射導致像散 等。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有PSPDI結構導致測量結果中存有系統(tǒng)誤差的不 足，提出一種可標定系統(tǒng)誤差的光刻機投影物鏡波像差在線檢測裝置。利用 PSPDI系統(tǒng)誤差隨光柵分束方向旋轉的特性，在PSPDI的分束裝置中引入一個 與原有光柵刻線方向相垂直的光柵、在像方掩模板中引入一個圓孔，作為系統(tǒng) 誤差標定元件，根據(jù)Zernike多項式在單位圓域的正交特性和奇偶對稱性質標定 PSPDI的系統(tǒng)誤差。光刻機包括用于產生投影光束的光源，用于所述光源發(fā)出 的光束整形均勻照明掩模板的照明系統(tǒng)，能將所述掩模板圖案成像在硅片上的 投影物鏡，能承載所述掩模板并精確定位的掩模工件臺，能承載所述硅片并精 確定位的硅片工件臺。本發(fā)明裝置集成在光刻機的掩模工件臺和硅片工件臺上， 能夠標定測量裝置本身弓I入的系統(tǒng)測量誤差，提高測量精度。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下
一種可標定系統(tǒng)誤差的光刻機投影物鏡波像差在線檢測裝置，包括以下組 成部件
(1) 物方掩模板
在物方掩模板上，開有一個直徑不超過光刻機照明系統(tǒng)衍射極限分辨率的 圓孔，用于選擇測量視場點以及濾除所述照明系統(tǒng)的像差。
(2) 分束裝置用于光束分束以及在進行裝置系統(tǒng)誤差標定時改變分束方向。
所述分束裝置包括兩個二元衍射光柵第一光柵和第二光柵，兩個光柵可以均為二元振幅光柵，也可以均為二元位相光柵。其中，第一光柵用于在線檢
測投影物鏡波像差時對光束進行分束，以產生測試臂和參考臂；第二光柵用于 在標定裝置的系統(tǒng)誤差時，將光束分束后的測試臂和參考臂的方向相對在線檢 測所述投影物鏡波像差時旋轉90度，這就使得本裝置的系統(tǒng)誤差也隨之旋轉90 度，而測量真值不變，從而將所述裝置的系統(tǒng)誤差從投影物鏡波像差的測量結 果中分離出來。
兩個光柵的刻線方向相垂直，且周期常數(shù)、占空比和外圍寬度相同，其外 圍寬度均須滿足光柵衍射的0級和1級衍射光或者0級和-1級衍射光能夠同時 填充投影物鏡的光瞳。兩光柵在所述分束裝置所在平面上的間距在不影響測量 的前提下應盡可能小。
(3) 移相裝置用于帶動所述分束裝置在測試波和參考波之間引入有序相移。
(4) 像方掩模板用于所述裝置波像差檢測以及系統(tǒng)誤差標定時產生測試 波和球面參考波。
像方掩模板包括一個窗口和與該窗口分開一定距離s的兩個直徑相同的圓 孔第一圓孔和第二圓孔。
第一圓孔用于投影物鏡波像差在線檢測時產生球面參考波，第二圓孔用于 系統(tǒng)誤差標定時產生球面參考波。這是因為在標定系統(tǒng)誤差時測試臂和參考臂 的方向相對所述投影物鏡波像差在線檢測時旋轉90度，因此必須引入一個與投 影物鏡波像差在線檢測時所用的圓孔直徑相同的圓孔。
(5) 光電傳感器用于采集所述測試波和球面參考波干涉條紋。
(6) 存儲器用于保存光電傳感器所采集的干涉條紋強度信息、投影物鏡 在物方掩模板上圓孔規(guī)定的視場點未經標定的波像差、系統(tǒng)誤差標定結果、各 個視場點未經標定的波像差測量結果、系統(tǒng)誤差標定后的投影物鏡全視場波像 差，以及投影物鏡各個補償器的調節(jié)量。
(7) 運算器用于根據(jù)存儲器中數(shù)據(jù)計算裝置系統(tǒng)誤差，各個視場點未經 標定的波像差，系統(tǒng)誤差標定后的投影物鏡全視場波像差，以及投影物鏡中各 個補償器的調整量。
(8) 控制器用于控制掩模工件臺和硅片工件臺改變所測量的投影物鏡的 視場點，根據(jù)存儲器中投影物鏡各個補償器調整量調整補償器來校正像差，以及控制移相裝置步進實現(xiàn)移相。
上述各組成部分的位置與連接關系如下
物方掩模板位于投影物鏡的物面，并由光刻機中的掩模工件臺固定支撐和 帶動。物方掩模板上的圓孔要始終處于光刻機投影物鏡的視場范圍之內，圓孔 所在位置即為本發(fā)明裝置所測量的投影物鏡的視場點。
分束裝置由移相裝置固定支撐，移相裝置帶動分束裝置在垂直于光軸方向 的平面內進行垂直于第一或第二光柵刻線方向的平移。分束裝置位于物方掩模 板和投影物鏡之間，也可以位于投影物鏡與像方掩模板之間。當進行在線檢測 投影物鏡波像差時，若第一光柵位于物方掩模板和投影物鏡之間，在隨后的標 定裝置的系統(tǒng)誤差時，第二光柵也必須位于物方掩模板和投影物鏡之間；當進 行在線檢測投影物鏡波像差時，若第一光柵位于投影物鏡與像方掩模板之間， 在隨后的定裝置的系統(tǒng)誤差時，第二光柵也必須位于投影物鏡與像方掩模板之 間。
像方掩模板位于投影物鏡的像面，并由硅片工件臺支撐和帶動。當進行在 線檢測投影物鏡波像差時，第一圓孔的圓心要對準投影物鏡像面處的0級衍射 光，同時，窗口的中心要對準投影物鏡像面處的+l或-l級衍射光。當標定裝置 的系統(tǒng)誤差時，第二圓孔的圓心要對準投影物鏡像面處的0級衍射光，同時， 窗口的中心要對準投影物鏡像面處的+1或-1級衍射光。兩個圓孔的圓心與窗口 中心的連線垂直且相等，兩個圓孔的直徑^均小于投影物鏡衍射極限分辨率，并 滿足- = ;1/2^4，義為所述光刻機的曝光波長，A^為所述投影物鏡的像方數(shù)值孔 徑。
當分束裝置位于物方掩模板和投影物鏡之間時，像方掩模板上兩個圓孔的 圓心與像方掩模板中窗口的中心之間的距離s均要滿足關系式s -/md ,式中義 為光刻機的曝光波長，附為投影物鏡的倍率，^為分束裝置中光柵的周期常數(shù)， A為分束裝置與物方掩模板在光軸方向上的間距。
當分束裝置位于投影物鏡與像方掩模板之間時，像方掩模板上兩個圓孔的 圓心與像方掩模板中所述窗口的中心之間的距離s滿足關系式s = h2式中z2
為分束裝置與像方掩模板在光軸方向上的間距。 光電傳感器由光刻機的硅片工件臺固定支撐和帶動，并與像方掩模板平行。 光電傳感器有效像元區(qū)的中心在垂直方向上與窗口中心重合，光電傳感器與像方掩模板的間距取決于光電傳感器有效像元區(qū)的大小以及所述投影物鏡的數(shù)值 孔徑，以能夠完全采集測試波和參考波形成的干涉條紋為準。
存儲器分別同光電傳感器、運算器、控制器相連接。控制器分別同移相裝 置、掩模工件臺、硅片工件臺以及投影物鏡補償器相連接。連接方式可以采用 數(shù)據(jù)線、電纜線等有線方式，也可采用紅外傳輸、藍牙等無線方式。
使用上述裝置進行光刻機投影物鏡波像差的檢測并標定該裝置系統(tǒng)誤差的 方法如下
步驟一、在裝有本發(fā)明裝置的光刻機上調節(jié)照明系統(tǒng)，使光源發(fā)出的光束 在投影物鏡視場范圍內均勻的照明掩模板；移動掩模工件臺，帶動物方掩模板 進行移動，使物方掩模板位于掩模板所在平面，即投影物鏡的物面；照明系統(tǒng) 的出射光束均勻照明物方掩模板，經過物方掩模板上的圓孔進行空間濾波，消 除照明系統(tǒng)的像差；
步驟二、對投影物鏡視場中物方掩模板的圓孔所在視場點進行波像差在線 檢測，并將測量結果保存在存儲器中利用分束裝置中的第一光柵對物方掩模 板圓孔的出射光束進行分束，光束通過第一光柵的周期結構后，出射角度不同 的各個級次衍射光束經過投影物鏡后，攜帶了投影物鏡的波像差信息，并在投 影物鏡的像面上形成多個衍射級次；像方掩模板由硅片工件臺支撐和帶動，移 動硅片工件臺，使像方掩模板位于投影物鏡的像面，并使第一圓孔中心對準投 影物鏡像面處的0級衍射光產生球面參考波，使窗口中心對準投影物鏡像面處 的+l或-l級衍射光，由此形成測試波；
測試波和參考波發(fā)生雙光束干涉，在光電傳感器上形成干涉條紋，光電傳 感器記錄干涉條紋的強度信息，并存儲在存儲器中；控制器控制移相裝置帶動 分束裝置在垂直于第一光柵刻線的方向上進行平移，從而在第一光柵的±1級次 衍射光中引入相位差，利用光電傳感器采集移相后的干涉條紋，儲存在存儲器 中；重復此過程，存儲多幅移相的干涉條紋；
最后，利用運算器根據(jù)存儲器中多幅移相干涉條紋的強度信息，計算出37 項Zemike多項式表示的投影物鏡在物方掩模板圓孔規(guī)定的視場點未經標定的波 像差<'，并存儲在存儲器中；
步驟三、用第二光柵代替第一光柵，用第二圓孔代替第一圓孔，重復步驟二，完成投影物鏡同一個視場點的波像差在線檢測，并將測量結果『:保存在存
儲器中；利用運算器根據(jù)^"和^1計算出37項Zernike多項式所表示的系統(tǒng)誤
差中角向分量為ie、 2e、 3e、 5e的項所對應的系統(tǒng)誤差標定結果『^，并存儲
在存儲器中；系統(tǒng)誤差標定只需要標定一次；
步驟四、通過控制器移動掩模工件臺來改變物方掩模板上的圓孔位置，在此基礎上，通過控制器移動硅片工件臺，改變像方掩模板上兩個圓孔的圓心與像方掩模板中窗口中心的位置，從而改變所測量的投影物鏡的視場點，之后按照步驟二所述過程對新視場點進行波像差在線檢測，并將測量結果保存在存儲器中；
重復步驟四，直至完成投影物鏡全視場未經標定的波像差《("=1,2,3...)的
步驟五、運算器根據(jù)系統(tǒng)誤差標定結果『^和投影物鏡全視場未經標定的波像差《("-l,2，3…)，計算出系統(tǒng)誤差標定后的投影物鏡全視場波像差『"，『 =^;'-『^ (" = 1，2，3—)，并將『"存入存儲器；運算器根據(jù)投影物鏡全視場波像差『 ，利用敏感度矩陣計算投影物鏡中各個補償器的調節(jié)量，并存入存儲器；控制器根據(jù)存儲器中各個補償器的調節(jié)量計算結果，自動調整投影物鏡中各個補償器，從而完成投影物鏡的波像差校正。
有益效果
本發(fā)明所提供的測量裝置，通過對PSPDI的結構進行改進，在PSPDI的分束裝置中引入一個與原有光柵刻線方向相垂直的光柵，在像方掩模板中引入一個圓孔，作為系統(tǒng)誤差標定元件。根據(jù)系統(tǒng)誤差標定元件在正交方向上的兩次測量結果，利用Zernike多項式在單位圓域的正交特性和奇偶對稱性質，標定出PSPDI中37項Zernike多項式所表示的系統(tǒng)誤差中角向分量為10、 20、 36、 56項所對應的系統(tǒng)誤差。這樣以來，相對于美國專利US5835217中的PSPDI，就能夠顯著的提高測量精度。


圖1為本發(fā)明裝置及光刻機的結構組成示意圖;圖2為本發(fā)明裝置中的物方掩模板的結構示意圖3為本發(fā)明裝置中分束裝置的結構示意圖4為本發(fā)明裝置中的像方掩模板的結構示意其中，光刻機包括101-光源、102-照明系統(tǒng)、103-掩模板、104-掩模工件臺、105-投影物鏡、106-硅片、107-硅片工件臺。
光刻機投影物鏡波像差檢測裝置包括201-物方掩模板、201a-物方掩模板圓孔、202-分束裝置、203-移相裝置204-像方掩模板、205-光電傳感器、206-存儲器、207-運算器、208-控制器、202a-第一光柵、202b-第二光柵、204a-窗口、204b-第一圓孔、204c-第二圓孔。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。首先闡述光刻機的結構組成及工作原理。光刻機包括光源101、照明系統(tǒng)102、掩模板103、掩模工件臺104、投影物鏡105、硅片106以及硅片工件臺107。光源101發(fā)出的光經過照明系統(tǒng)102后，照明在掩模板103上，將掩模板103上的圖案通過投影物鏡105，以步進-掃描的方式，縮小投影在涂有光刻膠的硅片106上，實現(xiàn)圖案的轉移。光源101為波長約13.5nm的極紫外光源，或者波長約為193nm的ArF準分子激光，或者波長約為248nm的KrF準分子激光。照明系統(tǒng)102具有調節(jié)光束轉向、形狀的光學元件，以及勻光光學元件，這樣照明在掩模板103上的光束在投影物鏡105視場范圍內具有較理想的均勻性。刻有待轉移的電路圖案的掩模板103由掩模工件臺104支撐和帶動；涂有光刻膠的硅片106由硅片工件臺107支撐和帶動。掩模板103和硅片106位于投影物鏡105的光學共軛面上。掩模工件臺104和硅片工件臺107以不同的速率同步掃描運動，以步進-掃描的方式將掩模板103的圖案，通過投影物鏡105精確地投影轉移到涂有光刻膠的硅片107上。
本發(fā)明通過在光刻機上集成具有系統(tǒng)誤差標定功能的投影物鏡波像差在線檢測裝置，進行投影物鏡105波像差的在線檢測和校正，如圖1所示。本發(fā)明裝置包括物方掩模板201、分束裝置202、移相裝置203、像方掩模板204、光電傳感器205、存儲器206、運算器207以及控制器208。其中，在物方掩模板201上，開有一個直徑不超過光刻機照明系統(tǒng)102衍射極限分辨率的圓孔201a，用于選擇測量視場點以及濾除照明系統(tǒng)102的像差。
分束裝置202用于光束分束以及在進行裝置系統(tǒng)誤差標定時改變分束方向。分束裝置202包括兩個二元衍射光柵第一光柵202a和第二光柵202b，兩個光柵可以均為二元振幅光柵，也可以均為二元位相光柵。其中，第一光柵202a用于在線檢測投影物鏡波像差時對光束進行分束，以產生測試臂和參考臂；第二光柵202b用于在標定裝置的系統(tǒng)誤差時，將光束分束后的測試臂和參考臂的方向相對在線檢測投影物鏡105波像差時旋轉90度，這就使得本裝置的系統(tǒng)誤差也隨之旋轉90度，而測量真值不變，從而將所述裝置的系統(tǒng)誤差從投影物鏡105波像差的測量結果中分離出來。
兩個光柵的刻線方向相垂直，且周期常數(shù)、占空比和外圍寬度相同，其外圍寬度均須滿足光柵衍射的0級和1級衍射光或者0級和-1級衍射光能夠同時填充投影物鏡105的光瞳。兩光柵在所述分束裝置所在平面上的間距在不影響測量的前提下應盡可能小。
移相裝置203用于帶動分束裝置202在測試波和參考波之間引入有序相移。
像方掩模板204用于產生測試波和球面參考波以及本裝置的系統(tǒng)誤差標定。像方掩模板204包括一個窗口 204a和與該窗口分開一定距離s的兩個直徑相同的圓孔第一圓孔204b和第二圓孔204c。
第一圓孔204b用于投影物鏡105波像差在線檢測時產生球面參考波，第二圓孔204c用于系統(tǒng)誤差標定時產生球面參考波。
光電傳感器205用于采集所述測試波和球面參考波干涉條紋。
存儲器206用于保存光電傳感器205所采集的干涉條紋強度信息、投影物鏡105在物方掩模板201上的圓孔201a規(guī)定的視場點未經標定的波像差、系統(tǒng)誤差標定結果、各個視場點未經標定的波像差測量結果、系統(tǒng)誤差標定后的投影物鏡105全視場波像差，以及投影物鏡105各個補償器的調節(jié)量。
運算器207用于根據(jù)存儲器206中數(shù)據(jù)計算裝置系統(tǒng)誤差，各個視場點未經標定的波像差，系統(tǒng)誤差標定后的投影物鏡105全視場波像差，以及投影物鏡105中各個補償器的調整量。
控制器208用于控制掩模工件臺104和硅片工件臺107改變所測量的投影物鏡105的視場點，根據(jù)存儲器206中投影物鏡105各個補償器調整量調整補償器來校正像差，以及控制移相裝置203步進實現(xiàn)移相。上述各組成部分的位置與連接關系如下
物方掩模板201位于投影物鏡105的物面，并由光刻機中的掩模工件臺104固定支撐和帶動。物方掩模板201上的圓孔201a要始終處于光刻機投影物鏡105的視場范圍之內，圓孔201a所在位置即為本發(fā)明裝置所測量的投影物鏡105的視場點。
分束裝置202由移相裝置203固定支撐，移相裝置203帶動分束裝置202在垂直于光軸方向的平面內進行垂直于第一光柵202a或第二光柵202b刻線方向的平移。分束裝置202位于物方掩模板201和投影物鏡105之間，也可以位于投影物鏡105與像方掩模板204之間。當進行在線檢測投影物鏡波像差時，若第一光柵202a位于物方掩模板201和投影物鏡105之間，在隨后的標定裝置的系統(tǒng)誤差時，第二光柵202b也必須位于物方掩模板201和投影物鏡105之間；當進行在線檢測投影物鏡波像差時，若第一光柵202a位于投影物鏡105與像方掩模板204之間，在隨后的標定裝置的系統(tǒng)誤差時，第二光柵202b也必須位于投影物鏡105與像方掩模板204之間。
像方掩模板204位于投影物鏡105的像面，并由硅片工件臺107支撐和帶動。當進行在線檢測投影物鏡波像差時，第一圓孔204b的圓心要對準投影物鏡105像面處的0級衍射光，同時，窗口 204a的中心要對準投影物鏡105像面處的+1或-1級衍射光。當標定裝置的系統(tǒng)誤差時，第二圓孔204c的圓心要對準投影物鏡像面處的O級衍射光，同時，窗口 204a的中心要對準投影物鏡105像面處的+1或-1級衍射光。兩個圓孔的圓心與窗口 204a中心的連線垂直且相等，兩個圓孔的直徑^均小于投影物鏡105衍射極限分辨率，并滿足^ = ;1/2^4，義為所述光刻機的曝光波長，A^為所述投影物鏡105的像方數(shù)值孔徑。
當分束裝置202位于物方掩模板201和投影物鏡105之間時，像方掩模板204上兩個圓孔的圓心與像方掩模板204中窗口 204a的中心之間的距離s均要滿足關系式^ = ^,/;^，式中/l為光刻機的曝光波長，m為投影物鏡105的倍率，^為分束裝置202中光柵的周期常數(shù)，z,為分束裝置202與物方掩模板201在光軸方向上的間距。
當分束裝置202位于投影物鏡105與像方掩模板204之間時，像方掩 板204上兩個圓孔的圓心與像方掩模板204中所述窗口 204a的中心之間的距離s滿足關系式^^W ，式中^為分束裝置202與像方掩模板204在光軸方向上的 間距。
光電傳感器205由光刻機的硅片工件臺107固定支撐和帶動，并與像方掩 模板204平行。光電傳感器205有效像元區(qū)的中心在垂直方向上與窗口 204a中 心重合，光電傳感器205與像方掩模板204的間距取決于光電傳感器205有效 像元區(qū)的大小以及投影物鏡105的數(shù)值孔徑，以能夠完全采集測試波和參考波 形成的干涉條紋為準。
存儲器206分別同光電傳感器205、運算器207、控制器208相連接，同時，
控制器208分別同移相裝置203、掩模工件臺104、硅片工件臺107以及投影物
鏡105的補償器相連接。連接方式可以采用數(shù)據(jù)線、電纜線等有線方式，也可
采用紅外傳輸、藍牙等無線方式。
使用本具體實施方式
所述裝置進行光刻機投影物鏡波像差的檢測并標定該
裝置系統(tǒng)誤差的方法如下
1) 光源101發(fā)出的光束首先經過照明系統(tǒng)102整形，使光束均勻照明于掩 模板103所在的平面。移動掩模工件臺104使物方掩模板201位于掩模板103 所在平面，即投影物鏡105的物面。照明系統(tǒng)102出射光束均勻照明201，經過 201上的圓孔201a空間濾波，以消除照明系統(tǒng)102的像差，圓孔201a所在的位 置即為所選擇的測量視場點，如圖2所示。
2) 進行投影物鏡105單個視場點的波像差在線檢測利用分束裝置202中 的第一光柵202a對圓孔201a的出射光束進行分束，如圖3所示；光束通過第一 光柵202a的周期結構后，出射角度不同的各個級次衍射光束經過投影物鏡105， 攜帶了投影物鏡105的波像差信息，在投影物鏡105的像面上形成多個衍射級 次；像方掩模板204由硅片工件臺107支撐和帶動，移動硅片工件臺107使像 方掩模板204位于投影物鏡105的像面，并且使第一圓孔204b中心對準投影物 鏡105像面處的0級衍射光產生球面參考波，使窗口 204a中心對準投影物鏡105 像面處的+1或-1級衍射光，衍射光攜帶了投影物鏡105的波像差信息，形成測 試波。
隨后，測試波和參考波發(fā)生雙光束干涉，在光電傳感器205上形成干涉條 紋，光電傳感器205記錄干涉條紋的強度信息并存儲在存儲器206中；控制器 208控制移相裝置203帶動分束裝置202在垂直于第一光柵202a刻線的方向上平移，從而在第一光柵202a的士l級衍射光中引入相位差，利用光電傳感器205 采集移相后的干涉條紋，儲存在存儲器206中，重復上述過程，在存儲器206 中存儲多幅移相的干涉條紋。
最后，利用運算器207根據(jù)存儲器206中多幅移相干涉條紋的強度信息， 計算出37項Zemike多項式表示的投影物鏡105在圓孔201a規(guī)定的視場點未經 標定的波像差W'，并存儲在存儲器206中。
3) 進行系統(tǒng)誤差標定利用分束裝置202中的第二光柵202b對圓孔201a 的出射光束進行分束，如圖3所示；光束通過第二光柵202b的周期結構后，出 射角度不同的各個級次衍射光束經過投影物鏡105，攜帶了投影物鏡105的波像 差信息，在投影物鏡105的像面上形成多個衍射級次；像方掩模板204由硅片 工件臺107支撐和帶動，移動硅片工件臺107使像方掩模板204位于投影物鏡 105的像面，并且使第二圓孔204c中心對準投影物鏡105像面處的0級衍射光 產生球面參考波，使窗口 204a中心對準投影物鏡105像面處的+1或-1級衍射光， 衍射光攜帶了投影物鏡105的波像差信息，形成測試波；
隨后，測試波和參考波發(fā)生雙光束干涉，在光電傳感器205上形成干涉條 紋，光電傳感器205記錄干涉條紋的強度信息并存儲在存儲器206中；控制器 208控制移相裝置203帶動分束裝置202在垂直于第二光柵202b刻線的方向上 平移，從而在第二光柵202b的士l級衍射光中引入相位差，利用光電傳感器205 采集移相后的干涉條紋，儲存在存儲器206中，重復上述過程，在存儲器206 中存儲多幅移相的干涉條紋。
最后，利用運算器207根據(jù)存儲器206中多幅移相干涉條紋的強度信息， 計算出37項Zernike多項式表示的投影物鏡105在圓孔201a規(guī)定的視場點未經 標定的波像差，并存儲在存儲器206中。
4) ^和P^是在兩個相互垂直的光束錯位方向上的對投影物鏡105同一視
場點波像差的測量結果，由于Zernike多項式在單位圓域具有正交特性以及奇偶 對稱性質，利用運算器207根據(jù)^"和巧1計算出37項Zernike多項式所表示的
系統(tǒng)誤差中角向分量為ie、 2e、 3e、 5e的項所對應的系統(tǒng)誤差標定結果『^，
并存儲在存儲器206中。需要說明的是，系統(tǒng)誤差標定只需要標定一次，并將標定結果存入存儲器206中，在進行投影物鏡105全視場波像差檢測時與系統(tǒng) 誤差標定結果『s"做相對測量。
其中，根據(jù)^"和^1計算出37項Zernike多項式所表示的系統(tǒng)誤差中角向
分量為ie、 2e、 3e、 5e的項所對應的系統(tǒng)誤差標定結果『^的方法如下
36波像差^表示為其中，a"為37項Zemike多項式對應項系數(shù)，
rt=0
36
^為37項Zemike多項式；波像差^1表示為《=| ，其中，"/為37 項Zernike多項式對應項系數(shù)，z"為37項Zernike多項式；
36對W'和(作差，得到兩次測量結果的差值《表示為其中
"X-"二丄("=0，1，2,..，36); [3]由于Zemike多項式在單位圓內具有正交特性以及奇偶對稱性質，利用《H十 算出37項Zernike多項式中角向分量為10、 20、 30、 59的項所對應的系統(tǒng) 誤差標定結果『^，
『W = "1、 + 4、 + WZ6 + ";、 + " + "1% +々22 +々23 +々33 +々34
+ flf z4 + flf z5 + O,, ++ a220、0 ++ 4、 + <z32 ，
j_"3~工"3617 j_"3~ j_"3~ _!_^3 4_n3~ 十"9 Z9十"10 Z10卞"18 Z18卞W19 Z19卞W29 z29卞w30 z30
角向分量為le的Zemike多項式所對應的系數(shù)《("=1，2，6，7， 13， 14，22，23，33，34),
計算為， ";卞2， +:)/2，a;"/2， <=("x)/2， K";;-";;)/2， ";:=(";;+";》/2;
角向分量為20的Zernike多項式所對應的系數(shù)"f (" = 4,5,11,12，20，21,31，32)，
計算為，"r=;/2， <=;/2， flff-";'r/2， o";';/2， "o" 。/2， "22f=";(/2，角向分量為36的Zemike多項式所對應的系數(shù)"f ("-9，10,18，19，29,30)，計算
為，《 +心)/2 ，《-";"/2 ， 0(";:+";;v2 ， <=k8a)/2 ， 《=+";;) /2 ，《=-) / 2;
角向分量為50的Zernike多項式所對應的系數(shù)"f ( = 25,26)，計算為，
-";〗)/2，《=(^+;6)/2 。
5) 進行投影物鏡105全視場的波像差在線檢測控制器208根據(jù)存儲器投 影物鏡105的波像差測量位置，控制掩模工件臺104和硅片工件臺107平移來 改變所測量的投影物鏡105的視場點。之后，按照步驟2)所述過程，對新視場 點進行波像差在線檢測，并將測量結果保存在存儲器206中。
重復步驟5)，直至完成投影物鏡105全視場未經標定的波像差 《("=1，2，3...)的測量，并將測量結果《存儲在存儲器206中。
6) 進行投影物鏡105全視場波像差計算和校正運算器207根據(jù)系統(tǒng)誤 差標定結果『，和投影物鏡105全視場未經標定的波像差《("-l，2,3…)，計算 出系統(tǒng)誤差標定后的投影物鏡105全視場波像差^，『 = )^'-『^ (" = 1，2，3--), 并將『"存入存儲器206。運算器207根據(jù)投影物鏡105全視場波像差『"，利用 敏感度矩陣計算投影物鏡105中各個補償器的調節(jié)量，并存入存儲器206?？刂?器208根據(jù)存儲器206中各個補償器的調節(jié)量計算結果，自動調整投影物鏡105 中各個補償器，從而完成投影物鏡105的波像差校正。
雖然結合了附圖描述了本發(fā)明的具體實施方式
，但是對于本領域技術人員 來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些也應 視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1、可標定系統(tǒng)誤差的光刻機投影物鏡波像差在線檢測裝置，包括開有圓孔的物方掩模板、移相裝置、光電傳感器、存儲器、控制器以及運算器，其特征在于還包括以下組成部件(1)分束裝置用于光束分束以及在進行裝置系統(tǒng)誤差標定時改變分束方向；所述分束裝置包括兩個二元衍射光柵第一光柵和第二光柵，兩個光柵均為二元振幅光柵，其中，第一光柵用于在線檢測投影物鏡波像差時對光束進行分束，以產生測試臂和參考臂；第二光柵用于在標定裝置的系統(tǒng)誤差時，將光束分束后的測試臂和參考臂的方向相對在線檢測所述投影物鏡波像差時旋轉90度；兩個光柵的刻線方向相垂直，且周期常數(shù)、占空比和外圍寬度相同，其外圍寬度均須滿足光柵衍射的0級和1級衍射光或者0級和-1級衍射光能夠同時填充投影物鏡的光瞳；(2)像方掩模板用于所述裝置波像差檢測以及系統(tǒng)誤差標定時產生測試波和球面參考波；像方掩模板包括一個窗口和與該窗口分開一定距離s的兩個直徑相同的圓孔第一圓孔和第二圓孔；第一圓孔用于投影物鏡波像差在線檢測時產生球面參考波，第二圓孔用于系統(tǒng)誤差標定時產生球面參考波；上述各組成部分的位置與連接關系如下物方掩模板位于投影物鏡的物面，并由光刻機中的掩模工件臺固定支撐和帶動；物方掩模板上的圓孔要始終處于光刻機投影物鏡的視場范圍之內，圓孔所在位置即為本發(fā)明裝置所測量的投影物鏡的視場點；分束裝置由移相裝置固定支撐，移相裝置帶動分束裝置在垂直于光軸方向的平面內進行垂直于第一或第二光柵刻線方向的平移；分束裝置位于物方掩模板和投影物鏡之間；像方掩模板位于投影物鏡的像面，并由硅片工件臺支撐和帶動；當進行在線檢測投影物鏡波像差時，第一圓孔的圓心要對準投影物鏡像面處的0級衍射光，同時，窗口的中心要對準投影物鏡像面處的+1或-1級衍射光；當標定裝置的系統(tǒng)誤差時，第二圓孔的圓心要對準投影物鏡像面處的0級衍射光，同時，窗口的中心要對準投影物鏡像面處的+1或-1級衍射光；兩個圓孔的圓心與窗口中心的連線垂直且相等，兩個圓孔的直徑φ均小于投影物鏡衍射極限分辨率，并滿足φ＝λ/2NA，λ為所述光刻機的曝光波長，NA為所述投影物鏡的像方數(shù)值孔徑；當分束裝置位于物方掩模板和投影物鏡之間時，像方掩模板上兩個圓孔的圓心與像方掩模板中窗口的中心之間的距離s均要滿足關系式s＝λz1/md，式中λ為光刻機的曝光波長，m為投影物鏡的倍率，d為分束裝置中光柵的周期常數(shù)，z1為分束裝置與物方掩模板在光軸方向上的間距；光電傳感器由光刻機的硅片工件臺固定支撐和帶動，并與像方掩模板平行；光電傳感器有效像元區(qū)的中心在垂直方向上與窗口中心重合，光電傳感器與像方掩模板的間距取決于光電傳感器有效像元區(qū)的大小以及所述投影物鏡的數(shù)值孔徑，以能夠完全采集測試波和參考波形成的干涉條紋為準；存儲器分別同光電傳感器、運算器、控制器相連接；控制器分別同移相裝置、掩模工件臺、硅片工件臺以及投影物鏡補償器相連接。
2、 如權利要求1所述的可標定系統(tǒng)誤差的光刻機投影物鏡波像差在線檢測 裝置，其特征在于，所述第一光柵和第二光柵均為二元位相光柵。
3、 如權利要求1所述的可標定系統(tǒng)誤差的光刻機投影物鏡波像差在線檢測 裝置，其特征在于，分束裝置位于投影物鏡與像方掩模板之間，此時像方掩模 板上兩個圓孔的圓心與像方掩模板中所述窗口的中心之間的距離s滿足關系式 "h2/"式中/l為光刻機的曝光波長，W為投影物鏡的倍率，c/為分束裝置中 光柵的周期常數(shù)，^為分束裝置與像方掩模板在光軸方向上的間距。
4、 使用權利要求1或2或3所述裝置進行光刻機投影物鏡波像差的檢測并 標定該裝置系統(tǒng)誤差的方法，其特征在于包括以下步驟步驟一、在裝有本發(fā)明裝置的光刻機上調節(jié)照明系統(tǒng)，使光源發(fā)出的光束 在投影物鏡視場范圍內均勻的照明掩模板；移動掩模工件臺，帶動物方掩模板 進行移動，使物方掩模板位于掩模板所在平面，即投影物鏡的物面；照明系統(tǒng) 的出射光束均勻照明物方掩模板，經過物方掩模板上的圓孔進行空間濾波，消 除照明系統(tǒng)的像差；步驟二、對投影物鏡視場中物方掩模板的圓孔所在視場點進行波像差在線 檢測，并將測量結果保存在存儲器中利用分束裝置中的第一光柵對物方掩模板圓孔的出射光束進行分束，光束通過第一光柵的周期結構后，出射角度不同 的各個級次衍射光束經過投影物鏡后，攜帶了投影物鏡的波像差信息，并在投 影物鏡的像面上形成多個衍射級次；像方掩模板由硅片工件臺支撐和帶動，移 動硅片工件臺，使像方掩模板位于投影物鏡的像面，并使第一圓孔中心對準投 影物鏡像面處的0級衍射光產生球面參考波，使窗口中心對準投影物鏡像面處 的+l或-l級衍射光，由此形成測試波；測試波和參考波發(fā)生雙光束干涉，在光電傳感器上形成干涉條紋，光電傳 感器記錄干涉條紋的強度信息，并存儲在存儲器中；控制器控制移相裝置帶動 分束裝置在垂直于第一光柵刻線的方向上進行平移，從而在第一光柵的土l級次 衍射光中引入相位差，利用光電傳感器采集移相后的干涉條紋，儲存在存儲器 中；重復此過程，存儲多幅移相的干涉條紋；最后，利用運算器根據(jù)存儲器中多幅移相干涉條紋的強度信息，計算出37 項Zernike多項式表示的投影物鏡在物方掩模板圓孔規(guī)定的視場點未經標定的波 像差^"，并存儲在存儲器中；步驟三、用第二光柵代替第一光柵，用第二圓孔代替第一圓孔，重復步驟 二，完成投影物鏡同一個視場點的波像差在線檢測，并將測量結果^1保存在存 儲器中；利用運算器根據(jù)W"和f^計算出37項Zernike多項式所表示的系統(tǒng)誤差中角向分量為ie、 2e、 3e、 5e的項所對應的系統(tǒng)誤差標定結果『^，并存儲在存儲器中；系統(tǒng)誤差標定只需要標定一次；步驟四、通過控制器移動掩模工件臺來改變物方掩模板上的圓孔位置，在 此基礎上，通過控制器移動硅片工件臺，改變像方掩模板上兩個圓孔的圓心與 像方掩模板中窗口中心的位置，從而改變所測量的投影物鏡的視場點，之后按 照步驟二所述過程對新視場點進行波像差在線檢測，并將測量結果保存在存儲 器中；重復步驟四，直至完成投影物鏡全視場未經標定的波像差《("-l，2，3…)的 測里；步驟五、運算器根據(jù)系統(tǒng)誤差標定結果『^和投影物鏡全視場未經標定的 波像差《("=1,2，3...)，計算出系統(tǒng)誤差標定后的投影物鏡全視場波像差『"， 『"=《-『^ (" = 1，2,3...)，并將『"存入存儲器；運算器根據(jù)投影物鏡全視場波 像差『"，利用敏感度矩陣計算投影物鏡中各個補償器的調節(jié)量，并存入存儲器；控制器根據(jù)存儲器中各個補償器的調節(jié)量計算結果，自動調整投影物鏡中各個 補償器，從而完成投影物鏡的波像差校正。
5、如權利要求4所述的進行光刻機投影物鏡波像差的檢測并標定該裝置系 統(tǒng)誤差的方法，其特征在于，根據(jù)^"和『^計算出37項Zemike多項式所表示的系統(tǒng)誤差中角向分量為ie、 2e、 3e、 se的項所對應的系統(tǒng)誤差標定結果『^的方法如下<formula>formula see original document page 5</formula>[l]波像差W表示為《=|>;> ，其中，a"為37項Zemike多項式對應項系數(shù)，2 為37項Zemike多項式；波像差^1表示為《=| ,其中，a，為37項Zemike多項式對應項系數(shù)，z"為37項Zemike多項式；[2]對^"和《作差，得到兩次測量結果的差值《表示為《=| ，其中C-"二丄("=0，1，2,..，36); [3]由于Zernike多項式在單位圓內具有正交特性以及奇偶對稱性質，利用"？計 算出37項Zemike多項式中角向分量為10、 20、 39、 50的項所對應的系統(tǒng) 誤差標定結果『，，『爭=";、+ A +《、+ +《+《、+《+々23 +々33 +々34+ Of & + flf Z5 + ^, +《、+ <Z2。 + 4、 + <ZM + ， + "9 Z9 + fl10 Z!o + "18 Z18 + flf19 Z19 + fl29 Z29 + (33o Z犯 + "25 :25 + a26 Z26角向分量為le的Zernike多項式所對應的系數(shù)《("=1,2，6，7，13,14,22,23，33，34)， 計算為，《=W-々)/2，《 +;)/2，《=(fl;A_fl;"/2， < +fl;"/2，n";;)/2，《=(";;+";4"/2;角向分量為26的Zemike多項式所對應的系數(shù)"f (" = 4，5，11,12，20，21，31，32)，計算為，。r=" /2， "f=々/2， OA/2, <=";;/2，《=" 。/2， 《22f=";;/2，角向分量為30的Zemike多項式所對應的系數(shù)a， (" = 9，10,18，19,29，30)，計算 為，"f=(々+^)/2,《=(fllK)/2，《=(fl;〗+a;;)/2，《=(fl;;-^)/2， flg = (c^ + a;。 / 2 ， fl330d = (fl;^ - / 2 ;角向分量為50的Zemike多項式所對應的系數(shù)《(n = 25，26)，計算為，";:)/2，《=(";;+";:)/2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可標定系統(tǒng)誤差的光刻機投影物鏡波像差在線檢測裝置，屬于光學檢測領域。本裝置包括開有圓孔的物方掩模板、移相裝置、光電傳感器、存儲器、控制器、運算器、分束裝置和像方掩模板。所述分束裝置包括兩個二元衍射光柵第一光柵和第二光柵；像方掩模板包括一個窗口和兩個直徑相同第一圓孔和第二圓孔。分束裝置的第二光柵和像方掩模板的第二圓孔作為系統(tǒng)誤差標定元件，根據(jù)Zernike多項式在單位圓域的正交特性和奇偶對稱性質標定本裝置的系統(tǒng)誤差。本發(fā)明裝置集成在光刻機的掩模工件臺和硅片工件臺上，相對于現(xiàn)有技術，能夠標定測量裝置本身引入的系統(tǒng)測量誤差，進而提高測量精度。
文檔編號G03F7/20GK101655670SQ20091009383
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月22日 優(yōu)先權日2009年9月22日
發(fā)明者克 劉, 劉麗輝, 李艷秋 申請人:北京理工大學