專利名稱：一種波像差實時測量裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種波像差實時測量裝置和方法，尤其涉及用于光刻設備中的波像差 實時測量裝置和方法。
背景技術：
半導體行業(yè)的一個目標是在單個集成電路(IC)中集成更多的電子元件。要實現(xiàn) 這個目標需不斷地縮小元件尺寸，即不斷地提高光刻投影系統(tǒng)的分辨率。物鏡波像差是限 制投影系統(tǒng)分辨率的重要因素，它是造成線寬變化的重要原因。雖然物鏡在加工制造和裝配過程中都經(jīng)過了嚴格的檢驗和優(yōu)化，使其波像差最小 化，在物鏡系統(tǒng)集成到光刻機后進行實時的波像差測量仍然必要。這是因為鏡片材料的老 化或是物鏡熱效應會造成波像差，因此，在光刻機工作過程中需經(jīng)常的測量波像差，并根據(jù) 測量結果調整物鏡中特定鏡片的位置以減小波像差。若需在短時間范圍內校正物鏡熱效 應，則需更頻繁地進行波像差測量。實時測量波像差的一種方法是剪切干涉法，如CN1700099A、CN1523448A和 CN1504831A中就使用了這樣的方法。該方法使用曝光光束進行測量，在物面使用小孔產(chǎn)生 探測光源，小孔經(jīng)物鏡成像到像面剪切光柵并在遠場產(chǎn)生剪切干涉條紋，使用二維陣列光 敏元件在物鏡光瞳的共軛面記錄干涉圖像。測量過程中需改變光源與光柵的相對位置(移 相)以獲得不同相移條件下的干涉條紋，分析這些干涉圖像可得到物鏡波像差。干涉圖像 的測量精度決定了波像差測量的精度。影響干涉圖案測量精度的因素主要來自于兩個方 面一是二維陣列光敏元件的測量精度；二是光源的穩(wěn)定性。當前，一些高性能的二維陣列 光敏元件(圖像傳感器)的探測精度已經(jīng)可以達到光子級別，因此，制約干涉圖案測量精度 的主要因素便是光源的穩(wěn)定性。眾所周知，目前光刻工藝中普遍采用的光源是KrF和ArF脈 沖激光光源，這類光源的脈沖具有較大的抖動(典型的為15% )，因此，為了避免少量脈沖 造成的劑量誤差，二維陣列光敏元件必須接收足夠多的脈沖數(shù)才能減小其受光源的影響。 這樣，波像差的測量精度受光源脈沖抖動程度和接收的脈沖數(shù)量的限制，在脈沖抖動程度 不變的情況下必須增加接收的脈沖數(shù)量以提高測量的精度，因此測量的速度也受其測量精 度的制約。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提高實時波像差測量的準確性，減弱測量精度對接收脈沖數(shù)量 的依賴，提高測量速度。本發(fā)明采用了一種波像差實時測量裝置，具有光源；分光鏡，將光源發(fā)出的光分為第一光束和第二光束；照明系統(tǒng)，接收由分光鏡發(fā)出的第一光束；物面小孔，接收由照明系統(tǒng)發(fā)出的光形成探測光源，并與掩模臺相連，可由掩模臺帶動移動；物鏡系統(tǒng)，用于對小孔進行成像；剪切光柵，位于物鏡系統(tǒng)的像面，對小孔發(fā)出的探測光進行衍射，并與工件臺相 連，可由工件臺帶動移動；二維陣列光敏元件，其探測面上接收由剪切光柵生成的剪切干涉條紋，探測面與 物鏡光瞳面共軛；能量傳感器，接收由分光鏡發(fā)出的第二光束；同步控制與比較部件，通過信號線與光源、能量傳感器和二維陣列光敏元件相連， 能對光源、能量傳感器的和二維陣列光敏元件進行控制。其中，采用比較法進行校準，先用能量傳感器測得的劑量值ImCTgy—drte。t 與目標劑 量值Itogrt作比較，計算其偏差
權利要求
1.一種波像差實時測量裝置，具有 光源；分光鏡，將光源發(fā)出的光分為第一光束和第二光束； 照明系統(tǒng)，接收由分光鏡發(fā)出的第一光束；物面小孔，接收由照明系統(tǒng)發(fā)出的光形成探測光源，并與掩模臺相連，可由掩模臺帶動 移動；物鏡系統(tǒng)，用于對小孔進行成像；剪切光柵，位于物鏡系統(tǒng)的像面，對小孔發(fā)出的探測光進行衍射，并與工件臺相連，可 由工件臺帶動移動；二維陣列光敏元件，其探測面上接收由剪切光柵生成的剪切干涉條紋，探測面與物鏡 光瞳面共軛；能量傳感器，接收由分光鏡發(fā)出的第二光束；同步控制與比較部件，通過信號線與光源、能量傳感器和二維陣列光敏元件相連，能對 光源、能量傳感器的和二維陣列光敏元件進行控制。
2.如權利要求1所述的測量裝置，其特征在于采用比較法進行校準，先用能量傳感器測得的劑量值ImCTgy——與目標劑量值Itogrt作比較，計算其偏差7 = 廣―、丨，再對二維陣列光敏元件的劑量測量結果行補償，補償后的劑量測量結果為I = I. /(1+11)。image_sensor/ \丄 l / υ
3.如權利要求2所述的測量裝置，其特征在于物面小孔的形狀為兩個方向互相垂直 的小光柵。
4.如權利要求3所述的測量裝置，其特征在于剪切光柵的形狀和物面小孔的形狀相 同，周期為物面小孔光柵的周期的1/Μ倍，其中M為物鏡系統(tǒng)的倍率。
5.如權利要求4所述的測量裝置，其特征在于物面小孔直接形成于掩模版上。
6.如權利要求5所述的測量裝置，其特征在于在進行測量時，移動掩模臺使第一光束 通過一個方向的小孔光柵，移動工件臺，使小孔成像到剪切光柵相同方向的光柵上。
7.如權利要求1 6中任意一個所述的測量裝置，其特征在于二維陣列光敏元件是 涂敷量子轉換層的CXD或CMOS圖像傳感器。
8.如權利要求1 6中任意一個所述的測量裝置，其特征在于二維陣列光敏元件是 薄型背照CXD圖像傳感器。
9.一種利用權利要求1所述的測量裝置測量波像差的方法，其特征在于在測量時通 過同步控制與比較部件控制能量傳感器和二維陣列光敏元件在同一時間間隔內進行同步 的光能積分，并利用能量傳感器的測量結果對二維陣列光敏元件的測量結果進行校準。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于采用比較法進行校準，先用能量傳感器測得結果ImCTgy—dete。t 與目標劑量值Itogrt作比較，計算其偏差7 = 廣―1 丨喂'，再對二維iargei陣列光敏元件的測量結果iima s 進行補償，補償后的測量結果為ι = Iima s。y (1+ η)。
11.如權利要求 ο所述的方法，其特征在于物面小孔的形狀為兩個方向互相垂直的 小光柵。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于剪切光柵的形狀和物面小孔的形狀相同， 周期為物面小孔光柵的周期的1/M倍，其中M為物鏡系統(tǒng)的倍率。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于在進行測量時，移動掩模臺使第一光束通 過一個方向的小孔光柵，移動工件臺，使小孔成像到剪切光柵相同方向的光柵上。
14.如權利要求9 13中任意一個所述的方法，其特征在于所用的二維陣列光敏元 件是涂敷量子轉換層的CCD或CMOS圖像傳感器。
15.如權利要求9 13中任意一個所述的方法，其特征在于所用的二維陣列光敏元 件是薄型背照CCD圖像傳感器。
全文摘要
一種波像差實時測量裝置，具有光源；分光鏡，將光源發(fā)出的光分為第一光束和第二光束；照明系統(tǒng)，接收由分光鏡發(fā)出的第一光束；物面小孔，接收由照明系統(tǒng)發(fā)出的光形成探測光源；物鏡系統(tǒng)，用于對小孔進行成像；剪切光柵，位于物鏡系統(tǒng)的像面，對小孔發(fā)出的探測光進行衍射；二維陣列光敏元件，其探測面上接收由剪切光柵生成的剪切干涉條紋，探測面與物鏡光瞳面共軛；能量傳感器，接收由分光鏡發(fā)出的第二光束；同步控制與比較部件，通過信號線與光源、能量傳感器和二維陣列光敏元件相連。在測量時通過同步控制與比較部件控制能量傳感器和二維陣列光敏元件在同一時間間隔內進行同步的光能積分，并利用能量傳感器的測量結果對二維陣列光敏元件的測量結果進行校準。
文檔編號G03F7/20GK102073217SQ200910199108
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月20日 優(yōu)先權日2009年11月20日
發(fā)明者陸海亮 申請人:上海微電子裝備有限公司