專利名稱：一種光刻機(jī)投影物鏡波像差在線測量裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)記錄技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光刻機(jī)投影物鏡波像差的在線測量裝置和方法，特別是采用空間像傳感器在線測量波像差的裝置和方法。
背景技術(shù)：
隨著光刻機(jī)關(guān)鍵尺寸不斷減小，對投影物鏡波像差的要求也越來越小，對于先進(jìn)光刻機(jī)，一般要求投影物鏡的波像差不大于幾納米。在投影物鏡的實際使用中，由于激光照射所引起的投影物鏡熱效應(yīng)以及周圍環(huán)境的影響，投影物鏡的波像差會逐漸變大，因此在光刻機(jī)內(nèi)部需要安裝一種投影物鏡波像差在線測量裝置，以便實時測量投影物鏡波像差，必要時通過調(diào)節(jié)投影物鏡可動鏡片將投影物鏡波像差調(diào)整到合適范圍，以保證線條的曝光質(zhì)量。投影物鏡的波像差會影響標(biāo)記的成像質(zhì)量，那么通過測量標(biāo)記像的參數(shù)，也可以得到投影物鏡的波像差。現(xiàn)有技術(shù)I (Hans van der laan, Marcel Dierichs, Henk vanGreevenbroek,etc. “Aerial image measurement methods for fast aberration set-upand illumination pupil verification”，Proc. SPIE2001,4346, 394-407)提出了一種基于透射像傳感器(TIS)的測量方法，TIS是由測量標(biāo)記和方孔以及光強(qiáng)探測器組成，方孔用于測量光源強(qiáng)度的變化，用來歸一化測量信號，以消除光源強(qiáng)度波動對測量結(jié)果的影響。不同照明模式的光束照射測量標(biāo)記，因為受到投影物鏡波像差的影響，成像標(biāo)記的水平位置和垂直位置會發(fā)生改變，利用光強(qiáng)探測器測出標(biāo)記像的位置偏移量，再利用軟件仿真出的位置對波像差的靈敏度矩陣，即可得到投影物鏡的波像差。利用該方法測量波像差，結(jié)構(gòu)簡單，易于集成在光刻機(jī)內(nèi)部，但是因為需要測量標(biāo)記在多種照明條件下的位置偏移量，不同照明條件的變換和參數(shù)設(shè)置耗時長，測量速度慢。現(xiàn)有技術(shù)2(US6646729)同樣使用多種照明模式來照明測試標(biāo)記，但是不同于現(xiàn)有技術(shù) I，其利用 FOCAL(FOcus CALibration use alignment system)技術(shù)，通過用對準(zhǔn)系統(tǒng)檢測出最佳焦平面，進(jìn)而測出標(biāo)記像的垂直偏移量，利用DISTO (Distortion-measuringtechnique)技術(shù)，通過畸變測量技術(shù)，測出標(biāo)記像的水平偏移量，利用靈敏度矩陣，求出投影物鏡的波像差，該技術(shù)使用了光刻機(jī)中的成熟技術(shù)，對準(zhǔn)和畸變測量技術(shù)，求出了標(biāo)記像的垂直和水平偏移量，提高了測量精度，但和現(xiàn)有技術(shù)I 一樣，因為使用多種照明條件，測量速度慢?，F(xiàn)有技術(shù)3(CN101320219A)利用TIS傳感器測量出標(biāo)記像的空間分布，通過軟件得到標(biāo)記的仿真像，計算測量像和仿真像的差別，比較二者的區(qū)別，利用一定算法，去修正軟件仿真時所用的波像差，直到測量像和仿真像相近或一致，此時軟件中的波像差即為所測投影物鏡的波像差，因為該方法對像差求解的過程進(jìn)行優(yōu)化，不需要那么多照明條件(相比現(xiàn)有技術(shù)I和現(xiàn)有技術(shù)2減少3-5倍)，提高了投影物鏡波像差的測量速度。但該技術(shù)需要采集標(biāo)記像的所有數(shù)據(jù)，計算量大，算法復(fù)雜，不易提高測量精度。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題針對現(xiàn)有技術(shù)測量波像差速度慢，需要的時間過長，本發(fā)明提出一種波像差測量裝置，顯著提高波像差測量速度。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種光刻機(jī)投影物鏡波像差在線測量裝置，包括光源、投影物鏡、探測器和工件臺，所述光源用于出射激光，所述裝置還包括掩模板，其上具有測試標(biāo)記，所述激光將該測試標(biāo)記經(jīng)由所述投影物鏡成像；所述探測器具有一個表面和在該表面以下的光電傳感器，所述表面上設(shè)置有參考標(biāo)記；所述對測試標(biāo)記進(jìn)行成像的激光經(jīng)過該參考標(biāo)記后照射在所述光電傳感器上；所述工作臺用于承載所述探測器，該工作臺可以在水平、垂直方向上移動，當(dāng)其在水平或垂直方向移動時，根據(jù)所述光電傳感器輸出的電信號的強(qiáng)度能夠判斷測試標(biāo)記像的位置，根據(jù)表示投影物鏡像差和位置偏移量關(guān)系的矩陣可在線得到所述投影物鏡的波像差。本發(fā)明還提出一種光刻機(jī)投影物鏡波像差在線測量方法，包括如下步驟使光源產(chǎn)生的激光經(jīng)過一個掩模板，所述掩模板具有測試標(biāo)記；所述激光將該測試標(biāo)記經(jīng)由投影物鏡后成像；所述對測試標(biāo)記進(jìn)行成像的激光經(jīng)過一個參考標(biāo)記后照射一個光電傳感器上；使所述光電傳感器在水平或垂直方向移動，根據(jù)所述光電傳感器輸出的電信號的強(qiáng)度判斷測試標(biāo)記像的位置，根據(jù)表示投影物鏡像差和位置偏移量關(guān)系的矩陣在線得到所述投影物鏡的波像差。(三)有益效果本發(fā)明通過在掩模板上集成多種照明條件，探測器集成多元探測器，只需要經(jīng)過一次照明和一次測量即可實現(xiàn)多照明模式下位置偏移量的測量，顯著地提高了投影物鏡波像差檢測的速度。


圖1是本發(fā)明的光刻機(jī)投影物鏡波像差在線測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出了奇、偶像差對測量標(biāo)記位置的影響；圖3為本發(fā)明的掩模板的一個具體實施例的示意圖；圖4示出了本發(fā)明的多照明模式模板的一個實施例的圖案；圖5示出了本發(fā)明的測量標(biāo)記和參考標(biāo)記的一個實施例的示意圖；圖6顯示了本發(fā)明的多元傳感器的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7示出了本發(fā)明的多照明模式模板的另一個實施例的圖案；圖8示出了本發(fā)明的帶光源強(qiáng)度測量的測量標(biāo)記和參考標(biāo)記的另一實施例的示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明的光刻機(jī)投影物鏡波像差在線測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該裝置包括光源LA、照明系統(tǒng)IL、掩模板MA、投影物鏡PO、探測器DE和工件臺ST。光源LA出射激光，其所發(fā)射的激光經(jīng)過反射鏡M照射到照明系統(tǒng)IL上，照明系統(tǒng)IL將該激光進(jìn)行擴(kuò)束、整形、均勻化后照在掩模板MA上，掩模板MA上有測試標(biāo)記，測試標(biāo)記經(jīng)過投影物鏡PO成像后照射在探測器DE上，探測器DE具有一個表面，在表面以下具有光電傳感器，在探測器DE的表面上設(shè)置有參考標(biāo)記，由此，經(jīng)過參考標(biāo)記的激光照射在探測器DE的光電傳感器上，轉(zhuǎn)化為電信號。工作臺ST用于承載探測器DE，其具有空間六個自由度，可以在水平、垂直和上下方向上移動。當(dāng)工件臺ST在水平或垂直方向移動時，根據(jù)電信號的強(qiáng)度，即可判斷測試標(biāo)記像的位置，再根據(jù)靈敏度矩陣求出投影物鏡波像差。所述靈敏度矩陣是表示投影物鏡像差和位置偏移量關(guān)系的矩陣。投影物鏡波像差可以分為奇像差和偶像差。圖2示出了奇、偶像差對測量標(biāo)記位置的影響，如圖2所示，當(dāng)照射到測試標(biāo)記的光束經(jīng)過投影物鏡PO時，波面I為理想波面，波面2為奇像差，標(biāo)記經(jīng)過波面2后會使標(biāo)記成像發(fā)生水平偏移ΛΧ ;波面3為偶像差，標(biāo)記經(jīng)過波面3時會使標(biāo)記成像位置發(fā)生軸向偏移ΛΖ。投影物鏡的波像差主要有球差(Z4，Z9，Z16等)，Y方向彗差(Z3，Z8，Z15等)，X方向彗差(Z2，Z7，Z14等)以及像散(Z6，Z13，Z22等)等。下面以典型的偶像差球差(Z4，Z9，Z16等)為例，說明波像差的求解過程。在照明條件為NA1和σ i，對應(yīng)Inm Z9球差，引入的位置偏移量可以表示為
權(quán)利要求
1.一種光刻機(jī)投影物鏡波像差在線測量裝置，包括光源(LA)、投影物鏡(PO)、探測器 (DE)和工件臺(ST)，所述光源(LA)用于出射激光，其特征在于所述裝置還包括掩模板(MA)，其上具有測試標(biāo)記(7)，所述激光將該測試標(biāo)記(7)經(jīng)由所述投影物鏡(PO)成像；所述探測器(DE)具有一個表面和在該表面以下的光電傳感器，所述表面上設(shè)置有參考標(biāo)記；所述對測試標(biāo)記(7)進(jìn)行成像的激光經(jīng)過該參考標(biāo)記后照射在所述光電傳感器上；所述工作臺(ST)用于承載所述探測器(DE)，該工作臺可以在水平、垂直方向上移動， 當(dāng)其在水平或垂直方向移動時，根據(jù)所述光電傳感器輸出的電信號的強(qiáng)度能夠判斷測試標(biāo)記像的位置，根據(jù)表示投影物鏡像差和位置偏移量關(guān)系的矩陣可在線得到所述投影物鏡 (PO)的波像差。
2.如權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)投影物鏡波像差在線測量裝置，其特征在于，所述掩模板(MA)還包括多照明模式模板(5)和會聚透鏡￠)，入射到所掩模板(MA)的激光通過所述多照明模式模板(5)后由所述會聚透鏡(6)整形，然后照射在所述測試標(biāo)記(7)上，所述多照明模式模板(5)是具有特定特征圖案的掩模板，所述特征圖案是能夠產(chǎn)生多種照明模式的特征圖案；所述參考標(biāo)記和測試標(biāo)記的圖案位置分布與所述多模式模板上的特征圖案的位置分布相同。
3.如權(quán)利要求2所述的光刻機(jī)投影物鏡波像差在線測量裝置，其特征在于，所述多照明模式模板的特征圖案呈三行三列分布。
4.如權(quán)利要求2所述的光刻機(jī)投影物鏡波像差在線測量裝置，其特征在于，所述掩模板(MA)還包括擴(kuò)散片(4)，其用于對激光光束在空間上進(jìn)行均勻化。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的光刻機(jī)投影物鏡波像差在線測量裝置，其特征在于，所述參考標(biāo)記和測試標(biāo)記具有相同的圖案和圖案分布，且其尺寸之比為所述投影物鏡 (PO)的放大倍數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的光刻機(jī)投影物鏡波像差在線測量裝置，其特征在于，所述光電傳感器是多元傳感器，其包括多個傳感器元(81、82、83)，所述各傳感器元的位置分布和所述測試標(biāo)記(7)中的圖案分布一致，并且分別設(shè)置在在所述參考標(biāo)記的正下方，接收從對應(yīng)參考標(biāo)記照射下來的激光。
7.如權(quán)利要求5所述的光刻機(jī)投影物鏡波像差在線測量裝置，其特征在于，所述多照明模式模板(5)的特征圖案包括能夠產(chǎn)生環(huán)形照明模式、二極照明模式和四極照明模式的特征圖案。
8.如權(quán)利要求5所述的光刻機(jī)投影物鏡波像差在線測量裝置，其特征在于，所述測試標(biāo)記或參考標(biāo)記包括用于實時測量光源的強(qiáng)度變化的圖案(101)。
9.一種光刻機(jī)投影物鏡波像差在線測量方法，其特征在于，包括如下步驟使光源(LA)產(chǎn)生的激光經(jīng)過一個掩模板(MA)，所述掩模板(MA)具有測試標(biāo)記(7)；所述激光將該測試標(biāo)記(7)經(jīng)由投影物鏡(PO)后成像；所述對測試標(biāo)記(7)進(jìn)行成像的激光經(jīng)過一個參考標(biāo)記后照射一個光電傳感器上；使所述光電傳感器在水平或垂直方向移動，根據(jù)所述光電傳感器輸出的電信號的強(qiáng)度判斷測試標(biāo)記像的位置，根據(jù)表示投影物鏡像差和位置偏移量關(guān)系的矩陣在線得到所述投影物鏡(PO)的波像差。
10.如權(quán)利要求9所述的光刻機(jī)投影物鏡波像差在線測量方法，其特征在于，所述掩模板(MA)還包括多照明模式模板(5)和會聚透鏡￠)，入射到所掩模板(MA)的激光通過所述多照明模式模板(5)后由所述會聚透鏡(6)整形，然后照射在所述測試標(biāo)記(7)上，所述多照明模式模板(5)是具有特定特征圖案的掩模板，所述特征圖案是能夠產(chǎn)生多種照明模式的特征圖案；所述參考標(biāo)記和測試標(biāo)記的圖案位置分布與所述多模式模板上的特征圖案的位置分布相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光刻機(jī)投影物鏡波像差在線測量裝置和方法，所述裝置包括光源、投影物鏡、探測器、工件臺和掩模板，掩模板包括多照明模式模板和測試標(biāo)記，激光將該測試標(biāo)記經(jīng)由投影物鏡成像；探測器具有參考標(biāo)記和在該參考標(biāo)記下方的光電傳感器，測試標(biāo)記進(jìn)行成像的激光經(jīng)過該參考標(biāo)記后照射在光電傳感器上；工作臺承載探測器，并在水平或垂直方向能夠移動，根據(jù)光電傳感器輸出的電信號的強(qiáng)度能夠判斷測試標(biāo)記像的位置，根據(jù)表示投影物鏡像差和位置偏移量關(guān)系的矩陣可在線得到所述投影物鏡的波像差。本發(fā)明只需要經(jīng)過一次照明和一次測量即可實現(xiàn)多照明模式下位置偏移量的測量，顯著地提高了投影物鏡波像差檢測的速度。
文檔編號G03F7/20GK103048894SQ201310032880
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者劉廣義, 齊月靜, 張清洋, 周翊, 王宇 申請人:中國科學(xué)院光電研究院