專利名稱：一種投影物鏡數(shù)值孔徑測(cè)量裝置及測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影物鏡數(shù)值孔徑的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
投影物鏡的數(shù)值孔徑是衡量投影物鏡性能的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。目前，投影物鏡數(shù)值 孔徑僅可在其未安裝到光刻機(jī)前，采用離線的方法進(jìn)行測(cè)量。由于投影物鏡安裝到光刻機(jī) 后，其性能相對(duì)于未安裝之前會(huì)有一定的變化，因此投影物鏡數(shù)值孔徑的原位測(cè)量對(duì)于保 證數(shù)值孔徑的設(shè)置精度具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種投影物鏡數(shù)值孔徑測(cè)量方法，該方法可在投影物鏡集 成到光刻機(jī)之后實(shí)現(xiàn)投影物鏡數(shù)值孔徑的原位與在線測(cè)量，解決了物鏡數(shù)值孔徑只能進(jìn)行 離線測(cè)量、而無(wú)法進(jìn)行原位與在線測(cè)量的問(wèn)題。一種投影物鏡數(shù)值孔徑測(cè)量裝置，包括物面基底；物面基底入射光一側(cè)具有散射元件，將入射光均勻散射在投影物鏡；物面基底另一側(cè)設(shè)計(jì)有針孔標(biāo)記，針孔標(biāo)記將入射光衍射經(jīng)投影物鏡成像在像 面；投影物鏡像面?zhèn)劝惭b一移動(dòng)臺(tái)，該移動(dòng)臺(tái)可進(jìn)行xy向高精度步進(jìn)運(yùn)動(dòng)；以及移動(dòng)臺(tái)上安裝探測(cè)器。其中，所述探測(cè)器為能量探測(cè)器。其中，所述探測(cè)器為CXD或CMOS探測(cè)器。其中，所述散射元件為針孔標(biāo)記背面的粗糙平面。一種投影物鏡數(shù)值孔徑測(cè)量方法，包括如下步驟根據(jù)投影物鏡數(shù)值孔徑設(shè)定值選擇散射元件散射角；將掩模版上針孔標(biāo)記移動(dòng)到物面視場(chǎng)；將探測(cè)器移動(dòng)到像面視場(chǎng)；使用探測(cè)器采集光強(qiáng)分布圖形；計(jì)算投影物鏡數(shù)值孔徑。使用本發(fā)明的一種原位測(cè)量投影物鏡數(shù)值孔徑的方法，實(shí)現(xiàn)了物鏡數(shù)值孔徑的原 位與在線測(cè)量，同時(shí)測(cè)量方法簡(jiǎn)單、方便。


圖1所示為本發(fā)明投影物鏡數(shù)值孔徑的測(cè)量結(jié)構(gòu)原理圖；圖2所示為散射元件的入射光與出射光示意圖；圖3所示為探測(cè)器測(cè)量掃描格點(diǎn)；
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圖4所示為針孔標(biāo)記示意圖；圖5所示為針孔掩模示意圖；圖6所示為使用散射元件前物鏡光瞳面光強(qiáng)分布；圖7所示為使用散射元件后物鏡光瞳面光強(qiáng)分布；圖8所示為在線測(cè)量投影物鏡數(shù)值孔徑流程；圖9所示為原位測(cè)量投影物鏡數(shù)值孔徑流程。
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。為了便于描述和突出顯示本 發(fā)明，附圖中省略了現(xiàn)有技術(shù)中已有的相關(guān)部件，并將省略對(duì)這些公知部件的描述。圖1所示為本發(fā)明投影物鏡數(shù)值孔徑的測(cè)量結(jié)構(gòu)原理圖。投影物鏡101的物面基 底107安裝在物面基底支撐單元105上。在投影物鏡101的物面基底107靠近投影物鏡101 一側(cè)設(shè)計(jì)有針孔標(biāo)記104，在包含針孔標(biāo)記104區(qū)域另一側(cè)安裝一個(gè)散射元件108。該散射 元件108將入射到其上的入射光進(jìn)行散射，散射后的光經(jīng)過(guò)物面基底107后照明針孔標(biāo)記 104，針孔標(biāo)記104經(jīng)投影物鏡101后成像到像面109。在距離像面109—定距離處，安裝一 移動(dòng)臺(tái)102，該移動(dòng)臺(tái)可進(jìn)行xy向高精度步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。在移動(dòng)臺(tái)102上安裝探測(cè)器103。本發(fā)明的測(cè)量原理如下如圖2所示，入射到散射元件108上的錐形光束具有一定 的入射孔徑角401，該入射孔徑角401由照明系統(tǒng)數(shù)值孔徑?jīng)Q定。入射光束經(jīng)散射元件108 散射后，形成新的錐形光束，該光束的出射孔徑角402由物鏡數(shù)值孔徑?jīng)Q定，并大于入射孔 徑角401。散射元件108的散射角可用下式計(jì)算α = arcsin(NA)-arcsin(NA ‘ σ ).....................(公式 1)其中，NA為投影物鏡數(shù)值孔徑設(shè)定值，σ為照明部分相干因子。α為散射元件的 散射角度。之后該光束入射到物面基底上的針孔標(biāo)記104上，光束經(jīng)針孔衍射后進(jìn)入投影物 鏡101，其衍射光將充滿投影物鏡101光瞳。經(jīng)過(guò)投影物鏡101后，針孔標(biāo)記成像在像面109 處。在遠(yuǎn)離像面109的位置處，將再現(xiàn)投影物鏡光瞳面的光強(qiáng)分布。如圖3所示，投影物鏡 光瞳所成圖像501，其半徑即為投影物鏡光瞳半徑。利用工件臺(tái)上的探測(cè)器103測(cè)量物鏡光 瞳面501光強(qiáng)分布，利用光強(qiáng)分布計(jì)算圖像501的半徑，即可得到投影物鏡的數(shù)值孔徑。投 影物鏡數(shù)值孔徑可利用下式計(jì)算NA= ^jf 2+r2.........................................(公式 2)其中，r為光強(qiáng)分布半徑，f為測(cè)量面距離像面的距離，NA即為投影物鏡數(shù)值孔徑。圖4所示為針孔標(biāo)記示意圖。圖中602為針孔標(biāo)記的寬度，601為透光區(qū)域。圖5 所示為針孔掩模示意圖。針孔掩模503的上表面被磨成粗糙表面504。當(dāng)工件臺(tái)探測(cè)器選用CCD或CMOS類型探測(cè)器時(shí)，可實(shí)現(xiàn)投影物鏡數(shù)值孔徑的在線 測(cè)量與校準(zhǔn)。其在線測(cè)量與校準(zhǔn)流程包括如下步驟將掩模版上針孔標(biāo)記移動(dòng)到物面視場(chǎng) 中心；將工件臺(tái)探測(cè)器移動(dòng)到像面視場(chǎng)中心；探測(cè)器在靜態(tài)情況下采集光強(qiáng)分布圖形；根 據(jù)圖形分布計(jì)算投影物鏡數(shù)值孔徑；將測(cè)量得到的數(shù)值孔徑與設(shè)定值比較，并根據(jù)差值調(diào) 整數(shù)值孔徑設(shè)置。
當(dāng)工件臺(tái)探測(cè)器選用能量或功率類型光電探測(cè)器時(shí)，可實(shí)現(xiàn)投影物鏡數(shù)值孔徑的 原位測(cè)量與校準(zhǔn)。其原位測(cè)量流程包括如下步驟將掩模版上針孔標(biāo)記移動(dòng)到物面視場(chǎng)中 心；將工件臺(tái)探測(cè)器移動(dòng)到像面視場(chǎng)中心；探測(cè)器在XY平面內(nèi)進(jìn)行步進(jìn)，并在每個(gè)步進(jìn)點(diǎn) 測(cè)量光強(qiáng)，獲取物鏡瞳面光強(qiáng)分布；根據(jù)圖形分布計(jì)算投影物鏡數(shù)值孔徑。實(shí)施例1 本節(jié)描述采用本發(fā)明進(jìn)行數(shù)值孔徑測(cè)量的具體實(shí)施方式
。如圖1所示，進(jìn)行數(shù)值 孔徑測(cè)量時(shí)，照明方式設(shè)置為傳統(tǒng)照明，部分相干因子為0. 88，若投影物鏡數(shù)值孔徑設(shè)定值 為0.63，則選用的散射元件108的散射角度由公式(1)計(jì)算，并留一定的余量，余量可采用 5度。使用散射元件前后的物鏡光瞳面光強(qiáng)分布分別如圖6與圖7所示，在使用散射元 件后，物鏡光瞳面被充滿。掩模上的針孔標(biāo)記，如圖4所示，其尺寸可采用lOOum。探測(cè)器可 使用接收紫外光的UV-818探測(cè)器。物面基底上的針孔經(jīng)投影物鏡后成像在像面處，在距離 像面處0. 5mm的平面上，使用移動(dòng)臺(tái)帶動(dòng)能量探測(cè)器在XY平面內(nèi)進(jìn)行步進(jìn)，在每一個(gè)步進(jìn) 位置處，測(cè)量該位置處的光強(qiáng)。將能量探測(cè)器103測(cè)量得到的光強(qiáng)進(jìn)行處理，即可得到物鏡 光瞳的光強(qiáng)分布401，如圖3所示。將測(cè)量到的光強(qiáng)進(jìn)行處理，獲取光強(qiáng)分布的半徑大小。 根據(jù)公式(2)即可得到投影物鏡的數(shù)值孔徑。實(shí)施例2 如圖1所示，進(jìn)行數(shù)值孔徑測(cè)量時(shí)，照明方式設(shè)置為傳統(tǒng)照明，部分相干因子為 0. 88，若投影物鏡數(shù)值孔徑設(shè)定值為0. 63。不再選用散射元件，直接將掩模針孔背面磨成粗 糙平面，如圖5所示，將針孔503的上表面502磨成粗糙平面，使其散射角度大于5度。掩 模上的針孔標(biāo)記，其尺寸可采用lOOum。探測(cè)器可使用接收紫外光的UV-818探測(cè)器。物面 基底上的針孔經(jīng)投影物鏡后成像在像面處，在距離像面處0. 5mm的平面上，使用移動(dòng)臺(tái)帶 動(dòng)能量探測(cè)器在XY平面內(nèi)進(jìn)行步進(jìn)，在每一個(gè)步進(jìn)位置處，測(cè)量該位置處的光強(qiáng)。將測(cè)量 到的光強(qiáng)進(jìn)行處理，獲取光強(qiáng)分布的半徑大小。根據(jù)公式O)即可得到投影物鏡的數(shù)值孔 徑。實(shí)施例3如圖1所示，進(jìn)行數(shù)值孔徑測(cè)量時(shí)，照明方式設(shè)置為傳統(tǒng)照明，部分相干因子為 0. 88，若投影物鏡數(shù)值孔徑設(shè)定值為0. 63。不再選用散射元件，直接將掩模針孔背面磨成粗 糙平面，如圖5所示，將針孔503的上表面502磨成粗糙平面，使其散射角度大于5度。掩 模上的針孔標(biāo)記，其尺寸可采用lOOum。探測(cè)器可使用接收紫外光的CCD或CMOS探測(cè)器。 物面基底上的針孔經(jīng)投影物鏡后成像在像面處，在距離像面處0. 5mm的平面上，使用CCD或 CMOS探測(cè)器直接記錄光瞳面圖像。將測(cè)量到的光強(qiáng)進(jìn)行處理，獲取光強(qiáng)分布的半徑大小。 根據(jù)公式(2)即可得到投影物鏡的數(shù)值孔徑。本說(shuō)明書(shū)中所述的只是本發(fā)明的幾種較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本 發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過(guò)邏輯分析、 推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種投影物鏡數(shù)值孔徑測(cè)量裝置，其特征在于包括 物面基底；物面基底入射光一側(cè)具有散射元件，將入射光均勻散射在投影物鏡； 物面基底另一側(cè)設(shè)計(jì)有針孔標(biāo)記，針孔標(biāo)記將入射光衍射經(jīng)投影物鏡成像在像面； 投影物鏡像面?zhèn)劝惭b一移動(dòng)臺(tái)，該移動(dòng)臺(tái)可進(jìn)行Xy向高精度步進(jìn)運(yùn)動(dòng)；以及移動(dòng)臺(tái)上 安裝探測(cè)器。
2.如權(quán)利要求1所述的投影物鏡數(shù)值孔徑測(cè)量裝置，其特征在于所述探測(cè)器為能量探 測(cè)器。
3.如權(quán)利要求1所述的投影物鏡數(shù)值孔徑測(cè)量裝置，其特征在于所述探測(cè)器為CCD或 CMOS探測(cè)器。
4.如權(quán)利要求1所述的投影物鏡數(shù)值孔徑測(cè)量裝置，其特征在于所述散射元件為針孔 標(biāo)記背面的粗糙平面。
5.使用如權(quán)利要求1-4之一的裝置的測(cè)量方法，其特征在于包括步驟 根據(jù)投影物鏡數(shù)值孔徑設(shè)定值選擇散射元件散射角；將掩模版上針孔標(biāo)記移動(dòng)到物面視場(chǎng)； 將探測(cè)器移動(dòng)到像面視場(chǎng)； 使用探測(cè)器采集光強(qiáng)分布圖形； 計(jì)算投影物鏡數(shù)值孔徑。
全文摘要
一種投影物鏡數(shù)值孔徑測(cè)量裝置，包括物面基底；物面基底入射光一側(cè)具有散射元件，將入射光均勻散射在投影物鏡；物面基底另一側(cè)設(shè)計(jì)有針孔標(biāo)記，針孔標(biāo)記將入射光衍射經(jīng)投影物鏡成像在像面；投影物鏡像面?zhèn)劝惭b一移動(dòng)臺(tái)，該移動(dòng)臺(tái)可進(jìn)行xy向高精度步進(jìn)運(yùn)動(dòng)；以及移動(dòng)臺(tái)上安裝探測(cè)器。測(cè)量方法包括如下步驟根據(jù)投影物鏡數(shù)值孔徑設(shè)定值選擇散射元件散射角；將掩模版上針孔標(biāo)記移動(dòng)到物面視場(chǎng)；將探測(cè)器移動(dòng)到像面視場(chǎng)；采集光強(qiáng)分布圖形；計(jì)算投影物鏡數(shù)值孔徑。使用本發(fā)明的一種原位測(cè)量投影物鏡數(shù)值孔徑的方法，實(shí)現(xiàn)了物鏡數(shù)值孔徑的原位與在線測(cè)量，同時(shí)測(cè)量方法簡(jiǎn)單、方便。
文檔編號(hào)G01M11/02GK102116706SQ201010022408
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月4日
發(fā)明者王帆, 馬明英 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司