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一種光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置，該光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置中照明模塊將光源發(fā)出的光線均勻投射至光學(xué)系統(tǒng)物面上。針孔陣列位于光學(xué)系統(tǒng)的物面位置，具有空間擴(kuò)展和空間分割的作用。剪切光柵安裝在光學(xué)系統(tǒng)的像面位置。通過精動(dòng)臺帶動(dòng)剪切光柵進(jìn)行橫向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)相移功能。利用準(zhǔn)直光學(xué)鏡組，將攜帶光學(xué)系統(tǒng)波像差信息的同心球面波剪切轉(zhuǎn)換為平面波剪切。利用探測器記錄相移過程中的剪切干涉圖光場信息。本發(fā)明使用針孔陣列提高了檢測系統(tǒng)光能；利用光柵實(shí)現(xiàn)剪切干涉。通過光柵橫向移動(dòng)進(jìn)行相移；利用準(zhǔn)直光學(xué)鏡組將球面干涉轉(zhuǎn)換為平面干涉，消除了平面探測器接收球面干涉的誤差；實(shí)現(xiàn)了光學(xué)系統(tǒng)波像差的高精度檢測。
【專利說明】一種光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置，尤其涉及光刻投影物鏡波像差的高精度檢測。

【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)光刻是現(xiàn)代超大規(guī)模集成電路的最主要生產(chǎn)方法。隨著需要的發(fā)展，光學(xué)投影光刻技術(shù)是目前大規(guī)模低成本生產(chǎn)大規(guī)模集成電路的最有效方法，該技術(shù)生產(chǎn)效率高，技術(shù)成熟穩(wěn)定。廣泛應(yīng)用于平板顯示、半導(dǎo)體照明等半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。隨著超大規(guī)模集成電路(VLSI)的發(fā)展，其集成度越來越高，其關(guān)鍵尺寸也變得越來越小，現(xiàn)在主流電子產(chǎn)品關(guān)鍵尺寸都在28nm，正向22nm大規(guī)模低成本化發(fā)展。這對光刻機(jī)曝光系統(tǒng)的光學(xué)性能提出了更高的要求。高精度生產(chǎn)要求，其前提基礎(chǔ)是高精的檢測方法和裝置。只有檢測的準(zhǔn)確，才能確保生產(chǎn)加工的精度。
[0003]光刻對曝光系統(tǒng)的光學(xué)性能要求很高，在光刻機(jī)工作過程中，氣壓、溫度、振動(dòng)等很多因素都會影響光刻機(jī)曝光系統(tǒng)的光學(xué)性能，導(dǎo)致曝光系統(tǒng)波像差產(chǎn)生劇烈變化，且這個(gè)變化是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，有很大的隨機(jī)性。這就要求光刻機(jī)在使用過程中，必須對其光學(xué)性能進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，并反饋給閉環(huán)控制系統(tǒng)，進(jìn)行曝光系統(tǒng)光學(xué)性能調(diào)整。光刻機(jī)生產(chǎn)效率很高，現(xiàn)在主流光刻機(jī)生產(chǎn)效率都在200多片每小時(shí)，這就對監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性提出很高的要求。所以這就要求曝光光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)性能在線原位檢測系統(tǒng)測量速度快、測量精度高，且易于集成安置在光刻機(jī)中。
[0004]標(biāo)示光刻曝光系統(tǒng)性能最重要的一個(gè)評價(jià)參數(shù)就是曝光系統(tǒng)波像差，必須對此參數(shù)進(jìn)行高精度測量。光刻光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測方法經(jīng)歷了基于光刻膠曝光的方法、基于空中像的方法和在線相位測量干涉儀(PMI)三個(gè)階段?；诠饪棠z曝光檢測的方法可以完全了解光刻機(jī)曝光產(chǎn)品的性能，但是檢測周期長，對于一些比較固定的參量有很大的意義。但光刻機(jī)波像差時(shí)刻都在變化，曝光方法檢測周期太長，無法滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測要求；基于空中像的檢測方法檢測精度相對較低，也無法滿足光刻曝光系統(tǒng)的波像差檢測要求；目前，三大光刻機(jī)生產(chǎn)廠商都采用在線相位干涉測量的方法測量光刻曝光系統(tǒng)的波像差。如Nikon公司使用哈特曼檢測方法、Canon公司使用線衍射干涉法、Asml公司使用橫向剪切干涉法。哈特曼檢測方法中對于針孔要求很高，且其檢測精度與使用的微透鏡陣列維數(shù)有很大關(guān)系?，F(xiàn)在微透鏡陣列的加工工藝決定其維數(shù)不會太高，這也就直接影響了哈特曼檢測方法的檢測精度。
[0005]用光照射尺寸很小的孔，在其后一定范圍內(nèi)可以得到近乎理想球面波，如哈特曼檢測方法。這種方法比較簡單，原理分析相對容易。但是對于該尺寸很小的孔，其制作和加工工藝要求很高，且由于該孔尺寸很小，透過的能量很少，不利于后續(xù)部件工作。
[0006]在專利CN201210154523中，采用針孔產(chǎn)生的理想球面波，經(jīng)過被檢系統(tǒng)后，變?yōu)閿y帶被檢系統(tǒng)波像差信息的非理想球面波，再經(jīng)二維棋盤光柵產(chǎn)生同心球面波進(jìn)行剪切干涉，后利用棋盤光柵后的探測器記錄干涉場信息。為了產(chǎn)生理想球面波，對針孔尺寸有嚴(yán)格要求，必須控制在波長量級。且由于是同心類球面波進(jìn)行剪切干涉，其剪切干涉場是空間球面。探測器接收面是平面，利用平面接收球面干涉圖像，勢必會產(chǎn)生一定的誤差。對于光刻曝光系統(tǒng)波像差檢測的超高精度檢測要求，這種誤差必須加以考慮并消除。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服上述專利中檢測裝置的缺陷，提高檢測精度，本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)系統(tǒng)波像差測量裝置，消除檢測過程中光能能量過低、像面對比度差、平面探測器接收球面干涉場廣生的接收誤差等缺點(diǎn)，從而提聞檢測精度，減少檢測時(shí)間。
[0008]為了增加檢測裝置光路的光能能量，本發(fā)明將上述專利中的小孔改為小孔陣列，增加進(jìn)入檢測光路中的光能能量。
[0009]為了消除平面探測器接收球面干涉場時(shí)產(chǎn)生的誤差，本發(fā)明利用小像差準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)將光柵產(chǎn)生的同心球面波干涉轉(zhuǎn)換成重疊平面波干涉，從而將球面干涉場轉(zhuǎn)換成平面干涉場。從原理上消除平面探測器接收球面干涉場時(shí)產(chǎn)生的誤差。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的光學(xué)系統(tǒng)波像差測量裝置，包括光源模塊、照明模塊、針孔陣列模塊、被測光學(xué)系統(tǒng)、光柵模塊、剪切干涉模塊、驅(qū)動(dòng)控制模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。光源模塊發(fā)出的光依次經(jīng)過針孔陣列模塊、被測光學(xué)系統(tǒng)、光柵模塊、剪切干涉模塊，控制模塊控制針孔陣列模塊和光柵模塊，控制模塊還接收剪切干涉模塊的探測數(shù)據(jù)，控制模塊將該探測數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理。
[0011]本發(fā)明提供的光學(xué)系統(tǒng)波像差測量裝置的光源模塊可以是激光器，也可以是相干性較好的其他單色光源。
[0012]本發(fā)明提供的光學(xué)系統(tǒng)波像差測量裝置的照明模塊包括依次放置的散射板、準(zhǔn)直鏡組、偏振器件、聚焦鏡組。其中準(zhǔn)直鏡組和聚焦鏡組可以是透鏡組，也可以是反射鏡組，也可以是透鏡和反射鏡組成的折反射混合鏡組。
[0013]本發(fā)明提供的光學(xué)系統(tǒng)波像差測量裝置的針孔陣列模塊包括針孔陣列、對準(zhǔn)標(biāo)記和平移臺。其中針孔陣列中單個(gè)針孔的形狀包括但不限于圓形，也可以是矩形、三角形、六邊形等；針孔陣列中針孔的排布具有特定規(guī)律?？梢詮淖蟮接覟閮蓚€(gè)針口，三個(gè)針孔，四個(gè)針孔；具體排布方式包括但不限于下文中所列出的如圖3所示排布方式，也可以呈輻射狀排布。平移臺可以帶動(dòng)針孔陣列實(shí)現(xiàn)三維平移。
[0014]本發(fā)明提供的光學(xué)系統(tǒng)波像差測量裝置的被測光學(xué)系統(tǒng)必須是有限共軛光學(xué)系統(tǒng)。被測光學(xué)系統(tǒng)形式可以是全透射光學(xué)系統(tǒng)，也可以是純反射光學(xué)系統(tǒng)，也可以是折反射混合光學(xué)系統(tǒng)。
[0015]本發(fā)明提供的光學(xué)系統(tǒng)波像差測量裝置的光柵模塊包括剪切光柵、對準(zhǔn)標(biāo)記和平移臺。其中剪切光柵為相位型光柵，放置于針孔陣列相對于被測光學(xué)系統(tǒng)的共軛位置，其中平移臺可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的高精度移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)剪切光柵的軸向位置調(diào)整和垂軸方向移動(dòng)，帶動(dòng)剪切光柵實(shí)現(xiàn)移相功能。
[0016]本發(fā)明提供的光學(xué)系統(tǒng)波像差測量裝置的剪切干涉模塊包括依次放置的準(zhǔn)直轉(zhuǎn)換鏡組和探測器。其中準(zhǔn)直轉(zhuǎn)換鏡組可以是透鏡組，也可以是反射鏡組，也可以是透鏡和反射鏡組成的折反射混合鏡組。
[0017]本發(fā)明提供的光學(xué)系統(tǒng)波像差測量裝置的驅(qū)動(dòng)控制模塊包括平移臺驅(qū)動(dòng)控制器和探測器控制器。
[0018]本發(fā)明提供的光學(xué)系統(tǒng)波像差測量裝置的數(shù)據(jù)處理模塊包括數(shù)據(jù)處理軟件，用于數(shù)據(jù)處理和波前復(fù)原。
[0019]本發(fā)明所述裝置與上述專利所述裝置相比，其優(yōu)點(diǎn)在于:
[0020]I)、采用針孔陣列，進(jìn)行空間擴(kuò)展和空間分割，增加了檢測光能，提高了像面圖像信息對比度，從而可以提高檢測精度。
[0021]2)、利用準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，將球面波剪切轉(zhuǎn)換成平面波剪切。與探測器的接收平面相吻合，消除了平面探測器接收球面干涉場的誤差，去掉了軟件校正環(huán)節(jié)，提高了檢測精度。將球面波剪切轉(zhuǎn)換成平面波剪切，可以從原理上解決剪切干涉過程中，由于入射角的不同，而引起的剪切比的變化，降低了波前復(fù)原的難度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為光學(xué)系統(tǒng)波像差測量裝置的示意圖。
[0023]圖2為針孔陣列排布示意圖。
[0024]圖3為類光柵針孔陣列示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0026]在DUV曝光光學(xué)系統(tǒng)中，光源101 —般為ArF、KrF準(zhǔn)分子激光器，其發(fā)射的波長分別為193nm、248nm ;在其他光學(xué)檢測中，可以使用出射波入為632.8nm的He-Ne激光器，也可以使用其他的激光。
[0027]照明模塊101包括散射板211、準(zhǔn)直鏡組212、偏振器件213和聚焦鏡組214，具有消除激光散斑、降低激光光束空間相干性、光束準(zhǔn)直、偏振特性調(diào)整和均勻照明等功能。如圖1所示，光源201發(fā)出的激光束進(jìn)入照明模塊102，經(jīng)過散射板211發(fā)散。散射板211發(fā)散激光束，并消除激光散斑現(xiàn)象和降低激光空間相干性、提高光束均勻性。散射板211放置于準(zhǔn)直鏡組212前焦面上。發(fā)散后的光束經(jīng)過準(zhǔn)直鏡組212準(zhǔn)直后，成為平行光束。平行光束入射至偏振器件213，經(jīng)偏振器件213調(diào)整光束偏振特性后，入射至聚焦鏡組214。聚焦鏡組214對入射的光行光束進(jìn)行聚焦，使之成為一個(gè)很小的光斑。
[0028]針孔陣列模塊102包括針孔陣列221、對準(zhǔn)標(biāo)記222和平移臺223。其中針孔陣列221中單個(gè)針孔的形狀包括但不限于圓形，也可以是矩形、三角形、六邊形等；針孔陣列221中針孔的排布具有特定規(guī)律。具體排布方式包括但不限于下文中所列出的如圖3所示排布方式，也可以呈輻射狀排布。不同針孔形狀和不同排布方式，會在針孔陣列后產(chǎn)生不同的光場分布。光場分布可以用入射光場乘以針孔陣列的透過函數(shù)得到。如圖3所示圓形針孔的光柵狀分布，可以實(shí)現(xiàn)光場的空間分割，其透過函數(shù)可以表示為:

【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置，其特征在于，該裝置包括:光源模塊(100)、照明模塊(101)、針孔陣列模塊(102)、被測光學(xué)系統(tǒng)(103)、光柵模塊(104)、剪切干涉模塊(105)、控制模塊(106)和數(shù)據(jù)處理模塊(107);光源模塊(100)發(fā)出的光依次經(jīng)過針孔陣列模塊(102)、被測光學(xué)系統(tǒng)(103)、光柵模塊(104)、剪切干涉模塊(105)，控制模塊(106)控制針孔陣列模塊(102)和光柵模塊(104)，控制模塊(106)還接收剪切干涉模塊(105)的探測數(shù)據(jù)，控制模塊(106)將該探測數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理模塊(107)進(jìn)行處理。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置，其特征在于:所述的光源模塊(100)可以是激光器，也可以是其他單色光源。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置，其特征在于:所述的照明模塊(101)包括依次放置的散射板(211)、準(zhǔn)直鏡組(212)、偏振器件(213)、聚焦鏡組(214)，其中準(zhǔn)直鏡組(212)和聚焦鏡組(214)可以是透鏡組，也可以是反射鏡組，也可以是透鏡和反射鏡組成的折反射混合鏡組。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置，其特征在于:所述的針孔陣列模塊(102)包括針孔陣列(221)、對準(zhǔn)標(biāo)記(222)和平移臺(223)，其中對準(zhǔn)標(biāo)記(222)用于確定針孔陣列(221)的位置坐標(biāo)，平移臺(223)可以帶動(dòng)針孔陣列(221)實(shí)現(xiàn)三維平移。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置，其特征在于:所述的針孔陣列(221)，針孔形狀包括但不限于圓形，也可以是矩形、三角形、六邊形。
6.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置，其特征在于:所述的針孔陣列(221)，針孔陣列(221)中針孔的排布可以從左到右為兩個(gè)針孔，三個(gè)針孔，四個(gè)針孔；也可以呈輻射狀排布。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置，其特征在于:所述的被測光學(xué)系統(tǒng)(231)是有限共軛光學(xué)系統(tǒng)，被測光學(xué)系統(tǒng)形式(231)可以是全透射光學(xué)系統(tǒng)，也可以是純反射光學(xué)系統(tǒng)，也可以是折反射混合光學(xué)系統(tǒng)。
8.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置，其特征在于:所述的光柵模塊(104)包括剪切光柵(241)、對準(zhǔn)標(biāo)記(242)和平移臺(243)，其中剪切光柵(241)為相位型光柵，放置于針孔陣列(221)相對于被測光學(xué)系統(tǒng)(231)的共軛位置，其中平移臺(243)可以實(shí)現(xiàn)高精度三維平移，平移臺(243)可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的高精度移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)剪切光柵(241)的軸向位置調(diào)整和垂軸方向移動(dòng)，帶動(dòng)剪切光柵(241)實(shí)現(xiàn)相移功能。
9.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置，其特征在于:所述的剪切干涉模塊(105)包括依次放置的準(zhǔn)直轉(zhuǎn)換鏡組(251)和探測器(252)，其中準(zhǔn)直轉(zhuǎn)換鏡組(251)可以是透鏡組，也可以是反射鏡組，也可以是透鏡和反射鏡組成的折反射混合鏡組。
10.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)控制模塊(106)包括平移臺驅(qū)動(dòng)控制器(261)和探測器控制器(262);所述的數(shù)據(jù)處理模塊(107)包括數(shù)據(jù)處理軟件(271)，用于數(shù)據(jù)處理和波前復(fù)原。
【文檔編號】G01M11/02GK104181779SQ201410454177
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】呂保斌, 邢延文, 林嫵媚, 劉志祥 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所