[发明专利]一种光刻机物镜掩膜照明条件下杂光系数测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量光刻物镜杂光测试方法装置，该装置适用紫外193nm和可见光能量分布探测，属于光电测试技术领域。

背景技术

光刻物镜成像性能的好坏直接关系到光刻晶片的成败。而影响光刻物镜成像性能的技术指标，主要有杂光、(像面)照度分布及其分辨率或光学传递函数。由于紫外光刻物镜调制传递函数的截止频率极高，直接测量其MTF极其困难，往往通过采取实拍高分辨线条的照片来进行鉴定。对于多达数十片镜片组成的光刻物镜，杂光与照度分布对其成像性能的影响更为突出，因此，只判定其分辨率，还不能得知影响光刻物镜成像性能的主要原因。

通过光刻物镜的光线分为两部分，一部分光线按照正常光路进行，在像面上成像，这是有用的部分。另一部分光线则在中途被透镜表面及其膜层表面、反射镜面及其膜层多次反射，或被镜筒内壁、光阑等反射，或被透镜内部的气泡、条纹和杂质等散射，以及镜头使用中带入的污染等，加之多次暴光后，以非正常的光路途径到达像面，这是有害的光线。这些有害的杂光造成光刻物镜成像质量的下降，直接影响光刻质量。因此，对于要求超高分辨率要求的光刻物镜，必须检测其杂光指标是否超差。

随着大型光学设计软件功能的扩展，有的软件可以做一些消杂光的设计计算。但是，由于模拟杂光来源的因素多而复杂，其追迹杂光光路的数学模型难以贴近实际，故对于制造出来的复杂光刻物镜不检测其杂光指标，而完全依靠光学设计与加工工艺来保证是不现实的。因此，复杂而昂贵的光刻物镜的杂光性能必须最终通过实际检测，得以控制和验证。

1986年ISO/DP 9358Veiling glare of image forming systems-Definitions and methods of measurement只规定了对照相物镜、望远镜的杂光测试。至今尚没有适合光刻物镜杂光和像面照度分布的测量标准。

随着光刻机及其制版镜头朝着193nm乃至极紫外方向发展，国际上诸多光刻机生产大公司注定不能回避光刻物镜杂光和像面照度分布的测试与控制问题。但日本尼康公司、德国蔡司公司等都没公开该技术的报道。韩国三星公司Ho-chul Kim介绍了在(光刻)曝光装置上添加一成像传感器二维扫描参考图像和测量图像或黑斑图像的方式，获得点杂光扩展函数分布(2005年美国专利US006900887B2)。这种方法的不足之处是：1、测量的“点”杂光扩展函数分布，有利于分析杂光相对于无杂光衍射受限条件下“点”扩展函数分布之间的差别，但其测量属于弱信号探测，难度大，精度难保证；2、这些方法测量的“点”杂光扩展函数分布，都没有严格按光刻掩膜照明条件下进行，而且不能区分正常光线产生的杂光和掩膜照明背景产生的杂光。正因为如此，光刻物镜的杂光和像面照度分布的测试还没有达到成熟的阶段。

发明内容

本发明的目的是为克服上述已有技术的不足，提出一种采用牛角型消光管积分球探测法测量杂光系数测试技术及装置，实现光刻物镜掩膜照明条件下的杂光测试。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的一种光刻机物镜掩膜照明条件下杂光系数测试装置，由物方发射系统和像方接收系统组成；物方发射系统包括内置在积分球内的光源、放置在积分球出口光路上的掩膜板；像方接收系统包括掩膜板透射光路上的光刻物镜、以及中继光学系统、带牛角消光管、光电探测器的积分球、信号处理系统；在像方积分球端采用带牛角型消光管和光电探测器测量符合光刻机掩膜照明条件下不同视场的杂光系数。

通过像面平移与转动机构将中继光学系统、积分球移动到某轴外共轭像点位置，并转动一个正对轴外光束主光线的角度后，可测得光刻物镜该轴外点的杂光系数。

更换牛角消光管为折反观测系统，用来观测调整测量光路，以保证被测光刻物镜的轴上与轴外的物像共轭位置。光源是紫外光源或普通照明光源。

本发明的一种光刻机物镜杂光系数测试方法，照明光源发出光线经积分球内表面多次反射后从积分球开口射出均匀投射到掩膜板上，经掩膜板透射的光线，经光刻物镜的艾里斑像，被中继光学系统会聚到积分球后端的牛角消光管内全部吸收，其余杂光均被积分球内表面多次反射后，被光电探测器接收，最后由信号处理系统输出光刻物镜的轴上点杂光系数。

本发明具有如下显著优点：

测量装置按照光刻物镜掩膜照明条件下设置杂光环境，所测结果更符合实际；

测量杂光系数的方法比测杂光点扩展函数的方法，其探测信号的信噪比高，测量精度也高，容易保证微弱杂光条件下的测量可靠性。

附图说明