[发明专利]一种光刻机投影物镜波像差的现场测量装置

权利要求书

1.一种光刻机投影物镜波像差的现场测量装置，包括主机(201)和标准镜两大组成部分；所述主机(201)包括用于探测波面变形的光电传感器(201a)，用于分波面的衍射光学元件(201b)，用于光束整形的准直物镜(201c)，用于选择测量视场点以及滤除照明系统像差的针孔掩模板(201d)，针孔掩模板(201d)上有一圆孔；

其特征在于：

主机(201)还包括用于控制光路传输的分束器(201e)；

标准镜(202)包括：当标定主机(201)的系统误差时用于折返光路的第一标准镜(202a)；当主机(201)测量投影物镜(105)波像差时用于折返光路的第二标准镜(202b)；

上述组成部件间的位置及连接关系如下：

在主机(201)内部，针孔掩模板(201d)位于照明系统(102)的后方，即光刻机曝光时掩模(103)所在的位置，且照明系统(102)的出射光束能够经过针孔掩模板(201d)上的圆孔，针孔掩模板(201d)的圆孔所在位置即为所选择的测量视场点；

分束器(201e)位于针孔掩模板(201d)的后方，分束器(201e)中有一反射面，反射面与投影物镜(105)的主光轴成45°角；当标定主机(201)的系统误差时，反射面的朝向要使得经第一标准镜(202a)折返回的光束能够反射至准直物镜(201c)上；当主机(201)测量投影物镜(105)波像差时，反射面的朝向要使得经第二标准镜(202b)折返回的光束能够反射至准直物镜(201c)上；

准直物镜(201c)位于分束器(201e)的侧面，准直物镜(201c)的物方焦点位置与针孔掩模板(201d)的圆孔圆心关于分束器(201e)反射面共轭，同时，准直物镜(201c)的物方数值孔径与投影物镜(105)的物方数值孔径相等，同时，准直物镜(201c)的入瞳尺寸等于投影物镜(105)入瞳尺寸，且准直物镜(201c)的入瞳位置与投影物镜的入瞳(105)位置重合；

衍射光学元件(201b)位于准直物镜(201c)的像方；衍射光学元件(201b)的有效通光区域等于准直物镜(201c)的出瞳尺寸，且衍射光学元件(201b)的位置与准直物镜(201c)的出瞳位置重合；

光电传感(201a)位于衍射光学元件(201b)光束出射方向的焦平面上，光电传感器(201a)的有效像元区域不小于衍射光学元件(201b)的有效通光区域；

主机(201)作为一个整体固定于光刻机系统中掩模台(104)的任意一侧，使得掩模台(104)能够带动主机(201)，保证主机(201)中针孔掩模板(201d)的圆孔能够在投影物镜(105)的整个物方视场范围内移动；

当标定主机(201)的系统误差时，第一标准镜(202a)位于分束器(201e)的后方，第一标准镜(202a)的反射面曲率中心要与针孔掩模板(201d)上圆孔的圆心重合，且经第一标准镜(202a)折返回的光线经过分束器(201e)反射面所形成的焦点与准直物镜(201c)的物方焦点重合；

当主机(201)测量投影物镜(105)波像差时，第二标准镜(202b)固定在硅片台(105)的任意一侧，此时，第二标准镜和分束器之间放置投影物镜，第二标准镜的反射面曲率中心与针孔掩模板上圆孔的圆心经由投影物镜所形成的像点重合。

2.采用权利要求1所述的光刻机投影物镜波像差的现场测量装置进行光刻机投影物镜波像差全场测量的方法，包括以下过程：

步骤一、光源(101)发出的光束首先经过照明系统(102)整形，使光束均匀照明于掩模(103)所在的平面，移动掩模台(104)带动主机(201)，使针孔掩模板(201d)位于掩模(103)所在平面，即投影物镜(105)的物面；照明系统(102)的出射光束照射在针孔掩模板(201d)上，并经过针孔掩模板(201d)上的圆孔进行滤波，针孔掩模板(201d)的圆孔所在的位置即为所选择的测量视场点；

步骤二、进行主机(201)的系统误差标定：

针孔掩模板(201d)出射光束的一部分透过分束器(201e)后，入射到第一标准镜(202a)表面；光束由第一标准镜(202a)沿原光路折返，经第一标准镜(202a)折返的光束经分束器(201e)的反射面反射后，聚焦于准直物镜(201c)的物方焦点；光束由准直物镜(201c)准直成平行光束后，由衍射光学元件(201b)分割成多个子波，各个子波聚焦于光电传感器(201a)，光电传感器(201a)记录各个子波的焦点质心位置，并将这些位置作为系统误差标定结果w_s，系统误差标定只需要在安装时标定一次；

步骤三、测量投影物镜(105)波像差：将第二标准镜(202b)固定到硅片台(107)侧面，针孔掩模板(201d)出射光束的一部分透过分束器(201e)后，入射到投影物镜(105)，在投影物镜(105)的像方形成针孔掩模板201d圆孔的像点；此时，移动硅片台(107)，使第二标准镜(202b)的反射面的曲率中心与针孔掩模板(201d)中圆孔由投影物镜(105)形成的像点重合，光束能够由第二标准镜(202b)沿原光路折返；经第二标准镜(202b)折返的光束经过投影物镜(105)后，再经过分束器(201e)的反射面反射，聚焦于准直物镜(201c)的物方焦点；光束由准直物镜(201c)准直成平行光束后，由衍射光学元件(201b)分割成多个子波，各个子波聚焦于光电传感器(201a)，光电传感器(201a)记录各个子波的焦点质心位置，并将这些位置作为针孔掩模板(201d)圆孔所在位置的视场点未经标定的波像差测量结果w″₁；

步骤四、进行投影物镜(105)全视场的波像差现场测量：

根据预先设定的投影物镜(105)的波像差测量位置，调整掩模台(104)和硅片台(107)平移来切换本装置的测量位置，从而测量投影物镜(105)上不同的视场点的波像差；每个视场点的测量均按照步骤三所述过程，进行单点波像差测量，直至完成投影物镜(105)全视场波像差的测量，最终得到所有视场点未经标定的波像差测量结果w″_n(n＝1，2，3…)；

步骤五、首先，根据经步骤二得到的系统误差标定结果w_s，计算出37项Zernike多项式系数表示的装置的系统误差W_sys；同时，根据经步骤四得到的所有视场点未经标定的波像差现场测量结果w″_n(n＝1，2，3…)，计算出37项Zernike多项式系数表示的投影物镜(105)全视场未经标定的波像差V″_n(n＝1，2，3…)；

之后，根据系统误差W_sys和投影物镜(105)全视场未经标定的波像差V″_n(n＝1，2，3…)来标定系统误差，系统误差标定后的投影物镜(105)全视场波像差W_n＝V″_n-W_sys，(n＝1，2，3…)；

至此，就完成了光刻机投影物镜波像差的现场测量。