[发明专利]一种光刻机投影物镜波像差的现场测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种对投影光学系统的光学性能进行现场测量的装置，特别涉及一种光刻机投影物镜波像差的现场测量装置，属于光学测量技术领域。

背景技术

在大规模集成电路的制备过程中，通常使用带投影曝光装置的光刻机将掩模上的图案经过投影物镜缩小投影在涂有光刻胶的硅片上。目前，光刻设备的主流技术——ArF光刻技术已经发展到65nm以下技术节点，为了满足低工艺因子ArF光刻技术特征尺寸控制的要求，高数值孔径投影物镜系统的波像差通常要控制在10mλrms(λ＝193nm)以内。在这个波像差容限下，像差对周围环境的敏感度很高，曝光时的热量所导致的热致像差等高阶像差必须进行补偿。并且，随着投影物镜数值孔径的增大，偏振像差对光刻性能的影响变得越来越明显。所以，65nm以下技术节点的ArF光刻机投影物镜系统波像差的检测必须利用光刻机自身的曝光光源和照明系统，并通过在光刻机上集成波像差测量装置，进行快速、高精度的全视场波像差现场测量和校正，要求能够检测至少37项Zernike多项式系数表示的出瞳波像差。

光刻机投影物镜系统通常包括用于产生投影光束的光源101；用于调整光源发出的光束部分相干因子和偏振态的照明系统102；能将掩模图案成像在硅片106上的投影物镜105；能承载所述掩模103并精确定位的掩模台104；能承载所述硅片106并精确定位的硅片台107。结构如图1所示。

传统的基于显影图形测量的像差测量技术只能检测某一项或几项像差，且耗时较长，测试方法存在难以校正的系统误差，其检测精度一般仅能达到10mλrms的水平，不能满足65nm以下技术节点光刻技术的要求。

美国专利US6914665和US6975387提出，通过在光刻机硅片台上集成基于Shack-Hartmann像传感器原理的波像差测量装置，进行光刻机投影物镜的波像差测量和校正。而文献《Portable phase measuring interferometer usingShack-Hartmann method》(Proc.SPIE，2003，5038：726～732)对该装置的波像差测量和系统误差标定方法进行了详细论述，该文献指出，利用该测量装置对KrF光刻机的实验结果表明，该装置的测量精度可以达到2.2mλrms(λ＝248nm)。但是，随着干式光刻机投影物镜数值孔径的增大，乃至发展到浸没式光刻投影物镜，此时再用上述装置进行测量将存在以下问题：

1)Shack-Hartmann像传感器要求入射平行光束，因此需要与待测投影物镜数值孔径相匹配的高数值孔径准直镜，投影物镜数值孔径的增大必然导致准直物镜的口径和片数增加，使得造价增加，装置体积增大，不便于集成；

2)该装置的主机集成在硅片台，对于浸没式光刻投影物镜的波像差测量，需要浸没式的准直物镜，测量位置和曝光位置切换的工程难度增大；

3)该装置利用掩模台上的针孔选择测量视场点并且滤波消除照明系统的波面误差，并且该装置在系统误差标定时需要将准直物镜前的针孔偏离投影物镜像面，再次进行滤波以产生球面波来标定测量装置的系统误差，经过两次滤波使得系统的透过率降低，随着投影物镜的数值孔径增大，针孔尺寸越来越小，使得透过率进一步降低，将会影响测量精度。

发明内容

本发明的目的是为了实现投影物镜波像差的现场测量，提出一种光刻机投影物镜波像差的现场测量装置。该装置能够检测至少37项Zernike多项式系数表示的出瞳波像差，并且适用于浸没式投影物镜的波像差测量。

本发明装置的设计原理是：在光刻机系统中集成基于shack-hartmann像传感器原理的投影物镜波像差测量装置，用于投影物镜波像差的测量。所述测量装置结构简单且易于集成，主机集成在光刻机的掩模台上，个别部件集成在硅片台上。测量时，将掩模台和硅片台移动到所述装置的测量位置，可进行光刻机投影物镜全视场波像差的测量以及校正。该装置具有系统误差标定功能，以达到较高的波像差绝对测量精度。

本发明提供了一种用于光刻机投影物镜波像差的现场测量装置，该装置基于Shack-Hartmann测量原理，包括主机和标准镜两大组成部分。

所述主机部分包括：(1)用于探测波面变形的光电传感器。(2)用于分波面的衍射光学元件。(3)用于光束整形的准直物镜。(4)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，其上有一圆孔，圆孔的功能是选择测量视场点、对照明光束进行空间滤波，以消除照明系统像差并且增大出射光束角度。圆孔的直径不大于投影物镜物方衍射极限的分辨率。(5)用于控制光路传输的分束器。