[发明专利]一种系统误差自校准的光刻机投影物镜波像差在线检测装置

说明书

技术领域

本发明属于光学检测领域，具体涉及一种系统误差自校准的光刻机投影物镜波像差在线检测装置。

背景技术

随着光刻分辨力的提高，要求光刻机投影物镜的残留波像差也越来越小。ASML、Canon及Nikon三大公司在加工、集成光刻机投影物镜时，直接利用高精度位相测量干涉仪(Phase Measurement Interferometer，简称PMI)，如泰曼-格林干涉仪、菲索干涉仪对光刻机投影物镜的残留波像差进行检测。但是，实际中由于运输、装配等因素的影响，光刻机投影物镜波像差将发生改变而超出残留波像差值，此时光刻机投影物镜波像差对光刻分辨力造成很大影响。由于PMI结构比较复杂，难以集成到光刻机中，因此，开发高精度、高速度光刻机物镜波像差在线检测技术十分必要。通过在线检测光刻机投影物镜各视场的波像差，并利用灵敏度矩阵计算分析出对应各视场波像差的失调量，然后调整光刻机投影物镜，使光刻机投影物镜各视场的波像差实测值达到PMI检测的容限水平，保证最佳光刻分辨力成像。从2007年开始，三大光刻公司先后推出了光刻分辨率达到45nm的光刻机，其浸没式投影物镜的数值孔径达到1.35且投影物镜的残留波像差均达到6mλ以下，这对实现光刻机投影物镜波像差的在线检测技术提出了更高的挑战和性能要求。

现在主流的光刻机投影物镜波像差在线检测的技术主要基于光干涉原理的检测技术及基于夏克-哈特曼波前传感技术。其中基于光干涉原理检测的主要代表技术有ASML公司的ILIAS(Integrated Lens Interferometer At Scanner)技术和Canon公司的iPMI(in-situ Phase Measurement Interferometer)技术；ASML公司的ILIAS技术利用一维光栅剪切干涉仪，需要在x，y两个方向上检测，无法实现对像散的精确检测。Canon公司的iPMI技术基于线衍射干涉仪原理，需要物方掩模板上的狭缝和窗口与像方掩模板上的窗口和狭缝精确对准，此对准对检测速度影响显著。基于夏克-哈特曼波前传感技术的主要是Nikon公司的P-PMI(Portable phase measuring interferometer)技术，由于夏克-哈特曼技术中微透镜阵列限制了检测波前的采样能力，从而限制了检测精度。

针对前述三大光刻设备供应商所开发的检测技术存在的不足。本发明人于2010年5月13号提出的申请号为：201010175495.3的《一种光刻物镜波像差在线检测装置及方法》专利申请，其具有如下有益效果：首先，该装置通过调节剪切装置和光电探测器的间距，可以实现剪切比的连续可调，从而针对不同的待测物镜及同一待测物镜在不同的条件下进行在线检测时，可以获得相对应的剪切比，从而提高了测量的灵敏度及测量精度；其次，该装置利用方孔扩展光源(主要由漫射体和方孔掩模板形成)提高了曝光光源光强的利用率，弥补了采用点光源时投影物镜曝光时间长及干涉条纹对比度低的不足，从而提高了测量速度和测量精度；而且，该装置利用轴向移动像方方孔掩模板来实现对系统误差的校准。但是，由于该检测装置中采用方孔扩展光源，从而无法消除照明系统的残留像差，并且该装置通过轴向移动像方方孔掩模板校准系统误差，由于准直物镜物方工作距离限制了像方方孔掩模板的轴向移动范围，限制了像方方孔掩模板对光刻投影物镜波像差和照明系统的残留像差的空间滤波效果。由于前述两点不足，在一定程度上限制了正交位相光栅横向剪切干涉仪装置检测精度地进一步提高。

发明内容

本发明提出一种系统误差自校准的光刻机投影物镜波像差在线检测装置，能够消除照明系统残留的像差，实现对光刻物镜波像差高精度的在线检测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种系统误差自校准的光刻机投影物镜波像差在线检测装置，包括准直物镜、剪切装置、轴向调节装置、光电探测器、存储器、运算器、控制器、物方掩模板以及像方掩模板；

物方掩模板位于光刻机的物方工件台上，且设有方形针孔阵列A和方孔A，所述方形针孔阵列A上的针孔直径r₁小于光刻机的投影物镜的物方衍射极限尺寸，如公式(1)

r₁＜0.61λm^×/NA_i                    (1)

其中，λ为光刻机中曝光光源发出光波的波长，NA_i为光刻机中投影物镜的像方数值孔径，m^×为光刻机中投影物镜的缩小倍率；