[发明专利]用扩展光源的光刻机投影物镜波像差现场测量装置及方法

权利要求书

1.一种用扩展光源的光刻机投影物镜波像差现场测量装置，其特征在于，包括第一扩展光源板、第二扩展光源板、准直物镜、衍射光学元件以及光电传感器；其中，第一扩展光源板位于光刻机掩模台上且与投影物镜的物面重合，第二扩展光源板位于光刻机硅片台上且与投影物镜的像面重合，准直物镜位于第二扩展光源板沿光刻机投影物镜光轴方向的下游，且准直物镜的物方焦面与投影物镜像面重合，衍射光学元件位于准直物镜的像方位置，光电传感器位于衍射光学元件光束出射方向的焦平面上；

第一扩展光源板上设有圆形针孔阵列A和圆形窗口A；所述圆形窗口A的尺寸应小于或者等于投影物镜物方视场的等晕区的尺寸，即圆形窗口A的直径D₁≤pz/2fm，p为衍射光学元件的周期常数，z为衍射光学元件与光电传感器沿投影物镜光轴方向的间距，f为准直物镜的焦距，m为投影物镜的缩小倍率；圆形针孔阵列A中的每一个针孔大小相等，各针孔直径d₁小于所述投影物镜物方衍射极限分辨率，即d₁＜λ/2NA_o，λ为光刻机上光源发出光波的波长，NA_o为投影物镜的物方数值孔径；

第二扩展光源板上设有圆形针孔阵列B和圆形窗口B；所述圆形窗口B的尺寸应小于或者等于投影物镜像方视场的等晕区的尺寸，即圆形窗口B的直径D₂≤pz/2f；圆形针孔阵列B中的每一个针孔的大小相等，各针孔直径d₂小于所述投影物镜像方衍射极限分辨率，即d₂＜λ/2NA_i，NA_i为投影物镜的像方数值孔径，且NA_i＝NA_o/m；

当检测光刻机中投影物镜视场点K的波像差时，使第一扩展光源板上的圆形针孔阵列A的圆心与视场点K重合，使第二扩展光源板上的圆形窗口B的圆心与圆形针孔阵列A在投影物镜像面上所成像的中心重合；

当校准在线检测装置的系统误差时，使第一扩展光源板的圆形窗口A的圆心与投影物镜的视场点O重合，使第二扩展光源板上圆形针孔阵列B的圆心与圆形窗口A在投影物镜像面上所成像的中心重合。

2.根据权利要求1所述的用扩展光源的光刻机投影物镜波像差现场测量装置，其特征在于，所述衍射光学元件由周期常数为p的微镜阵列或微孔阵列组成。

3.根据权利要求1所述的用扩展光源的光刻机投影物镜波像差现场测量装置，其特征在于，所述圆形针孔阵列A的直径小于或者等于圆形窗口A的直径；圆形针孔阵列B的直径小于或等于圆形窗口B的直径。

4.根据权利要求1所述的用扩展光源的光刻机投影物镜波像差现场测量装置，其特征在于，所述圆形针孔阵列A中每相邻两针孔的圆心距相等为L₁≥λ/NA_o；圆形针孔阵列B中每相邻两针孔的圆心距相等为L₂≥λ/NA_i。

5.一种如权利要求1所述现场测量装置的测量方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤一、调节光刻机照明系统，使光束均匀照射于投影物镜的物面上；

步骤二、移动掩模台使得位于掩模台上的第一扩展光源板上的圆形窗口A的圆心与投影物镜的视场点O重合，移动第二扩展光源板使得圆形针孔阵列B的圆心与圆形窗口A在投影物镜像面所成的像的中心重合，并且调节准直物镜使其中心视场点与圆形针孔阵列B的圆心重合；对此时光电传感器上形成多个像点位置的偏移进行波面重建，得到包括现场测量装置系统误差的波像差W_sys；

步骤三、移动掩模台使得位于掩模台上的第一扩展光源板的圆形针孔阵列A的圆心与投影物镜视场点K重合，移动第二扩展光源板使得圆形窗口B的圆心与圆形针孔阵列A在投影物镜像面所成像的中心重合，并且调节准直物镜使其中心视场点与圆形窗口B的圆心重合；对此时光电传感器上形成多个像点位置的偏移进行波面重建，得到包括投影物镜在视场点K的波像差以及现场测量装置系统误差的波像差W_k′；

步骤四、通过调节光刻机掩模台和硅片台来切换所需测量的视场点，重复步骤三直至完成投影物镜全视场波像差的测量，最终得到所有视场点的波像差W_i′(i＝1，L L，n)，i为所测量的视场点的序号，n为所需测量的视场点的个数；

步骤五、投影物镜上各视场点经过校正之后的波像差W_i＝W_i＇-W_sys。