[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

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，特别涉及一种采用扩展光源照明的光刻机投影物镜波像差现场测量装置，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。如图1所示，现有光刻机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。

目前，光刻机的主流技术——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波像差通常要控制在10mλrms(λ＝193nm)以内，因此需要在光刻机中集成光刻机投影物镜波像差现场测量装置，以快速、高精度地实现对投影物镜的全视场波像差现场测量。

美国专利US6914665和US6975387公开了一种通过在光刻机硅片台上集成基于Shack-Hartmann波前传感器原理的波像差测量装置，实现光刻机投影物镜的波像差现场测量。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。但是该装置存在体积大造价高以及测量精度低等问题。

针对上述现有技术的不足，本发明人于2009年7月20日申请的专利号为：ZL200910089426.8的《一种光刻机投影物镜波像差的现场测量装置》专利，其包括一个位于掩模台上的针孔掩模板。该现场测量装置集成于光刻机上，通过调节光刻机照明系统的部分相干因子和偏振态，使得照明光束均匀照射在掩模上。利用光束的反射原理，完成对该现场测量装置系统误差的标定；之后通过移动针孔掩模板和硅片台的测量位置，完成光刻机上投影物镜多个视场点波像差的现场测量。但是，上述现场测量装置存在以下问题：第一，其采用包含单个针孔的针孔掩模板对光束进行空间滤波，由于针孔透光面积的限制导致光透过率差，光源的利用率低，影响了测量精度。第二，其采用分束镜以及反射镜来改变光束的光路，光束在传播的过程中损耗较大。

发明内容

本发明的目的是为了实现光刻机投影物镜波像差的现场测量，提出一种采用扩展光源照明的光刻机投影物镜波像差现场测量装置，利用该装置测量投影物镜波像差的测量精度高。

实现本发明的技术方案如下：

一种用扩展光源的光刻机投影物镜波像差现场测量装置，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；