[发明专利]光刻机原位快速高空间分辨率波像差检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光刻机，特别是一种光刻机原位快速高空间分辨率波像差检测装置及方法。

背景技术

光刻机是极大规模集成电路制造的核心设备之一。投影物镜是光刻机最重要的分系统之一。投影物镜的波像差影响光刻机的成像质量，造成成像对比度降低，工艺窗口缩小。随着光刻技术从干式发展至浸没式，光刻机投影物镜的波像差容限变得越来越严苛，对波像差检测精度的要求也越来越高。

Van De Kerkhof等人提出一种通过在光刻机掩模平台和硅片平台上集成基于朗奇剪切干涉原理的波像差检测装置(参考在先技术[1]，Van De Kerkhof,M.,et al.,Full optical column characterization of DUV lithographic projection tools.Optical Microlithography Xvii,Pts 1-3,2004.5377:p.1960-1970)，实现了光刻机投影物镜波像差原位检测。该装置进行原位检测的空间分辨率由探测器像素个数决定；其波像差干涉图探测器安装在光刻机的工件台上，波像差干涉图探测器工作时产生的热量将给光刻机工件台带来较大的热载荷，影响工件台的长期稳定性。探测器像素个数越多，检测空间分辨率越高，同时产生的热量也越大。这形成了一对矛盾。并且，探测器像素个数越多，探测时间和计算时间也越长，影响检测速度。而光刻节点发展至1X纳米以下时，光刻机投影物镜波像差需要检测至64项Zernike系数，即检测空间分辨率要求提高；检测速度要求也进一步提高，以实现热像差控制。

如果能采用较少的干涉图探测器像素个数，实现高空间分辨率波像差检测，则能兼顾工件台热载荷控制以及检测速度，满足高端光刻机原位波像差检测的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光刻机原位快速高空间分辨率波像差检测装置及方法，实时原位检测光刻机投影物镜的波像差，并提高检测分辨率。

本发明的技术解决方案如下：

一种光刻机原位快速高空间分辨率波像差检测装置，包括用于产生激光光束的光源、照明系统、物面光栅板、能承载物面光栅板并拥有精确定位能力的掩模台、光刻机投影物镜、波像差传感器、能承载波像差传感器并具有XYZ三维扫描能力和精确定位能力的工件台和计算机；

上述各部件的连接关系如下：

沿光束传播方向依次是所述的照明系统、物面光栅板、光刻机投影物镜和波像差传感器；

所述的物面光栅板置于掩模台上，所述的波像差传感器置于工件台上，所述的波像差传感器与计算机相连；

所述的物面光栅板由两个周期为P_o且占空比为50％的物面光栅组成，两个物面光栅分别是光栅线沿y方向的第一光栅和光栅线沿x方向的第二光栅；

所述的波像差传感器包括沿光束传播方向依次放置的像面光栅、小孔阵列和二维光电传感器；

所述的第一光栅和第二光栅的周期P_o与所述的像面光栅的周期P_i满足如下关系；

P_o＝P_i·M

其中，M为光刻机投影物镜的成像放大倍数。

所述的第一光栅和第二光栅是相位光栅或振幅光栅或振幅相位相结合等其他类型的一维衍射光栅；

所述的像面光栅是占空比为50％的棋盘光栅等二维透射式光栅；

所述的像面光栅是相位光栅或振幅光栅或振幅相位相结合等其他类型的衍射光栅；

所述的小孔阵列的周期等于光电二维传感器的像素周期，小孔位置与光电二维传感器的像素位置一一对应，小孔直径为光电二维传感器像素大小的1/N，N为采样频率；

所述的掩模台是将物面光栅板移入光刻机投影物镜的物方光路的位移台；

所述的工件台是将所述的波像差传感器移入光刻机投影物镜的像方光路，并带动波像差传感器运动的位移台；

所述的二维光电传感器是照相机、CCD、CMOS图像传感器、PEEM，或二维光电探测器阵列，其探测面上接收像面光栅生成并由小孔阵列进行采样得到的剪切干涉条纹；

所述的计算机用于控制波像差检测过程、存储测量数据，并对干涉图进行处理与分析。

一种光刻机原位快速高空间分辨率波像差检测装置的波像差原位检测方法，包括下列步骤，

(1)将物面光栅板置于掩模台上，调节掩模台，使第一光栅位于光刻机投影物镜需要测量的物方视场位置；

(2)由光源发出的光经过照明系统的调整后，均匀照明物面光栅板的第一光栅；