[发明专利]一种高精度、高空间分辨率的横向剪切干涉波前测量方法

说明书

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，涉及一种横向剪切干涉波前测量方法，特别是一种高精度、高空间分辨率的横向剪切干涉波前测量方法。

背景技术

横向剪切干涉是一种自干涉波前测量技术，待测波前与其自身横向平移的部分产生干涉，消除了对额外参考波面的需求，因此理论上可以达到很高的测量精度。横向剪切干涉是一种共光路干涉技术，其对振动和环境扰动不敏感，对测量环境的要求不高。另外，横向剪切干涉对光源的空间相干性要求较低，且其灵敏度可以通过调整剪切量的大小进行调节。由于以上优点，横向剪切干涉在波前测量领域得到了很重要的应用。随着波前测量精度要求进入亚纳米尺度，横向剪切干涉的重要性日益凸显，尤其是在光刻技术领域。光刻机是极大规模集成电路制造的核心装备，其投影物镜是一直是高端光学成像系统的代表。集成电路特征尺寸的持续缩小，对光刻机投影物镜的分辨率提出的要求越来越高，因此对投影物镜波像差的检测和控制技术的精度要求也越来越高。目前最高端的商用光刻机的投影物镜的波像差已经控制到亚纳米量级，波像差检测技术的精度需要达到更高。无论是对当前最高端的、用于1xnm节点集成电路量产的商用光刻机，即193nm浸没式光刻，还是最有希望在10nm以下节点实现量产的下一代光刻技术，即极紫外光刻，横向剪切干涉都是能够用于投影物镜波像差原位检测的、为数不多的几种技术中的重要的一种。特别地，国际光刻机巨头ASML公司在其系列商用高端光刻机中以横向剪切干涉技术作为投影物镜波像差原位检测技术，其具有测量精度高、速度快、工作稳定、系统结构简单等优点。在ASML公司当前最先进的面向1x nm节点的商用光刻机NXT1970Ci中，同样采用横向剪切干涉作为其波像差检测技术，且能够同时实现掩模同轴对准功能。简言之，横向剪切干涉技术是当今非常重要的一种高精度的波前测量技术。

横向剪切干涉的一个特点，同时也是一个缺点，是其直接的测量结果不是待测波前自身，而是其在两个正交剪切方向上的差分，即差分波前，因此需要从差分波前中重建出待测波前。重建方法有很多种，可以分为模式法和区域法两大类。模式法是将待测波前展开为一组基函数，通过测量的差分波前求解待测波前的基函数系数。模式法是一种拟合方法，其拟合的精度受限于重建采用的基函数的项数。参与重建的项数越多，则重建精度越高，反之亦然。然而，受限于计算机的计算能力，以及计算时间的要求，参与重建的项数不可能无限制的增大，因此，模式法重建存在原理性误差。而且，重建的空间分辨率也受限于参与重建的项数，对于较复杂的像差，通过低阶项不能重建。区域法是根据剪切原理通过一个系数矩阵建立离散的待测波前和离散的差分波前之间的关系方程组，通过最小二乘法求解待测波前在一系列离散点上的值的方法。与模式法相比，区域法理论上精度更高、空间分辨率更高，可以用于分析高阶像差。因此区域法是一种很重要的横向剪切干涉波前重建方法。

区域法有很多种，且不同的区域法对测量过程的要求不同。根据测量次数的不同，可以分为两次测量法、四次测量法和多方向多次测量法。两次测量法是常规方法，即在相互正交的两个方向上分别进行一次剪切干涉测量。这种方法以Rimmer方法(在先技术[1]：M.P.Rimmer,“Method for evaluating lateral shearing interferograms,”Appl.Opt.13,623-629(1974).)为代表，其缺点是重建波前的空间分辨率受限于剪切量的大小，空间分辨率与剪切量成反比，剪切量大则空间分辨率低，剪切量小则空间分辨率高，其原因是重建波前的抽样间隔只能等于剪切量，而不能小于剪切量。因此，为获得高空间分辨率的波前测量结果，必须采用非常小的剪切量，而在小剪切量的情况下，横向剪切干涉测量信号的信噪比很低。