一種光學系統波像差檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種光學系統波像差檢測裝置，該光學系統波像差檢測裝置中照明模塊將光源發出的光線均勻投射至光學系統物面上。針孔陣列位于光學系統的物面位置，具有空間擴展和空間分割的作用。剪切光柵安裝在光學系統的像面位置。通過精動臺帶動剪切光柵進行橫向移動，實現相移功能。利用準直光學鏡組，將攜帶光學系統波像差信息的同心球面波剪切轉換為平面波剪切。利用探測器記錄相移過程中的剪切干涉圖光場信息。本發明使用針孔陣列提高了檢測系統光能；利用光柵實現剪切干涉。通過光柵橫向移動進行相移；利用準直光學鏡組將球面干涉轉換為平面干涉，消除了平面探測器接收球面干涉的誤差；實現了光學系統波像差的高精度檢測。
【專利說明】一種光學系統波像差檢測裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光學系統波像差檢測裝置，尤其涉及光刻投影物鏡波像差的高精度檢測。
【背景技術】
[0002]光學光刻是現代超大規模集成電路的最主要生產方法。隨著需要的發展，光學投影光刻技術是目前大規模低成本生產大規模集成電路的最有效方法，該技術生產效率高，技術成熟穩定。廣泛應用于平板顯示、半導體照明等半導體產業。隨著超大規模集成電路(VLSI)的發展，其集成度越來越高，其關鍵尺寸也變得越來越小，現在主流電子產品關鍵尺寸都在28nm，正向22nm大規模低成本化發展。這對光刻機曝光系統的光學性能提出了更高的要求。高精度生產要求，其前提基礎是高精的檢測方法和裝置。只有檢測的準確，才能確保生產加工的精度。
[0003]光刻對曝光系統的光學性能要求很高，在光刻機工作過程中，氣壓、溫度、振動等很多因素都會影響光刻機曝光系統的光學性能，導致曝光系統波像差產生劇烈變化，且這個變化是一個動態過程，有很大的隨機性。這就要求光刻機在使用過程中，必須對其光學性能進行在線實時監測，并反饋給閉環控制系統，進行曝光系統光學性能調整。光刻機生產效率很高，現在主流光刻機生產效率都在200多片每小時，這就對監測系統的實時性提出很高的要求。所以這就要求曝光光學系統光學性能在線原位檢測系統測量速度快、測量精度高，且易于集成安置在光刻機中。
[0004]標示光刻曝光系統性能最重要的一個評價參數就是曝光系統波像差，必須對此參數進行高精度測量。光刻光學系統波像差檢測方法經歷了基于光刻膠曝光的方法、基于空中像的方法和在線相位測量干涉儀(PMI)三個階段?；诠饪棠z曝光檢測的方法可以完全了解光刻機曝光產品的性能，但是檢測周期長，對于一些比較固定的參量有很大的意義。但光刻機波像差時刻都在變化，曝光方法檢測周期太長，無法滿足實時監測要求；基于空中像的檢測方法檢測精度相對較低，也無法滿足光刻曝光系統的波像差檢測要求；目前，三大光刻機生產廠商都采用在線相位干涉測量的方法測量光刻曝光系統的波像差。如Nikon公司使用哈特曼檢測方法、Canon公司使用線衍射干涉法、Asml公司使用橫向剪切干涉法。哈特曼檢測方法中對于針孔要求很高，且其檢測精度與使用的微透鏡陣列維數有很大關系?，F在微透鏡陣列的加工工藝決定其維數不會太高，這也就直接影響了哈特曼檢測方法的檢測精度。
[0005]用光照射尺寸很小的孔，在其后一定范圍內可以得到近乎理想球面波，如哈特曼檢測方法。這種方法比較簡單，原理分析相對容易。但是對于該尺寸很小的孔，其制作和加工工藝要求很高，且由于該孔尺寸很小，透過的能量很少，不利于后續部件工作。
[0006]在專利CN201210154523中，采用針孔產生的理想球面波，經過被檢系統后，變為攜帶被檢系統波像差信息的非理想球面波，再經二維棋盤光柵產生同心球面波進行剪切干涉，后利用棋盤光柵后的探測器記錄干涉場信息。為了產生理想球面波，對針孔尺寸有嚴格要求，必須控制在波長量級。且由于是同心類球面波進行剪切干涉，其剪切干涉場是空間球面。探測器接收面是平面，利用平面接收球面干涉圖像，勢必會產生一定的誤差。對于光刻曝光系統波像差檢測的超高精度檢測要求，這種誤差必須加以考慮并消除。
【發明內容】
[0007]為了克服上述專利中檢測裝置的缺陷，提高檢測精度，本發明的目的是提供一種光學系統波像差測量裝置，消除檢測過程中光能能量過低、像面對比度差、平面探測器接收球面干涉場廣生的接收誤差等缺點，從而提聞檢測精度，減少檢測時間。
[0008]為了增加檢測裝置光路的光能能量，本發明將上述專利中的小孔改為小孔陣列，增加進入檢測光路中的光能能量。
[0009]為了消除平面探測器接收球面干涉場時產生的誤差，本發明利用小像差準直光學系統將光柵產生的同心球面波干涉轉換成重疊平面波干涉，從而將球面干涉場轉換成平面干涉場。從原理上消除平面探測器接收球面干涉場時產生的誤差。
[0010]為了實現上述目的，本發明提供的光學系統波像差測量裝置，包括光源模塊、照明模塊、針孔陣列模塊、被測光學系統、光柵模塊、剪切干涉模塊、驅動控制模塊和數據處理模塊。光源模塊發出的光依次經過針孔陣列模塊、被測光學系統、光柵模塊、剪切干涉模塊，控制模塊控制針孔陣列模塊和光柵模塊，控制模塊還接收剪切干涉模塊的探測數據，控制模塊將該探測數據傳送至數據處理模塊進行處理。
[0011]本發明提供的光學系統波像差測量裝置的光源模塊可以是激光器，也可以是相干性較好的其他單色光源。
[0012]本發明提供的光學系統波像差測量裝置的照明模塊包括依次放置的散射板、準直鏡組、偏振器件、聚焦鏡組。其中準直鏡組和聚焦鏡組可以是透鏡組，也可以是反射鏡組，也可以是透鏡和反射鏡組成的折反射混合鏡組。
[0013]本發明提供的光學系統波像差測量裝置的針孔陣列模塊包括針孔陣列、對準標記和平移臺。其中針孔陣列中單個針孔的形狀包括但不限于圓形，也可以是矩形、三角形、六邊形等；針孔陣列中針孔的排布具有特定規律。可以從左到右為兩個針口，三個針孔，四個針孔；具體排布方式包括但不限于下文中所列出的如圖3所示排布方式，也可以呈輻射狀排布。平移臺可以帶動針孔陣列實現三維平移。
[0014]本發明提供的光學系統波像差測量裝置的被測光學系統必須是有限共軛光學系統。被測光學系統形式可以是全透射光學系統，也可以是純反射光學系統，也可以是折反射混合光學系統。
[0015]本發明提供的光學系統波像差測量裝置的光柵模塊包括剪切光柵、對準標記和平移臺。其中剪切光柵為相位型光柵，放置于針孔陣列相對于被測光學系統的共軛位置，其中平移臺可以實現三個方向的高精度移動，以實現剪切光柵的軸向位置調整和垂軸方向移動，帶動剪切光柵實現移相功能。
[0016]本發明提供的光學系統波像差測量裝置的剪切干涉模塊包括依次放置的準直轉換鏡組和探測器。其中準直轉換鏡組可以是透鏡組，也可以是反射鏡組，也可以是透鏡和反射鏡組成的折反射混合鏡組。
[0017]本發明提供的光學系統波像差測量裝置的驅動控制模塊包括平移臺驅動控制器和探測器控制器。
[0018]本發明提供的光學系統波像差測量裝置的數據處理模塊包括數據處理軟件，用于數據處理和波前復原。
[0019]本發明所述裝置與上述專利所述裝置相比，其優點在于:
[0020]I)、采用針孔陣列，進行空間擴展和空間分割，增加了檢測光能，提高了像面圖像信息對比度，從而可以提高檢測精度。
[0021]2)、利用準直光學系統，將球面波剪切轉換成平面波剪切。與探測器的接收平面相吻合，消除了平面探測器接收球面干涉場的誤差，去掉了軟件校正環節，提高了檢測精度。將球面波剪切轉換成平面波剪切，可以從原理上解決剪切干涉過程中，由于入射角的不同，而引起的剪切比的變化，降低了波前復原的難度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為光學系統波像差測量裝置的示意圖。
[0023]圖2為針孔陣列排布示意圖。
[0024]圖3為類光柵針孔陣列示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細地描述。
[0026]在DUV曝光光學系統中，光源101 —般為ArF、KrF準分子激光器，其發射的波長分別為193nm、248nm ;在其他光學檢測中，可以使用出射波入為632.8nm的He-Ne激光器，也可以使用其他的激光。
[0027]照明模塊101包括散射板211、準直鏡組212、偏振器件213和聚焦鏡組214，具有消除激光散斑、降低激光光束空間相干性、光束準直、偏振特性調整和均勻照明等功能。如圖1所示，光源201發出的激光束進入照明模塊102，經過散射板211發散。散射板211發散激光束，并消除激光散斑現象和降低激光空間相干性、提高光束均勻性。散射板211放置于準直鏡組212前焦面上。發散后的光束經過準直鏡組212準直后，成為平行光束。平行光束入射至偏振器件213，經偏振器件213調整光束偏振特性后，入射至聚焦鏡組214。聚焦鏡組214對入射的光行光束進行聚焦，使之成為一個很小的光斑。
[0028]針孔陣列模塊102包括針孔陣列221、對準標記222和平移臺223。其中針孔陣列221中單個針孔的形狀包括但不限于圓形，也可以是矩形、三角形、六邊形等；針孔陣列221中針孔的排布具有特定規律。具體排布方式包括但不限于下文中所列出的如圖3所示排布方式，也可以呈輻射狀排布。不同針孔形狀和不同排布方式，會在針孔陣列后產生不同的光場分布。光場分布可以用入射光場乘以針孔陣列的透過函數得到。如圖3所示圓形針孔的光柵狀分布，可以實現光場的空間分割，其透過函數可以表示為:
【權利要求】
1.一種光學系統波像差檢測裝置，其特征在于，該裝置包括:光源模塊(100)、照明模塊(101)、針孔陣列模塊(102)、被測光學系統(103)、光柵模塊(104)、剪切干涉模塊(105)、控制模塊(106)和數據處理模塊(107);光源模塊(100)發出的光依次經過針孔陣列模塊(102)、被測光學系統(103)、光柵模塊(104)、剪切干涉模塊(105)，控制模塊(106)控制針孔陣列模塊(102)和光柵模塊(104)，控制模塊(106)還接收剪切干涉模塊(105)的探測數據，控制模塊(106)將該探測數據傳送至數據處理模塊(107)進行處理。
2.如權利要求1所述的光學系統波像差檢測裝置，其特征在于:所述的光源模塊(100)可以是激光器，也可以是其他單色光源。
3.如權利要求1所述的光學系統波像差檢測裝置，其特征在于:所述的照明模塊(101)包括依次放置的散射板(211)、準直鏡組(212)、偏振器件(213)、聚焦鏡組(214)，其中準直鏡組(212)和聚焦鏡組(214)可以是透鏡組，也可以是反射鏡組，也可以是透鏡和反射鏡組成的折反射混合鏡組。
4.如權利要求1所述的光學系統波像差檢測裝置，其特征在于:所述的針孔陣列模塊(102)包括針孔陣列(221)、對準標記(222)和平移臺(223)，其中對準標記(222)用于確定針孔陣列(221)的位置坐標，平移臺(223)可以帶動針孔陣列(221)實現三維平移。
5.如權利要求4所述的光學系統波像差檢測裝置，其特征在于:所述的針孔陣列(221)，針孔形狀包括但不限于圓形，也可以是矩形、三角形、六邊形。
6.如權利要求4所述的光學系統波像差檢測裝置，其特征在于:所述的針孔陣列(221)，針孔陣列(221)中針孔的排布可以從左到右為兩個針孔，三個針孔，四個針孔；也可以呈輻射狀排布。
7.如權利要求1所述的光學系統波像差檢測裝置，其特征在于:所述的被測光學系統(231)是有限共軛光學系統，被測光學系統形式(231)可以是全透射光學系統，也可以是純反射光學系統，也可以是折反射混合光學系統。
8.如權利要求1所述的光學系統波像差檢測裝置，其特征在于:所述的光柵模塊(104)包括剪切光柵(241)、對準標記(242)和平移臺(243)，其中剪切光柵(241)為相位型光柵，放置于針孔陣列(221)相對于被測光學系統(231)的共軛位置，其中平移臺(243)可以實現高精度三維平移，平移臺(243)可以實現三個方向的高精度移動，以實現剪切光柵(241)的軸向位置調整和垂軸方向移動，帶動剪切光柵(241)實現相移功能。
9.如權利要求1所述的光學系統波像差檢測裝置，其特征在于:所述的剪切干涉模塊(105)包括依次放置的準直轉換鏡組(251)和探測器(252)，其中準直轉換鏡組(251)可以是透鏡組，也可以是反射鏡組，也可以是透鏡和反射鏡組成的折反射混合鏡組。
10.如權利要求1所述的光學系統波像差檢測裝置，其特征在于:所述的驅動控制模塊(106)包括平移臺驅動控制器(261)和探測器控制器(262);所述的數據處理模塊(107)包括數據處理軟件(271)，用于數據處理和波前復原。
【文檔編號】G01M11/02GK104181779SQ201410454177
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2014年9月5日
【發明者】呂保斌, 邢延文, 林嫵媚, 劉志祥 申請人:中國科學院光電技術研究所
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
