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專利名稱：：一種光刻機(jī)投影物鏡波像差的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種對(duì)投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)性能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的裝置，特別涉及一種光刻機(jī)投影物鏡波像差的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置，屬于光學(xué)測(cè)量
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：在大規(guī)模集成電路的制備過(guò)程中，通常使用帶投影曝光裝置的光刻機(jī)將掩模上的圖案經(jīng)過(guò)投影物鏡縮小投影在涂有光刻膠的硅片上。目前，光刻設(shè)備的主流技術(shù)——ArF光刻技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到65nm以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)，為了滿足低工藝因子ArF光刻技術(shù)特征尺寸控制的要求，高數(shù)值孔徑投影物鏡系統(tǒng)的波像差通常要控制在10m;irm(X^93"w)以內(nèi)。在這個(gè)波像差容限下，像差對(duì)周圍環(huán)境的敏感度很高，曝光時(shí)的熱量所導(dǎo)致的熱致像差等高階像差必須進(jìn)行補(bǔ)償。并且，隨著投影物鏡數(shù)值孔徑的增大，偏振像差對(duì)光刻性能的影響變得越來(lái)越明顯。所以，65nm以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的ArF光刻機(jī)投影物鏡系統(tǒng)波像差的檢測(cè)必須利用光刻機(jī)自身的曝光光源和照明系統(tǒng)，并通過(guò)在光刻機(jī)上集成波像差測(cè)量裝置，進(jìn)行快速、高精度的全視場(chǎng)波像差現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和校正，要求能夠檢測(cè)至少37項(xiàng)Zernike多項(xiàng)式系數(shù)表示的出瞳波像差。光刻機(jī)投影物鏡系統(tǒng)通常包括用于產(chǎn)生投影光束的光源101;用于調(diào)整光源發(fā)出的光束部分相干因子和偏振態(tài)的照明系統(tǒng)102;能將掩模圖案成像在硅片106上的投影物鏡105;能承載所述掩模103并精確定位的掩模臺(tái)104;能承載所述硅片106并精確定位的硅片臺(tái)107。結(jié)構(gòu)如圖1所示。傳統(tǒng)的基于顯影圖形測(cè)量的像差測(cè)量技術(shù)只能檢測(cè)某一項(xiàng)或幾項(xiàng)像差，且耗時(shí)較長(zhǎng)，測(cè)試方法存在難以校正的系統(tǒng)誤差，其檢測(cè)精度一般僅能達(dá)到10w義/7^的水平，不能滿足65nm以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)光刻技術(shù)的要求。美國(guó)專利US6914665和US6975387提出，通過(guò)在光刻機(jī)硅片臺(tái)上集成基于Shack-Hartmarm像傳感器原理的波像差測(cè)量裝置，進(jìn)行光刻機(jī)投影物鏡的波像差測(cè)量禾口校正。而文獻(xiàn)《PortablephasemeasuringinterferometerusingShack-Hartmannmethod》(Proc.SPIE,2003,5038:726732)對(duì)該裝置的波像差測(cè)量和系統(tǒng)誤差標(biāo)定方法進(jìn)行了詳細(xì)論述，該文獻(xiàn)指出，利用該測(cè)量裝置對(duì)KrF光刻機(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置的測(cè)量精度可以達(dá)到2.2附;^鵬(;1=248"附)。但是，隨著干式光刻機(jī)投影物鏡數(shù)值孔徑的增大，乃至發(fā)展到浸沒式光刻投影物鏡，此時(shí)再用上述裝置進(jìn)行測(cè)量將存在以下問(wèn)題1)Shack-Hartmann像傳感器要求入射平行光束，因此需要與待測(cè)投影物鏡數(shù)值孔徑相匹配的高數(shù)值孔徑準(zhǔn)直鏡，投影物鏡數(shù)值孔徑的增大必然導(dǎo)致準(zhǔn)直物鏡的口徑和片數(shù)增加，使得造價(jià)增加，裝置體積增大，不便于集成；2)該裝置的主機(jī)集成在硅片臺(tái)，對(duì)于浸沒式光刻投影物鏡的波像差測(cè)量，需要浸沒式的準(zhǔn)直物鏡，測(cè)量位置和曝光位置切換的工程難度增大；3)該裝置利用掩模臺(tái)上的針孔選擇測(cè)量視場(chǎng)點(diǎn)并且濾波消除照明系統(tǒng)的波面誤差，并且該裝置在系統(tǒng)誤差標(biāo)定時(shí)需要將準(zhǔn)直物鏡前的針孔偏離投影物鏡像面，再次進(jìn)行濾波以產(chǎn)生球面波來(lái)標(biāo)定測(cè)量裝置的系統(tǒng)誤差，經(jīng)過(guò)兩次濾波使得系統(tǒng)的透過(guò)率降低，隨著投影物鏡的數(shù)值孔徑增大，針孔尺寸越來(lái)越小，使得透過(guò)率進(jìn)一步降低，將會(huì)影響測(cè)量精度。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了實(shí)現(xiàn)投影物鏡波像差的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，提出一種光刻機(jī)投影物鏡波像差的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置。該裝置能夠檢測(cè)至少37項(xiàng)Zemike多項(xiàng)式系數(shù)表示的出瞳波像差，并且適用于浸沒式投影物鏡的波像差測(cè)量。本發(fā)明裝置的設(shè)計(jì)原理是:在光刻機(jī)系統(tǒng)中集成基于shack-hartmann像傳感器原理的投影物鏡波像差測(cè)量裝置，用于投影物鏡波像差的測(cè)量。所述測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易于集成，主機(jī)集成在光刻機(jī)的掩模臺(tái)上，個(gè)別部件集成在硅片臺(tái)上。測(cè)量時(shí)，將掩模臺(tái)和硅片臺(tái)移動(dòng)到所述裝置的測(cè)量位置，可進(jìn)行光刻機(jī)投影物鏡全視場(chǎng)波像差的測(cè)量以及校正。該裝置具有系統(tǒng)誤差標(biāo)定功能，以達(dá)到較高的波像差絕對(duì)測(cè)量精度。本發(fā)明提供了一種用于光刻機(jī)投影物鏡波像差的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置，該裝置基于Shack-Hartmann測(cè)量原理，包括主機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)鏡兩大組成部分。所述主機(jī)部分包括(1)用于探測(cè)波面變形的光電傳感器。(2)用于分波7面的衍射光學(xué)元件。(3)用于光束整形的準(zhǔn)直物鏡。(4)用于選擇測(cè)量視場(chǎng)點(diǎn)以及濾除照明系統(tǒng)像差的針孔掩模板，其上有一圓孔，圓孔的功能是選擇測(cè)量視場(chǎng)點(diǎn)、對(duì)照明光束進(jìn)行空間濾波，以消除照明系統(tǒng)像差并且增大出射光束角度。圓孔的直徑不大于投影物鏡物方衍射極限的分辨率。(5)用于控制光路傳輸?shù)姆质鳌?biāo)準(zhǔn)鏡部分包括(6)當(dāng)標(biāo)定主機(jī)的系統(tǒng)誤差時(shí)用于折返光路的第一標(biāo)準(zhǔn)鏡。(7)當(dāng)主機(jī)測(cè)量投影物鏡波像差時(shí)用于折返光路的第二標(biāo)準(zhǔn)鏡。上述組成部件間的位置關(guān)系如下-主機(jī)部分作為一個(gè)整體，固定于光刻機(jī)中掩模臺(tái)的任意一側(cè)。在主機(jī)的內(nèi)部，針孔掩模板位于光刻機(jī)曝光時(shí)掩模所在的位置，且照明系統(tǒng)的出射光束能夠經(jīng)過(guò)針孔掩模板上的圓孔，針孔掩模板的圓孔所在位置即為所選擇的測(cè)量視場(chǎng)點(diǎn)。分束器位于針孔掩模板的后方，分束器中有一反射面，反射面與投影物鏡的主光軸成45。角。當(dāng)標(biāo)定主機(jī)的系統(tǒng)誤差時(shí)，反射面的朝向要使得經(jīng)第一標(biāo)準(zhǔn)鏡折返回的光束能夠反射至準(zhǔn)直物鏡上；當(dāng)主機(jī)測(cè)量投影物鏡波像差時(shí)，反射面的朝向要使得經(jīng)第二標(biāo)準(zhǔn)鏡折返回的光束能夠反射至準(zhǔn)直物鏡上。準(zhǔn)直物鏡位于分束器的側(cè)面，且其物方焦點(diǎn)位置與針孔掩模板的圓孔圓心關(guān)于分束器的反射面共軛，同時(shí)，準(zhǔn)直物鏡的物方數(shù)值孔徑不小于投影物鏡的物方數(shù)值孔徑。準(zhǔn)直物鏡的入瞳尺寸不小于投影物鏡入瞳尺寸，兩者尺寸最好相等；準(zhǔn)直物鏡的入瞳位置與投影物鏡的入瞳位置越接近越好，二者位置最好重合。衍射光學(xué)元件位于準(zhǔn)直物鏡的像方。衍射光學(xué)元件的有效通光區(qū)域不小于準(zhǔn)直物鏡的出瞳尺寸，兩者尺寸最好相等；衍射光學(xué)元件的位置與準(zhǔn)直物鏡的出瞳位置越接近越好，二者位置最好重合。光電傳感器位于衍射光學(xué)元件光束出射方向的焦平面上，光電傳感器的有效像元區(qū)域不小于衍射光學(xué)元件的有效通光區(qū)域。主機(jī)作為一個(gè)整體固定于光刻機(jī)系統(tǒng)中掩模臺(tái)的任意一側(cè)，使得掩模臺(tái)能夠帶動(dòng)主機(jī)，保證主機(jī)中針孔掩模板的圓孔能夠在投影物鏡的整個(gè)物方視場(chǎng)范圍內(nèi)移動(dòng)。當(dāng)標(biāo)定主機(jī)的系統(tǒng)誤差時(shí)，第一標(biāo)準(zhǔn)鏡位于分束器的后方，第一標(biāo)準(zhǔn)鏡的反射面曲率中心要與針孔掩模板上圓孔的圓心重合，且經(jīng)第一標(biāo)準(zhǔn)鏡折返回的光線經(jīng)過(guò)分束器反射面所形成的焦點(diǎn)與準(zhǔn)直物鏡的物方焦點(diǎn)重合；當(dāng)主機(jī)測(cè)量投影物鏡波像差時(shí)，第二標(biāo)準(zhǔn)鏡固定在硅片臺(tái)的任意一側(cè)。此時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)鏡和分束器之間放置投影物鏡，標(biāo)準(zhǔn)鏡的反射面曲率中心與針孔掩模板上圓孔的圓心經(jīng)由投影物鏡所形成的像點(diǎn)重合。使用本發(fā)明裝置進(jìn)行波像差測(cè)量的步驟如下首先，在裝有本發(fā)明裝置的光刻機(jī)上，調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)的部分相干因子和偏振態(tài)，使照明光束均勻照明在掩模的平面。然后，進(jìn)行所述裝置的系統(tǒng)誤差標(biāo)定。之后，利用所述裝置進(jìn)行投影物鏡波像差的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，通過(guò)移動(dòng)所述掩模臺(tái)和硅片臺(tái)的測(cè)量位置，利用所述裝置進(jìn)行所述的投影物鏡多個(gè)視場(chǎng)點(diǎn)波像差的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算所述波像差測(cè)量裝置系統(tǒng)誤差、所述投影物鏡全視場(chǎng)波像差以及所述投影物鏡中各個(gè)補(bǔ)償器的調(diào)整量，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，調(diào)整所述投影物鏡的各個(gè)補(bǔ)償器自動(dòng)完成所述投影物鏡的像差校正。有益效果相對(duì)于美國(guó)專利US6914665和US6975387，以及相關(guān)文獻(xiàn)(Proc.SPIE,2003,5038:726~732)所提出的測(cè)量裝置，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)-1)由于產(chǎn)業(yè)化光刻機(jī)投影物鏡一般為45倍縮小投影，因此投影物鏡的像方數(shù)值孔徑一般為其物方數(shù)值孔徑的4~5倍，在已有裝置中，就要求準(zhǔn)直物鏡的物方數(shù)值孔徑不小于投影物鏡的像方數(shù)值孔徑。而在本發(fā)明裝置中，只要求準(zhǔn)直物鏡的物方數(shù)值孔徑不小于投影物鏡的物方數(shù)值孔徑，同現(xiàn)有裝置相比，準(zhǔn)直物鏡的物方數(shù)值孔徑縮小了4~5倍，由此降低了測(cè)量裝置的成本、體積和重量，便于集成。2)進(jìn)行系統(tǒng)誤差標(biāo)定時(shí)，本裝置全部固定在掩模臺(tái)；進(jìn)行投影物鏡波像差測(cè)量時(shí)，將主機(jī)部分固定在掩模臺(tái)，而將第二標(biāo)準(zhǔn)鏡固定在硅片臺(tái)。這使得本發(fā)明裝置便于集成在光刻機(jī)系統(tǒng)之中，很適合光刻機(jī)投影物鏡波像差的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，尤其適用于浸沒式投影物鏡的波像差現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。3)本裝置采用標(biāo)準(zhǔn)鏡通過(guò)絕對(duì)測(cè)量來(lái)標(biāo)定系統(tǒng)誤差，因此本裝置的絕對(duì)精度取決于標(biāo)準(zhǔn)鏡本身的面形誤差。由于現(xiàn)有的球面鏡加工和絕對(duì)檢驗(yàn)技術(shù)已能夠得到精度很高的標(biāo)準(zhǔn)鏡，因此本裝置能夠具有較高的絕對(duì)測(cè)量精度，且測(cè)量精度不受光刻機(jī)投影物鏡數(shù)值孔徑增大的影響。圖1為依據(jù)現(xiàn)有的光刻機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的波像差現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置的系統(tǒng)誤差標(biāo)定示意圖；圖3為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的波像差現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置的波像差現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量示意圖。其中，101-光源、102-照明系統(tǒng)、103-掩模、104-掩模臺(tái)、105-投影物鏡、106-硅片，107-硅片臺(tái);201-主機(jī)，包括201a-光電傳感器、201b-衍射光學(xué)元件、201c-準(zhǔn)直物鏡、201d-針孔掩膜板、201e-分束器；202a-第一標(biāo)準(zhǔn)鏡、202b-第二標(biāo)準(zhǔn)鏡。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。首先介紹光刻機(jī)系統(tǒng)，其組成框圖如圖l所示，包括光源IOI、照明系統(tǒng)102、掩模103、掩模臺(tái)104、投影物鏡105、硅片106以及硅片臺(tái)107。光刻機(jī)的工作原理如下光源101發(fā)出的光經(jīng)過(guò)照明系統(tǒng)102后，照射在掩模103上，將掩模103上的圖案通過(guò)投影物鏡105，以"步進(jìn)-掃描"方式，縮小投影在涂有光刻膠的硅片106上，從而實(shí)現(xiàn)圖案的轉(zhuǎn)移。其中，光源101為準(zhǔn)分子激光光源，如波長(zhǎng)約為193nm的ArF準(zhǔn)分子激光器或波長(zhǎng)約為248nm的KrF準(zhǔn)分子激光器。照明系統(tǒng)102為具有調(diào)節(jié)照明光束部分相干因子以及光束偏振態(tài)的光學(xué)元器件。刻有待轉(zhuǎn)移的電路圖案的掩模103，它由掩模臺(tái)104支撐和驅(qū)動(dòng)。涂有光刻膠的硅片106由硅片臺(tái)107支撐和驅(qū)動(dòng)。掩模103和硅片106位于投影物鏡105的光學(xué)共軛面上。掩模臺(tái)104和硅片臺(tái)107以不同的速率同步掃描運(yùn)動(dòng)，通過(guò)"步進(jìn)-掃描"方式將掩模103的圖案，通過(guò)投影物鏡105精確地投影轉(zhuǎn)移到涂有光刻膠的硅片107上。投影物鏡105的波像差，特別是其中的高級(jí)像差，會(huì)嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)移的圖案特征尺寸的控制精度。本具體實(shí)時(shí)方式中的波像差現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置包括主機(jī)201和標(biāo)準(zhǔn)鏡202。其中，主機(jī)201包括用于探測(cè)波面變形的光電傳感器201a,如CCD;用于分波面的衍射光學(xué)元件201b，如微鏡陣列或微孔陣列；用于光束整形的準(zhǔn)直物鏡201C;用于選擇測(cè)量視場(chǎng)點(diǎn)以及濾除照明系統(tǒng)像差的針孔掩模板201d，其中心有圓孔，圓孔的功能是選擇測(cè)量視場(chǎng)點(diǎn)、對(duì)照明光束進(jìn)行空間濾波，以消除照明系統(tǒng)像差并且增大出射光束角度，針孔掩模板201d可采用刻有圓孔的鉻掩模板；用于控制光路傳輸?shù)姆质?01e，如分束鏡。標(biāo)準(zhǔn)鏡202部分包括當(dāng)標(biāo)定主機(jī)201的系統(tǒng)誤差時(shí)用于折返光路的第一標(biāo)準(zhǔn)鏡202a;當(dāng)主機(jī)201測(cè)量投影物鏡105波像差時(shí)用于折返光路的第二標(biāo)準(zhǔn)鏡202b。第一標(biāo)準(zhǔn)鏡202a和第二標(biāo)準(zhǔn)鏡202b可以采用凹面反射鏡或凸面反射鏡中的任意一種。當(dāng)標(biāo)定主機(jī)201的系統(tǒng)誤差時(shí)的裝置結(jié)構(gòu)組成如圖2所示，當(dāng)主機(jī)201測(cè)量投影物鏡105波像差時(shí)的裝置結(jié)構(gòu)組成如圖3所示。上述組成部件間的位置關(guān)系如下在主機(jī)201的內(nèi)部，針孔掩模板201d位于光刻機(jī)曝光時(shí)掩模103所在的位置，且照明系統(tǒng)102的出射光束能夠經(jīng)過(guò)針孔掩模板201d上的圓孔，針孔掩模板201d的圓孔所在位置即為所選擇的測(cè)量視場(chǎng)點(diǎn)。分束器201e位于針孔掩模板201d的后方，分束器201e中有一反射面，反射面與投影物鏡105的主光軸成45°角。當(dāng)標(biāo)定主機(jī)201的系統(tǒng)誤差時(shí)，反射面的朝向要使得經(jīng)第一標(biāo)準(zhǔn)鏡202a折返回的光束能夠反射至準(zhǔn)直物鏡201c上；當(dāng)主機(jī)201測(cè)量投影物鏡105波像差時(shí)，反射面的朝向要使得經(jīng)第二標(biāo)準(zhǔn)鏡202b折返回的光束能夠反射至準(zhǔn)直物鏡201c上。準(zhǔn)直物鏡201c位于分束器201e的側(cè)面，且其物方焦點(diǎn)位置與針孔掩模板201d的圓孔圓心關(guān)于分束器201e的反射面共軛，同時(shí)，準(zhǔn)直物鏡201c的物方數(shù)值孔徑不小于投影物鏡105的物方數(shù)值孔徑。準(zhǔn)直物鏡201c的入瞳尺寸和位置與投影物鏡105的入瞳尺寸和位置匹配，B卩，準(zhǔn)直物鏡201c的入瞳尺寸不小于投影物鏡105的入瞳尺寸，兩者尺寸最好相等；準(zhǔn)直物鏡201c的入瞳位置與投影物鏡105的入瞳位置重合。衍射光學(xué)元件201b位于準(zhǔn)直物鏡201c的像方。衍射光學(xué)元件201b的有效ii通光區(qū)域不小于準(zhǔn)直物鏡201C的出瞳尺寸，兩者尺寸最好相等；衍射光學(xué)元件201b的位置與準(zhǔn)直物鏡201c的出瞳位置越接近越好，二者位置最好重合。光電傳感器201a位于衍射光學(xué)元件201b光束出射方向的焦平面上，光電傳感器201a的有效像元區(qū)域不小于衍射光學(xué)元件201b的有效通光區(qū)域。主機(jī)201作為一個(gè)整體固定于光刻機(jī)系統(tǒng)中掩模臺(tái)104的任意一側(cè)，使得掩模臺(tái)104能夠帶動(dòng)主機(jī)201，保證主機(jī)201中針孔掩模板201d的圓孔能夠在投影物鏡105的整個(gè)物方視場(chǎng)范圍內(nèi)移動(dòng)。當(dāng)標(biāo)定主機(jī)201的系統(tǒng)誤差時(shí)，第一標(biāo)準(zhǔn)鏡202a位于分束器201e的后方，第一標(biāo)準(zhǔn)鏡202a的反射面曲率中心要與針孔掩模板201d上圓孔的圓心重合，且經(jīng)第一標(biāo)準(zhǔn)鏡202a折返回的光線經(jīng)過(guò)分束器201e反射面所形成的焦點(diǎn)與準(zhǔn)直物鏡201c的物方焦點(diǎn)重合；當(dāng)主機(jī)201測(cè)量投影物鏡105波像差時(shí)，第二標(biāo)準(zhǔn)鏡202b固定在硅片臺(tái)105的任意一側(cè)。此時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)鏡和分束器之間放置投影物鏡，標(biāo)準(zhǔn)鏡的反射面曲率中心與針孔掩模板上圓孔的圓心經(jīng)由投影物鏡所形成的像點(diǎn)重合。采用本裝置進(jìn)行全視場(chǎng)測(cè)量的過(guò)程如下步驟一、照明系統(tǒng)102具有調(diào)節(jié)照明光束部分相干因子和偏振態(tài)的功能，光源101發(fā)出的光束首先經(jīng)過(guò)照明系統(tǒng)102整形，使光束均勻照明于掩模103所在的平面。移動(dòng)掩模臺(tái)104帶動(dòng)主機(jī)201,使針孔掩模板201d位于掩模103所在平面，即投影物鏡105的物面。照明系統(tǒng)102的出射光束照射在針孔掩模板201d上，并經(jīng)過(guò)針孔掩模板201d上的圓孔進(jìn)行濾波，以消除照明系統(tǒng)102的像差，并且圓孔衍射使出射光束的角度增大，針孔掩模板201d的圓孔所在的位置即為所選擇的測(cè)量視場(chǎng)點(diǎn)。步驟二、進(jìn)行主機(jī)201的系統(tǒng)誤差標(biāo)定其光路如圖2所示，針孔掩模板201d出射光束的一部分透過(guò)分束器201e后，入射到第一標(biāo)準(zhǔn)鏡202a表面。由于第一標(biāo)準(zhǔn)鏡202a的反射面曲率中心與針孔掩模板201d上圓孔的圓心重合，因此光束由第一標(biāo)準(zhǔn)鏡202a沿原光路折返。經(jīng)第一標(biāo)準(zhǔn)鏡202a折返的光束經(jīng)分束器201e的反射面反射后，聚焦于準(zhǔn)直物鏡201c的物方焦點(diǎn)。光束由準(zhǔn)直物鏡201c準(zhǔn)直成平行光束后，由衍射光學(xué)元件201b分割成多個(gè)子波，各個(gè)子波聚焦于光電傳感器201a，光電傳感器201a記錄各個(gè)子波的焦點(diǎn)質(zhì)心位置，并將這些位置作為系統(tǒng)誤差標(biāo)定結(jié)果^。系統(tǒng)誤差標(biāo)定只需要在安裝時(shí)標(biāo)定一次。步驟三、測(cè)量投影物鏡105波像差將第二標(biāo)準(zhǔn)鏡202b固定到硅片臺(tái)107側(cè)面，如圖3所示。針孔掩模板201d出射光束的一部分透過(guò)分束器201e后，入射到投影物鏡105，在投影物鏡105的像方形成針孔掩模板201d圓孔的像點(diǎn)。此時(shí)，移動(dòng)硅片臺(tái)107，使第二標(biāo)準(zhǔn)鏡202b的反射面的曲率中心與針孔掩模板201d中圓孔由投影物鏡105形成的像點(diǎn)重合，因此，光束能夠由第二標(biāo)準(zhǔn)鏡202b沿原光路折返。經(jīng)第二標(biāo)準(zhǔn)鏡202b折返的光束經(jīng)過(guò)投影物鏡105后，再經(jīng)過(guò)分束器201e的反射面反射，聚焦于準(zhǔn)直物鏡201c的物方焦點(diǎn)。光束由準(zhǔn)直物鏡201c準(zhǔn)直成平行光束后，由衍射光學(xué)元件201b分割成多個(gè)子波。各個(gè)子波聚焦于光電傳感器201a,光電傳感器201a記錄各個(gè)子波的焦點(diǎn)質(zhì)心位置，并將這些位置作為針孔掩模板201d圓孔所在位置的視場(chǎng)點(diǎn)未經(jīng)標(biāo)定的波像差測(cè)量結(jié)果w;'。步驟四、進(jìn)行投影物鏡105全視場(chǎng)的波像差現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量根據(jù)預(yù)先設(shè)定的投影物鏡105的波像差測(cè)量位置，調(diào)整掩模臺(tái)104和硅片臺(tái)107平移來(lái)切換本裝置的測(cè)量位置，從而測(cè)量投影物鏡105上不同的視場(chǎng)點(diǎn)的波像差。每個(gè)視場(chǎng)點(diǎn)的測(cè)量均按照步驟三所述過(guò)程，進(jìn)行單點(diǎn)波像差測(cè)量，直至完成投影物鏡105全視場(chǎng)波像差的測(cè)量，最終得到所有視場(chǎng)點(diǎn)未經(jīng)標(biāo)定的波像差測(cè)量結(jié)果w:("二1,2,:3…)。步驟五、首先，根據(jù)經(jīng)步驟二得到的系統(tǒng)誤差標(biāo)定結(jié)果w,,計(jì)算出37項(xiàng)Zemike多項(xiàng)式系數(shù)表示的裝置的系統(tǒng)誤差『^;同時(shí)，根據(jù)經(jīng)步驟四得到的所有視場(chǎng)點(diǎn)未經(jīng)標(biāo)定的波像差現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果w:("=1,2,3)，計(jì)算出37項(xiàng)Zernike多項(xiàng)式系數(shù)表示的投影物鏡105全視場(chǎng)未經(jīng)標(biāo)定的波像差《("=1，2，3...)。之后，根據(jù)系統(tǒng)誤差『^和投影物鏡105全視場(chǎng)未經(jīng)標(biāo)定的波像差《("=1,2，3—)來(lái)標(biāo)定系統(tǒng)誤差，系統(tǒng)誤差標(biāo)定后的投影物鏡105全視場(chǎng)波像差『=《—『^,("=1,2，3-)。自此就完成了光刻機(jī)投影物鏡波像差的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。然后，根據(jù)投影物鏡105全視場(chǎng)波像差『"，利用預(yù)先設(shè)定的投影物鏡105的敏感度矩陣，計(jì)算投影物鏡105中預(yù)先設(shè)定的各個(gè)補(bǔ)償器的調(diào)節(jié)量。再根據(jù)步驟五得到的各個(gè)補(bǔ)償器的調(diào)節(jié)量計(jì)算結(jié)果，調(diào)整投影物鏡105中各個(gè)補(bǔ)償器，就可以完成投影物鏡105的波像差校正。雖然結(jié)合了附圖描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求1.一種光刻機(jī)投影物鏡波像差的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置，包括主機(jī)(201)和標(biāo)準(zhǔn)鏡兩大組成部分；所述主機(jī)(201)包括用于探測(cè)波面變形的光電傳感器(201a)，用于分波面的衍射光學(xué)元件(201b)，用于光束整形的準(zhǔn)直物鏡(201c)，用于選擇測(cè)量視場(chǎng)點(diǎn)以及濾除照明系統(tǒng)像差的針孔掩模板(201d)，針孔掩模板(201d)上有一圓孔；其特征在于主機(jī)(201)還包括用于控制光路傳輸?shù)姆质?201e)；標(biāo)準(zhǔn)鏡(202)部分包括當(dāng)標(biāo)定主機(jī)(201)的系統(tǒng)誤差時(shí)用于折返光路的第一標(biāo)準(zhǔn)鏡(202a)；當(dāng)主機(jī)(201)測(cè)量投影物鏡(105)波像差時(shí)用于折返光路的第二標(biāo)準(zhǔn)鏡(202b)；上述組成部件間的位置及連接關(guān)系如下在主機(jī)(201)內(nèi)部，針孔掩模板(201d)位于照明系統(tǒng)(102)的后方，即光刻機(jī)曝光時(shí)掩模(103)所在的位置，且照明系統(tǒng)(102)的出射光束能夠經(jīng)過(guò)針孔掩模板(201d)上的圓孔，針孔掩模板(201d)的圓孔所在位置即為所選擇的測(cè)量視場(chǎng)點(diǎn)；分束器(201e)位于針孔掩模板(201d)的后方，分束器(201e)中有一反射面，反射面與投影物鏡(105)的主光軸成45°角；當(dāng)標(biāo)定主機(jī)(201)的系統(tǒng)誤差時(shí)，反射面的朝向要使得經(jīng)第一標(biāo)準(zhǔn)鏡(202a)折返回的光束能夠反射至準(zhǔn)直物鏡(201c)上；當(dāng)主機(jī)(201)測(cè)量投影物鏡(105)波像差時(shí)，反射面的朝向要使得經(jīng)第二標(biāo)準(zhǔn)鏡(202b)折返回的光束能夠反射至準(zhǔn)直物鏡(201c)上；準(zhǔn)直物鏡(201c)位于分束器(201e)的側(cè)面，準(zhǔn)直物鏡(201c)的物方焦點(diǎn)位置與針孔掩模板(201d)的圓孔圓心關(guān)于分束器(201e)反射面共軛，同時(shí)，準(zhǔn)直物鏡(201c)的物方數(shù)值孔徑不小于投影物鏡(105)的物方數(shù)值孔徑；準(zhǔn)直物鏡(201c)的入瞳尺寸不小于投影物鏡(105)入瞳尺寸，同時(shí)，準(zhǔn)直物鏡(201c)的入瞳位置與投影物鏡的入瞳(105)位置越接近越好；衍射光學(xué)元件(201b)位于準(zhǔn)直物鏡(201c)的像方；衍射光學(xué)元件(201b)的有效通光區(qū)域不小于準(zhǔn)直物鏡(201c)的出瞳尺寸；衍射光學(xué)元件(201b)的位置與準(zhǔn)直物鏡(201c)的出瞳位置越接近越好；光電傳感器(201a)位于衍射光學(xué)元件(201b)光束出射方向的焦平面上，光電傳感器(201a)的有效像元區(qū)域不小于衍射光學(xué)元件(201b)的有效通光區(qū)域；主機(jī)(201)作為一個(gè)整體固定于光刻機(jī)系統(tǒng)中掩模臺(tái)(104)的任意一側(cè)，使得掩模臺(tái)(104)能夠帶動(dòng)主機(jī)(201)，保證主機(jī)(201)中針孔掩模板(201d)的圓孔能夠在投影物鏡(105)的整個(gè)物方視場(chǎng)范圍內(nèi)移動(dòng)；當(dāng)標(biāo)定主機(jī)(201)的系統(tǒng)誤差時(shí)，第一標(biāo)準(zhǔn)鏡(202a)位于分束器(201e)的后方，第一標(biāo)準(zhǔn)鏡(202a)的反射面曲率中心要與針孔掩模板(201d)上圓孔的圓心重合，且經(jīng)第一標(biāo)準(zhǔn)鏡(202a)折返回的光線經(jīng)過(guò)分束器(201e)反射面所形成的焦點(diǎn)與準(zhǔn)直物鏡(201c)的物方焦點(diǎn)重合；當(dāng)主機(jī)(201)測(cè)量投影物鏡(105)波像差時(shí)，第二標(biāo)準(zhǔn)鏡(202b)固定在硅片臺(tái)(105)的任意一側(cè)，此時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)鏡和分束器之間放置投影物鏡，標(biāo)準(zhǔn)鏡的反射面曲率中心與針孔掩模板上圓孔的圓心經(jīng)由投影物鏡所形成的像點(diǎn)重合。2、如權(quán)利要求1所述的一種光刻機(jī)投影物鏡波像差的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于，所述準(zhǔn)直物鏡(201c)的物方數(shù)值孔徑與投影物鏡(105)的物方數(shù)值孔徑相等，同時(shí)，準(zhǔn)直物鏡(201c)的入瞳尺寸等于投影物鏡(105)入瞳尺寸，且準(zhǔn)直物鏡(201c)的入瞳位置與投影物鏡的入瞳(105)位置重合。3、如權(quán)利要求1所述的一種光刻機(jī)投影物鏡波像差的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于，所述衍射光學(xué)元件(201b)的有效通光區(qū)域等于準(zhǔn)直物鏡(201c)的出瞳尺寸，且衍射光學(xué)元件(201b)的位置與準(zhǔn)直物鏡(201c)的出瞳位置重合。4、如權(quán)利要求1所述的一種光刻機(jī)投影物鏡波像差的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于，所述衍射光學(xué)元件(201b)的有效通光區(qū)域等于準(zhǔn)直物鏡(201c)的出瞳尺寸，且衍射光學(xué)元件(201b)的位置與準(zhǔn)直物鏡(201c)的出瞳位置重合。5、如權(quán)利要求1所述的一種光刻機(jī)投影物鏡波像差的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于，采用本裝置進(jìn)行光刻機(jī)投影物鏡波像差全視場(chǎng)測(cè)量的過(guò)程如下步驟一、光源(101)發(fā)出的光束首先經(jīng)過(guò)照明系統(tǒng)(102)整形，使光束均勻照明于掩模(103)所在的平面，移動(dòng)掩模臺(tái)(104)帶動(dòng)主機(jī)(201),使針孔掩模板(201d)位于掩模(103)所在平面，即投影物鏡(105)的物面；照明系統(tǒng)(102)的出射光束照射在針孔掩模板(201d)上，并經(jīng)過(guò)針孔掩模板(201d)上的圓孔進(jìn)行濾波，針孔掩模板(201d)的圓孔所在的位置即為所選擇的測(cè)量視場(chǎng)點(diǎn)；步驟二、進(jìn)行主機(jī)(201)的系統(tǒng)誤差標(biāo)定針孔掩模板(201d)出射光束的一部分透過(guò)分束器(201e)后，入射到第一標(biāo)準(zhǔn)鏡(202a)表面；光束由第一標(biāo)準(zhǔn)鏡(202a)沿原光路折返，經(jīng)第一標(biāo)準(zhǔn)鏡(202a)折返的光束經(jīng)分束器(201e)的反射面反射后，聚焦于準(zhǔn)直物鏡(201c)的物方焦點(diǎn)；光束由準(zhǔn)直物鏡(201c)準(zhǔn)直成平行光束后，由衍射光學(xué)元件(201b)分割成多個(gè)子波，各個(gè)子波聚焦于光電傳感器(201a)，光電傳感器(201a)記錄各個(gè)子波的焦點(diǎn)質(zhì)心位置，并將這些位置作為系統(tǒng)誤差標(biāo)定結(jié)果w,，系統(tǒng)誤差標(biāo)定只需要在安裝時(shí)標(biāo)定一次；步驟三、測(cè)量投影物鏡(105)波像差將第二標(biāo)準(zhǔn)鏡(202b)固定到硅片臺(tái)(107)側(cè)面，針孔掩模板(201d)出射光束的一部分透過(guò)分束器(201e)后，入射到投影物鏡(105)，在投影物鏡(105)的像方形成針孔掩模板201d圓孔的像點(diǎn)；此時(shí)，移動(dòng)硅片臺(tái)(107)，使第二標(biāo)準(zhǔn)鏡(202b)的反射面的曲率中心與針孔掩模板(201d)中圓孔由投影物鏡(105)形成的像點(diǎn)重合，光束能夠由第二標(biāo)準(zhǔn)鏡(202b)沿原光路折返；經(jīng)第二標(biāo)準(zhǔn)鏡(202b)折返的光束經(jīng)過(guò)投影物鏡(105)后，再經(jīng)過(guò)分束器(201e)的反射面反射，聚焦于準(zhǔn)直物鏡(201c)的物方焦點(diǎn)；光束由準(zhǔn)直物鏡(201c)準(zhǔn)直成平行光束后，由衍射光學(xué)元件(201b)分割成多個(gè)子波，各個(gè)子波聚焦于光電傳感器(201a),光電傳感器(201a)記錄各個(gè)子波的焦點(diǎn)質(zhì)心位置，并將這些位置作為針孔掩模板(201d)圓孔所在位置的視場(chǎng)點(diǎn)未經(jīng)標(biāo)定的波像差測(cè)量結(jié)果n(;步驟四、進(jìn)行投影物鏡(105)全視場(chǎng)的波像差現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量-根據(jù)預(yù)先設(shè)定的投影物鏡(105)的波像差測(cè)量位置，調(diào)整掩模臺(tái)(104)和硅片臺(tái)(107)平移來(lái)切換本裝置的測(cè)量位置，從而測(cè)量投影物鏡(105)上不同的視場(chǎng)點(diǎn)的波像差；每個(gè)視場(chǎng)點(diǎn)的測(cè)量均按照步驟三所述過(guò)程，進(jìn)行單點(diǎn)波像差測(cè)量，直至完成投影物鏡(105)全視場(chǎng)波像差的測(cè)量，最終得到所有視場(chǎng)點(diǎn)未經(jīng)標(biāo)定的波像差測(cè)量結(jié)果W"("=1,2,3);步驟五、首先，根據(jù)經(jīng)步驟二得到的系統(tǒng)誤差標(biāo)定結(jié)果vt;,，計(jì)算出37項(xiàng)Zernike多項(xiàng)式系數(shù)表示的裝置的系統(tǒng)誤差『^;同時(shí)，根據(jù)經(jīng)步驟四得到的所有視場(chǎng)點(diǎn)未經(jīng)標(biāo)定的波像差現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果H^("=1,2,3—)，計(jì)算出37項(xiàng)Zernike多項(xiàng)式系數(shù)表示的投影物鏡(105)全視場(chǎng)未經(jīng)標(biāo)定的波像差《("=1,2，3...);之后，根據(jù)系統(tǒng)誤差『^和投影物鏡(105)全視場(chǎng)未經(jīng)標(biāo)定的波像差《(w:l，2,3…)來(lái)標(biāo)定系統(tǒng)誤差，系統(tǒng)誤差標(biāo)定后的投影物鏡(105)全視場(chǎng)波像差『"=^;—^"，，("=1,2，3"-);至此，就完成了光刻機(jī)投影物鏡波像差的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。全文摘要本發(fā)明涉及一種光刻機(jī)投影物鏡波像差的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置。該裝置基于Shack-Hartmann測(cè)量原理，包括主機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)鏡兩大組成部分。主機(jī)部分包括光電傳感器、衍射光學(xué)元件、準(zhǔn)直物鏡、帶有圓孔的針孔掩模板，以及用于控制光路傳輸?shù)姆质鳌?biāo)準(zhǔn)鏡部分包括當(dāng)標(biāo)定主機(jī)的系統(tǒng)誤差時(shí)用于折返光路的第一標(biāo)準(zhǔn)鏡和當(dāng)主機(jī)測(cè)量投影物鏡波像差時(shí)用于折返光路的第二標(biāo)準(zhǔn)鏡。主機(jī)和第一標(biāo)準(zhǔn)鏡集成在光刻機(jī)掩模臺(tái)上，第二標(biāo)準(zhǔn)鏡集成在硅片臺(tái)上，測(cè)量時(shí)將掩模臺(tái)和硅片臺(tái)移動(dòng)到測(cè)量位置，進(jìn)行光刻機(jī)投影物鏡全視場(chǎng)波像差的測(cè)量和校正。本發(fā)明具有較高的絕對(duì)測(cè)量精度，適合光刻機(jī)投影物鏡波像差的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，降低了裝置的成本、體積和重量，便于集成。文檔編號(hào)G01M11/02GK101609266SQ20091008942公開日2009年12月23日申請(qǐng)日期2009年7月20日優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日發(fā)明者克劉,劉麗輝,李艷秋,海汪申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)