CN101464637B - 光刻机投影物镜波像差测量装置及方法 - Google Patents
光刻机投影物镜波像差测量装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出一种光刻机投影物镜波像差测量装置及方法。光刻机投影物镜波像差测量装置包括光源、照明***、第一方向上的第一狭缝标记、第二方向上的第二狭缝标记、硅片、工件台、光学成像***、波像差传感器***以及干涉仪。本发明测试时间短、精度高，且利用光刻机曝光光源即可完成投影物镜波像差的在线检测。
Description
技术领域
本发明是有关于一种波像差测量装置及方法，且特别是有关于一种光刻机投影物镜波像差测量装置及方法。
背景技术
光刻机是集成电路生产和制造过程中的关键设备之一，其将掩模上的图案经过投影物镜投影在涂有光刻胶的硅片上。成像质量是影响光刻机光刻分辨力和套刻精度的重要因素。随着光刻特征尺寸的减小，光刻机投影物镜波像差对光刻质量的影响越来越突出，波像差的原位检测已成为先进的投影光刻机中不可或缺的功能，波像差的测量技术成为保证光刻性能的重要手段。
Jun Ishikawa等人于2005年发明了一种光刻机投影物镜波像差的检测装置及方法(美国专利号6,914,665 B2)：利用位于掩模台基准板上的针孔标记产生理想球面波，利用位于工件台上的哈特曼波像差传感器测量波像差。此种装置受针孔标记尺寸的限制，需要较大的输入光强，一般光刻机曝光光源很难满足要求，所以需要安装额外的光源，专门用于波像差的检测；同时由于波像差传感器接收到的光强较弱，所以此种装置检测波像差的时间一般较长，精度相对较低。
发明内容
本发明是提供一种光刻机投影物镜波像差测量装置及方法，以改善现有技术的缺失。
本发明的光刻机投影物镜波像差测量装置包括光源、照明***、第一方向上的第一狭缝标记、第二方向上的第二狭缝标记、硅片、工件台、光学成像***、干涉仪、哈特曼波像差传感器***。上述第一方向和上述第二方向垂直。光源产生光束；照明***整形光束，产生上述第一方向上的第一照明光束或上述第二方向上的第二照明光束；第一照明光束透过第一狭缝标记得到第一光束，第二照明光束透过第二狭缝标记得到第二光束；工件台承载并定位硅片；光学成像***包括投影物镜，第一光束形成第一狭缝标记的第一影像于硅片，第二光束形成第二狭缝标记的第二影像于硅片；波像差传感器***位于工件台上，接收上述第一影像和上述第二影像，测量投影物镜上述第一方向的第一波像差和上述第二方向的第二波像差；干涉仪定位工件台，根据第一波像差和第二波像差计算投影物镜的最终波像差。
本发明另提出一种光刻机投影物镜波像差测量方法，包括下列步骤：照明***调整光源发出的光束为第一方向上的第一照明光束；上述第一照明光束透过上述第一方向上的第一狭缝标记得到第一光束；上述第一光束经过具有投影物镜的光学成像***形成第一影像于硅片；波像差传感器***测量上述第一方向的第一波像差；照明***调整光源发出的光束为第二方向上的第二照明光束；上述第二照明光束透过上述第二方向上的第二狭缝标记得到第二光束；上述第二光束经过具有上述投影物镜的光学成像***形成第二影像于硅片；波像差传感器***测量上述第二方向的第二波像差；依据上述第一波像差和上述第二波相差计算上述投影物镜的最终波像差。
本发明利用一对相互垂直的狭缝标记，在相互垂直的两个方向上分别产生理想球面波前，利用位于工件台上的哈特曼波像差传感器分别探测经过投影物镜后的所述两个方向的波前，根据所述两个方向的波前组合计算出最终的投影物镜波像差。本发明测试时间短、精度高，且利用光刻机曝光光源即可完成投影物镜波像差的在线检测。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1所示为根据本发明一实施例的光刻机投影物镜波像差测量装置的结构示意图。
图2所示为图1中光刻机投影物镜波像差测量装置的基准板和狭缝标记的示意图。
图3a所示为用于照明第一方向上的第一狭缝标记的第一照明光束在光瞳内的光强分布示意图。
图3b所示为用于照明第二方向上的第二狭缝标记的第二照明光束在光瞳内的光强分布示意图。
图4所示为图1中光刻机投影物镜波像差测量装置的波像差传感器***的示意图。
图5a所示为图2中波像差传感器***的入射光束波前为理想波前时的示意图。
图5b所示为图2中波像差传感器***的入射光束波前为实际波前时的示意图。
图6a所示为根据本发明一实施例的仿真计算的投影物镜垂直方向的波像差的示意图。
图6b所示为根据本发明一实施例的仿真计算的投影物镜水平方向的波像差的示意图。
图6c所示为根据图6a中投影物镜垂直方向的波像差和图6b中投影物镜水平方向的波像差计算出的投影物镜的最终波像差的示意图。
图7所示为根据本发明一实施例的光刻机投影物镜波像差测量方法的流程图。
具体实施方式
图1所示为根据本发明一实施例的光刻机投影物镜波像差测量装置的结构示意图。图2所示为图1中光刻机投影物镜波像差测量装置的基准板和狭缝标记的示意图。图3a所示为用于照明第一方向上的第一狭缝标记的第一照明光束在光瞳内的光强分布示意图。图3b所示为用于照明第二方向上的第二狭缝标记的第二照明光束在光瞳内的光强分布示意图。图4所示为图1中光刻机投影物镜波像差测量装置的波像差传感器***的示意图。请同时参考图1至图4。
如图1所示，光刻机投影物镜波像差测量装置1包括光源101、照明***102、掩模台103、掩模104、基准板105、硅片106、工件台107、光学成像***108、波像差传感器***109、以及干涉仪110。
光源101产生光束。照明***102整形光束，产生第一方向上的第一照明光束或第二方向上的第二照明光束，且上述第一方向和上述第二方向垂直。第一照明光束在光瞳内的光强分布如图3a所示，第二照明光束在光瞳内的光强分布如图3b所示，其中灰色部分为照明区，无色部分为光瞳区。掩模104位于掩模台103上，基准板105位于掩模台103上，且掩模104刻有上述第一方向上的第一狭缝标记S1和上述第二方向上的第二狭缝标记S2或者基准板105刻有上述第一方向上的第一狭缝标记S1和第二方向上的第二狭缝标记S2，第一狭缝标记S1和第二狭缝标记S2相互正交。将上述掩模或上述基准板置于掩模台照明***正下方处。上述第一照明光束透过上述第一狭缝标记S1得到第一方向光束，上述第二照明光束透过上述第二狭缝标记S2得到第二方向光束。工件台107承载并定位硅片106；光学成像***108具有投影物镜1081，光学成像***108将第一方向光束或第二方向光束成像于硅片106。波像差传感器***109位于工件台107上，测量投影物镜1081上述第一方向的第一波像差和上述第二方向的第二波像差。干涉仪110定位工件台107，根据上述第一波像差和上述第二波像差计算投影物镜的最终波像差。
在本实施例中，光源101为深紫外激光光源。掩模104或基准板105上的第一方向上的第一狭缝标记S1为垂直方向标记，第二方向上的第二狭缝标记S2为水平方向标记(如图2所示)。图2中的第一狭缝标记S1和第二狭缝标记S2的部分为无铬透光区，其他部分为有铬不透光区。
进一步，在本实施例中，波像差传感器***109为哈特曼波像差传感器***，包括准直镜组201、微透镜阵列202、光强传感器203(如图4所示)。
请参考图1至图6c，测量波像差时，光源101发出的光束经照明***102后调整为垂直方向的第一照明光束，第一照明光束投射到刻有垂直方向的第一狭缝标记S1和水平方向的第二狭缝标记S2的基准板105或者刻有垂直方向的第一狭缝标记S1和水平方向的第二狭缝标记S2的掩模104上，透过第一狭缝标记S1并经光学成像***108，曝光形成第一影像到硅片106。在激光干涉仪110准确定位工件台107的情况下，工件台107带动哈特曼波像差传感器***109测量投影物镜垂直方向的波像差。第一影像成像光束经波像差传感器***109的准直镜组201后，将发散光束转换为平行光束并照射到微透镜阵列202，微透镜阵列202将平行光束分割并分别聚焦到光强传感器203，光强传感器203可得到被分割的微平行光束聚焦位置。如果入射光束S波前为理想波前，则微平行光束聚焦位置应该正好对应在各个微透镜的正下方，如图5a所示；如果入射光束S波前为非理想波前，则微平行光束聚焦位置应该与各个微透镜的正下方有一定的偏离，如图5b所示，根据测量得到的微平行光束的聚焦位置即可计算出垂直方向入射光束的波像差(如图6a所示)。
然后，光源101发出的光束经照明***102后调整为水平方向的第二照明光束，第二照明光束投射到刻有垂直方向的第一狭缝标记S1和水平方向的第二狭缝标记S2的基准板105或者刻有垂直方向的第一狭缝标记S1和水平方向的第二狭缝标记S2的掩模104上，透过第二方向狭缝标记S2并经光学成像***108，曝光形成第二影像到硅片106。在激光干涉仪110准确定位工件台107的情况下，工件台107带动哈特曼波像差传感器***109测量投影物镜水平方向的波像差。第二影像成像光束经波像差传感器***109的准直镜组201后，将发散光束转换为平行光束并照射到微透镜阵列202，微透镜阵列202将平行光束分割并分别聚焦到光强传感器203，光强传感器203可得到被分割的微平行光束聚焦位置。如果入射光束S波前为理想波前，则微平行光束聚焦位置应该正好对应在各个微透镜的正下方，如图5a所示；如果入射光束S波前为非理想波前，则微平行光束聚焦位置应该与各个微透镜的正下方有一定的偏离，如图5b所示，根据测量得到的微平行光束的聚焦位置即可计算出水平方向入射光束的波像差(如图6b所示)。
最后，根据垂直方向和水平方向的波像差，利用相位提取、相位展开和波面拟合等干涉条纹处理方法计算投影物镜的最终波像差(如图6c所示)。
图7所示为根据本发明一实施例的光刻机投影物镜波像差测量方法的流程图。如图7所示，光刻机投影物镜波像差测量方法包括下列步骤：
S601：调整光源发出的光束为第一照明光束。光源101发出的光束经照明***102后调整为第一方向上的第一照明光束。
S603：第一照明光束透过上述第一方向上的第一狭缝标记得到第一光束，本实施例中，上述第一方向上的第一狭缝标记为垂直方向的狭缝标记。
S605：第一光束经过具有投影物镜的光学成像***形成第一影像于硅片。
S607：测量上述第一方向的第一波像差。本步骤中，在激光干涉仪110准确定位工件台107的情况下，工件台107带动哈特曼波像差传感器***109测量投影物镜第一方向的第一波像差。第一影像成像光束经波像差传感器***109的准直镜组201后，将发散光束转换为平行光束并照射到微透镜阵列202，微透镜阵列202将平行光束分割并分别聚焦到光强传感器203，光强传感器203可得到被分割的微平行光束聚焦位置。如果入射光束S波前为理想波前，则微平行光束聚焦位置应该正好对应在各个微透镜的正下方，如图5a所示；如果入射光束S波前为非理想波前，则微平行光束聚焦位置应该与各个微透镜的正下方有一定的偏离，如图5b所示，根据测量得到的微平行光束的聚焦位置即可计算出第一方向(垂直方向)入射光束的波像差。
S609：调整光源发出的光束为第二照明光束。光源101发出的光束经照明***102后调整为第二方向上的第二照明光束，且上述第一方向和上述第二方向垂直。
S611：第二照明光束透过上述第二方向上的第二狭缝标记S2得到第二光束，本实施例中，上述第二方向上的狭缝标记为水平方向的狭缝标记。
S613：第二光束经过具有投影物镜的光学成像***形成第二影像于硅片。
S615：测量上述第二方向的第二波像差。本步骤中，在激光干涉仪110准确定位工件台107的情况下，工件台107带动哈特曼波像差传感器***109测量投影物镜第二方向的第二波像差。第二影像成像光束经波像差传感器***109的准直镜组201后，将发散光束转换为平行光束并照射到微透镜阵列202，微透镜阵列202将平行光束分割并分别聚焦到光强传感器203，光强传感器203可得到被分割的微平行光束聚焦位置。如果入射光束S波前为理想波前，则微平行光束聚焦位置应该正好对应在各个微透镜的正下方，如图5a所示；如果入射光束S波前为非理想波前，则微平行光束聚焦位置应该与各个微透镜的正下方有一定的偏离，如图5b所示，根据测量得到的微平行光束的聚焦位置干涉仪即可计算出第二方向(水平方向)入射光束的波像差。
S617：计算投影物镜的最终波像差。采用微分Zernike多项式拟合算法可以得到36项Zernike系数表示的投影物镜1081的最终波像差。
在步骤S605中，图3a所示的第一照明光束在光瞳内的分布与图2中所示的垂直方向狭缝标记相组合，可使照明光经过光学成像***的投影物镜时充满整个投影物镜的光瞳，即实现了对投影物镜光瞳的完全采样，同时延水平方向上分布的光线之间具有很好的相干性；同样的在步骤S613中，图3b所示的照明光束在光瞳内的分布与图2中所示的水平方向狭缝标记相组合，可使照明光经过光学成像***的投影物镜时充满整个投影物镜的光瞳，即实现了对投影物镜光瞳的完全采样，同时延垂直方向上分布的光线之间具有很好的相干性。
本发明光刻机投影物镜波像差测量装置与方法利用的一对相互垂直的狭缝标记，在相互垂直的两个方向上分别产生理想球面波前，利用位于工件台上的哈特曼波像差传感器分别探测经过投影物镜后的所述两个方向的波前，根据所述两个方向的波前组合计算出最终的投影物镜波像差。本发明测试时间短、精度高，且利用光刻机曝光光源即可完成投影物镜波像差的在线检测。
本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应属于本发明的技术范畴。
Claims (13)
1.一种光刻机投影物镜波像差测量装置，其特征在于，包括：
光源，产生光束；
照明***，调整上述光束，产生第一方向上的第一照明光束或第二方向上的第二照明光束，且上述第一方向和上述第二方向垂直；
上述第一方向上的第一狭缝标记；
上述第二方向上的第二狭缝标记；
上述第一照明光束透过上述第一狭缝标记得到第一光束，上述第二照明光束透过上述第二狭缝标记得到第二光束；
硅片；
工件台，承载并定位上述硅片；
光学成像***，包括投影物镜，上述第一光束通过光学成像***曝光成像到上述硅片形成第一影像，上述第二方向光束通过光学成像***曝光成像到上述硅片形成第二影像；
波像差传感器***，位于上述工件台上，接收上述第一影像和上述第二影像，测量投影物镜上述第一方向的第一波像差和上述第二方向的第二波像差；以及
干涉仪，定位上述工件台，电性连接上述波像差传感器***，根据上述第一波像差和上述第二波像差计算上述投影物镜的最终波像差。
2.根据权利要求1所述的光刻机投影物镜波像差测量装置，其特征在于上述光刻机投影物镜波像差测量装置还包括：
掩模台；
掩模，放置于上述掩模台上，且上述第一方向上的第一狭缝标记和上述第二方向上的第二狭缝标记设置于上述掩模上。
3.根据权利要求1所述的光刻机投影物镜波像差测量装置，其特征在于上述光刻机投影物镜波像差测量装置还包括：
掩模台；
基准板，放置于上述掩模台上，且上述第一方向上的第一狭缝标记和上述第二方向上的第二狭缝标记设置于上述基准板上。
4.根据权利要求1所述的光刻机投影物镜波像差测量装置，其特征在于其中上述光源为深紫外激光光源。
5.根据权利要求1所述的光刻机投影物镜波像差测量装置，其特征在于其中上述第一方向上的第一狭缝标记和上述第二方向上的第二狭缝标记的宽度小于上述光学成像***的衍射极限，上述第一方向上的第一狭缝标记和上述第二方向上的第二狭缝标记的长度大于上述光学成像***的衍射极限。
6.根据权利要求1所述的光刻机投影物镜波像差测量装置，其特征在于其中上述波像差传感器***为哈特曼波像差传感器***。
7.根据权利要求6所述的光刻机投影物镜波像差测量装置，其特征在于其中上述哈特曼波像差传感器***包括光束准直镜组、微透镜阵列、光强传感器。
8.根据权利要求1所述的光刻机投影物镜波像差测量装置，其特征在于其中上述第一方向上的狭缝标记为垂直方向狭缝标记，上述第二方向上的狭缝标记为水平方向狭缝标记。
9.一种使用权利要求1至3中任意一项所述装置的光刻机投影物镜波像差测量方法，其特征在于，包括下列步骤：
照明***调整光源发出的光束为第一方向上的第一照明光束；
上述第一照明光束透过上述第一方向上的第一狭缝标记得到第一光束；
上述第一光束经过具有投影物镜的光学成像***形成第一影像于硅片；
波像差传感器***测量上述第一方向的第一波像差；
照明***调整光源发出的光束为第二方向上的第二照明光束；
上述第二照明光束透过上述第二方向上的第二狭缝标记得到第二光束；
上述第二光束经过具有上述投影物镜的光学成像***形成第二影像于硅片；
波像差传感器***测量上述第二方向的第二波像差；以及
依据上述第一波像差和上述第二波相差计算上述投影物镜的最终波像差。
10.根据权利要求9所述的光刻机投影物镜波像差测量方法，其特征在于其中上述光源为深紫外激光光源。
11.根据权利要求9所述的光刻机投影物镜波像差测量方法，其特征在于其中上述波像差传感器***为哈特曼波像差传感器***。
12.根据权利要求11所述的光刻机投影物镜波像差测量方法，其特征在于其中上述哈特曼波像差传感器***包括光束准直镜组、微透镜阵列、光强传感器。
13.根据权利要求9所述的光刻机投影物镜波像差测量方法，其特征在于其中上述第一方向为垂直方向，上述第二方向为水平方向。
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