專利名稱：投影物鏡波像差測量裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種投影物鏡波像差測量裝置和方法。
背景技術：
在現有技術中，將形成于各種掩模上的圖樣，用曝光光線照明，中間經由成像光學 系統將前述圖樣復制到涂布有光刻膠的晶片、玻璃基板等基板上的曝光裝置是公知的。近年來，半導體元件越來越高集成化，要求其電路圖樣進一步微細化。隨著光刻特 征尺寸的變小，尤其是離軸照明與相移掩模的使用，像差對光刻質量的影響變得越來越突 出。因此光刻機投影成像光學系統的波像差測量技術不可或缺。成像光學系統像差的測量，通常以如下方式進行。以下以投影物鏡系統為 例。將像差測量用掩模放置在物面上，將形成于掩模上的規定圖樣成像于位于投影物 鏡系統的像面上的基板上，對所成的像進行顯影。然后利用掃描電子顯微鏡(SEM)對 已顯影的像進行測量，根據測量結果求出前述投影物鏡光學系統的像差(現有技術1， Peter Dirksen, Casper A. Juffermans, Ruud J.Pellens, Mireille Maenhoudt, Peter Debisschop. "Nove 1 aberration monitor for optical lithography·，，Proc· SPIE 1999， 3679,77-86.)。在上述技術的方法中，由于光刻膠涂布不均勻，顯影不均勻等處理工藝誤 差，使得像差的測量精度不能充分保證。而且利用SEM進行觀察前，需要對硅片進行前處 理，如顯影工藝，因此對于像差的測定需要很長的時間。為了避免這些問題，人們提出了利用透射式像傳感器(TK)對前述投影物鏡 波像差進行測量的方法，即TAMIS技術(現有技術2，Van der Laan, Hans, Dierichs， Marcel, vanGreevenbroek, Henk, McCoo, Elaine, Stoffels, Fred, Pongers, Richard, ffillekers,Rob. "Aerial image measurement methods for fast aberration set-up and illumination pupilverif ication. "Proc. SPIE 2001，4346，394-407)。但該方法測量精度 較低，且僅能測量低階澤尼克系數。現有技術US6650399中描述了一種干涉波像差測量方案，該方案中的波像差測量 系統由物面光柵，像面光柵以及位于小孔后的遠場光強探測系統構成。該方案可高精度測 量各階澤尼克系數。但由于該方案中采用的物面標記為二元標記，利用二元標記產生的O 級以及士 1級衍射光形成干涉條紋來檢測投影物鏡波像差。由于使用二元周期掩模時O級 以及士 1級衍射光攜帶物鏡光瞳不同位置的波前信息，其產生的干涉條紋圖像中將出現O 級、+1級、-1級三光束干涉區，0，+1級雙光束干涉區以及0，-1級雙光束干涉區域，在求解 波像差過程中，這三個區域邊界很難區分，從而使測量過程以及波像差反演算法復雜，同時 由于該劃分誤差降低了投影物鏡波像差測量精度。

發明內容
本發明的目的在于提供一種投影物鏡波像差測量裝置及測量方法，簡化波像差測 量過程，提高波像差測量精度。本發明采用了下述投影物鏡波像差測量裝置和方法
一種物鏡波像差測量裝置，包括光源；物面標記，其能對光源發出的光進行衍射；投影物鏡，用于對物面標記進行成像；像面標記，其結構與物面標記相同，其尺寸基于物鏡倍率與物面標記的尺寸相匹 配，物面標記通過投影物鏡成像于像面標記上；光電探測器，其接收像面標記處產生的二次衍射光在遠場產生的干涉條紋，其特征在于，光源發出的光經物面標記衍射后的衍射光的衍射級次缺失至少一 級。其中，衍射光中的+1級衍射光或-1級衍射光缺失。其中，所述物面標記由線條、方孔、矩孔或菱形孔中的一個或多個構成。其中，物面標記由多組周期相同的線條標記組成，每組線條標記均包含三根透光 的線條，三根線條的寬度之比為1 2 1、透過三根線條的光的位相分別為0°，90°， 180°。其中，物面標記由多組周期相同的線條標記組成，每組線條標記均包含兩根透光 的線條與兩根不透光線條，四根線條的寬度之比為1 :1:1: 1，四根線條的光的位相依 次為 0°，0°，0°，180°。其中，所述光源為汞燈或準分子激光器等紫外、深紫外、極紫外光源。其中，所述波像差包括彗差、球差、像散、三波差。一種利用上述投影物鏡波像差測量裝置測量投影物鏡波像差的方法，該方法包括 以下步驟1)利用投影物鏡將物面標記成像于像面標記上；2)利用像面標記物面標記所成的像進行二次衍射，二次衍射光在遠場形成干涉條 紋；3)利用光電探測器接收干涉條紋的圖樣；4)對干涉條紋的圖樣進行數據處理得到投影物鏡波像差。其中，沿垂直于標記的方向周期性地移動物面標記，實現移相。其中，標記之間的移相位移由物面標記光柵周期與移相步數決定。其中，沿垂直于標記的方向周期性地移動像面標記，實現移相。其中，標記之間的移相位移由物面標記光柵周期與移相步數決定。由于采用特殊的位相結構，從而經物面標記衍射得到的衍射光的衍射級次中+1 級衍射光或-ι級衍射光缺級，因此使用該標記進行波像差測量時將不會產生三光束干涉 區，使波像差測量過程簡單，提高波像差測量精度。相比于已有技術，本發明具有以下優點1、由于物面標記的衍射光中+1級衍射光或-1級衍射光缺級，從而消除二級諧波， 使測量過程與測量算法變得簡單；2、由于二級諧波直接由標記設計消除，從而提高了波像差測量精度。


通過本發明實施例并結合其附圖的描述，可以進一步理解其發明的目的、具體結 構特征和優點。其中，附圖為圖1所示為根據本發明的實施例的波像差測量裝置的結構示意圖；圖2所示為根據本發明的實施例的物面標記的結構示意圖；圖3所示為圖2中的物面標記中的一組線條標記；圖4所示為根據本發明的實施例的物面標記的衍射示意圖；圖5所示為三光束干涉圖；圖6所示為雙光束干涉圖；圖7所示為根據本發明的實施例的物面標記的結構示意圖；圖8所示為圖7中的物面標記中的一組線條標記；圖9所示為根據本發明的實施例的物面標記的衍射示意圖；圖10所示為雙光束干涉圖。
具體實施例方式下面，結合附圖詳細描述根據本發明的優選實施例。為了便于描述和突出顯示本 發明，附圖中省略了現有技術中已有的相關部件，并將省略對這些公知部件的描述。第一實施例圖1所示為根據本發明的實施例的波像差測量裝置的結構示意圖。基底107上的 物面標記104通過投影物鏡101成像到基底102上的像面標記103上，其中，物面標記104 與像面標記103結構相同，但像面標記在尺寸上基于物鏡倍率與物面標記的尺寸相匹配。 基底107上的物面標記103的結構如圖2所示。每個物面標記104由兩個子標記201以及 202組成，兩個子標記201與202的結構相同，子標記201與子標記202方向相差90度。子 標記201與子標記202均由多組周期相同的線條標記組成，如圖3所示。每組線條標記均 包含線寬相同的4根線條，即301，302，303. 304。線條301，303為不透光區域，302，304的 線條為透光區域，透過此302，304的光的相位分別為0，180度。入射到基底107上的入射 光401經過物面標記104的衍射后，形成0級衍射光402與+1級衍射光403，如圖4所示。將標記201放置于照明區域，照明光可充滿投影物鏡光瞳，將標記201成像于像面 標記103上；像面標記103對物面標記201所成的像進行衍射，二次衍射光在遠場產生干涉 條紋并被光電探測器108接收，儲存光電探測器108測得的干涉條紋圖像。將標記202放 置于照明區域，照明光將標記202成像于像面標記103上；像面標記103對物面標記202所 成的像進行衍射，二次衍射光在遠場產生干涉條紋并被光電探測器108接收，同時儲存光 電探測器108測得的干涉條紋圖像。對光電探測器108接收到的干涉條紋圖像，利用剪切干涉波前求解方法即可獲取 投影物鏡的波像差。以測量投影物鏡視場內中心點的波像差為例，標記201與202分別采 用0度與90度取向，標記中線條301、302、303、304的線寬可取為64 μ m。投影物鏡倍率為 0. 25，像面標記尺寸相對于物面標記的尺寸縮小4倍。測量時，物面標記104通過投影物鏡 成像在像面標記103上，物面標記104的像攜帶有投影物鏡的波像差，經過相同線寬的像面 標記103的二次衍射，衍射光在遠場形成干涉條紋，干涉條紋被光電接收器108接收并儲存，利用儲存的干涉條紋圖像，經過圖像處理以及一定的算法，即可計算得到投影物鏡波像差。圖5與圖6分別反映了雙光束干涉和三光束干涉時，在光電接收器上的干涉情況， 圖5中的白色區域表示三光束干涉，淺灰色區域表示雙光束干涉，深灰色區域表示無干涉， 黑色區域為無光強。圖6中白色區域表示雙光束干涉，深灰色區域表示無干涉，黑色區域為 無光強。相對于圖5，圖6所示的干涉區域更明顯，可清晰地區分雙光束干涉區域。通過周 期性地移動物面標記或者像面標記的位置，采用移相的方法對干涉條紋進行調制，通過解 調后可獲得較高的波像差測量精度。標記圖案除可由多個線條組成以外，還可由周期性排布的多個方孔、矩孔、或者菱 形孔構成。光源可以為汞燈或準分子激光器等紫外、深紫外、極紫外光源。可通過使用包括不同特征尺寸與形狀的標記的掩模作為所述掩模來進行剪切距 離的改變，從而提高波像差測量精度。特征尺寸包括標記中各組成部分的大小、間距。第二實施例采用圖1所示的波像差測量裝置。基底107上的物面標記104通過投影物鏡101 成像到基底102上的像面標記103上，其中，物面標記104與像面標記103結構相同，但像 面標記在尺寸上基于物鏡倍率與物面標記的尺寸相匹配。基底107上的物面標記如圖7所 示。每個物面標記由兩個子標記701和702組成，子標記701與子標記702的結構相同，子 標記701與子標記702的方向相差90度。子標記701與子標記702均由多組周期相同的線 條標記組成，如圖8所示。每組線條標記均包含3根線條，即801，802，803，其中，線條801 與線條803的線寬相同，線條802的線寬是線條801的線寬的兩倍。線條801，802，803均 為透光區域，透過此三組線條的光的相位分別為0，90，180度。如圖9所示，入射到基底107 上的入射光901經過物面標記的衍射后，將形成0級衍射光902與+1級衍射光903。圖10 為雙光束干涉圖。將標記701放置于照明區域，照明光可充滿投影物鏡光瞳，標記701成像于像面標 記103上；像面標記103對物面標記701所成的像進行衍射，二次衍射光在遠場產生干涉條 紋并被光電探測器108接收，儲存光電探測器108測得的干涉條紋圖像。將標記702放置于照明區域，照明光將標記702成像于像面標記103上；像面標記 103對物面標記702所成的像進行衍射，二次衍射光在遠場產生干涉條紋并被光電探測器 108接收，同時儲存光電探測器108測得的干涉條紋圖像。對光電探測器108接收到的干涉條紋圖像，利用一定的圖像處理算法即可獲取投 影物鏡的波像差。以測量投影物鏡視場內中心點的波像差為例，標記701與702分別采用 0度與90度取向，標記中線條801、802、803的線寬可分別取為32 μ m，64 μ m，32 μ m。投影 物鏡的倍率為0. 25，像面標記尺寸相對于物面標記的尺寸縮小4倍。測量時，物面標記通過 投影物鏡成像在像面標記上，物面標記的像攜帶有投影物鏡的波像差，經過相同周期的像 面標記的二次衍射，衍射光在遠場形成干涉條紋，干涉條紋被光電接收器接收并儲存，利用 儲存的干涉條紋圖像，經過圖像處理以及一定的算法，即可計算得到投影物鏡波像差。圖5與圖10分別反映了三光束干涉以及雙光束干涉時，在光電接收器上的干涉情 況，圖5中的白色區域表示三光束干涉，淺灰色區域表示雙光束干涉，深灰色區域表示無干涉，黑色區域為無光強。圖10中白色區域表示雙光束干涉，深灰色區域表示無干涉，黑色區 域為無光強。相較于圖5，圖10的干涉區域更明顯，可清晰地區分雙光束干涉區域，且雙光 束干涉區較圖5更大。可通過周期性的移動物面光柵或者像面光柵位置，采用移相的方法 對干涉條紋進行調制，通過解調后可獲得較高的波像差測量精度。
標記圖案除由多個線條組成以外，也可由周期性排布的多個方孔、矩孔、或者菱形 孔構成。 光源可以為汞燈或準分子激光器等紫外、深紫外、極紫外光源。可通過使用包括不同特征尺寸與形狀的標記的掩模作為所述掩模來進行剪切距 離的改變，從而提高波像差測量精度。特征尺寸包括標記中各組成部分的大小、間距。本說明書中所述的只是本發明的幾種較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本 發明的技術方案而非對本發明的限制。凡本領域技術人員依本發明的構思通過邏輯分析、 推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本發明的范圍之內。
權利要求
1.一種物鏡波像差測量裝置，包括光源；物面標記，其能對光源發出的光進行衍射；投影物鏡，用于對物面標記進行成像；像面標記，其結構與物面標記相同，其尺寸基于物鏡倍率與物面標記的尺寸相匹配，物 面標記通過投影物鏡成像于像面標記上；光電探測器，其接收像面標記處產生的二次衍射光在遠場產生的干涉條紋，其特征在于，光源發出的光經物面標記衍射后的衍射光的衍射級次缺失至少一級。
2.根據權利要求1所述的物鏡波像差測量裝置，其特征在于衍射光中的+1級衍射光 或-ι級衍射光缺失。
3.根據權利要求2所述的物鏡波像差測量裝置，其特征在于所述物面標記由線條、方 孔、矩孔或菱形孔中的一個或多個構成。
4.根據權利要求3所述的物鏡波像差測量裝置，其特征在于物面標記由多組周期相同 的線條標記組成，每組線條標記均包含三根透光的線條，三根線條的寬度之比為1 2 1、 透過三根線條的光的位相分別為0°，90°，180°。
5.根據權利要求3所述的物鏡波像差測量裝置，其特征在于物面標記由多組周期相同 的線條標記組成，每組線條標記均包含兩根透光的線條與兩根不透光線條，四根線條的寬 度之比為1 :1:1: 1，四根線條的光的位相依次為0°，0°，0°，180°。
6.根據權利要求1 5中任意一個所述的物鏡波像差測量裝置，其特征在于所述光源 為汞燈或準分子激光器等紫外、深紫外、極紫外光源。
7.根據權利要求1 5中任意一個所述的物鏡波像差測量裝置，其特征在于所述波像 差包括彗差、球差、像散、三波差。
8.一種根據權利要求1 7所述的投影物鏡波像差測量裝置測量投影物鏡波像差的方 法，該方法包括以下步驟1)利用投影物鏡將物面標記成像于像面標記上；2)利用像面標記物面標記所成的像進行二次衍射，二次衍射光在遠場形成干涉條紋；3)利用光電探測器接收干涉條紋的圖樣；4)對干涉條紋的圖樣進行數據處理得到投影物鏡波像差。
9.根據權利要求8所述的測量方法，其特征在于沿垂直于標記的方向周期性地移動物 面標記，實現移相。
10.根據權利要求9所述的測量方法，其特征在于標記之間的移相位移由物面標記光 柵周期與移相步數決定。
11.根據權利要求8所述的測量方法，其特征在于沿垂直于標記的方向周期性地移動 像面標記，實現移相。
12.根據權利要求11所述的測量方法，其特征在于標記之間的移相位移由物面標記光 柵周期與移相步數決定。
全文摘要
一種物鏡波像差測量裝置，包括光源；物面標記，其能對光源發出的光進行衍射；投影物鏡，用于對物面標記進行成像；像面標記，其結構與物面標記相同，其尺寸基于物鏡倍率與物面標記的尺寸相匹配，物面標記通過投影物鏡成像于像面標記上；光電探測器，其接收像面標記處產生的二次衍射光在遠場產生的干涉條紋，光源發出的光經物面標記衍射后的衍射光的衍射級次缺失至少一級。
文檔編號G01M11/02GK102081308SQ20091019959
公開日2011年6月1日 申請日期2009年11月27日 優先權日2009年11月27日
發明者王帆, 馬明英 申請人:上海微電子裝備有限公司