可标定系统误差的光刻机投影物镜波像差在线检测装置的制作方法

专利名称：可标定系统误差的光刻机投影物镜波像差在线检测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于光学检测领域，涉及一种具有系统误差标定功能的光刻机投影 物镜波像差在线检测装置，尤其涉及针对极紫外光刻机的投影物镜波像差在线 检测装置。
背景技术：
在大规模集成电路的制备过程中常常使用投影曝光装置，将掩模板上的图
案经过投影物镜縮小投影在涂有光刻胶的硅片上。2007年国际半导体技术路线 图(ITRS2007)指出，极紫外光刻技术(EUVL)是实现32nm及其以下技术节 点最有潜力的候选技术。EUVL采用波长13.5nm的曝光光源，任何材料在该波 段的折射率均接近于l,而且吸收较大。EUVL投影物镜需要采用真空环境和反 射式光学设计，在镜头加工过程中需要在基底表面镀有梯度多层膜，因此EUVL 投影物镜的波像差由设计残差、反射镜基底的面形加工精度、多层膜的特性和 集成装调共同决定，必须利用工作波长对其进行在线检测。产业化EUVL设备 的投影物镜通常为4或6个镀有多层膜的非球面反射镜系统，为了满足32nm以 下技术节点的曝光要求，投影物镜系统的波像差要求控制在30m;in^之内，相当 于0.45nm。为了完成EUVL投影物镜高精度的在线装调，对波像差在线检测设 备的检测精度要求高达O.l腦rms。
在美国专利US5835217中，提出了一种安装在EUVL光刻机上利用曝光波 长在线检测投影物镜波像差的相移点衍射干涉仪(Phase-shifting point diffraction interferometer, PSPDI)该专利中，PSPDI的测量原理是利用光栅等分束装置 产生测试臂和参考臂，并在投影物镜的像面上放置掩模板。掩模板上刻有一个 直径小于前述投影物镜系统衍射极限分辨率的圆孔和一个较大的窗口。圆孔对 投影物镜出射光束发生衍射作用，产生理想球面波作为参考波；窗口对投影物 镜出射光束不产生影响，窗口出射光束携带投影物镜波像差的信息作为测试波。 再利用光电传感器(如CCD)采集测试波和参考波的干涉图，利用相位提取、 相位展开和波面拟和等干涉条纹处理算法，最终计算得出多项37项Zemike多项式表示的投影物镜波像差。
采用前述专利中的PSPDI检测投影物镜波像差，由于PSPDI本身的横向错 位光路结构，会导致在测量结果中引入一定的系统误差。根据文献 "Characterization of the accuracy of EUV phase-shifting point diffraction interferometry" (Proc.SPIE， 1998,3331: 114-123)中的分析结果表明，系统误差 比干涉仪预期达到的精度还要高一个数量级，因此必须对系统误差进行高精度 的标定，以达到干涉仪的检测精度要求。主要的系统误差包括测试波和参考 波横向错位所引入的慧差、光电传感器倾斜所导致的像散、光栅衍射导致像散 等。

发明内容
本发明的目的是针对现有PSPDI结构导致测量结果中存有系统误差的不 足，提出一种可标定系统误差的光刻机投影物镜波像差在线检测装置。利用 PSPDI系统误差随光栅分束方向旋转的特性，在PSPDI的分束装置中引入一个 与原有光栅刻线方向相垂直的光栅、在像方掩模板中引入一个圆孔，作为系统 误差标定元件，根据Zernike多项式在单位圆域的正交特性和奇偶对称性质标定 PSPDI的系统误差。光刻机包括用于产生投影光束的光源，用于所述光源发出 的光束整形均匀照明掩模板的照明系统，能将所述掩模板图案成像在硅片上的 投影物镜，能承载所述掩模板并精确定位的掩模工件台，能承载所述硅片并精 确定位的硅片工件台。本发明装置集成在光刻机的掩模工件台和硅片工件台上， 能够标定测量装置本身弓I入的系统测量误差，提高测量精度。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下
一种可标定系统误差的光刻机投影物镜波像差在线检测装置，包括以下组 成部件
(1) 物方掩模板
在物方掩模板上，开有一个直径不超过光刻机照明系统衍射极限分辨率的 圆孔，用于选择测量视场点以及滤除所述照明系统的像差。
(2) 分束装置用于光束分束以及在进行装置系统误差标定时改变分束方向。
所述分束装置包括两个二元衍射光栅第一光栅和第二光栅，两个光栅可以均为二元振幅光栅，也可以均为二元位相光栅。其中，第一光栅用于在线检
测投影物镜波像差时对光束进行分束，以产生测试臂和参考臂；第二光栅用于 在标定装置的系统误差时，将光束分束后的测试臂和参考臂的方向相对在线检 测所述投影物镜波像差时旋转90度，这就使得本装置的系统误差也随之旋转90 度，而测量真值不变，从而将所述装置的系统误差从投影物镜波像差的测量结 果中分离出来。
两个光栅的刻线方向相垂直，且周期常数、占空比和外围宽度相同，其外 围宽度均须满足光栅衍射的0级和1级衍射光或者0级和-1级衍射光能够同时 填充投影物镜的光瞳。两光栅在所述分束装置所在平面上的间距在不影响测量 的前提下应尽可能小。
(3) 移相装置用于带动所述分束装置在测试波和参考波之间引入有序相移。
(4) 像方掩模板用于所述装置波像差检测以及系统误差标定时产生测试 波和球面参考波。
像方掩模板包括一个窗口和与该窗口分开一定距离s的两个直径相同的圆 孔第一圆孔和第二圆孔。
第一圆孔用于投影物镜波像差在线检测时产生球面参考波，第二圆孔用于 系统误差标定时产生球面参考波。这是因为在标定系统误差时测试臂和参考臂 的方向相对所述投影物镜波像差在线检测时旋转90度，因此必须引入一个与投 影物镜波像差在线检测时所用的圆孔直径相同的圆孔。
(5) 光电传感器用于采集所述测试波和球面参考波干涉条纹。
(6) 存储器用于保存光电传感器所采集的干涉条纹强度信息、投影物镜 在物方掩模板上圆孔规定的视场点未经标定的波像差、系统误差标定结果、各 个视场点未经标定的波像差测量结果、系统误差标定后的投影物镜全视场波像 差，以及投影物镜各个补偿器的调节量。
(7) 运算器用于根据存储器中数据计算装置系统误差，各个视场点未经 标定的波像差，系统误差标定后的投影物镜全视场波像差，以及投影物镜中各 个补偿器的调整量。
(8) 控制器用于控制掩模工件台和硅片工件台改变所测量的投影物镜的 视场点，根据存储器中投影物镜各个补偿器调整量调整补偿器来校正像差，以及控制移相装置步进实现移相。
上述各组成部分的位置与连接关系如下
物方掩模板位于投影物镜的物面，并由光刻机中的掩模工件台固定支撑和 带动。物方掩模板上的圆孔要始终处于光刻机投影物镜的视场范围之内，圆孔 所在位置即为本发明装置所测量的投影物镜的视场点。
分束装置由移相装置固定支撑，移相装置带动分束装置在垂直于光轴方向 的平面内进行垂直于第一或第二光栅刻线方向的平移。分束装置位于物方掩模 板和投影物镜之间，也可以位于投影物镜与像方掩模板之间。当进行在线检测 投影物镜波像差时，若第一光栅位于物方掩模板和投影物镜之间，在随后的标 定装置的系统误差时，第二光栅也必须位于物方掩模板和投影物镜之间；当进 行在线检测投影物镜波像差时，若第一光栅位于投影物镜与像方掩模板之间， 在随后的定装置的系统误差时，第二光栅也必须位于投影物镜与像方掩模板之 间。
像方掩模板位于投影物镜的像面，并由硅片工件台支撑和带动。当进行在 线检测投影物镜波像差时，第一圆孔的圆心要对准投影物镜像面处的0级衍射 光，同时，窗口的中心要对准投影物镜像面处的+l或-l级衍射光。当标定装置 的系统误差时，第二圆孔的圆心要对准投影物镜像面处的0级衍射光，同时， 窗口的中心要对准投影物镜像面处的+1或-1级衍射光。两个圆孔的圆心与窗口 中心的连线垂直且相等，两个圆孔的直径^均小于投影物镜衍射极限分辨率，并 满足- = ;1/2^4，义为所述光刻机的曝光波长，A^为所述投影物镜的像方数值孔 径。
当分束装置位于物方掩模板和投影物镜之间时，像方掩模板上两个圆孔的 圆心与像方掩模板中窗口的中心之间的距离s均要满足关系式s -/md ,式中义 为光刻机的曝光波长，附为投影物镜的倍率，^为分束装置中光栅的周期常数， A为分束装置与物方掩模板在光轴方向上的间距。
当分束装置位于投影物镜与像方掩模板之间时，像方掩模板上两个圆孔的 圆心与像方掩模板中所述窗口的中心之间的距离s满足关系式s = h2式中z2
为分束装置与像方掩模板在光轴方向上的间距。 光电传感器由光刻机的硅片工件台固定支撑和带动，并与像方掩模板平行。 光电传感器有效像元区的中心在垂直方向上与窗口中心重合，光电传感器与像方掩模板的间距取决于光电传感器有效像元区的大小以及所述投影物镜的数值 孔径，以能够完全采集测试波和参考波形成的干涉条纹为准。
存储器分别同光电传感器、运算器、控制器相连接。控制器分别同移相装 置、掩模工件台、硅片工件台以及投影物镜补偿器相连接。连接方式可以采用 数据线、电缆线等有线方式，也可采用红外传输、蓝牙等无线方式。
使用上述装置进行光刻机投影物镜波像差的检测并标定该装置系统误差的 方法如下
步骤一、在装有本发明装置的光刻机上调节照明系统，使光源发出的光束 在投影物镜视场范围内均匀的照明掩模板；移动掩模工件台，带动物方掩模板 进行移动，使物方掩模板位于掩模板所在平面，即投影物镜的物面；照明系统 的出射光束均匀照明物方掩模板，经过物方掩模板上的圆孔进行空间滤波，消 除照明系统的像差；
步骤二、对投影物镜视场中物方掩模板的圆孔所在视场点进行波像差在线 检测，并将测量结果保存在存储器中利用分束装置中的第一光栅对物方掩模 板圆孔的出射光束进行分束，光束通过第一光栅的周期结构后，出射角度不同 的各个级次衍射光束经过投影物镜后，携带了投影物镜的波像差信息，并在投 影物镜的像面上形成多个衍射级次；像方掩模板由硅片工件台支撑和带动，移 动硅片工件台，使像方掩模板位于投影物镜的像面，并使第一圆孔中心对准投 影物镜像面处的0级衍射光产生球面参考波，使窗口中心对准投影物镜像面处 的+l或-l级衍射光，由此形成测试波；
测试波和参考波发生双光束干涉，在光电传感器上形成干涉条纹，光电传 感器记录干涉条纹的强度信息，并存储在存储器中；控制器控制移相装置带动 分束装置在垂直于第一光栅刻线的方向上进行平移，从而在第一光栅的±1级次 衍射光中引入相位差，利用光电传感器采集移相后的干涉条纹，储存在存储器 中；重复此过程，存储多幅移相的干涉条纹；
最后，利用运算器根据存储器中多幅移相干涉条纹的强度信息，计算出37 项Zemike多项式表示的投影物镜在物方掩模板圆孔规定的视场点未经标定的波 像差<'，并存储在存储器中；
步骤三、用第二光栅代替第一光栅，用第二圆孔代替第一圆孔，重复步骤二，完成投影物镜同一个视场点的波像差在线检测，并将测量结果『:保存在存
储器中；利用运算器根据^"和^1计算出37项Zernike多项式所表示的系统误
差中角向分量为ie、 2e、 3e、 5e的项所对应的系统误差标定结果『^，并存储
在存储器中；系统误差标定只需要标定一次；
步骤四、通过控制器移动掩模工件台来改变物方掩模板上的圆孔位置，在此基础上，通过控制器移动硅片工件台，改变像方掩模板上两个圆孔的圆心与像方掩模板中窗口中心的位置，从而改变所测量的投影物镜的视场点，之后按照步骤二所述过程对新视场点进行波像差在线检测，并将测量结果保存在存储器中；
重复步骤四，直至完成投影物镜全视场未经标定的波像差《("=1,2,3...)的
步骤五、运算器根据系统误差标定结果『^和投影物镜全视场未经标定的波像差《("-l,2，3…)，计算出系统误差标定后的投影物镜全视场波像差『"，『 =^;'-『^ (" = 1，2，3—)，并将『"存入存储器；运算器根据投影物镜全视场波像差『 ，利用敏感度矩阵计算投影物镜中各个补偿器的调节量，并存入存储器；控制器根据存储器中各个补偿器的调节量计算结果，自动调整投影物镜中各个补偿器，从而完成投影物镜的波像差校正。
有益效果
本发明所提供的测量装置，通过对PSPDI的结构进行改进，在PSPDI的分束装置中引入一个与原有光栅刻线方向相垂直的光栅，在像方掩模板中引入一个圆孔，作为系统误差标定元件。根据系统误差标定元件在正交方向上的两次测量结果，利用Zernike多项式在单位圆域的正交特性和奇偶对称性质，标定出PSPDI中37项Zernike多项式所表示的系统误差中角向分量为10、 20、 36、 56项所对应的系统误差。这样以来，相对于美国专利US5835217中的PSPDI，就能够显著的提高测量精度。


图1为本发明装置及光刻机的结构组成示意图;图2为本发明装置中的物方掩模板的结构示意图3为本发明装置中分束装置的结构示意图4为本发明装置中的像方掩模板的结构示意其中，光刻机包括101-光源、102-照明系统、103-掩模板、104-掩模工件台、105-投影物镜、106-硅片、107-硅片工件台。
光刻机投影物镜波像差检测装置包括201-物方掩模板、201a-物方掩模板圆孔、202-分束装置、203-移相装置204-像方掩模板、205-光电传感器、206-存储器、207-运算器、208-控制器、202a-第一光栅、202b-第二光栅、204a-窗口、204b-第一圆孔、204c-第二圆孔。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。首先阐述光刻机的结构组成及工作原理。光刻机包括光源101、照明系统102、掩模板103、掩模工件台104、投影物镜105、硅片106以及硅片工件台107。光源101发出的光经过照明系统102后，照明在掩模板103上，将掩模板103上的图案通过投影物镜105，以步进-扫描的方式，縮小投影在涂有光刻胶的硅片106上，实现图案的转移。光源101为波长约13.5nm的极紫外光源，或者波长约为193nm的ArF准分子激光，或者波长约为248nm的KrF准分子激光。照明系统102具有调节光束转向、形状的光学元件，以及匀光光学元件，这样照明在掩模板103上的光束在投影物镜105视场范围内具有较理想的均匀性。刻有待转移的电路图案的掩模板103由掩模工件台104支撑和带动；涂有光刻胶的硅片106由硅片工件台107支撑和带动。掩模板103和硅片106位于投影物镜105的光学共轭面上。掩模工件台104和硅片工件台107以不同的速率同步扫描运动，以步进-扫描的方式将掩模板103的图案，通过投影物镜105精确地投影转移到涂有光刻胶的硅片107上。
本发明通过在光刻机上集成具有系统误差标定功能的投影物镜波像差在线检测装置，进行投影物镜105波像差的在线检测和校正，如图1所示。本发明装置包括物方掩模板201、分束装置202、移相装置203、像方掩模板204、光电传感器205、存储器206、运算器207以及控制器208。其中，在物方掩模板201上，开有一个直径不超过光刻机照明系统102衍射极限分辨率的圆孔201a，用于选择测量视场点以及滤除照明系统102的像差。
分束装置202用于光束分束以及在进行装置系统误差标定时改变分束方向。分束装置202包括两个二元衍射光栅第一光栅202a和第二光栅202b，两个光栅可以均为二元振幅光栅，也可以均为二元位相光栅。其中，第一光栅202a用于在线检测投影物镜波像差时对光束进行分束，以产生测试臂和参考臂；第二光栅202b用于在标定装置的系统误差时，将光束分束后的测试臂和参考臂的方向相对在线检测投影物镜105波像差时旋转90度，这就使得本装置的系统误差也随之旋转90度，而测量真值不变，从而将所述装置的系统误差从投影物镜105波像差的测量结果中分离出来。
两个光栅的刻线方向相垂直，且周期常数、占空比和外围宽度相同，其外围宽度均须满足光栅衍射的0级和1级衍射光或者0级和-1级衍射光能够同时填充投影物镜105的光瞳。两光栅在所述分束装置所在平面上的间距在不影响测量的前提下应尽可能小。
移相装置203用于带动分束装置202在测试波和参考波之间引入有序相移。
像方掩模板204用于产生测试波和球面参考波以及本装置的系统误差标定。像方掩模板204包括一个窗口 204a和与该窗口分开一定距离s的两个直径相同的圆孔第一圆孔204b和第二圆孔204c。
第一圆孔204b用于投影物镜105波像差在线检测时产生球面参考波，第二圆孔204c用于系统误差标定时产生球面参考波。
光电传感器205用于采集所述测试波和球面参考波干涉条纹。
存储器206用于保存光电传感器205所采集的干涉条纹强度信息、投影物镜105在物方掩模板201上的圆孔201a规定的视场点未经标定的波像差、系统误差标定结果、各个视场点未经标定的波像差测量结果、系统误差标定后的投影物镜105全视场波像差，以及投影物镜105各个补偿器的调节量。
运算器207用于根据存储器206中数据计算装置系统误差，各个视场点未经标定的波像差，系统误差标定后的投影物镜105全视场波像差，以及投影物镜105中各个补偿器的调整量。
控制器208用于控制掩模工件台104和硅片工件台107改变所测量的投影物镜105的视场点，根据存储器206中投影物镜105各个补偿器调整量调整补偿器来校正像差，以及控制移相装置203步进实现移相。上述各组成部分的位置与连接关系如下
物方掩模板201位于投影物镜105的物面，并由光刻机中的掩模工件台104固定支撑和带动。物方掩模板201上的圆孔201a要始终处于光刻机投影物镜105的视场范围之内，圆孔201a所在位置即为本发明装置所测量的投影物镜105的视场点。
分束装置202由移相装置203固定支撑，移相装置203带动分束装置202在垂直于光轴方向的平面内进行垂直于第一光栅202a或第二光栅202b刻线方向的平移。分束装置202位于物方掩模板201和投影物镜105之间，也可以位于投影物镜105与像方掩模板204之间。当进行在线检测投影物镜波像差时，若第一光栅202a位于物方掩模板201和投影物镜105之间，在随后的标定装置的系统误差时，第二光栅202b也必须位于物方掩模板201和投影物镜105之间；当进行在线检测投影物镜波像差时，若第一光栅202a位于投影物镜105与像方掩模板204之间，在随后的标定装置的系统误差时，第二光栅202b也必须位于投影物镜105与像方掩模板204之间。
像方掩模板204位于投影物镜105的像面，并由硅片工件台107支撑和带动。当进行在线检测投影物镜波像差时，第一圆孔204b的圆心要对准投影物镜105像面处的0级衍射光，同时，窗口 204a的中心要对准投影物镜105像面处的+1或-1级衍射光。当标定装置的系统误差时，第二圆孔204c的圆心要对准投影物镜像面处的O级衍射光，同时，窗口 204a的中心要对准投影物镜105像面处的+1或-1级衍射光。两个圆孔的圆心与窗口 204a中心的连线垂直且相等，两个圆孔的直径^均小于投影物镜105衍射极限分辨率，并满足^ = ;1/2^4，义为所述光刻机的曝光波长，A^为所述投影物镜105的像方数值孔径。
当分束装置202位于物方掩模板201和投影物镜105之间时，像方掩模板204上两个圆孔的圆心与像方掩模板204中窗口 204a的中心之间的距离s均要满足关系式^ = ^,/;^，式中/l为光刻机的曝光波长，m为投影物镜105的倍率，^为分束装置202中光栅的周期常数，z,为分束装置202与物方掩模板201在光轴方向上的间距。
当分束装置202位于投影物镜105与像方掩模板204之间时，像方掩 板204上两个圆孔的圆心与像方掩模板204中所述窗口 204a的中心之间的距离s满足关系式^^W ，式中^为分束装置202与像方掩模板204在光轴方向上的 间距。
光电传感器205由光刻机的硅片工件台107固定支撑和带动，并与像方掩 模板204平行。光电传感器205有效像元区的中心在垂直方向上与窗口 204a中 心重合，光电传感器205与像方掩模板204的间距取决于光电传感器205有效 像元区的大小以及投影物镜105的数值孔径，以能够完全采集测试波和参考波 形成的干涉条纹为准。
存储器206分别同光电传感器205、运算器207、控制器208相连接，同时，
控制器208分别同移相装置203、掩模工件台104、硅片工件台107以及投影物
镜105的补偿器相连接。连接方式可以采用数据线、电缆线等有线方式，也可
采用红外传输、蓝牙等无线方式。
使用本具体实施方式
所述装置进行光刻机投影物镜波像差的检测并标定该
装置系统误差的方法如下
1) 光源101发出的光束首先经过照明系统102整形，使光束均匀照明于掩 模板103所在的平面。移动掩模工件台104使物方掩模板201位于掩模板103 所在平面，即投影物镜105的物面。照明系统102出射光束均匀照明201，经过 201上的圆孔201a空间滤波，以消除照明系统102的像差，圆孔201a所在的位 置即为所选择的测量视场点，如图2所示。
2) 进行投影物镜105单个视场点的波像差在线检测利用分束装置202中 的第一光栅202a对圆孔201a的出射光束进行分束，如图3所示；光束通过第一 光栅202a的周期结构后，出射角度不同的各个级次衍射光束经过投影物镜105， 携带了投影物镜105的波像差信息，在投影物镜105的像面上形成多个衍射级 次；像方掩模板204由硅片工件台107支撑和带动，移动硅片工件台107使像 方掩模板204位于投影物镜105的像面，并且使第一圆孔204b中心对准投影物 镜105像面处的0级衍射光产生球面参考波，使窗口 204a中心对准投影物镜105 像面处的+1或-1级衍射光，衍射光携带了投影物镜105的波像差信息，形成测 试波。
随后，测试波和参考波发生双光束干涉，在光电传感器205上形成干涉条 纹，光电传感器205记录干涉条纹的强度信息并存储在存储器206中；控制器 208控制移相装置203带动分束装置202在垂直于第一光栅202a刻线的方向上平移，从而在第一光栅202a的士l级衍射光中引入相位差，利用光电传感器205 采集移相后的干涉条纹，储存在存储器206中，重复上述过程，在存储器206 中存储多幅移相的干涉条纹。
最后，利用运算器207根据存储器206中多幅移相干涉条纹的强度信息， 计算出37项Zemike多项式表示的投影物镜105在圆孔201a规定的视场点未经 标定的波像差W'，并存储在存储器206中。
3) 进行系统误差标定利用分束装置202中的第二光栅202b对圆孔201a 的出射光束进行分束，如图3所示；光束通过第二光栅202b的周期结构后，出 射角度不同的各个级次衍射光束经过投影物镜105，携带了投影物镜105的波像 差信息，在投影物镜105的像面上形成多个衍射级次；像方掩模板204由硅片 工件台107支撑和带动，移动硅片工件台107使像方掩模板204位于投影物镜 105的像面，并且使第二圆孔204c中心对准投影物镜105像面处的0级衍射光 产生球面参考波，使窗口 204a中心对准投影物镜105像面处的+1或-1级衍射光， 衍射光携带了投影物镜105的波像差信息，形成测试波；
随后，测试波和参考波发生双光束干涉，在光电传感器205上形成干涉条 纹，光电传感器205记录干涉条纹的强度信息并存储在存储器206中；控制器 208控制移相装置203带动分束装置202在垂直于第二光栅202b刻线的方向上 平移，从而在第二光栅202b的士l级衍射光中引入相位差，利用光电传感器205 采集移相后的干涉条纹，储存在存储器206中，重复上述过程，在存储器206 中存储多幅移相的干涉条纹。
最后，利用运算器207根据存储器206中多幅移相干涉条纹的强度信息， 计算出37项Zernike多项式表示的投影物镜105在圆孔201a规定的视场点未经 标定的波像差，并存储在存储器206中。
4) ^和P^是在两个相互垂直的光束错位方向上的对投影物镜105同一视
场点波像差的测量结果，由于Zernike多项式在单位圆域具有正交特性以及奇偶 对称性质，利用运算器207根据^"和巧1计算出37项Zernike多项式所表示的
系统误差中角向分量为ie、 2e、 3e、 5e的项所对应的系统误差标定结果『^，
并存储在存储器206中。需要说明的是，系统误差标定只需要标定一次，并将标定结果存入存储器206中，在进行投影物镜105全视场波像差检测时与系统 误差标定结果『s"做相对测量。
其中，根据^"和^1计算出37项Zernike多项式所表示的系统误差中角向
分量为ie、 2e、 3e、 5e的项所对应的系统误差标定结果『^的方法如下
36波像差^表示为其中，a"为37项Zemike多项式对应项系数，
rt=0
36
^为37项Zemike多项式；波像差^1表示为《=| ，其中，"/为37 项Zernike多项式对应项系数，z"为37项Zernike多项式；
36对W'和(作差，得到两次测量结果的差值《表示为其中
"X-"二丄("=0，1，2,..，36); [3]由于Zemike多项式在单位圆内具有正交特性以及奇偶对称性质，利用《H十 算出37项Zernike多项式中角向分量为10、 20、 30、 59的项所对应的系统 误差标定结果『^，
『W = "1、 + 4、 + WZ6 + ";、 + " + "1% +々22 +々23 +々33 +々34
+ flf z4 + flf z5 + O,, ++ a220、0 ++ 4、 + <z32 ，
j_"3~工"3617 j_"3~ j_"3~ _!_^3 4_n3~ 十"9 Z9十"10 Z10卞"18 Z18卞W19 Z19卞W29 z29卞w30 z30
角向分量为le的Zemike多项式所对应的系数《("=1，2，6，7， 13， 14，22，23，33，34),
计算为， ";卞2， +:)/2，a;"/2， <=("x)/2， K";;-";;)/2， ";:=(";;+";》/2;
角向分量为20的Zernike多项式所对应的系数"f (" = 4,5,11,12，20，21,31，32)，
计算为，"r=;/2， <=;/2， flff-";'r/2， o";';/2， "o" 。/2， "22f=";(/2，角向分量为36的Zemike多项式所对应的系数"f ("-9，10,18，19，29,30)，计算
为，《 +心)/2 ，《-";"/2 ， 0(";:+";;v2 ， <=k8a)/2 ， 《=+";;) /2 ，《=-) / 2;
角向分量为50的Zernike多项式所对应的系数"f ( = 25,26)，计算为，
-";〗)/2，《=(^+;6)/2 。
5) 进行投影物镜105全视场的波像差在线检测控制器208根据存储器投 影物镜105的波像差测量位置，控制掩模工件台104和硅片工件台107平移来 改变所测量的投影物镜105的视场点。之后，按照步骤2)所述过程，对新视场 点进行波像差在线检测，并将测量结果保存在存储器206中。
重复步骤5)，直至完成投影物镜105全视场未经标定的波像差 《("=1，2，3...)的测量，并将测量结果《存储在存储器206中。
6) 进行投影物镜105全视场波像差计算和校正运算器207根据系统误 差标定结果『，和投影物镜105全视场未经标定的波像差《("-l，2,3…)，计算 出系统误差标定后的投影物镜105全视场波像差^，『 = )^'-『^ (" = 1，2，3--), 并将『"存入存储器206。运算器207根据投影物镜105全视场波像差『"，利用 敏感度矩阵计算投影物镜105中各个补偿器的调节量，并存入存储器206。控制 器208根据存储器206中各个补偿器的调节量计算结果，自动调整投影物镜105 中各个补偿器，从而完成投影物镜105的波像差校正。
虽然结合了附图描述了本发明的具体实施方式
，但是对于本领域技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应 视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1、可标定系统误差的光刻机投影物镜波像差在线检测装置，包括开有圆孔的物方掩模板、移相装置、光电传感器、存储器、控制器以及运算器，其特征在于还包括以下组成部件(1)分束装置用于光束分束以及在进行装置系统误差标定时改变分束方向；所述分束装置包括两个二元衍射光栅第一光栅和第二光栅，两个光栅均为二元振幅光栅，其中，第一光栅用于在线检测投影物镜波像差时对光束进行分束，以产生测试臂和参考臂；第二光栅用于在标定装置的系统误差时，将光束分束后的测试臂和参考臂的方向相对在线检测所述投影物镜波像差时旋转90度；两个光栅的刻线方向相垂直，且周期常数、占空比和外围宽度相同，其外围宽度均须满足光栅衍射的0级和1级衍射光或者0级和-1级衍射光能够同时填充投影物镜的光瞳；(2)像方掩模板用于所述装置波像差检测以及系统误差标定时产生测试波和球面参考波；像方掩模板包括一个窗口和与该窗口分开一定距离s的两个直径相同的圆孔第一圆孔和第二圆孔；第一圆孔用于投影物镜波像差在线检测时产生球面参考波，第二圆孔用于系统误差标定时产生球面参考波；上述各组成部分的位置与连接关系如下物方掩模板位于投影物镜的物面，并由光刻机中的掩模工件台固定支撑和带动；物方掩模板上的圆孔要始终处于光刻机投影物镜的视场范围之内，圆孔所在位置即为本发明装置所测量的投影物镜的视场点；分束装置由移相装置固定支撑，移相装置带动分束装置在垂直于光轴方向的平面内进行垂直于第一或第二光栅刻线方向的平移；分束装置位于物方掩模板和投影物镜之间；像方掩模板位于投影物镜的像面，并由硅片工件台支撑和带动；当进行在线检测投影物镜波像差时，第一圆孔的圆心要对准投影物镜像面处的0级衍射光，同时，窗口的中心要对准投影物镜像面处的+1或-1级衍射光；当标定装置的系统误差时，第二圆孔的圆心要对准投影物镜像面处的0级衍射光，同时，窗口的中心要对准投影物镜像面处的+1或-1级衍射光；两个圆孔的圆心与窗口中心的连线垂直且相等，两个圆孔的直径φ均小于投影物镜衍射极限分辨率，并满足φ＝λ/2NA，λ为所述光刻机的曝光波长，NA为所述投影物镜的像方数值孔径；当分束装置位于物方掩模板和投影物镜之间时，像方掩模板上两个圆孔的圆心与像方掩模板中窗口的中心之间的距离s均要满足关系式s＝λz1/md，式中λ为光刻机的曝光波长，m为投影物镜的倍率，d为分束装置中光栅的周期常数，z1为分束装置与物方掩模板在光轴方向上的间距；光电传感器由光刻机的硅片工件台固定支撑和带动，并与像方掩模板平行；光电传感器有效像元区的中心在垂直方向上与窗口中心重合，光电传感器与像方掩模板的间距取决于光电传感器有效像元区的大小以及所述投影物镜的数值孔径，以能够完全采集测试波和参考波形成的干涉条纹为准；存储器分别同光电传感器、运算器、控制器相连接；控制器分别同移相装置、掩模工件台、硅片工件台以及投影物镜补偿器相连接。
2、 如权利要求1所述的可标定系统误差的光刻机投影物镜波像差在线检测 装置，其特征在于，所述第一光栅和第二光栅均为二元位相光栅。
3、 如权利要求1所述的可标定系统误差的光刻机投影物镜波像差在线检测 装置，其特征在于，分束装置位于投影物镜与像方掩模板之间，此时像方掩模 板上两个圆孔的圆心与像方掩模板中所述窗口的中心之间的距离s满足关系式 "h2/"式中/l为光刻机的曝光波长，W为投影物镜的倍率，c/为分束装置中 光栅的周期常数，^为分束装置与像方掩模板在光轴方向上的间距。
4、 使用权利要求1或2或3所述装置进行光刻机投影物镜波像差的检测并 标定该装置系统误差的方法，其特征在于包括以下步骤步骤一、在装有本发明装置的光刻机上调节照明系统，使光源发出的光束 在投影物镜视场范围内均匀的照明掩模板；移动掩模工件台，带动物方掩模板 进行移动，使物方掩模板位于掩模板所在平面，即投影物镜的物面；照明系统 的出射光束均匀照明物方掩模板，经过物方掩模板上的圆孔进行空间滤波，消 除照明系统的像差；步骤二、对投影物镜视场中物方掩模板的圆孔所在视场点进行波像差在线 检测，并将测量结果保存在存储器中利用分束装置中的第一光栅对物方掩模板圆孔的出射光束进行分束，光束通过第一光栅的周期结构后，出射角度不同 的各个级次衍射光束经过投影物镜后，携带了投影物镜的波像差信息，并在投 影物镜的像面上形成多个衍射级次；像方掩模板由硅片工件台支撑和带动，移 动硅片工件台，使像方掩模板位于投影物镜的像面，并使第一圆孔中心对准投 影物镜像面处的0级衍射光产生球面参考波，使窗口中心对准投影物镜像面处 的+l或-l级衍射光，由此形成测试波；测试波和参考波发生双光束干涉，在光电传感器上形成干涉条纹，光电传 感器记录干涉条纹的强度信息，并存储在存储器中；控制器控制移相装置带动 分束装置在垂直于第一光栅刻线的方向上进行平移，从而在第一光栅的土l级次 衍射光中引入相位差，利用光电传感器采集移相后的干涉条纹，储存在存储器 中；重复此过程，存储多幅移相的干涉条纹；最后，利用运算器根据存储器中多幅移相干涉条纹的强度信息，计算出37 项Zernike多项式表示的投影物镜在物方掩模板圆孔规定的视场点未经标定的波 像差^"，并存储在存储器中；步骤三、用第二光栅代替第一光栅，用第二圆孔代替第一圆孔，重复步骤 二，完成投影物镜同一个视场点的波像差在线检测，并将测量结果^1保存在存 储器中；利用运算器根据W"和f^计算出37项Zernike多项式所表示的系统误差中角向分量为ie、 2e、 3e、 5e的项所对应的系统误差标定结果『^，并存储在存储器中；系统误差标定只需要标定一次；步骤四、通过控制器移动掩模工件台来改变物方掩模板上的圆孔位置，在 此基础上，通过控制器移动硅片工件台，改变像方掩模板上两个圆孔的圆心与 像方掩模板中窗口中心的位置，从而改变所测量的投影物镜的视场点，之后按 照步骤二所述过程对新视场点进行波像差在线检测，并将测量结果保存在存储 器中；重复步骤四，直至完成投影物镜全视场未经标定的波像差《("-l，2，3…)的 测里；步骤五、运算器根据系统误差标定结果『^和投影物镜全视场未经标定的 波像差《("=1,2，3...)，计算出系统误差标定后的投影物镜全视场波像差『"， 『"=《-『^ (" = 1，2,3...)，并将『"存入存储器；运算器根据投影物镜全视场波 像差『"，利用敏感度矩阵计算投影物镜中各个补偿器的调节量，并存入存储器；控制器根据存储器中各个补偿器的调节量计算结果，自动调整投影物镜中各个 补偿器，从而完成投影物镜的波像差校正。
5、如权利要求4所述的进行光刻机投影物镜波像差的检测并标定该装置系 统误差的方法，其特征在于，根据^"和『^计算出37项Zemike多项式所表示的系统误差中角向分量为ie、 2e、 3e、 se的项所对应的系统误差标定结果『^的方法如下<formula>formula see original document page 5</formula>[l]波像差W表示为《=|>;> ，其中，a"为37项Zemike多项式对应项系数，2 为37项Zemike多项式；波像差^1表示为《=| ,其中，a，为37项Zemike多项式对应项系数，z"为37项Zemike多项式；[2]对^"和《作差，得到两次测量结果的差值《表示为《=| ，其中C-"二丄("=0，1，2,..，36); [3]由于Zernike多项式在单位圆内具有正交特性以及奇偶对称性质，利用"？计 算出37项Zemike多项式中角向分量为10、 20、 39、 50的项所对应的系统 误差标定结果『，，『爭=";、+ A +《、+ +《+《、+《+々23 +々33 +々34+ Of & + flf Z5 + ^, +《、+ <Z2。 + 4、 + <ZM + ， + "9 Z9 + fl10 Z!o + "18 Z18 + flf19 Z19 + fl29 Z29 + (33o Z犯 + "25 :25 + a26 Z26角向分量为le的Zernike多项式所对应的系数《("=1,2，6，7，13,14,22,23，33，34)， 计算为，《=W-々)/2，《 +;)/2，《=(fl;A_fl;"/2， < +fl;"/2，n";;)/2，《=(";;+";4"/2;角向分量为26的Zemike多项式所对应的系数"f (" = 4，5，11,12，20，21，31，32)，计算为，。r=" /2， "f=々/2， OA/2, <=";;/2，《=" 。/2， 《22f=";;/2，角向分量为30的Zemike多项式所对应的系数a， (" = 9，10,18，19,29，30)，计算 为，"f=(々+^)/2,《=(fllK)/2，《=(fl;〗+a;;)/2，《=(fl;;-^)/2， flg = (c^ + a;。 / 2 ， fl330d = (fl;^ - / 2 ;角向分量为50的Zemike多项式所对应的系数《(n = 25，26)，计算为，";:)/2，《=(";;+";:)/2。
全文摘要
本发明公开了一种可标定系统误差的光刻机投影物镜波像差在线检测装置，属于光学检测领域。本装置包括开有圆孔的物方掩模板、移相装置、光电传感器、存储器、控制器、运算器、分束装置和像方掩模板。所述分束装置包括两个二元衍射光栅第一光栅和第二光栅；像方掩模板包括一个窗口和两个直径相同第一圆孔和第二圆孔。分束装置的第二光栅和像方掩模板的第二圆孔作为系统误差标定元件，根据Zernike多项式在单位圆域的正交特性和奇偶对称性质标定本装置的系统误差。本发明装置集成在光刻机的掩模工件台和硅片工件台上，相对于现有技术，能够标定测量装置本身引入的系统测量误差，进而提高测量精度。
文档编号G03F7/20GK101655670SQ20091009383
公开日2010年2月24日 申请日期2009年9月22日 优先权日2009年9月22日
发明者克 刘, 刘丽辉, 李艳秋 申请人:北京理工大学