专利名称：光刻机用微透镜阵列的检测装置和检测方法
技术领域：
本发明涉及光刻机，特别是一种光刻机用微透镜阵列的检测装置和检测方法。
背景技术：
随着科学技术的进步，当前的仪器设备已朝着光、机、电集成的趋势发展。微透镜阵列由于体积小、质量轻、便于阵列化等优点，是一种目前应用十分广泛的微光学元件。微透镜阵列器件在大规模集成电路制造设备一光刻机照明系统、焦平面集光、激光准直、大面阵显示、光效率增强、光计算、微型扫描，全景成像等方面，获得越来越广泛的应用，比如光刻设备照明系统中的光束均匀器，投影光学引擎的光束均匀器、人工复眼、Shack-Hartman波前传感器等。微透镜阵列的不均匀性和能量利用率对其应用有着关键性决定作用。评价光刻机照明系统性能优劣的一项重要指标是照明均匀性，良好的照明均匀性能够提高整个光刻系统的特征尺寸均匀性(△ CD)。如果照明均匀性不好，就会造成掩模面曝光线条的粗细不均匀，严重影响光刻机的性能。其次，光刻系统中的紫外准分子激光光源，其线宽很窄，目的是降低投影物镜的色差，所以激光器的功率较低；同时，光刻机曝光系统中的光学元件数量多、工作距离长，整体的透过率较低。微透镜阵列是影响整机透过率的重要因素，主要原因是微透镜阵列的衍射会引起照明光场边缘塌边，为了保证整个照明光场的均匀性，边缘光场需要被遮挡，从而降低了能量利用率。因此，需要对光刻机用微透镜阵列的不均匀性和能量利用率进行测量。光刻机中微透镜阵列的测量一直比较困难，原因是:1、有较大的光学口径，很难制造相同口径且像差较小的聚光镜系统对微透镜阵列的光束特性进行测量；2、在光刻机照明系统聚光镜焦面上的照明光场的尺寸较大，无法通过传感器直接进行测量；3、由于光刻机中微透镜阵列的工作波长是深紫外光波，使得测量很不方便；4、光刻机照明系统中照明模式较多，从而使得微透镜阵列的测量方法复杂。因此，针对光刻机中微透镜阵列的上述特点，需要设计相应的测量装置，解决大口径、深紫外波段、不同照明模式的微透镜阵列的测量问题。在先专利“微透镜阵列结构参数及面形畸变的快速检测方法”(中国发明专利:CN1553139A)通过采集一定距离处光通过微透镜阵列后的衍射光斑，并测量微透镜衍射光斑的各方向尺寸，计算得到微透镜的矢高、焦距和输出数值孔径。因为这种方法没有通过聚光镜会聚微透镜阵列发出的各子光束，并且没有测量光场分布，无法测量非均匀性和能量利用率，所以不能用于光刻机中微透镜阵列的测量。
本文提出一种光刻机用微透镜阵列检测装置，可以用来检测微透镜阵列不同区域范围内形成的远场光斑的不均匀性和能量利用率，微透镜阵列不同区域可对应于光刻机照明系统的不同照明模式和不同相干因子。光刻机照明系统不同照明模式有传统照明、环形照明、二极照明、四极照明等照明模式，即照射到微透镜阵列上的光束有不同面积和形状，而该检测装置采用小口径测量光路测量全口径的微透镜阵列形成远场光斑的不均匀性和能量利用率。
发明内容
本发明的目的为了克服上述在先技术的不足，提供一种光刻机用微透镜阵列的检测装置和检测方法，用来检测光刻机照明系统中微透镜阵列形成的远场光斑的不均匀性和能量利用率。本发明的技术解决方案如下:一种光刻机用微透镜阵列检测装置，其特点在于包括准分子激光器，沿该准分子激光器的输出光束方向依次是同轴的扩束镜、能量衰减片、光阑、聚光镜和图像传感器，所述的微透镜阵列置于二维电动平台上，所述的微透镜阵列的后焦面与所述的聚光镜的前焦面重合；所述的图像传感器位于所述的聚光镜的后焦面，所述的图像传感器的输出端与计算机的输入端相连。利用上述的微透镜阵列光学检测装置对微透镜阵列的检测方法，其特点在于该方法包括下列步骤:①将待测的微透镜阵列置于二维电动平台上，开启所述的准分子激光器，调整所述的能量衰减片和光阑，使所述的准分子激光器发出的激光，经扩束镜、能量衰减片、光阑后形成所需要的通光口径的测量光束；②该测量光束照射在所述的待测微透镜阵列的第k小区域，经过该k小区域的微透镜阵列的分割，经所述的聚光镜的会聚形成远场光斑被所述的图像传感器(7 )探测，经过图像处理系统，获得待测微透镜阵列在该k小区域内形成光斑的光强Ek，称为远场光斑光强；③移动二维电动平台，重复步骤②，获得微透镜阵列另一区域内形成的光斑的光强分布，直至获得所述的微透镜阵列所有小区域光斑的光强分布，输入计算机，该计算机利用比较法得出远场光斑光强的最大值Emax=max (Ek)和最小值Emin=min (Ek)；④所述的计算机叠加不同照射区域光斑的光强分布得到有效区域二维光强分
权利要求
1.一种光刻机用微透镜阵列检测装置，包括准分子激光器(I)，沿该准分子激光器(I)的输出光束方向依次是同轴的扩束镜(2)、能量衰减片(3)、光阑(4)、聚光镜(6)和图像传感器(7)，所述的微透镜阵列(5)置于二维电动平台(9)上，所述的微透镜阵列(5)的后焦面与所述的聚光镜(6)的前焦面重合；所述的图像传感器(7)位于所述的聚光镜(6)的后焦面，所述的图像传感器(7)的输出端与计算机(8)的输入端相连。
2.利用权利要求1所述的微透镜阵列光学检测装置对微透镜阵列的检测方法，其特征在于该方法包括下列步骤: ①将待测的微透镜阵列(5)置于二维电动平台(9)上，开启所述的准分子激光器(1)，调整所述的能量衰减片(3)和光阑(4)，使所述的准分子激光器(I)发出的激光，经扩束镜(2)、能量衰减片(3)、光阑(4)后形成所需要的通光口径的测量光束； ②该测量光束照射在所述的待测微透镜阵列的第k小区域，经过该k小区域的微透镜阵列的分割，经所述的聚光镜(6)的会聚形成远场光斑被所述的图像传感器(7)探测，经过图像处理系统，获得待测微透镜阵列(5)在该k小区域内形成光斑的光强Ek，称为远场光斑光强; ③移动二维电动平台，重复步骤②，获得微透镜阵列另一区域内形成的光斑的光强分布，直至获得所述的微透镜阵列所有小区域光斑的光强分布，输入计算机(8)，该计算机利用比较法得出远场光斑光强的最大值Emax=max (Ek)和最小值Emin=min (Ek)； ④所述的计算机叠加不同照射区域光斑的光强分布得到有效区域二维光强分布
全文摘要
一种光刻机用微透镜阵列的检测装置和检测方法，检测装置的过程包括准分子激光器，沿该准分子激光器的输出光束方向依次是同轴的扩束镜、能量衰减片、光阑、聚光镜和图像传感器，所述的微透镜阵列置于二维电动平台上，所述的微透镜阵列的后焦面与所述的聚光镜的前焦面重合；所述的图像传感器位于所述的聚光镜的后焦面，所述的图像传感器的输出端与计算机的输入端相连。本发明可以精确测量光刻机照明系统中微透镜阵列的不均匀性和能量利用率，可以完整的获得全口径微透镜形成的远场光斑图像。
文档编号G03F7/20GK103217872SQ201310139490
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月19日 优先权日2013年4月19日
发明者肖艳芬, 朱菁, 杨宝喜, 胡小邦, 张方, 黄惠杰, 李璟, 陈明 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所