专利名称：光刻机透镜像差的检测装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体制造中光刻机设备的检测和监控方法。
背景技术：
在半导体制造中，光刻是图形转移的关键性技术，光刻工艺的控制精 度和分辨能力直接决定了半导体制造的技术能力。在影响光刻工艺的众多 因素中，光刻机透镜的质量是根本性的因素，成像的好坏由透镜直接决定。
对于光学镜头，由于现有工艺技术和材料设备的限制，实际透镜的必 然存在着像差，像差是决定透镜好坏的关键指标之一。常见的像差主要有 球差(透镜边缘和中间聚焦不统一)，慧差(透镜左右上下聚焦不统一)，
像散(透镜沿x轴、y轴方向聚焦不统一)等。
镜头的好坏一方面是在镜头生产过程中决定的，另一方面在使用过程 中，随着时间的推移和不断的使用高功率激光曝光，镜头会产生老化、劣 化，从而影响最终成像质量并进一步影响产品硅片上关键尺寸的控制能力。 因此透镜像差的检测被列为光刻机日常检测和监控的项目之一，当透镜像 差超出一定规格时，就需要光刻机厂商对镜头进行光路调整或镜头重新抛 光加工。
请参阅图1，现有的光刻机透镜像差的检测方法包括如下步骤
第1步，对光刻机的透镜使用特定的测试光罩进行曝光；
第2步，根据不同的像差测量项目选用不同的测量图形，通过SEM(电子扫描显微镜)进行测量并收集数据；
第3步，通过模型拟合得到不同测量图形所对应的光刻机透镜像差。
上述方法需要使用特定的测试光罩，需要对硅片进行曝光，还需要使 用SEM进行测量，最后更需要工程师根据模型进行计算，整个过程花费时 间较长，成本较高，而且一次只能得到像差中的一个测量项目的结果。如 果需要测量所有的透镜像差项目，需要使用不同的测试图形重复上述步骤， 这要花费很长的时间，因此现有的方法大大制约了透镜像差监控的频率。 实际的半导体企业， 一般半年或一年才会检测一次光刻机透镜像差，这不 利于及时发现光刻机设备的透镜问题。
同时现有的方法通过某些特定的测试图形测量透镜像差，这并不能保 证透镜的所有部分都可以被检测到，往往对于不同工艺的测试图形得到不 同的像差结果，同时透镜局部区域的缺陷很难被发现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光刻机透镜像差的检测装置， 该装置可简单、方便地检测光刻机透镜像差。为此，本发明还要提供一种 光刻机透镜像差的检测方法。
为解决上述技术问题，本发明光刻机透镜像差测量装置包括
一入射光发生装置，发射入射光；
一成像透镜，选取所述光刻机的主透镜；
一光栅和一硅片平台，分别放置在所述透镜的光路两侧；
一检测器，集成在所述硅片平台上，测量通过所述透镜的折射光在所述硅片平台上形成的焦点的位置、形状、大小和焦距。
本发明采用上述装置对光刻机透镜像差进行检测的方法包括如下步
骤
第1步，开启入射光发生装置，入射光照射到光栅上，通过光栅的衍 射光或反射光照射到透镜上，通过透镜的折射光照射到硅片平台上；
第2步，调整所述硅片平台和所述透镜的距离、位置，直至所述折射 光在所述硅片平台上形成焦点；
第3步，所述硅片平台上集成的检测器测量所述焦点的位置、形状、 大小和焦距并判断是否符合要求；
第4步，沿X轴、Y轴和/或Z轴转动所述光栅，使所述衍射光或反射 光照射到所述透镜的不同位置，重复第1步至第4步。
本发明无须使用光罩，无须进行曝光、也无须测量硅片，即可测量光 刻机透镜像差。并且，本发明可对透镜的所有位置进行检测，可以一次性 得到所有的主要像差的结果。与现有的需要用不同测试图形检测透镜像差 的方法，本发明大大縮短了检测时间，同时简化了检测步骤，提高对设备 的监控能力，保障了半导体制造的光刻工艺始终处于较高的技术水平，保 障了产品制造的良品率和光刻机设备的利用效率。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明 图1是现有的光刻机透镜像差的测量方法流程图； 图2是本发明光刻机透镜像差的测量方法流程图；图3是本发明采用透射光栅测量光刻机透镜相差的示意图； 图4是本发明采用反射光栅测量光刻机透镜相差的示意图； 图5是闪耀光栅和普通反射广设的对比示意图。
图中附图标记为IO —透射光栅；ll一反射光栅；110 —普通反射光栅； lll一闪耀光栅；20 —透镜；30 —硅片平台；l一入射光；2 —衍射光；3 —
反射光；4一折射光。
具体实施例方式
请参阅图3 (b)，本发明光刻机透镜像差的检测装置包括 一入射光发生装置(未图示)，发射入射光l; 一成像透镜20，选取光刻机的主透镜；
一透射光栅10和一硅片平台30，光栅10与硅片平台30分别放置在透 镜20的光路两侧；
一检测器(未图示)，集成在硅片平台30上，测量通过透镜20的折射 光在硅片平台30上形成的焦点的位置、形状、大小和焦距。
请参阅图4(b)，这是本发明光刻机透镜像差的检测装置的另一实施例， 其与图3的区别就在于以一反射光栅11取代了透射光栅10。这样通过反 射光栅11的反射光3就取代了通过透射光栅10的衍射光2。
图3 (a)和图4 (a)还显示了一个以光栅10的中心为原点的三维坐 标系，其中的X轴、Y轴所形成的XY平面与透镜20、硅片平台30呈平行 位置。并且，光栅10的中心、透镜20的中心、硅片平台30的中心均在三 维坐标系的Z轴上(三点共线)。光栅10可以沿三维坐标系的X轴、Y轴、Z轴自由转动。 请参阅图2、图3 (b)、图4 (b)，本发明光刻机透镜像差的检测方法 包括如下步骤
第1步，开启入射光发生装置(未图示)，入射光1照射到光栅10或 11上，通过光栅10的衍射光2或通过光栅11的反射光3照射到透镜20上， 通过透镜20的折射光4照射到硅片平台30上；
第2步，调整硅片平台30和透镜20之间的距离和相互位置，直至折 射光4在硅片平台30上形成清晰、明亮的焦点(未图示)；
第3步，硅片平台30上集成的检测器(未图示)测量焦点的位置、形 状、大小和焦距，并判断是否符合规范要求；
第4步，沿X轴、Y轴和/或Z轴转动光栅10，使衍射光2或反射光3 照射到透镜20的不同位置，重复第1步至第4步。
所述方法的第4步中，衍射光2或反射光3至少照射到透镜20的所有 待测位置；所述方法的第3步中，检测器至少测量并判断通过透镜20的所 有待测位置的焦点的形状、大小和焦距。
请参阅图5，本发明除了可以使用普通的反射光栅IIO，还可以使用闪 耀光栅111。这样，本发明既可以使用通过普通反射光栅110的0级光强(最 强光强)作为照射到透镜20上的反射光3，还可以使用通过闪耀光栅111 的O级光强(次强光强)作为照射到透镜20上的反射光3。
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权利要求
1.一种光刻机透镜像差检测装置，其特征是所述装置包括一入射光发生装置，发射入射光；一成像透镜，选取所述光刻机的主透镜；一光栅和一硅片平台，分别放置在所述透镜的光路两侧；一检测器，集成在所述硅片平台上，测量通过所述透镜的折射光在所述硅片平台上形成的焦点的位置、形状、大小和焦距。
2. 根据权利要求1所述的光刻机透镜像差检测装置，其特征是以所 述光栅中心为原点建立一个三维坐标系，其中的X轴、Y轴所形成的XY平 面与所述透镜、所述硅片平台呈平行位置。
3. 根据权利要求1所述的光刻机透镜像差检测装置，其特征是所述 光栅中心、所述透镜中心、所述硅片平台中心均在所述三维坐标系的Z轴 上。
4. 根据权利要求1所述的光刻机透镜像差检测装置，其特征是所述 光栅沿所述三维坐标系的X轴、Y轴、Z轴自由转动。
5. 根据权利要求4所述的光刻机透镜像差检测装置，其特征是所述光栅为透射光栅或反射光栅，所述反射光栅包括闪耀光栅。
6. —种如权利要求1所述的光刻机透镜像差检测装置对光刻机透镜像差进行检测的方法，其特征是所述方法包括如下步骤第1步，开启入射光发生装置，入射光照射到光栅上，通过光栅的衍射光或反射光照射到透镜上，通过透镜的折射光照射到硅片平台上；第2步，调整所述硅片平台和所述透镜的距离、位置，直至所述折射光在所述硅片平台上形成焦点；第3步，所述硅片平台上集成的检测器测量所述焦点的位置、形状、 大小和焦距并判断是否符合要求；第4步，沿X轴、Y轴和/或Z轴转动所述光栅，使所述衍射光或反射 光照射到所述透镜的不同位置，重复第1步至第4步。
7. 根据权利要求6所述的光刻机透镜像差的检测方法，其特征是所 述方法的第4步中，所述衍射光或反射光至少照射到所述透镜的所有待测 位置；所述方法的第3步中，所述检测器至少测量并判断通过所述透镜的 所有待测位置的焦点的形状、大小和焦距。
8. 根据权利要求6所述的光刻机透镜像差的检测方法，其特征是所 述方法的第1步中，通过光栅的衍射光或反射光的最强光强、次强光强或 再次强光强照射到透镜上，通过透镜形成折射光。
全文摘要
本发明公开了一种光刻机透镜像差的检测方法，包括第1步，开启入射光发生装置，入射光照射到光栅上，通过光栅的衍射光或反射光照射到透镜上，通过透镜的折射光照射到硅片平台上；第2步，调整所述硅片平台和所述透镜的距离、位置，直至所述折射光在所述硅片平台上形成焦点；第3步，所述硅片平台上集成的检测器测量所述焦点的位置、形状、大小和焦距并判断是否符合要求；第4步，沿X轴、Y轴和/或Z轴转动所述光栅，使所述衍射光或反射光照射到所述透镜的不同位置，重复第1步至第4步。本发明还公开了与上述方法对应的检测装置，本发明可实现自动检测、监控光刻机透镜像差，对于提高产品良品率，设备的利用效率都有帮助。
文档编号G03F7/20GK101634808SQ20081004365
公开日2010年1月27日 申请日期2008年7月21日 优先权日2008年7月21日
发明者雷 王 申请人:上海华虹Nec电子有限公司