利用斐索干涉仪检测大口径元件膜厚均匀性的方法与流程

本发明涉及大口径元件镀膜检测技术领域，尤其涉及一种利用斐索干涉仪检测大口径元件膜厚均匀性的方法。

背景技术：

半导体工业的发展为光刻技术提出了更高的需求，为了提高光刻系统的分辨率，曝光光源的波长不断减小，同时投影物镜的数值孔径(NA)不断增大。以目前主流的193nm ArF准分子激光光刻为例，已经连续突破90nm，65nm和45nm节点，使用二次曝光技术，可以实现32nm的分辨率。为了提高投影物镜的数值孔径，必须使用较多大口径、大口径/曲率半径的球面和非球面元件，而为保障大口径元件表面膜系的一致性，需在镀膜过程中使用膜厚修正挡板，为实现元件表面接近100％的膜厚均匀性，需要多次实验对膜厚挡板进行修调。通常采用金属夹具仿照真实元件的面形，在金属夹具上若干个测试片，通过测量不同位置的测试片的厚度间接获得元件表面的膜厚分布并参考该膜厚分布对膜厚挡板进行修调，但该方法并不能完全准确反映真实元件的情况，尤其对膜厚均匀性要求极高的元件，最后的膜厚均匀性还是需要对真实元件进行测量。

技术实现要素：

本发明旨在解决现有技术中对大口径元件膜厚均匀性的检测并不能完全准确反映真实元件情况的技术问题，提供了一种利用斐索干涉仪检测大口径元件膜厚均匀性的方法，为进一步提高元件膜厚均匀性提供了指导方向。

本发明的实施例提供了一种利用斐索干涉仪检测大口径元件膜厚均匀性的方法，包括以下步骤：

对所述大口径元件进行预处理，消除大口径元件内部残余应力；

静置第一预设时间后，利用斐索干涉仪对大口径元件进行面形测量，并标记为初始面形W1；

为大口径元件进行镀膜；

静置第二预设时间后，利用斐索干涉仪再次对镀膜后的大口径元件进行面形测量，并标记为测试面形W2；

利用公式ΔW＝W2-W1得到镀膜引起的元件面形改变量ΔW，

利用面形改变量ΔW对膜厚修正挡板进行优化。

进一步地，对所述大口径元件进行预处理，消除大口径元件内部残余应力的步骤，具体为：

采用超声波清洗机对所述大口径元件进行清洗或采用加热退火的方法对大口径元件进行处理以消除其内部残余应力。

进一步地，静置第一预设时间后，利用斐索干涉仪对大口径元件进行面形测量，并标记为初始面形W1的步骤具体包括：

当第一预设时间达到时，利用斐索干涉仪对大口径元件进行至少两次面形测量；

比较至少两次的面形测量结果是否一致，若是，则记录为初始面形W1，若否，则重复上述步骤。

进一步地，为大口径元件进行镀膜的步骤具体包括：

采用具有行星转动系统的镀膜机在所述大口径元件表面镀制膜系，；

进一步地，在利用公式ΔW＝W2-W1得到镀膜引起的元件面形改变量ΔW的步骤之后，利用面形改变量ΔW对膜厚修正挡板进行优化的步骤之前，还包括步骤：

根据实际采用的膜厚修正挡板计算真实元件的膜厚分布，并通过数值计算将膜厚分布转化为面形数据Wt；

比较面形改变量ΔW与面形数据Wt的相关性。

进一步地，静置第二预设时间后，利用斐索干涉仪再次对镀膜后的大口径元件进行面形测量，并标记为测试面形W2的步骤具体包括：

当第二预设时间达到时，利用斐索干涉仪对大口径元件进行至少两次面形测量；

比较至少两次的面形测量结果是否一致，若是，则记录为测试面形W2，若否，则重复上述步骤。

进一步地，利用公式ΔW＝W2-W1计算所述镀膜引起的元件面形改变量ΔW之前，对准所述初始面形与所述测试面形中的预设标记点。

进一步地，镀膜时采用膜厚修正挡板将大口径元件表面物理厚度调整至接近100％。

进一步地，采用蒸发或者溅射方法为大口径元件镀膜。

进一步地，所述第一预设时间及所述第二预设时间均不小于24h。

本发明的技术方案与现有技术相比，有益效果在于：本发明利用斐索干涉仪检测大口径元件膜厚均匀性，通过镀膜前后分别测量大口径元件的表面面形，将元件两次面形数据相减得到镀膜引起的面形改变量，精确反映了元件的膜厚均匀性水平，为膜厚修正挡板的优化提供了正确的方向。

附图说明

图1为本发明利用斐索干涉仪测量大口径元件表面面形的原理；

图2为本发明一种实施例的利用斐索干涉仪检测大口径元件膜厚均匀性的方法流程图。

图中，1-标准镜组；2-标准参考面；3-被测球面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

利用斐索干涉仪测量大口径元件的表面面形，它是一种非接触的测量方法，具有共光路的优点，已成为元件面形检测的重要手段。

如图1所示，斐索干涉仪发出的平面波经过标准镜组1后形成球面波。该球面波一部分由标准参考面2原路反射回干涉仪，形成参考波面。另一部分射向被测球面3，调整被测球面3使其与参考面2同心，使被测球面反射的测试波面同样能够原路返回干涉仪与所述参考波面进行干涉，由于测试波面携带了待测元件表面的面形信息，通过数据处理即可以得到元件的表面面形。

镀膜过程对元件的影响表现在元件面形的改变，通过适当的镀膜工艺可以将其他因素的影响消除，使膜厚均匀性为镀膜前后面形变化的主要影响因素，因此通过测量元件面形的变化，即可得到元件表面的膜厚均匀性情况。

镀膜过程引起的面形的改变包括元件应力变化、膜厚均匀性及膜层应力等的影响。镀膜前预处理消除元件内部应力，而膜层应力对元件面形的影响主要为离焦量，可以被补偿，去除离焦量(Power)后其残余像差很小，因此将镀膜前后元件面形改变量主要对应了元件的膜厚均匀性水平。

本发明实施例提供的利用斐索干涉仪检测大口径元件膜厚均匀性的方法，包括以下步骤：

步骤S100，对所述大口径元件进行预处理，消除大口径元件内部残余应力；

步骤S200，静置第一预设时间后，利用斐索干涉仪对大口径元件进行面形测量，并标记为初始面形W1；

步骤S300，为大口径元件进行镀膜；

步骤S400，静置第二预设时间后，利用斐索干涉仪再次对镀膜后的大口径元件进行面形测量，并标记为测试面形W2；

步骤S500，利用公式ΔW＝W2-W1得到镀膜引起的元件面形改变量ΔW，

步骤S600，利用面形改变量ΔW对膜厚修正挡板进行优化。

在步骤S100中，优选地，采用超声波清洗机对所述大口径元件进行清洗并消除其内部残余应力，本实施例中也可以采用加热退火的方式来消除大口径元件的内部残余应力。

步骤S200中，当第一预设时间达到时，利用斐索干涉仪对大口径元件进行至少两次面形测量；

比较至少两次的面形测量结果是否一致，若是，表明大口径元件静置至面形不再发生变化，此时记录为初始面形W1，若否，则表示大口径元件内部的残余应力还没有完全消除，需要再进行静置后，重新进行测量。

本实施例中，所述第一预设时间优选为24小时。第一预设时间也可以大于24小时，具体可根据实际情况进行确定。

在所述步骤S300中，为大口径元件进行镀膜的步骤具体为：

采用具有行星转动系统的镀膜机在所述大口径元件表面镀制减反膜系；

其中，膜系结构为基底/LHL/空气，L为低折射率材料MgF₂，H为高折射率材料LaF₃，镀膜时基底温度为300℃。

前期实验测试结果表明该氟化物减反膜系的应力在300-500MPa之间，取500Mpa作为膜层应力输入，将元件镀膜时的工况作为约束条件，采用有限元分析，得到膜层应力导致的元件面形改变量，经过去除离焦量(Power)后其均方根值(RMS)改变很小，可以忽略不计。

因此，在所述步骤S400中，具体地：

当第二预设时间达到时，利用斐索干涉仪对大口径元件进行至少两次面形测量；

比较至少两次的面形测量结果是否一致，若是，则记录为测试面形W2，若否，则重复上述步骤。

这样就可以有效保证膜层应力导致的元件面形变形量可以忽略不计。本实施例中，所述第二预设时间也优选为24h。第二预设时间也可以大于24小时，具体可根据实际情况进行确定。

进一步地，在所述步骤S500之后，步骤S600之前，还包括步骤S550：

根据实际采用的膜厚挡板计算真实元件的膜厚分布，并通过数值计算将膜厚分布转化为面形数据Wt；

比较面形改变量ΔW与面形数据Wt的相关性。从而可以得到本发明技术方案对膜厚均匀性检测的有效性。

上述实施例中，在利用公式ΔW＝W2-W1计算所述镀膜引起的元件面形改变量ΔW之前，首先需要对准所述初始面形与所述测试面形中的预设标记点，以此保障相减后得到相同位置镀膜前后的变化量。同时，镀膜时采用膜厚修正挡板将大口径元件表面物理厚度调整至接近100％。同时，优选地，本实施例中，大口径元件面形检测的复现性(包含元件支撑引入的复现性)优于0.3nm。

进一步地，镀膜时，采用蒸发或者溅射方法为大口径元件镀膜，有效保证制备的膜系在斐索干涉仪测量波长下反射率>1％；

下面以典型凸面元件口径为252mm，曲率半径为200mm的大口径元件为例，来进一步描述本发明的利用斐索干涉仪检测大口径元件膜厚均匀性的方法。

步骤一，采用超声波清洗机对该大口径元件进行清洗并消除其内部应力，将元件静置24h后采用斐索干涉仪测量其面形W1。

步骤二，设计针对该凸面元件的膜厚修正挡板，使元件表面膜厚均匀性优于95％。

步骤三，采用具有行星转动系统的Leybold Syruspro1110镀膜机该元件表面镀制193nm减反膜系，膜系结构为基底/LHL/空气，L为低折射率材料MgF₂，H为高折射率材料LaF₃，膜层总厚度为98.1nm，镀膜时基底温度为300℃。

步骤四，镀膜元件静置24h后再次采用斐索干涉仪测量其面形W2，利用公式ΔW＝W2-W1得到镀膜引起的元件面形改变量，相减时需将元件两次面形数据的标记点对准，保障相减后得到相同位置镀膜前后的变化量。

通过前期验证得到氟化物减反膜系的应力在300～500MPa之间，取500Mpa作为膜层应力输入，将元件镀膜时的工况作为约束条件，采用有限元分析，得到膜层应力导致的元件面形改变量为25.671nm，去除Power后其RMS改变仅为0.08nm，可以忽略不计。

步骤五，根据实际采用的膜厚挡板计算真实元件的膜厚分布，并通过数值计算将膜厚分布转化为面形数据Wt，镀膜后面形变化的实测结果RMS为0.440nm，而膜厚对面形影响的理论计算结果RMS为0.463nm，且Wt与ΔW结果具有极高的相似性，说明Wt与ΔW存在较强的相关性，同时证明了该方法验证膜厚均匀性的有效性。

步骤六，利用面形改变量ΔW对膜厚修正挡板进行优化。

本发明的有益效果是：以上实施例的测量结果说明了镀膜过程对真实元件面形的影响，并通过与理论计算结果对比，验证了面形变化量与膜厚均匀性的紧密联系，为膜厚修正挡板的优化提供了正确的方向。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。