[发明专利]光刻机投影物镜波像差在线检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及投影光学系统的光学性能检测方法，特别涉及光刻机投影物镜波像差在线检测方法。

背景技术

大规模集成电路的制备过程中使用投影曝光装置，将掩模上的图案经过投影物镜缩小投影在涂有光刻胶的硅片上。随着相移掩模、离轴照明等分辨率增强技术的应用，工艺因子正在逐渐逼近工艺的极限，对特征尺寸的控制和套刻精度的要求越来越高。投影物镜的波像差，特别是其中的高级像差，对特征尺寸控制误差的影响越来越突出。因此，有必要开发投影物镜波像差的在线检测装置，进行快速、高精度的波像差在线检测和校正。

传统的投影物镜像差测量方法，通常将测试掩模板上特定的图案成像在投影物镜的像面上，采用扫描电子显微镜测量显影在硅片上的像，根据测量结果计算得到投影物镜的像差数据。这种方法需要对硅片进行显影，因此测量时间较长，并且由于测量过程中涂胶、显影等工艺的误差，测量精度较低。为了避免这些问题，人们提出了利用干涉测量的方法，在光刻机上配置干涉仪，对投影物镜的波像差进行在线检测。国际上主流的光刻设备供应商采用的干涉测量方法包括，点衍射干涉仪(Point Diffraction Interferometer，PDI)、狭缝衍射干涉仪(Line Diffraction Interferometer，LDI)以及剪切干涉仪(Lateral ShearingInterferometer，LSI)等等。前述干涉测量的方法具有检测速度快、精度高、测量重复性好等优点；并且可以集成在光刻机系统中，进行投影物镜的全视场波像差在线检测，得到各个视场点36项Zernike系数表示的波像差；并根据检测得到的各视场点36项Zernike系数，进行波像差的在线校正和控制。前述干涉测量方法是今后光刻机投影物镜波像差检测技术的主要发展方向。

在美国专利2006/0262323中提出，在光刻机上安装PDI或LDI，对投影物镜的波像差进行在线检测。前述专利中，PDI的测量原理是，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；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，计算出多项36项Zernike系数表示的投影物镜波像差。前述专利中，LDI与PDI的原理相似，采用狭缝代替圆孔，利用狭缝对投影物镜出射光束发生衍射作用，在空间一维方向上产生理想球面波作为参考波；参考波同窗口透射的携带投影物镜波像差信息的测试波发生干涉，形成干涉条纹；通过空间正交方向上的两次测量，得到正交方向上的两幅干涉图；利用相位提取、相位展开和波面拟和等干涉条纹处理算法，计算出36项Zernike系数表示的投影物镜波像差。

采用前述专利中的PDI或LDI干涉测量方法检测投影物镜波像差，由于利用尺寸小于前述投影物镜衍射极限分辨率的圆孔或狭缝滤波，导致系统光强透过率较低，干涉条纹的对比度较差，干涉图中噪声较大。这样会严重影响前述干涉条纹处理算法的精度，导致计算得到的36项Zernike系数表示的投影物镜波像差重复精度下降。前述专利中采用莫尔条纹法进行干涉条纹的处理，这种方法利用计算机模拟出载波频率与采集得到的干涉图相同，并且具有固定相位差的多幅模拟干涉图进行移相计算，实际上属于一种单幅干涉图处理技术，检测速度较快。

移相干涉术(Phase Shifting Interferometry，PSI)是将通讯理论中的同步相位探测技术引入干涉测量中，通过移相装置的步进在干涉仪的两相干光之间引入有序的相移，进行多幅干涉图的采样可以极大地抑制干涉图中噪声的影响，在干涉条纹对比度不好的情况下，也可以达到较高的重复测量精度。但是PSI需要控制移相装置步进采集多幅干涉图，检测速度相对较慢。傅立叶变换法(Fourier Transform Method，FTM)是一种频域干涉条纹处理方法，测量精度较高，而且只需要一幅载波图，检测速度较快，非常适合进行在线检测。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：提供一种快速、高精度的投影物镜波像差在线检测方法。