[发明专利]一种光瞳测量装置及图像处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光刻曝光系统，且特别涉及光刻曝光系统中的一种光瞳测量装置及图像处理方法。

背景技术

在光刻曝光系统中，对图像质量起关键作用的两个因素是分辨率和焦深。所以既要获得更好的分辨率来形成关键尺寸的图形，又要保持合适的焦深。离轴照明技术可以提高焦深并且提高了分辨率。当今先进的光刻工艺要求使用离轴照明技术，包括环形照明、双极照明、四极照明等。通过合理的选择与曝光图案相匹配的光瞳形貌可以最大限度的提高工艺窗口，这就要求照明系统具有可调节的光瞳形貌。

光刻照明系统通过DOE(Diffraction Optical Element)来产生光瞳平面内光束的空间强度分布，具体的实现方式，请参看中国专利CN1474235。该专利提供了一种光刻照明装置，该装置采用衍射片、变焦透镜组、一对凹凸互补的旋转三棱镜来产生连续可变的照明光瞳，这种方法在改变照明光瞳形貌时可以不损失光能。衍射光学元件DOE可以对入射的平行光进行相位调制，使光束偏折以在远场形成所需的诸如二极、四极等照明光瞳形貌。

由以上描述可知，衍射光学元件、变焦透镜组和旋转三棱镜是产生照明光瞳形貌的关键器件，衍射光学元件可以用二元光学的方法来实现，它对光束产生衍射作用，使照明光瞳形成所需的照明形貌；变焦透镜组的焦距可变，这样可以形成可调的照明相干因子；旋转三棱镜通过调节两个三棱镜的距离可以产生内外环可变的环形照明。

光刻曝光时要求具有理想的照明光瞳形貌，实际中，由于衍射光学元件的设计质量、照明系统的装调误差等原因，可能会引起照明光瞳质量变差。图1说明了由于光束指向和照明系统的光轴有夹角时，会导致旋转三棱镜所产生的环形照明的环不同心。

以上所说的光瞳质量具体是指，衍射光学元件所产生的实际光瞳形貌和设计值之间的差异，光刻照明系统中照明光瞳质量主要包括x方向光瞳均匀性，y方向光瞳均匀性，和四极方向光瞳均匀性，另外，还有环形照明光瞳内外环的同心性等。x和y方向光瞳均匀性，分别是针对x方向和y方向上的二极照明，是指二极照明的两极照明强度之间的差异，如图2所示。如果照明光瞳有x或y方向的光瞳不均匀，这将导致在离焦的情况下光刻成像的位置偏差，并会对套刻精度产生影响，而四极方向光瞳均匀性是指照明光瞳在四个象限的光瞳能量差异，四极方向光瞳的非均匀性，将会导致在刻接触孔形状时，会产生光刻线条的椭圆性，另外，光瞳质量还包括单个极本身的照明均匀性。

发明内容

为了克服已有技术中光刻曝光系统的光瞳质量检测不方便的问题，本发明提供一种能够方便检测光瞳质量的光瞳测量装置及图像处理方法

为了实现上述目的，本发明提出一种光瞳测量装置，包括：傅里叶透镜；进光孔，位于所述傅里叶透镜一侧的焦面上；电荷耦合器件，位于所述傅里叶透镜另一侧的焦面上；图像处理系统，和所述电荷耦合器件相连。

可选的，所述光瞳测量装置和一控制台相连，由所述控制台控制所述光瞳测量装置的运动。

可选的，所述光瞳测量装置在光路方向上放置于一投影物镜的一侧。

可选的，所述投影物镜的另一侧放置一掩膜板或一光瞳测试掩膜板。

可选的，所述光瞳测试掩膜板上分布多个小孔。

可选的，相邻所述小孔之间的距离相等。

可选的，所述小孔的形状是圆形、方形或三角形。

为了实现上述目的，本发明还提出一种光瞳图像处理方法，包括如下步骤：判断所述光瞳的类型；确定所述光瞳图像的中心；计算所述光瞳的能量；计算所述光瞳椭圆度、极平衡性或同心性。

可选的，上述方法还包括一步进扫描过程，测量装置在像面的二维方向步进扫描，分别测量掩膜上多个小孔的光瞳质量，评估其对光刻线条均匀性的影响。

可选的，所述光瞳的类型包括圆孔照明光瞳、二极照明光瞳、四极照明光瞳和环形照明光瞳。

本发明所述的一种光瞳测量装置及图像处理方法的有益效果主要表现在：本发明提供的光瞳测量装置可以在线的测量照明光瞳的光瞳质量，本发明提供的光瞳图像处理方法可以利用光瞳的形貌诊断光学系统的设计质量和装调误差。

附图说明

图1为光刻曝光系统的结构示意图；

图2为本发明光瞳测量装置的结构示意图；

图3为本发明掩膜板的结构示意图；

图4为本发明面阵CCD上测量的环形照明光瞳面示意图；

图5为本发明光瞳测量装置进行光瞳测试的示意图；

图6为本发明计算光瞳椭圆性所用的模板示意图；

图7为本发明的二级照明光瞳形貌示意图；