[发明专利]一种光刻机投影物镜波像差在线检测装置及方法

权利要求书

1.一种光刻机投影物镜波像差在线检测装置，其特征在于包括以下组成部件：

(1)漫射体

集成在物方掩模板上，用于均匀照明投影物镜光瞳及扩大投影物镜光瞳照明区域；

(2)物方掩模板

在物方掩模板上，设有一个尺寸大于光刻机照明系统衍射极限分辨率的方孔，用于选择测量视场点及提高光强透过率；

(3)像方掩模板

用于所述装置系统误差的校准；

像方掩模板包括一个方孔，尺寸略大于所述物方掩模板上方孔在所述光刻物镜像面上的像的尺寸；

(4)准直物镜：用于将投影物镜的出瞳共轭到有限远处，即共轭到光电探测器面上；

(5)剪切装置：用于实现光波的剪切；

剪切装置包括一个二维位相光栅，将经过所述准直物镜的平面波剪切成(+1，+1)、(+1，-1)、(-1，-1)及(-1，+1)四束衍射光波；

(6)轴向调节装置：沿光轴方向移动光栅，从而实现剪切比的改变；

(7)光电探测器：用于采集所述四束衍射光波的干涉条纹；

(8)存储器：用于保存光电探测器所采集的干涉条纹强度信息、投影物镜在物方掩模板上方孔规定的视场点未经标定的波像差、系统误差校准结果、各个视场点未经标定的波像差测量结果、系统误差校准后的投影物镜全视场波像差，以及投影物镜各个补偿器的调节量；

(9)运算器：用于根据存储器中数据计算装置系统误差，各个视场点未经标定的波像差，系统误差校准后的投影物镜全视场波像差，以及投影物镜中各个补偿器的调整量；

(10)控制器：用于控制物方工件台和像方工件台改变所测量的投影物镜的视场点，根据存储器中投影物镜各个补偿器调整量调整补偿器来校正像差；

上述各组成部分的位置与连接关系如下：

漫射体集成在物方掩模板上；物方掩模板位于投影物镜的物面，并由光刻机中的物方工件台固定支撑和驱动；物方掩模板的方孔始终处于光刻机投影物镜的视场范围之内，方孔所在位置即为本发明装置所测量的投影物镜的视场点；

像方掩模板位于投影物镜的像面，并由光刻机中的像方工件台支撑和驱动；当在线检测投影物镜波像差时，所述像方掩模板上的方孔与所述物方掩模板上的方孔在所述光刻物镜像面上的像对准，此时获得的波像差信息包括投影物镜波像差W_po和干涉仪的系统误差W_is；当进行系统误差校准时，纵向调节光刻机中的像方工件台的位置，使所述物方掩模板上的方孔在所述光刻物镜离焦像面上的像的尺寸远大于所述像方掩模板上的方孔的尺寸，此时获得的波像差信息只包括干涉仪系统误差W_is；

准直物镜位于投影物镜的像面之后，且准直物镜的物方焦平面与投影物镜的像面重合；准直物镜为物方远心结构，将投影物镜的出瞳共轭到有限远处；

剪切装置位于投影物镜与所述光电探测器之间，并由轴向调节装置固定支撑，轴向调节装置带动剪切装置沿着光轴方向进行移动，实现剪切比的连续可调；

光电传感器位于光刻投影物镜的出瞳共轭面处；

存储器分别同光电传感器、运算器、控制器相连接；控制器分别同轴向调节装置、掩模工件台、硅片工件台以及投影物镜补偿器及照明系统相连接。

2.如权利要求1所述的一种光刻机投影物镜波像差在线检测装置，其特征在于，所述物方掩模板上方孔的尺寸与光电探测器中形成的干涉图在x，y方向的对比度关系为：V_x＝V_y＝sin(4πzam^×/pf)/(4πzam^×/pf)，其中，a为方孔的尺寸，m^×为投影物镜的缩小倍率，f为准直物镜204的物方焦距，p为剪切装置的周期；z为剪切装置到光电探测器的距离。

3.如权利要求2所述的一种光刻机投影物镜波像差在线检测装置，其特征在于，方孔尺寸的取值范围为：pf/8zm^×≤a＜pf/4zm^×。

4.如权利要求1所述的一种光刻机投影物镜波像差在线检测装置，其特征在于，所述剪切装置相邻透光部分的位相差异为π，且光栅透光部分的尺寸大小为光栅周期的1/3。

5.一种使用权利要求1所述装置进行光刻机投影物镜波像差的检测并标定该装置系统误差的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、调节照明系统，使曝光光源发出的光束在投影物镜物方视场范围内均匀的照明集成有漫射体物方掩模板；使用控制器驱动光刻机的物方工件台，调节物方工件台的位置，使位于物方工件台上的物方掩模板位于投影物镜的物面处；照明系统的出射光束均匀照明集成有漫射体的物方掩模板上的方孔，用于选择测量视场点；

步骤二、对投影物镜视场中物方掩模板的方孔所在视场点进行波像差在线检测，并将测量结果保存到存储器中；使用控制器驱动像方工件台，调节像方工件台的位置，使位于像方工件台上的像方掩模板位于投影物镜的像面处且像方掩模板上的方孔与物方掩模板上的方孔经投影物镜所成的像进行对准；同时，调节准直物镜的轴向位置，使准直物镜的物方焦点与位于像方掩模板上的方孔对准；轴向调节剪切装置的位置至所期待的位置；利用光电探测器探测干涉图并保存到存储器中，并利用运算器对保存的干涉图进行处理；此时获得的37项Zernike多项式表示的波像差包括投影物镜的波像差W_po以及本装置引起的系统误差W_is，将其存储在存储器中；

步骤三、对本装置进行系统误差校准，即，在步骤二的基础上，使用控制器驱动像方工件台，调节像方工件台的轴向位置，使所述物方掩模板上的方孔在所述光刻物镜离焦像面上的像的尺寸远大于所述像方掩模板上的方孔的尺寸；利用光电探测器探测干涉图并保存到存储器中，并利用运算器对保存的干涉图进行处理，此时获得的37项Zernike多项式表示的波前信息仅指本发明装置引起的系统误差W_is，将其存储在存储器中；

经步骤二和步骤三的两次测量，即可得到投影物镜在此视场点的波像差；

步骤四、通过控制器移动物方工件台来改变物方掩模板上的方孔的位置，在此基础上，通过控制器移动像方工件台，使像方掩模板位于投影物镜的像面处且像方掩模板上方孔与物方掩模板上的方孔经投影物镜所成的像进行对准，从而改变所测量的投影物镜的视场点；然后，调节准直物镜、剪切装置及光电探测器的位置至所期待的位置处，对新视场点进行未经系统误差校准的波像差在线检测，并将测量结果保存在存储器中；

步骤五、在步骤四的基础上，重复步骤三，通过两次测量从而得到新视场点的波像差W′_po，并将测量结果保存在存储器中；

重复步骤四及步骤五，直至完成投影物镜全视场波像差的测量，并将结果保存在存储器中；运算器根据投影物镜全视场波像差利用敏感度矩阵计算投影物镜中各个补偿器的调节量，并存入存储器；控制器根据存储器中各个补偿器的调节量计算结果，自动调整投影物镜中各个补偿器，从而完成投影物镜的波像差校正及控制。