[发明专利]一种用于小孔标定的检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，特别涉及一种用于小孔标定的检测装置及方法。

背景技术

高精度干涉仪表面测量变得越来越重要，不但在传统的光学制造领域，而且在像光盘面或者半导体晶体面这样的新领域。pv值在亚纳米范围的检测精度要求越来越多。随着现代工业和科学技术的飞速发展，特别是近代大规模集成电路技术的不断提高，对系统的精度要求日益提高。在光刻系统中，越来越短的波长要求要求我们使用更高精度的光刻物镜。在这之前我们需要更高精度的检测技术来满足加工及系统集成的需要。光学面形高精度检测技术是极大规模集成电路及成套设备制造工艺中关键技术之一。对于在纳米级的面形检测目前主要有采用绝对测量斐索光路的干涉法和点衍射干涉法两种。在斐索干涉仪的基础上应用绝对测量技术，可以移除斐索干涉仪参考面的误差，从而提高干涉仪的测量精度。点衍射干涉仪是利用小孔衍射产生标准参考球面波来进行干涉测量，另外点衍射干涉仪也可以结合绝对测量的方法，来移除小孔不理想造成的测量误差。

点衍射干涉仪(Point Diffraction Interferometer，PDI)的提出解决了高精度测量中参考面加工的难题，其主要特点在于不采用传统的参考面，而从波动光学的观点出发，利用小孔衍射来产生理想参考球面波，从而消除了参考面加工水平对测量精度的限制，使面向亚纳米量级的高精度测量成为可能。

1933年，W.Linnk首次提出可以用小孔衍射产生的理想球面波作为干涉仪的参考波面，形成了点衍射干涉仪理论的雏形，但由于受到当时技术水平的限制，并没有真正应用到测量上。1975年，R.N.Smartt和W.H.Steel在其发表的文章中正式阐述了点衍射干涉仪的原理及其应用，奠定了现代点衍射干涉仪发展的基础。他们所发明的点衍射干涉仪如图2所示，其主要部分是一个透过率为1％的薄膜，上面含有一个很小的针孔(pinhole)，较低的透过率是为了使两束光的光强接近。当会集的被测光经过薄膜平板时，透射的被测光除了能量下降之外，波面形状基本不发生变化；而在有像差的弥散斑区域，位于焦点附近的小孔发生衍射，产生了理想的标准球面波，成为测量中的参考光波，与透过的被测光波形成干涉条纹，通过分析干涉条纹的形状就可以得到被测波前的信息。这种干涉仪结构和原理非常简单，同时由于采用了共光路结构，环境因素的影响比较小；其缺点是光能利用率太低，同时不能进行移相测量，导致其精度很难得到提高。

1996年，美国劳伦斯-伯克利国家实验室的H.Medecki、E.Tejnil等人提出了移相点衍射干涉仪(Phase-shifting Point-diffraction interferometer，PS-PDI)的概念，即在点衍射干涉仪的基础上引入一个衍射光栅作为分光元件，并将像平面的半透明掩膜改为不透明掩膜，使得点衍射干涉仪性能获得了很大提高。图3表示了这种点衍射干涉仪的基本结构，当照明球面波入射到移相光栅之后形成了不同的衍射级次，它们经过被测系统后会聚到像平面的不同位置，在像面上放置一个空间滤波器，使得携带被测系统信息的零级衍射光经方孔直接通过，而一级衍射光经过小孔衍射滤波产生理想参考球面波，其他级次都被吸收，探测器(CCD)上得到的是这两束光的干涉条纹。当上下移动光栅时，两束光之间就会有位相差变化，这样就可以进行移相干涉测量。

为了不断满足对EUV(极紫外)光刻系统的测量要求，1996年以来，劳伦斯-伯克利国家实验室的研究者采用13.4nm的同步辐射光源成功研制了EUV相移点衍射干涉仪，其对EUV系统的RMS测量精度达到亚纳米量级，为极紫外光刻技术的发展扫清了障碍，测量装置如图4所示。

从上世纪末开始，日本研究者也开始了对点衍射干涉仪的研究。为了对EUV光刻系统进行检测，日本超先进电子技术研究协会(Association of Super-Advanced Electronics Technology，ASET)和Nikon等公司对点衍射干涉仪进行了研究，其采用的一种点衍射干涉结构如图5所示。这种干涉仪采用一个具有小孔的反射板，小孔衍射球面波的一部分作为参考光波，而另一部分光经过被测面和反射面的两次反射，与参考光发生干涉。由于此结构不是共光路系统，所以对光源的相干性以及环境的稳定性要求很高，所有测量都要在隔振、充氦气的环境中完成。