[发明专利]基于双光束干涉的投影物镜波像差在线检测装置和方法

说明书

技术领域

本发明光记录技术领域，具体涉及光刻机的投影物镜的波像差在线测量装置和方法，特别是基于双光束干涉的投影物镜波像差在线检测装置和方法。

背景技术

投影物镜的波像差会影响曝光线条的成像质量，如球差会影响光刻机的分辨力，彗差会影响线条的不对称性和套刻精度，像散会影响X、Y两个方向的成像线条不均匀性。随着光刻机特征尺寸越来越小，对投影物镜的波像差要求也越来越严格，不但要求低级像差(如球差、彗差和像散)很小，而且还对高级像差(高达37项Zernike系数)提出严格的要求，这就要求投影物镜波像差在线测量装置能够同时测量全部波像差，以便实时调整投影物镜的波像差，以满足光刻工艺的需求。

现有技术1(Hans van der laan，Marcel Dierichs，Henk van Greevenbroek，etc.“Aerial image measurement methods for fast aberration set-up and illumination pupil verification”，Proc.SPIE2001，4346，394-407)提出了一种基于透射像传感器(TIS)的测量方法，TIS是由测量标记和方孔以及光强探测器组成，方孔用于测量光源强度的变化，用来归一化测量信号，以消除光源强度波动对测量结果的影响。不同照明模式的光束照射测量标记，因为受到投影物镜波像差的影响，成像标记的水平位置和垂直位置会发生改变，利用光强探测器测出标记像的位置偏移量，再利用软件仿真出的位置对波像差的灵敏度矩阵，即可得到投影物镜的波像差。该方法测量波像差结构简单，易于集成在光刻机内部，但是只能测量投影物镜的低级像差(低级Zernike系数)，包括球差(Z4，Z9，Z16)、X方向彗差(Z2，Z7，Z14)、Y方向彗差(Z3，Z8，Z15)和像散(Z5，Z12，Z21)，不能测出全部37项Zernike系数。

ASML公司的专利US6646729B2利用FOCAL(FOcus CALibration use alignment system)技术和DISTO(Distortion-measuring technique)技术，测出标记像的垂直和水平偏移量，求出投影物镜的波像差，上海微电子装备有限公司(SMEE)的专利CN100474115C、CN1312464C、CN101241312B，以及上海光学精密机械研究所的专利CN100428058C、CN100561359C、CN101551594B在掩膜设计和测试方法对现有技术1进行改进，提高了波像差的测试精度，但仍不能测出全部37项Zernike系数。

为了精确检测投影物镜的低级和高级波像差，NIKON公司提出一种AIS技术(现有技术2：Jacek.K.Tyminski，Tsuneyuki Hagiwara，Naoto Kondo，etc.Aerial Image Sensor：In-Situ Scanner Aberration Monitor.Proc.Of SPIE Vol.6152)，其在高相干光照明条件下，照射具有不同周期和不同方向(0°，30°，45°，90°，120°，135°)的36种光栅标记的掩模板，经过光栅的光束衍射出不同级次的光，利用+1，-1和0级光干涉得到光栅标记的像，利用探测器得到光栅像的实际位置，计算像与理想像的偏离，再利用部分相干成像理论得到投影物镜的波像差。不同周期不同方向的光栅标记完成对整个光瞳面波像差的测量，因此可以得到投影物镜全部37项Zernike系数，但是这种技术要求探测器上参考的标记方向也需要有多个方向，要求工件台沿着多个方向扫描探测，对探测器和工件台的性能要求高，另外，波像差还原算法复杂，不易提高测量精度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是提出一种用于光刻机的投影物镜波像差的在线测量装置和方法，以克服现有技术只能测量投影物镜的低级像差，或者是能测量全部像差但测量流程和方法复杂的缺点。

(二)技术方案