專利名稱：一種遠心測量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝中的一種測量系統(tǒng)，且特別涉及一種遠心測量裝置 及方法。
背景技術(shù)：
光刻曝光系統(tǒng)通常包括照明系統(tǒng)、含有電路圖的掩模版、投影物鏡系統(tǒng)、 和用于涂覆了光刻膠的硅片。照明系統(tǒng)以合適的照明方式均勻的照射掩模版電 路圖，投影物鏡系統(tǒng)把掩模版電路圖照明區(qū)域的像投射到硅片上。光刻投影物 鏡系統(tǒng)設(shè)計成雙遠心光學(xué)系統(tǒng)。所謂的雙遠心光學(xué)系統(tǒng)是指同時具有物方遠心 結(jié)構(gòu)與像方遠心結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)。另外，照明系統(tǒng)也要求提供遠心照明，照明 系統(tǒng)的非遠心，會造成投影物鏡上的物面非遠心，從而造成遠心偏差。
光刻曝光系統(tǒng)的這種結(jié)構(gòu)設(shè)計，即使系統(tǒng)中存在定位和設(shè)置不精確的情況 下，也能得到比較滿意的成像效果。雙遠心系統(tǒng)的主光線和光軸平行，從而保 證掩模和硅片在一定焦深范圍內(nèi)的倍率不變，這樣曝光線條可以比較均勻，線
條斜邊可以比較對稱。遠心是指主光線和光軸之間的夾角，可以用Rx和Ry來 描述，Rx是指x方向上的遠心，Ry是指y方向上的遠心，Rx和Ry越小，遠心 性越好，雙遠心系統(tǒng)理想的遠心值應(yīng)為0。
中國專利CN1888981A提供了一種投影物鏡遠心測量方法。該專利利用一可 起到孔徑光闌作用的專用掩模，并在該遠心掩模上設(shè)置至少一個用來測量視場 內(nèi)遠心的通光孔，通過在不同的位置測量物體的像來確定通過該點的主光線， 從而計算獲得遠心。專利CN1888981A需要一特制的遠心掩模，如圖1所示，該 掩模上設(shè)置至少一個通光孔，通過在不同的成像位置測量物體的像來確定主光 線，然后再根據(jù)測量高度，利用線形直線方程，線形擬合出一條經(jīng)過通光孔中 心的光線軌跡，該光線軌跡與光軸的夾角即為遠心度，測試點如圖2所示。該 專利測試方法較繁鎖，需要特制掩模，并且需要在不同高度的成像面分別尋找主光線，測試速度較慢，另外，需要根據(jù)測試結(jié)果擬和線形方程求解遠心，計 算過程也較復(fù)雜。
光刻曝光系統(tǒng)在線檢測裝置的大小通常會受到掩膜臺和硅片臺的限制，由 于掩膜面到投影物鏡的距離通常很短，很難在掩膜面上設(shè)置較大的光學(xué)測量裝 置，如果采用傳統(tǒng)的傅立葉變換透鏡，透鏡的尺寸和焦距將會對機械空間要求 很大。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)中測量遠心值繁鎖的問題，本發(fā)明提供一種能夠快速有 效的測量遠心的裝置和方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種遠心測量裝置，包括全息光學(xué)元件； 進光孔，位于所述全息光學(xué)元件一側(cè)的焦面上；光電傳感器，位于所述全息 光學(xué)元件另一側(cè)的焦面上；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，和所述光電傳感器相連。
可選的，所述進光孔被放置于一照明場平面內(nèi)。
可選的，所述光電傳感器為電荷耦合器件(CCD )或者位置傳感器(PSD )。
可選的，所述遠心測量裝置和一控制臺相連，由所述控制臺控制所述遠心 測量裝置的運動。
可選的，所述進光孔形狀為圓形、橢圓形或者方形。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出一種遠心測量方法，包括光照射進光 孔產(chǎn)生點光源；所述點光源射到全息光學(xué)元件上后以平行光出射；所述平行 光射到一光電傳感器上；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收所述光電傳感器上的信號并計算 所述點光源的遠心值。
可選的，所述點光源放置于照明場平面內(nèi)。
可選的，還包括一步進掃描過程，測量裝置在所述照明場平面內(nèi)步進掃描 多個點的位置，測量多個點的遠心值。
可選的，所述光電傳感器為電荷耦合器件(CCD )或者位置傳感器(PSD )。
可選的，所述遠心測量裝置和一控制臺相連，由所述控制臺控制所述遠心 測量裝置的運動。
可選的，所述進光孔形狀為圓形、橢圓形或者方形。
本發(fā)明所述的一種遠心測量裝置及方法的有益效果主要表現(xiàn)在本發(fā)明所述的裝置中使用全息光學(xué)元件代替普通透鏡，在可以實現(xiàn)傅里葉變換的功能的 前提下，使得光刻曝光系統(tǒng)遠心的測量變得快速有效而且簡單直接，另外全息 光學(xué)元件重量輕、造價低、制造快、易于復(fù)制、能多重記錄以及易于分割的特 點也大大優(yōu)于普通透鏡。


圖1為現(xiàn)有4支術(shù)所使用的遠心掩膜示意圖2為現(xiàn)有技術(shù)遠心測試的光路圖3為本發(fā)明遠心測量裝置示意圖4為本發(fā)明入射光主光線和光軸的關(guān)系示意圖5和圖6為本發(fā)明的全息光學(xué)元件原理圖7為本發(fā)明光瞳在CCD或者PSD上的位置示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對發(fā)明作進一步的描述。
首先請參考圖3,圖3為本發(fā)明遠心測量裝置示意圖，從圖3可以看到，一 種遠心測量裝置，包括全息光學(xué)元件2;進光孔l，位于所述全息光學(xué)元件2 一側(cè)的焦面上，光線6通過進光孔1照射到全息光學(xué)元件2上，所述進光孔 l形狀為圓形、橢圓形或者方形，所述進光孔1被放置于一照明場平面內(nèi)； 光電傳感器3,位于所述全息光學(xué)元件2另一側(cè)的焦面上，所述光電傳感器 3為電荷耦合器件(CCD)或者位置傳感器(PSD);數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5，和所述 光電傳感器3相連，所述遠心測量裝置和一控制臺4相連，由所述控制臺4控 制所述遠心測量裝置的運動。本發(fā)明所述的遠心測量方法，包括光照射進光 孔產(chǎn)生點光源；所述點光源射到全息光學(xué)元件上后以平行光出射；所述平行 光射到一光電傳感器上；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收所述光電傳感器上的信號并計算 所述點光源的遠心值。
接著，請參考圖4，圖4為本發(fā)明入射光主光線和光軸的關(guān)系示意圖，圖4 表明在照明面上，入射光的主光線與光軸的關(guān)系。當主光線與光軸夾角為0時， 遠心為0,此時光學(xué)系統(tǒng)具有理想的遠心；當主光線與光軸夾角不為0時，遠心不為0，此時光學(xué)系統(tǒng)遠心性差。
圖5和圖6為本發(fā)明的全息光學(xué)元件原理圖，全息光學(xué)元件是在一種感光 薄膜材料上制成，它的作用是基于光的干涉和f汙射等物理光學(xué)的原理，制作方 法可以采用光學(xué)全息的方法。全息光學(xué)元件具有重量輕、造價低、制造快、易 于復(fù)制、能多重記錄以及易于分割等特點。圖5所示是制作全息光學(xué)元件的光 路，為簡明起見，忽略了實際光源及分束器和所用的光學(xué)元件，A為球面波，B 為參考平面波，A和B在H平面上發(fā)生干涉，H記錄該干涉圖。這樣H就可以作 為全息光學(xué)元件來使用。其所用的光源為193nm的激光，點源A發(fā)射出球面波， B是參考平面波，兩束光波是相干的。在兩光束相重疊的干涉場內(nèi)放置一種全息 記錄介質(zhì)H，該全息記錄介質(zhì)可以用193nm的光刻膠或其它材料制成。
全息光學(xué)元件的特性可以用它的透射系數(shù)來表征。光波在記錄介質(zhì)表面上 的復(fù)振幅為
式中4和5。為振幅，^和&是相對于坐標原點(或全息光學(xué)元件中心)的 位相函數(shù)。由圖5可得
式中)t。-2W人，A。是記錄時所用的波長，根據(jù)兩束光的干涉原理，對于薄
振幅型全息圖在線性記錄的條件下，則全息光學(xué)元件H的透射系數(shù)為 z"w， = 4 +《cos(伊b -伊J
可筒化為
^ = r。 +2巧cos(^a —伊J = r0 + 2rt {exp[/(>B -^)j+exp[—_/(pB
以上說明，線性記錄的光柵結(jié)構(gòu)是余弦型的，式中r。是平均透射系數(shù)，^是
調(diào)制深度，制作完成后，全息光學(xué)元件就可以作為一種衍射光學(xué)元件，全息光 學(xué)元件的再現(xiàn)過程如圖6所示，當用點光源A照射全息光學(xué)元件H時，由于H 的衍射作用，將再現(xiàn)參考的平面波B,由于A的角度變化，可以使再現(xiàn)的平面波 B發(fā)生位置變化。探測位置變化就可以計算A的角度，從而計算遠心。
7點光源A離全息光學(xué)元件H的距離為L,假設(shè)主光線和光軸具有一定的夾角 e,則根據(jù)幾何關(guān)系，反映在全息光學(xué)元件后面的光斑位置為
<formula>formula see original document page 8</formula>根據(jù)這個關(guān)系，可以求得
<formula>formula see original document page 8</formula>)
全息光學(xué)元件將遠心值轉(zhuǎn)換為光瞳面上的光斑位置信息，如圖7所示，圖7 為本發(fā)明光瞳在CCD或者PSD上的位置示意圖，只要^:測到光瞳面上光斑的位
置就可以求出遠心值。
實際應(yīng)用中，需要測量照明場內(nèi)多個點的遠心值，掃描運動方式可以是連 續(xù)掃描方式，也可以采用掃描期望位置的方式。該遠心測量裝置沿 <場方向逐 次測量多個點的遠心。選取視場內(nèi)多點的遠心后就可以評估照明場上所有點的 遠心偏差。上述的光刻曝光系統(tǒng)遠心測試方法可按如下步驟進行操作第一步， 確定被測照明場的最佳位置，小孔放置在照明場平面內(nèi)。測量裝置的名義光軸 應(yīng)和照明場的名義光軸保持平行；第二步，測量照明場上單點的遠心；第三步， 在照明場上沿照明場平面方向步進掃描多個點的位置，測量多個點的遠心值。 本發(fā)明無需特制遠心掩模，直接測量照明場的空間分布，采用全息光學(xué)元件將 遠心的角度信息轉(zhuǎn)換為位置信息，全息光學(xué)元件具有重量輕、造價低、制造快、 易于復(fù)制、能多重記錄以及易于分割等特點，全息光學(xué)元件結(jié)構(gòu)比較簡單，可 以將該測試裝置安裝在掩膜臺或硅片臺等位置，機械結(jié)構(gòu)較為緊湊，掃描方式 只需在照明面平面內(nèi)進行，無需在不同的高度進行測量，提高了測試速度。
另外，本發(fā)明還可以采用其他全息光學(xué)元件，例如全息光柵代替上述實施 例中的全息透鏡作為其他實施方式。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明 所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各 種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當視權(quán)利要求書所界定者為準。
權(quán)利要求
1. 一種遠心測量裝置，其特征在于包括全息光學(xué)元件；進光孔，位于所述全息光學(xué)元件一側(cè)的焦面上；光電傳感器，位于所述全息光學(xué)元件另一側(cè)的焦面上；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，和所述光電傳感器相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種遠心測量裝置，其特征在于所述進光孔被放 置于一照明場平面內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種遠心測量裝置，其特征在于所述光電傳感器 為電荷耦合器件或者位置傳感器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種遠心測量裝置，其特征在于所述遠心測量 裝置和一控制臺相連，由所述控制臺控制所述遠心測量裝置的運動。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種遠心測量裝置，其特征在于所迷進光孔形 狀為圓形、橢圓形或者方形。
6. —種遠心測量方法，其特征在于包括 光照射進光孔產(chǎn)生點光源； 所述點光源射到全息光學(xué)元件上后以平行光出射； 所述平行光射到一光電傳感器上；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收所述光電傳感器上的信號并計算所述點光源的遠心值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種遠心測量方法，其特征在于所述進光孔放置于 照明場平面內(nèi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述一種遠心測量方法，其特征在于還包括一步進掃描 過程，測量裝置在所述照明場平面內(nèi)步進掃描多個點的位置，測量多個點的遠 心值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種遠心測量方法，其特征在于所述光電傳感器 為電荷耦合器件或者位置傳感器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種遠心測量方法，其特征在于整個遠心測量 裝置和一控制臺相連，由所述控制臺控制所述遠心測量裝置的運動。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種遠心測量方法，其特征在于所述進光孔形 狀為圓形、橢圓形或者方形。
全文摘要
本發(fā)明提出一種遠心測量裝置，包括全息光學(xué)元件；進光孔，位于所述全息光學(xué)元件一側(cè)的焦面上；光電傳感器，位于所述全息光學(xué)元件另一側(cè)的焦面上；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，和所述光電傳感器相連，本發(fā)明無需掩模，也無需在不同高度進行測量，提高了測量速度。
文檔編號G03F7/20GK101520322SQ20091004795
公開日2009年9月2日 申請日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者勇 郭 申請人:上海微電子裝備有限公司