專利名稱：一種投影物鏡波像差測量裝置及測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種投影物鏡波像差測量裝置及測量方法。
背景技術：
半導體行業(yè)的一個目標是在單個集成電路(IC)中集成更多的電子元件。要實現 這個目標需不斷地縮小元件尺寸，即不斷地提高光刻投影系統的分辨率。物鏡波像差是限 制投影系統分辨率影響光刻機成像質量的關鍵因素，它是造成特征尺寸惡化的重要原因。雖然物鏡在加工制造和裝配過程中都經過了嚴格的檢驗和優(yōu)化，使其波像差最小 化，在物鏡系統集成到光刻機后進行實時的波像差測量仍然必要。這是因為鏡片材料的老 化或是物鏡熱效應會造成波像差，因此，在光刻機工作過程中需經常的測量波像差，并根據 測量結果調整物鏡中特定鏡片的位置以減小波像差。若需在短時間范圍內校正物鏡熱效 應，則需更頻繁地進行波像差測量。對于65nm及以下節(jié)點的光刻機投影物鏡波像差，可采用在線剪切干涉儀進行測 量。剪切干涉儀一般通過移相的方法來降低光強不均勻性的影響，提高波像差檢測精度。通 常移相是通過工件臺或掩模臺的步進進行，但由于移相距離很小，只有幾十納米左右，該移 相方法由于步進精度的限制，需要進行復雜的路徑規(guī)劃以提高移相精度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種投影物鏡波像差測量裝置及測量方法，能避免采用工 件臺步進移相時的路徑規(guī)劃，并提高移相精度。本發(fā)明提供了一種投影物鏡波像差測量裝置，該裝置包括光源模塊，提供照明光；物面基底，其底部具有物面標記面，物面標記面上具有物面標記；投影物鏡，對物面標記面進行成像；像面基底，其上具有像面標記，對成像于其上的物面標記的像進行衍射，經像面標 記衍射產生的不同級次的衍射光在遠場產生干涉條紋；圖像探測器，接收并儲存所述干涉條紋；其中，物面標記面上具有m行η列物面標記，且同一列不同行的標記在列方向上具 有一固定位移，在物面標記面平面內還具有一移相位移。其中，同一列不同行的兩個物面標記之間的移相位移的大小為(j_i) XS，其中i、 j分別為兩個物面標記所處的行，S為移相距離。其中，同一列不同行的兩個物面標記形成的相應的遠場干涉條紋圖像之間具有相 位差識= 2w(y-0J，其中i、j分別為兩個物面標記所處的行，s為移相距離，Ρ為投影
物鏡瞳面徑向位置坐標。其中，移相距離S = P/N，其中P為物面標記光柵周期，N為移相步數。其中，圖像探測器是CXD或CMOS圖像傳感器。
利用上述測量裝置測量投影物鏡波像差的方法，其中，將物面標記面上的同一列 不同行的物面標記分別經過投影物鏡成像到像面標記上，像面標記分別對這些物面標記的 像進行衍射，各自的衍射級次在遠場分別形成干涉條紋，圖像探測器在遠場記錄不同標記 形成的干涉條紋，根據干涉條紋計算投影物鏡波像差。本發(fā)明通過改進物面標記的設計實現移相，避免了采用工件臺步進移相時的路徑 規(guī)劃，同時提高了波像差測量時的移相精度。相比于現有技術，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、因物面標記的位置與像面標記位置具有一定的縮放關系，一般為4 1，從而使 該方法具有較高的移相精度，提高了波像差測量精度；2、采用該方法，像面標記無需進行步進移相，避免了復雜的路徑規(guī)劃，使測量過程簡單。


通過本發(fā)明實施例并結合其附圖的描述，可以進一步理解其發(fā)明的目的、具體結 構特征和優(yōu)點。其中，附圖為圖1所示為根據本發(fā)明的實施例的波像差測量裝置的結構示意圖；圖2所示為根據本發(fā)明的實施例的物面標記面上的標記的分布示意圖；圖3所示為根據本發(fā)明的實施例的兩個物面標記之間的位置關系圖；圖4所示為根據本發(fā)明的實施例的物面標記面上的標記的分布示意圖；圖5所示為根據本發(fā)明的實施例探測到的4步移相干涉儀條紋圖像；圖6所示為根據本發(fā)明的實施例的4步移相波像差圖。
具體實施例方式下面，結合附圖詳細描述根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例。為了便于描述和突出顯示本 發(fā)明，附圖中省略了現有技術中已有的相關部件，并將省略對這些公知部件的描述。本發(fā)明所采用的波像差測量裝置包括光源模塊，物面基底，投影物鏡，像面基底與 圖像探測器。圖1所示為該測量裝置的結構示意圖，其中物面基底007位于工件臺005上， 物面基底007底部具有物面標記面004，物面標記面004通過投影物鏡001被成像于像面基 底002上的像面標記003上，像面標記003對物面標記面004上的物面標記的像進行衍射， 不同級次的衍射光在遠場產生干涉條紋并被光電探測器008接收并儲存。圖2所示為物面標記面004上的標記分布示意圖，其中009為基底可用區(qū)域，010 為基底圖形區(qū)域，在基底圖形區(qū)域分布有物面標記，其中包含m行η列標記，且同一列不同 行的標記在Y向具有一固定位移，目的是避免不同行但同列的標記發(fā)生重疊，除該固定位 移外，同一列不同行的標記相互之間在XY平面內具有一定的移相位移，設標記011為在圖 形區(qū)010中第i行，第k列的標記，標記012為在圖形區(qū)010中的第j行，第k列的標記。如 圖3所示，標記012相對于標記011在Y向具有固定位移017。除該固定位移017以外，標 記012相對于標記011還具有移相位移018，該位移的方向由移相的方向確定，即XY平面內 0 360度內的任意方向。位移的大小由移相距離S和行間隔確定，S卩(j-i)XS。由于同一列不同行的物面標記之間具有移相位移，故由同一列不同行的物面標記 形成的相應的遠場干涉條紋圖像之間具有相位差，對于具有移相位移(j-i) XS的兩個標記形成的干涉條紋圖像具有的相位差為Ρ = 2;ΓΡ·(7_-0·5·，其中ρ為投影物鏡瞳面徑向位 置坐標。光電探測器008將接收到m幅具有不同位相的干涉條紋圖像，利用干涉條紋圖像， 通過一定的圖像處理算法即可獲取投影物鏡的波像差。以測量投影物鏡視場內中心點的波像差為例，設移相步數為4，則移相距離S = P/4，其中P為物面標記的光柵周期，該值可取為20 μ m,則移相距離為5 μ m,移相方向為X 方向。在此種條件下，可將物面標記面004上的物面標記設計成如圖4所示的分布，其中Y 向固定位移取4mm。以標記013為基準，標記014相對于標記013的位置在X向偏移5 μ m, 標記015相對于標記014的位置在X向偏移5 μ m，標記016相對于標記015的位置在X向 偏移5 μ m。在進行波像差測量時，首先將標記013經過投影物鏡成像到像面標記003上，像 面標記的光柵周期與物面標記的光柵周期之間的比例為1 4，因此像面光柵周期為5 μ m。 像面標記003對物面標記013的像進行衍射，衍射級次的遠場干涉條紋圖像由光電探測器 008接收。之后，依次將標記014，015，016經物鏡成像在像面標記003上，光電探測器將獲 取得到4幅具有不同位相的干涉儀條紋圖像，如圖5所示。利用獲取得到的干涉條紋圖像， 通過一定的圖像處理算法，即可獲取投影物鏡波像差，如圖6所示。對于一般的90nm光刻節(jié)點技術，其工件臺步進精度為lOnm，而物面標記的位置精 度為20nm，該位置精度通過物鏡的縮小作用，在硅片面為5nm，通過本發(fā)明的方法中的物面 標記實現的移相精度為5nm，而利用工件臺步進實現的移相精度為lOnm，即利用本發(fā)明中 的物面標記移相精度可提高50%左右。若測量物鏡視場內其它點處波像差，可在基底007上相應位置處設計與013，014， 015,016標記相同的一列標記，即可實現物鏡視場內其它點處的波像差測量。本說明書中所述的只是本發(fā)明的幾種較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本 發(fā)明的技術方案而非對本發(fā)明的限制。凡本領域技術人員依本發(fā)明的構思通過邏輯分析、 推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本發(fā)明的范圍之內。
權利要求
1.一種投影物鏡波像差測量裝置，該裝置包括光源模塊，提供照明光；物面基底，其底部具有物面標記面，物面標記面上具有物面標記；投影物鏡，對物面標記面進行成像；像面基底，其上具有像面標記，對成像于其上的物面標記面上的物面標記的像進行衍 射，經像面標記衍射產生的不同級次的衍射光在遠場產生干涉條紋；圖像探測器，接收并儲存所述干涉條紋；其特征在于，物面標記面上具有m行η列物面標記，且同一列不同行的標記在列方向上 具有一固定位移，在物面標記面平面內還具有一移相位移。
2.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，同一列不同行的兩個物面標記之間 的移相位移的大小為(j_i) XS，其中i、j分別為兩個物面標記所處的行，S為移相距離。
3.根據權利要求2所述的測量裝置，其特征在于，同一列不同行的兩個物面標記形成 的相應的遠場干涉條紋圖像之間具有相位差ρ = 2^·α-ο·^，其中i、j分別為兩個物面 標記所處的行，S為移相距離，P為投影物鏡瞳面徑向位置坐標。
4.根據權利要求2或3所述的測量裝置，其特征在于，移相距離S= P/N，其中P為物 面標記光柵周期，N為移相步數。
5.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，圖像探測器是CCD或CMOS圖像傳感ο
6.利用如權利要求1所述的測量裝置測量投影物鏡波像差的方法，其特征在于，將物 面標記面上的同一列不同行的物面標記分別經過投影物鏡成像到像面標記上，像面標記分 別對這些物面標記的像進行衍射，各自的衍射級次在遠場分別形成干涉條紋，圖像探測器 在遠場記錄不同標記形成的干涉條紋，根據干涉條紋計算投影物鏡波像差。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，同一列不同行的兩個物面標記之間的移 相位移的大小為(j_i) XS，其中i、j分別為兩個物面標記所處的行，S為移相距離。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，同一列不同行的兩個物面標記形成的相 應的遠場干涉條紋圖像之間具有相位差口 = 2職七_-0·^，其中i、j分別為兩個物面標記 所處的行，S為移相距離，P為投影物鏡瞳面徑向位置坐標。
9.根據權利要求7或8所述的方法，其特征在于，移相距離S= P/N，其中P為物面標 記光柵周期，N為移相步數。
10.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，圖像探測器是CCD或CMOS圖像傳感器。
全文摘要
一種投影物鏡波像差測量裝置，該裝置包括光源模塊；物面基底，其底部具有物面標記面，物面標記面上具有物面標記；投影物鏡，對物面標記面進行成像；像面基底，其上具有像面標記，對成像于其上的物面標記面上的物面標記的像進行衍射，經像面標記衍射產生的不同級次的衍射光在遠場產生干涉條紋；圖像探測器，接收并儲存干涉條紋；其中，物面標記面上具有m行n列物面標記，且同一列不同行的標記在列方向上具有一固定位移，在物面標記面平面內還具有一移相位移。本發(fā)明還公開了該裝置的測量方法。
文檔編號G03F7/20GK102073218SQ200910199109
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月20日 優(yōu)先權日2009年11月20日
發(fā)明者王帆, 馬明英 申請人:上海微電子裝備有限公司