專利名稱：一種檢測投影物鏡畸變和場曲的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種檢測光刻機(jī)投影物鏡畸變和場曲的方法。
技術(shù)背景
光刻投影物鏡的畸變是影響套刻精度的重要指標(biāo)，在物鏡的裝調(diào)和使用過程中都需要對其進(jìn)行檢測和優(yōu)化調(diào)整?，F(xiàn)通常使用具有套刻圖形的掩模對覆蓋有光刻膠的晶圓進(jìn)行多次曝光，然后依據(jù)曝光后的圖形來得到投影物鏡的畸變。在美國文獻(xiàn)Analysis of image fieldplacement deviations of a 5Xmicrolithographic reduction lens, D. MacMi 11 en, et. Al.，SPIE Vol. 334，78 :89,1982中介紹了一種通過曝光來檢測投影物鏡畸變的方法。如圖1所示，首先制作一塊圖形標(biāo)記掩模，其中大圖形標(biāo)記(BIG BOX B)等間距地布滿整個視場并形成一個陣列(比如9X9的陣列)，且標(biāo)記的間距事先通過高精度檢測儀器標(biāo)定出來；在掩模的中心制作一個小圖形標(biāo)記(SMALL BOX Α)用于套刻。曝光時先通過一次整場曝光將所有9X9個大圖形標(biāo)記曝到光刻膠上，顯然光刻膠上這些圖形的間距受到物鏡畸變的影響。接著，通過調(diào)整照明狹縫使得只有掩模中心的小圖形標(biāo)記接受光照。然后在高精度干涉儀的監(jiān)測下等間距地移動硅片臺，通過9X9次曝光將小圖形標(biāo)記依次曝光到前面曝好的9 X 9個大圖形中，如圖2所示，這樣最終在光刻膠上形成9 X 9小圖形陣列套刻在9X9大圖形陣列中的分布。由于9X9個小圖形是等間隔排列，而大圖形標(biāo)記陣列的排列位置受物鏡畸變的影響，所以每個套刻圖形處大標(biāo)記和小標(biāo)記的套刻偏移量就直接反映了此處的畸變大小，套刻偏移量可以通過電子掃描顯微鏡測量出來。
與上述文獻(xiàn)中所述方法類似，美國專利US6573986也公開了一種用曝光和套刻標(biāo)記來檢測畸變的方法，區(qū)別在于該方法只需進(jìn)行3次曝光就實(shí)現(xiàn)了 X和Y方向的兩種套刻， 然后通過檢測套刻偏移量來獲得畸變隨視場的變化趨勢而不是直接獲得畸變值。假定物鏡的畸變主要由三階和五階畸變組成(一般情況下是這樣)，如果獲得了畸變隨視場位置的變化趨勢，我們就可以擬合出三階和五階畸變的系數(shù)，于是最終獲得畸變大小。
以上的兩種畸變檢測方法都采用曝光方式形成標(biāo)記的套刻，然后對套刻標(biāo)記之間的位置偏差進(jìn)行檢測，所需設(shè)備復(fù)雜而昂貴，而且這些方法不能同時對物鏡的場曲進(jìn)行測量。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種降低畸變檢測的成本，簡化畸變檢測的過程，不需要進(jìn)行曝光和標(biāo)記圖形的檢測，并且可以同時對場曲進(jìn)行測量的檢測方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。一種檢測裝置，用于檢測光刻機(jī)投影物鏡的畸變和場曲，包括
—針孔掩模，設(shè)置有一針孔陣列，用于將透過所述每一個針孔的光波，在物鏡折射后，形成對應(yīng)的像點(diǎn)；
一波前傳感器，設(shè)置在工件臺上，通過測定所述像點(diǎn)的波前傾斜和波前曲率，及工件臺的移動，來得到所述像點(diǎn)的位置移動工件臺將自身的參考點(diǎn)與像點(diǎn)對準(zhǔn)；以及
一干涉儀測量組件，用于測量工件臺在檢測過程中在X、Y、Z方向的位移。
其中，所述針孔掩模的針孔形狀為方形，尺寸大于物鏡的成像極限。
其中，所述針孔透射的光波為球面波，所述針孔處于所述球面波的球心位置。
其中，所述波前傳感器設(shè)置有參考點(diǎn)，利用所述參考點(diǎn)，移動工件臺將自身的參考點(diǎn)與像點(diǎn)對準(zhǔn)，確定所述像點(diǎn)的波前傾斜和波前曲率。
一種檢測光刻機(jī)投影物鏡的畸變和場曲的方法，包括如下步驟
Stepl 移動照明鏡頭依次點(diǎn)亮各針孔，然后移動波前傳感器依次對準(zhǔn)掩模針孔的每個像點(diǎn)；
St印2 當(dāng)波前傳感器對準(zhǔn)一個像點(diǎn)后，記錄其測得的波前傾斜量Δ Δ 及波前曲率半徑R，同時記錄三個方向的干涉儀數(shù)據(jù)IFX、IFy, IFz ；
St印3 根據(jù)乂印2中記錄的波前傳感器和干涉儀數(shù)據(jù)，計(jì)算出每個像點(diǎn)的精確位置，然后擬合出畸變并計(jì)算物鏡的像面場曲。
其中，在^epl中，在點(diǎn)亮所述各個針孔之前，通過依次照亮視場角點(diǎn)上的針孔掩模的四個針孔，移動工件臺使波前傳感器的參考點(diǎn)與四個角點(diǎn)針孔的像點(diǎn)依次對準(zhǔn)，記錄照明移動臺和工件臺的位置并據(jù)此推算出所有針孔和像點(diǎn)的對應(yīng)位置，根據(jù)所述對應(yīng)位置，依次點(diǎn)亮各針孔。
其中，在乂印2中，包括
Step2. 1 所述波前傳感器設(shè)置在工件臺上，通過驅(qū)動工件臺使所述波前傳感器與所述針孔的像點(diǎn)進(jìn)行對準(zhǔn)；
Step2. 2 記錄所述波前傳感器測得的波前傾斜量Δ θ x和Δ θ y以及波前曲率半徑R，同時記錄干涉儀測量所述工件臺的位移，獲得工件臺X，y，及ζ方向的位移數(shù)據(jù)IFx、 IFy、IFz0
其中，像點(diǎn)P的位置坐標(biāo)(xP，yP，zP)可表示為 'xp=IFx-f-A0x
- yp =IFy^f-A0y
其中f為準(zhǔn)直鏡頭的有效焦距；Δ θ Δ θ y為波前傾斜量；R為波前曲率半徑； IFx, IFy, IFz為三個方向的干涉儀數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的檢測投影物鏡畸變和場曲的方法，可以不需要曝光，省去了曝光時所需的照明系統(tǒng)、調(diào)焦調(diào)平和對準(zhǔn)系統(tǒng)等裝置，而且波前傳感器能直接檢測出空間像的相對位置信息，所以整個檢測過程大大簡化，測試效率高。同時可以檢測物鏡的場曲。


關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了解。
圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中針孔掩模上大小測試標(biāo)記的形狀和布局示意圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)中曝光后光刻膠上大小標(biāo)記圖形套刻示意圖3所示為本發(fā)明檢測裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖4所示為本發(fā)明檢測裝置中的針孔掩模結(jié)構(gòu)圖fe所示為本發(fā)明檢測裝置中針孔像點(diǎn)與波前傳感器參考點(diǎn)存在垂向偏離示意圖恥所示為本發(fā)明檢測裝置中針孔像點(diǎn)與波前傳感器參考點(diǎn)存在橫向偏離示意圖6所示為本發(fā)明檢測方法流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。
本發(fā)明涉及一種投影物鏡畸變和場曲的檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。照明鏡頭1將一定數(shù)值孔徑(NA)的光波會聚在測試掩模2上，該掩模上分布了一個針孔陣列(圖中所示為9X9陣列)，如圖4所示。這些針孔的形狀為方形，尺寸略大于物鏡的成像極限(特征尺寸)，針孔的孔距已經(jīng)事先通過精密測試設(shè)備進(jìn)行了標(biāo)定。當(dāng)這些小孔被照明時，從小孔透射的光波近似理想球面波，而小孔則處于波面的球心位置。透過小孔的球面波被物鏡3折射并最終會聚在像面上形成一個像點(diǎn)，而像點(diǎn)的光波被工件臺9上的波前傳感器6所接收。波前傳感器頭部加裝有一個準(zhǔn)直鏡頭11，當(dāng)像點(diǎn)處于該鏡頭的焦點(diǎn) PO上時(該點(diǎn)也是波前傳感器標(biāo)定時的參考點(diǎn))，入射的發(fā)散波前將被準(zhǔn)直為平行光然后垂直入射到波前探測元件12上。如果像點(diǎn)與波前傳感器參考點(diǎn)存在垂向偏差，如圖如所示，像點(diǎn)處于Pl位置，此時透過鏡頭11的光波將不再是平行光，而是一個發(fā)散或會聚的球面波。如果Pi與PO之間的偏差Δ Z非常小(此時Pl和PO點(diǎn)大致對準(zhǔn))，則透射的球面波的曲率半徑R非常大(即波前接近平面波)，兩者存在如下的近似關(guān)系
Δ ζ = -f2/R
其中f為準(zhǔn)直鏡頭的有效焦距；當(dāng)球面波為會聚波時R取負(fù)值，為發(fā)散波時取正值。波前的曲率半徑R可以由波前傳感器內(nèi)部的波前探測元件12直接探測出，所以我們可以很方便的獲得被測像點(diǎn)與波前傳感器參考點(diǎn)的垂向偏差大小。
另一方面，當(dāng)像點(diǎn)與參考點(diǎn)PO存在水平向偏差Δχ(或Ay)時，如圖恥所示，像點(diǎn)的波前被準(zhǔn)直后將不會垂直于波前探測元件12入射，而是以一定的傾斜角△ θχ入射， Δχ與Δ θ χ存在如下近似關(guān)系
Δ χ = -f · Δ θ χ
波前的傾斜角Δ θ χ也可以由波前探測元件12直接探測出來，所以我們也可以很方便的獲得被測像點(diǎn)與波前傳感器參考點(diǎn)的水平向位置偏差。
每當(dāng)某個針孔被照亮?xí)r，像面上都會出現(xiàn)對應(yīng)的像點(diǎn)P。我們首先移動工件臺使波前傳感器的參考點(diǎn)與被測像點(diǎn)大致對準(zhǔn)，然后記錄波前傳感器測得的波前波前曲率半徑 R和波前傾斜角Δ ΘΧ、Δ θ y，這樣就可以得到像點(diǎn)與波前傳感器參考點(diǎn)的位置偏差，此時只要知道波前傳感器參考點(diǎn)的位置，即可獲得像點(diǎn)位置信息。由于波前傳感器參考點(diǎn)隨工件臺一起移動，所以只需測出工件臺的位移量即可。如圖3所示，我們用三個干涉儀來實(shí)現(xiàn)工件臺的位置測量。其中Z向干涉儀4用于測量工件臺的Z向位移，水平向(X或Y)干涉儀8用于測量工件臺水平向位移，而5和7分別為它們所對應(yīng)的反射鏡(與工件臺相對固定)。設(shè)干涉儀測得的工件臺位置為IFx、IFy、IFz(工件臺相對于其零位的位移)，于是像點(diǎn)P的位置坐標(biāo)(Xp，yP，Zp)可表示為
權(quán)利要求
1.一種檢測裝置，用于檢測光刻機(jī)投影物鏡的畸變和場曲，其特征在于包括一針孔掩模，設(shè)置有一針孔陣列，用于將透過所述每一個針孔的光波，在物鏡折射后，形成對應(yīng)的像點(diǎn)；一波前傳感器，設(shè)置在工件臺上，通過測定所述像點(diǎn)的波前傾斜和波前曲率，及工件臺的移動，來得到所述像點(diǎn)的位置移動工件臺將自身的參考點(diǎn)與像點(diǎn)對準(zhǔn)；以及一干涉儀測量組件，用于測量工件臺在檢測過程中在X、Y、Z方向的位移。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于所述針孔掩模的針孔形狀為方形，尺寸大于物鏡的成像極限。
3.如權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于所述針孔透射的光波為球面波。
4.如權(quán)利要求3所述的檢測裝置，其特征在于所述針孔處于所述球面波的球心位置。
5.如權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于所述波前傳感器設(shè)置有參考點(diǎn)，利用所述參考點(diǎn)，移動工件臺將所述參考點(diǎn)與所述像點(diǎn)對準(zhǔn)，確定所述像點(diǎn)的波前傾斜和波前曲率。
6.一種檢測光刻機(jī)投影物鏡的畸變和場曲的方法，其特征在于包括如下步驟Stepl 移動照明鏡頭依次點(diǎn)亮各針孔，然后移動波前傳感器依次對準(zhǔn)掩模針孔的每個像點(diǎn)；Step2 當(dāng)波前傳感器對準(zhǔn)一個像點(diǎn)后，記錄其測得的波前傾斜量Δ Δ 9y以及波前曲率半徑R，同時記錄三個方向的干涉儀數(shù)據(jù)IFX、IFy, IFz ；St印3 根據(jù)乂印2中記錄的波前傳感器和干涉儀數(shù)據(jù)，計(jì)算出每個像點(diǎn)的精確位置， 然后擬合出畸變并計(jì)算物鏡的像面場曲。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于在^印1中，在點(diǎn)亮所述各個針孔之前，通過依次照亮視場角點(diǎn)上的針孔掩模的四個針孔，移動工件臺使波前傳感器的參考點(diǎn)與四個角點(diǎn)針孔的像點(diǎn)依次對準(zhǔn)，記錄照明移動臺和工件臺的位置并據(jù)此推算出所有針孔和像點(diǎn)的對應(yīng)位置，根據(jù)所述對應(yīng)位置，依次點(diǎn)亮各針孔。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于在乂印2中，包括Step2. 1 所述波前傳感器設(shè)置在工件臺上，通過驅(qū)動工件臺使所述波前傳感器與所述針孔的像點(diǎn)進(jìn)行對準(zhǔn)；Step2. 2 記錄所述波前傳感器測得的波前傾斜量Δ θ x和Δ θ y以及波前曲率半徑 R，同時記錄干涉儀測量所述工件臺的位移，獲得工件臺x，y，及ζ方向的位移數(shù)據(jù)IFx、IFy、 IFz。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于像點(diǎn)P的位置坐標(biāo)(Xp，yP,zP)可表示為 Xp= IFx-/·ΑΘΧ.yp=IFy-f-A0y Zp=IFz-f-A0z其中f為準(zhǔn)直鏡頭的有效焦距；Δ Δ θ y為波前傾斜量；R為波前曲率半徑；IFX、 IFy, IFz為三個方向的干涉儀數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明一種檢測裝置，用于檢測光刻機(jī)投影物鏡的畸變和場曲，包括一針孔掩模；一波前傳感器，用于接收所述針孔掩模的像，測量針孔像點(diǎn)的波前傾斜量以及波前曲率半徑；以及一干涉儀測量組件，用于測量工件臺在X、Y、Z方向的位置。通過波前傳感器測量像點(diǎn)相對于該傳感器自身參考點(diǎn)的對準(zhǔn)偏差，同時用干涉儀測量該傳感器的位移大小，從而最終獲得各像點(diǎn)的相對位置關(guān)系，擬合出畸變并計(jì)算物鏡的像面場曲。
文檔編號G03F9/00GK102540751SQ20101061905
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者劉國淦, 舒建偉 申請人:上海微電子裝備有限公司