一種光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置與方法
【專利摘要】一種光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置與方法。該裝置主要由準分子激光器、擴束棱鏡、勻光聚焦物鏡系統(tǒng)、光纖耦合物鏡、多模光纖、成像物鏡、照明掩模板、準直物鏡及夏克-哈特曼波前傳感器組成；其中，從準分子激光器輸出的狹長的矩形光斑經(jīng)擴束棱鏡擴束后得到方形光斑，方形光斑經(jīng)過勻光聚焦物鏡系統(tǒng)和光纖耦合物鏡后被耦合入多模光纖中；由多模光纖出射的發(fā)散球面波經(jīng)成像物鏡后成像到照明掩模板上產(chǎn)生多個球面波，這些球面波經(jīng)過投影物鏡系統(tǒng)后攜帶其波像差信息，再經(jīng)過準直物鏡后成為平面波，平面波被夏克-哈特曼波前傳感器的微透鏡陣列分成多個子光束，這些子光束聚焦到夏克-哈特曼波前傳感器的探測器上，測得投影物鏡系統(tǒng)的波像差信息。
【專利說明】-種光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置與方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學測量【技術領域】，特別是涉及一種光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量 裝置與方法。

【背景技術】
[0002] 21世紀是信息經(jīng)濟時代，發(fā)達國家國民經(jīng)濟增長的很大部分與集成電路有關。集 成電路已成為事關一個國家國民經(jīng)濟、國防建設、人民生活和信息安全的基礎性、戰(zhàn)略性產(chǎn) 業(yè)。從單個晶體管到今天的芯片，集成電路的發(fā)展是一個不斷微型化、集成化的過程，該要 歸功于光學光刻技術的不斷進步。
[0003]作為光刻機核也部件的投影物鏡系統(tǒng)，其波像差大小直接影響著光刻成像質(zhì)量和 光刻機的分辨率。為了提高光刻機的分辨率，光刻機中曝光波長不斷減小，投影物鏡數(shù)值孔 徑不斷提高，各種分辨率增強技術使得工藝因子不斷降低。與此同時，光刻物鏡也更加鹿大 和復雜，例如，目前國際上最先進的深紫外投影光刻物鏡的光學元件數(shù)量在20片W上，該 給光學設計、加工、檢測及裝調(diào)都帶來了極大的挑戰(zhàn)。投影物鏡系統(tǒng)的復雜性和精密性，要 求投影物鏡系統(tǒng)在加工、集成及曝光的各個環(huán)節(jié)都必須進行波像差的檢測。尤其在系統(tǒng)集 成裝調(diào)階段，波像差檢測是最終物鏡系統(tǒng)高精度集成的重要保證。
[0004] 光刻機投影物鏡系統(tǒng)波像差檢測方法主要有基于光干涉原理和基于夏克-哈特 曼波前傳感器兩種。其中，基于光干涉原理的方法有衍射型的點衍射干涉儀（PDI)和線衍 射干涉儀（LDI)，剪切型的橫向剪切干涉儀（LSI)、雙光柵剪切干涉儀值LSI)、交叉光柵剪 切干涉儀（CGLSI)和數(shù)字泰伯干涉儀值TI)?；谙目?哈特曼波前傳感器的方法主要有 尼康公司采用的iPot。
[0005] 文獻《Phase-shiftingpoint-diffractioninterferometryatl93nm》（Appl. 化t. ,2000,29(31) :5768?5772)詳細描述了采用PDI進行系統(tǒng)波像差檢測的技術。其中， PDI是采用微孔衍射產(chǎn)生的球面波作為參考光，通過光柵移相實現(xiàn)系統(tǒng)波像差的測量。然而 對于面向lOOnm節(jié)點的深紫外投影物鏡系統(tǒng)像方數(shù)值孔徑（NA)達到0. 75,為了產(chǎn)生足夠高 質(zhì)量的衍射參考波前，要求微孔直徑很小，該將使能量透過率很低，影響測量精度。同時光 柵位于會聚光束中進行移相，將給測量結(jié)果帶來誤差。文獻《Anewon-machinemeasurement systemtomeasurewavefrontaberrationofprojectionopticswithhyper-NA》（Proc. SPIE，2006, 6154:615424)詳細描述了采用LDI進行系統(tǒng)波像差檢測的技術。LDI采用狹縫 衍射產(chǎn)生的柱面波作為參考光，解決了PDI采用微孔能量透過率很低的問題，使得能量大 大提高。然而，LDI只能測量某個方向的波像差信息，為了實現(xiàn)系統(tǒng)波像差的完整測量，需要 在兩個正交方向上進行兩次測量，該樣在調(diào)整狹縫和光柵的過程中，將會給測量帶來誤差。 同樣，與PDI-樣，LDI所采用的光柵也將給最終測量帶來誤差。
[0006] 剪切型干涉儀如美國專利US7352475,不需要參考波前，而是將測試波前與其自身 的錯位（剪切）波前發(fā)生干涉，實現(xiàn)系統(tǒng)波像差的檢測。由于不需要微孔或者狹縫，因此可 W獲得很大的能量透過率，具有較高的精度。但是在剪切干涉儀中，光柵位于會聚光束或者 發(fā)散光束中，將給測量結(jié)果帶來誤差。
[0007] 文獻《HighnumericalapertureHartmannwavefrontsensorwithpinholearray extendedsource》(Proc.SPIE, 2012, 8550:85503M)詳細描述了米用孔陣列和夏克-哈特曼 波前傳感器的方法進行系統(tǒng)波像差測量的技術。其中，通過在投影物鏡系統(tǒng)的物面上集成 按正方形方式排列的孔陣列，衍射產(chǎn)生NA為0. 1875的衍射波前，經(jīng)過投影物鏡系統(tǒng)后，用 準直物鏡將發(fā)散波前轉(zhuǎn)換成平面波前，最終采用夏克-哈特曼波前傳感器記錄系統(tǒng)波像差 信息。然而，采用該裝置，需要一個NA為0. 75的準直物鏡，在193nm波段，NA達到0. 75的 準直物鏡，體積鹿大，價格昂貴，同時也難于精確地標定其波像差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供一種新的光刻投影 物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置與方法，所要解決的技術問題是使其通過在投影物鏡系統(tǒng)的像面 上集成微孔陣列，采用夏克-哈特曼波前傳感器進行投影物鏡系統(tǒng)波像差的測量，可W在 保證高的能量透過率的同時，有效地減小準直物鏡的數(shù)值孔徑，從而改善準直物鏡體積鹿 大、價格昂貴及波像差難于精確地標定的問題。
[0009] 本發(fā)明的目的及解決其技術問題是采用W下技術方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提 出的一種光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置，該裝置包括：準分子激光器、擴束棱鏡、勻光 聚焦物鏡系統(tǒng)、光纖禪合物鏡、多模光纖、成像物鏡、照明掩模板、準直物鏡W及夏克-哈特 曼波前傳感器；其中，所述準分子激光器、所述擴束棱鏡、所述勻光聚焦物鏡系統(tǒng)及所述光 纖禪合物鏡依次設置于所述多模光纖的一端，從所述準分子激光器輸出的狹長的矩形光斑 經(jīng)過所述擴束棱鏡擴束后得到方形光斑，所述方形光斑經(jīng)過所述勻光聚焦物鏡系統(tǒng)和所述 光纖禪合物鏡后被禪合入所述多模光纖中；在所述多模光纖的另一端依次設置所述成像物 鏡、所述照明掩模板、所述準直物鏡及所述夏克-哈特曼波前傳感器，由所述多模光纖出射 的發(fā)散球面波經(jīng)過所述成像物鏡后成像到所述照明掩模板上產(chǎn)生多個球面波，該些球面波 經(jīng)過待測投影物鏡系統(tǒng)后攜帶其波像差信息，再經(jīng)過所述準直物鏡后成為攜帶波像差信息 的平面波，所述平面波被所述夏克-哈特曼波前傳感器的微透鏡陣列分成多個子光束，該 些子光束聚焦到所述夏克-哈特曼波前傳感器的探測器上，測得所述待測投影物鏡系統(tǒng)的 波像差信息。
[0010] 本發(fā)明的目的及解決其技術問題還可采用W下技術措施進一步實現(xiàn)。
[0011] 前述的光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置，其中所述擴束棱鏡包括：第一擴束棱 鏡、第二擴束棱鏡和第H擴束棱鏡；所述第一擴束棱鏡、所述第二擴束棱鏡和所述第H擴束 棱鏡是大小不同，材料相同，且H個頂角的角度大小分別對應一致的直角棱鏡；其中每個直 角棱鏡的放大倍率X滿足W下關系：
[0012] 義=- 巧0
[0013] 式中n為棱鏡的折射率，n。為棱鏡所處介質(zhì)的折射率；從所述準分子激光器輸出 的狹長的矩形光斑是依次經(jīng)過所述第一擴束棱鏡、所述第二擴束棱鏡和所述第H擴束棱鏡 擴束后得到所述方形光斑；其中，所述第一擴束棱鏡的第一斜面朝向所述準分子激光器，所 述第一擴束棱鏡的第一直角面朝向所述第二擴束棱鏡的第二斜面，所述第二擴束棱鏡與所 述第一直角面對應的第二直角面朝向所述第H擴束棱鏡的第H斜面，所述第H擴束棱鏡與 所述第一直角面及所述第二直角面對應的第H直角面朝向所述勻光聚焦物鏡系統(tǒng)，其中所 述第一直角面與所述第二斜面之間，及所述第二直角面與所述第H斜面之間的夾角均為銳 角，使從所述準分子激光器發(fā)出的狹長的矩形光束依次從所述第一斜面、所述第二斜面和 所述第H斜面傾斜入射，并依次從所述第一直角面、所述第二直角面和所述第H直角面垂 直出射。
[0014] 前述的光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置，其中擴束后的所述方形光斑經(jīng)過所述 勻光聚焦物鏡系統(tǒng)后能量成為平頂?shù)木鶆蚍植疾⒕劢沟剿龉饫w禪合物鏡，經(jīng)過所述光纖 禪合物鏡后被禪合入所述多模光纖中。
[0015] 前述的光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置，其中所述多模光纖的長度是使通過所 述多模光纖后的光束所產(chǎn)生的模式色散的大小大于所述光束自身的相干長度。
[0016] 前述的光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置，其中所述照明掩模板位于所述待測投 影物鏡系統(tǒng)的像面上，所述準直物鏡的前焦點位于所述待測投影物鏡系統(tǒng)的物面與光軸 的交點處，使由所述待測投影物鏡系統(tǒng)出射的光束具有小的數(shù)值孔徑NA。，其大小為NA。= NAi/M，其中M和NAi分別為所述待測投影物鏡系統(tǒng)的放大倍率和像方數(shù)值孔徑。
[0017] 前述的光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置，其中在所述成像物鏡與所述照明掩模 板之間還設有漫射體，由所述成像物鏡出射的光束經(jīng)過所述漫射體后發(fā)散角增大，并更加 均勻地照射到所述照明掩模板上。
[0018] 前述的光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置，其中在所述照明掩模板上設有多個圓 形微孔，球面波經(jīng)過該些圓形微孔衍射產(chǎn)生多個接近于理想的非相干球面波。
[0019] 前述的光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置，其中所述照明掩模板上的多個所述圓 形微孔是按照六角方式排列于微孔陣列區(qū)域；所述照明掩模板包括：基底、金屬薄膜及增 透膜，所述基底的材料為烙融石英，在所述基底的兩個相對的表面上分別鍛有所述金屬薄 膜和所述增透膜，所述金屬薄膜的光學密度（0D)值大于6,所述圓形微孔是通過聚焦離子 束（FIB)的方式在所述金屬薄膜上刻蝕形成；其中，所述圓形微孔的直徑大小d滿足W下式 子： 義
[0020] d<1.22--
[0021] 式中A為照明光波波長，NAi為所述待測投影物鏡系統(tǒng)像方的數(shù)值孔徑；相鄰兩 個所述圓形微孔之間的間距S根據(jù)照明相干因子為零的條件，由W下式子確定：
[0022] S= \22-L h
[0023] 式中A為照明光波波長，b為照射所述照明掩模板的光源的直徑，L為所述漫射體 到所述照明掩模板的距離；所述微孔陣列區(qū)域的半徑R由W下式子確定：
[0024] R<~/' a
[0025] 式中A為照明光波波長，a為所述夏克-哈特曼波前傳感器中所述微透鏡陣列的 周期，f為所述準直物鏡的焦距。
[0026] 前述的光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置，其中所述照明掩模板上的多個所述圓 形微孔是隨機排列于微孔陣列區(qū)域；所述照明掩模板包括：基底、金屬薄膜及增透膜，所述 基底的材料為烙融石英，在所述基底的兩個相對的表面上分別鍛有所述金屬薄膜和所述增 透膜，所述金屬薄膜的光學密度（0D)值大于6,所述圓形微孔是通過聚焦離子束（FIB)的方 式在所述金屬薄膜上刻蝕形成；其中，所述圓形微孔的直徑大小d滿足W下式子：
[0027] (/<1.22^7^ NA.
[002引式中A為照明光波波長，NAi為所述待測投影物鏡系統(tǒng)像方的數(shù)值孔徑；所述微 孔陣列區(qū)域的半徑R由W下式子確定： 義
[0029] 民<-f a
[0030] 式中A為照明光波波長，a為所述夏克-哈特曼波前傳感器中所述微透鏡陣列的 周期，f為所述準直物鏡的焦距。
[0031] 本發(fā)明的目的及解決其技術問題還采用W下技術方案來實現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的 一種光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量方法，該方法包括W下步驟：
[0032] 1)、調(diào)整第一擴束棱鏡、第二擴束棱鏡和第H擴束棱鏡，使從準分子激光器發(fā)出的 狹長的矩形光束依次從所述第一擴束棱鏡、所述第二擴束棱鏡和所述第H擴束棱鏡的斜面 傾斜入射，并依次從所述第一擴束棱鏡、所述第二擴束棱鏡和所述第H擴束棱鏡的直角面 垂直出射，通過選擇各擴束棱鏡的折射率，使從所述第H擴束棱鏡出射的光束具有方形的 能量分布，得到方形光斑；
[0033] 2)、通過勻光聚焦物鏡系統(tǒng)使擴束后的所述方形光斑的能量成為平頂?shù)木鶆蚍植?并聚焦到光纖禪合物鏡，通過調(diào)節(jié)所述光纖禪合物鏡將其禪合入多模光纖中；
[0034] 3)、選擇恰當?shù)乃龆嗄９饫w的長度，使光束經(jīng)過所述多模光纖后所產(chǎn)生的模式 色散的大小大于所述光束自身的相干長度；
[00巧]4)、通過成像物鏡將由所述多模光纖出射的發(fā)散球面波成像到照明掩模板上，在 所述成像物鏡和所述照明掩模板之間加入漫射體，使由所述成像物鏡出射的光束的發(fā)散角 增大，并更加均勻地照射到所述照明掩模板上；
[0036]5)、調(diào)節(jié)所述照明掩模板，使其位于待測投影物鏡系統(tǒng)的像面上，從而使球面波經(jīng) 過所述照明掩模板后衍射產(chǎn)生多個接近于理想的非相干球面波，該些球面波經(jīng)過所述待測 投影物鏡系統(tǒng)后攜帶其波像差信息；調(diào)節(jié)準直物鏡，使其前焦點位于所述待測投影物鏡系 統(tǒng)的物面與光軸的交點處，從而使該些攜帶波像差信息的所述球面波經(jīng)過所述準直物鏡后 成為攜帶波像差信息的平面波；
[0037]6)、通過夏克-哈特曼波前傳感器記錄所述平面波的波前信息，積分得到測量結(jié) 果Wt。
[0038]7)、將所述測量結(jié)果Wt減去所述準直物鏡和所述夏克-哈特曼波前傳感器所引入 的系統(tǒng)誤差Ws，得到所述待測投影物鏡系統(tǒng)的波像差信息W=Wt-Ws。
[0039] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。借由上述技術方案，本發(fā)明 一種光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置與方法至少具有下列優(yōu)點及有益效果：本發(fā)明的 光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置與方法，可W實現(xiàn)光刻投影物鏡曝光光學系統(tǒng)集成裝調(diào) 過程中系統(tǒng)波像差的快速高精度檢測。通過微孔陣列獲得高質(zhì)量的非相干照明光波，在保 證球面波質(zhì)量的同時，提高了到達夏克-哈特曼波前傳感器上的能量及其能量分布的均勻 性，有效提高了測量速度和精度。
[0040] 上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予W實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠 更明顯易懂，W下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0041] 圖1是本發(fā)明一種光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置的一較佳實施例用于投影 物鏡系統(tǒng)波像差測量的示意圖。
[0042] 圖2是本發(fā)明的微孔陣列規(guī)則排布的照明掩模板的側(cè)視示意圖。
[0043] 圖3是本發(fā)明的微孔陣列規(guī)則排布的照明掩模板的俯視示意圖。
[0044] 圖4是本發(fā)明的微孔陣列隨機排布的照明掩模板的側(cè)視示意圖。
[0045] 圖5是本發(fā)明的微孔陣列隨機排布的照明掩模板的俯視示意圖。
[0046] 10;準分子激光器20;擴束棱鏡
[0047] 21;第一擴束棱鏡22;第二擴束棱鏡
[0048] 23;第H擴束棱鏡30;勻光聚焦物鏡系統(tǒng)
[0049] 40;光纖禪合物鏡50;多模光纖
[0050] 60;成像物鏡 67;漫射體
[005。70;照明掩模板71;基底
[005引72;金屬薄膜 73;圓形微孔
[005引74;增透膜 75;微孔陣列區(qū)域
[0054] 80;準直物鏡 90;夏克-哈特曼波前傳感器
[00巧]100 ;投影物鏡系統(tǒng)

【具體實施方式】
[0056] 為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效，W下結(jié) 合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的一種光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置與方法 其【具體實施方式】、結(jié)構、方法、步驟、特征及其功效，詳細說明如后。
[0057]本發(fā)明是采用夏克-哈特曼波前傳感器法進行光刻機投影物鏡系統(tǒng)波像差的檢 巧1|，請參閱圖1所示，是本發(fā)明一種光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置的一較佳實施例用 于投影物鏡系統(tǒng)波像差測量的示意圖。本發(fā)明的光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置主要 由產(chǎn)生照明光束的準分子激光器10,用于激光光束擴束的擴束棱鏡20,對非均勻照明光束 起勻光和聚焦作用的勻光聚焦物鏡系統(tǒng)30,將照明光束禪合入多模光纖中的光纖禪合物鏡 40,傳輸和降低照明光束相干性的多模光纖50,將多模光纖出射的光束成像到照明掩模板 上去的成像物鏡60,產(chǎn)生高質(zhì)量非相干球面波的照明掩模板70,將發(fā)散波前轉(zhuǎn)換成平面波 前的準直物鏡80和用于探測波前像差信息的夏克-哈特曼波前傳感器90組成。
[0058] 其中，準分子激光器10、擴束棱鏡20、勻光聚焦物鏡系統(tǒng)30和光纖禪合物鏡40依 次設置于多模光纖50的一端，從準分子激光器10輸出的狹長的矩形光斑經(jīng)過擴束棱鏡20 擴束后得到方形光斑，方形光斑經(jīng)過勻光聚焦物鏡系統(tǒng)30和光纖禪合物鏡40后被禪合入 多模光纖50中。在多模光纖50的另一端依次設置成像物鏡60、照明掩模板70、準直物鏡 80和夏克-哈特曼波前傳感器90,由多模光纖50出射的發(fā)散球面波經(jīng)過成像物鏡60后成 像到照明掩模板70上產(chǎn)生多個球面波，該些球面波經(jīng)過待測投影物鏡系統(tǒng)100后攜帶其波 像差信息，再經(jīng)過準直物鏡80后成為攜帶波像差信息的平面波，平面波被夏克-哈特曼波 前傳感器90的微透鏡陣列分成多個子光束，該些子光束聚焦到夏克-哈特曼波前傳感器90 的探測器上，從而測得待測投影物鏡系統(tǒng)100的波像差信息。
[0059] 如圖1所示，本發(fā)明的擴束棱鏡20包括；第一擴束棱鏡21、第二擴束棱鏡22和 第H擴束棱鏡23。其中，第一擴束棱鏡21、第二擴束棱鏡22和第H擴束棱鏡23是大小不 同，材料相同，且H個頂角的角度大小分別對應一致的直角棱鏡，每個直角棱鏡的放大倍率 X滿足W下關系：
[0060] 義二- ?0
[0061] 式中n為棱鏡的折射率，n。為棱鏡所處介質(zhì)的折射率。從準分子激光器10輸出的 狹長的矩形光斑依次經(jīng)過第一擴束棱鏡21、第二擴束棱鏡22和第H擴束棱鏡23擴束后得 到方形光斑。
[0062] 其中，第一擴束棱鏡21的第一斜面朝向準分子激光器10,第一擴束棱鏡21的第一 直角面朝向第二擴束棱鏡22的第二斜面，第二擴束棱鏡22與前述第一直角面對應的第二 直角面朝向第H擴束棱鏡23的第H斜面，第H擴束棱鏡23與前述第一直角面及第二直角 面對應的第H直角面朝向勻光聚焦物鏡系統(tǒng)30。其中第一直角面與第二斜面之間，及第二 直角面與第H斜面之間的夾角均為銳角，使從準分子激光器10發(fā)出的狹長的矩形光束依 次從前述第一斜面、第二斜面和第H斜面傾斜入射，并依次從前述第一直角面、第二直角面 和第H直角面垂直出射。
[0063] 本發(fā)明擴束后的方形光斑經(jīng)過勻光聚焦物鏡系統(tǒng)30后能量成為平頂?shù)木鶆蚍植?并聚焦到光纖禪合物鏡40,經(jīng)過光纖禪合物鏡40后被禪合入多模光纖50中。
[0064] 本發(fā)明的多模光纖50的長度應使通過多模光纖50后的光束所產(chǎn)生的模式色散的 大小大于光束自身的相干長度。
[0065] 本發(fā)明的照明掩模板70位于待測投影物鏡系統(tǒng)100的像面上，準直物鏡80的前 焦點位于待測投影物鏡系統(tǒng)100的物面與光軸的交點處，該樣由待測投影物鏡系統(tǒng)100出 射的光束具有小的數(shù)值孔徑NA。，其大小為NA。=NAi/M，其中M和NAi分別為待測投影物鏡 系統(tǒng)100的放大倍率和像方數(shù)值孔徑。
[0066] 本發(fā)明在成像物鏡60與照明掩模板70之間還設有用于擴大照明光束發(fā)散角和增 加照明光束均勻性的漫射體67,由成像物鏡60出射的光束經(jīng)過漫射體67后發(fā)散角增大，并 更加均勻地照射到照明掩模板70上。
[0067] 本發(fā)明在照明掩模板70上設有多個圓形微孔73,球面波經(jīng)過該些圓形微孔73衍 射產(chǎn)生多個接近于理想的非相干球面波。
[006引請參閱圖2及圖3所示，圖2是本發(fā)明的微孔陣列規(guī)則排布的照明掩模板的側(cè)視 示意圖。圖3是本發(fā)明的微孔陣列規(guī)則排布的照明掩模板的俯視示意圖。在本發(fā)明的一實 施例中，本發(fā)明的照明掩模板70上的多個圓形微孔73是按照六角方式排列于微孔陣列區(qū) 域75,照明掩模板70包括；基底71、金屬薄膜72及增透膜74。其中，基底71的材料為烙 融石英，在基底71的兩個相對的表面上分別鍛有金屬薄膜72和增透膜74,金屬薄膜72的 光學密度（0D)值大于6,圓形微孔73是通過聚焦離子束（FIB)的方式在金屬薄膜72上刻 蝕形成。各圓形微孔73的直徑大小d滿足W下式子：
[0069] (/<1.22^^
[0070] 式中A為照明光波波長，NAi為待測投影物鏡系統(tǒng)100像方的數(shù)值孔徑。相鄰兩 個圓形微孔73之間的間距S根據(jù)照明相干因子為零的條件，由W下式子確定：
[0071] S二1.22-Z, h
[0072] 式中A為照明光波波長，b為照射照明掩模板70的光源的直徑，L為漫射體67到 照明掩模板70的距離。微孔陣列區(qū)域75的半徑R由W下式子確定：
[0073] R<-j a
[0074] 式中A為照明光波波長，a為夏克-哈特曼波前傳感器90中微透鏡陣列的周期， f為準直物鏡80的焦距。
[0075] 請參閱圖4及圖5所示，圖4是本發(fā)明的微孔陣列隨機排布的照明掩模板的側(cè)視 示意圖。圖5是本發(fā)明的微孔陣列隨機排布的照明掩模板的俯視示意圖。在本發(fā)明的另一 實施例中，本發(fā)明照明掩模板70上的多個圓形微孔73是隨機排列于微孔陣列區(qū)域75,照明 掩模板70包括；基底71、金屬薄膜72及增透膜74。其中，基底71的材料為烙融石英，在基 底71的兩個相對的表面上分別鍛有金屬薄膜72和增透膜74,金屬薄膜72的光學密度（0D) 值大于6,圓形微孔73是通過聚焦離子束（FIB)的方式在金屬薄膜72上刻蝕形成。各圓形 微孔73的直徑大小d滿足W下式子：
[0076] (/<1.22苗-
[0077] 式中A為照明光波波長，NAi為待測投影物鏡系統(tǒng)100像方的數(shù)值孔徑。微孔陣 列區(qū)域75的半徑R由W下式子確定： 乂
[0078] 民<_f 巧
[0079] 式中A為照明光波波長，a為夏克-哈特曼波前傳感器90中微透鏡陣列的周期， f為準直物鏡80的焦距。
[0080] 本發(fā)明，一方面，通過在待測投影物鏡系統(tǒng)100的像面上設置（按六角方式排列或 隨機方式排列）微孔陣列，衍射產(chǎn)生數(shù)值孔徑NA為0. 75的非相干球面波，提高了能量透過 率和能量分布的均勻性。另一方面，通過將準直物鏡80設置于待測投影物鏡系統(tǒng)100的物 方，使其數(shù)值孔徑NA只有0. 1875,從而改善了準直物鏡80體積鹿大、價格昂貴及波像差難 于精確地標定的問題。其中，微孔陣列采用六角方式排列，可W使得圓形微孔73的排列更 加緊湊，能量透過率更高。而微孔陣列采用隨機方式排列，可W進一步改善微孔衍射波前的 能量均勻性和進一步減小衍射波前的相干性。
[0081] 本發(fā)明利用上述裝置測量光刻機投影物鏡系統(tǒng)波像差的方法主要包括W下步 驟：
[0082]1)、調(diào)整第一擴束棱鏡21、第二擴束棱鏡22和第H擴束棱鏡23,使從準分子激光 器10發(fā)出的狹長的矩形光束依次從第一擴束棱鏡21、第二擴束棱鏡22和第H擴束棱鏡23 的斜面傾斜入射，并依次從第一擴束棱鏡21、第二擴束棱鏡22和第H擴束棱鏡23的直角面 垂直出射，通過選擇各擴束棱鏡的折射率，使從第H擴束棱鏡23出射的光束具有方形的能 量分布，得到方形光斑。
[0083]2)、通過勻光聚焦物鏡系統(tǒng)30使擴束后的方形光斑的能量成為平頂?shù)木鶆蚍植?并聚焦到光纖禪合物鏡40,通過調(diào)節(jié)光纖禪合物鏡40將其禪合入多模光纖50中。
[0084]3)、選擇恰當?shù)亩嗄９饫w50的長度，使光束經(jīng)過多模光纖50后所產(chǎn)生的模式色散 的大小大于光束自身的相干長度。
[0085]4)、通過成像物鏡60將由多模光纖50出射的發(fā)散球面波成像到照明掩模板70 上，在成像物鏡60和照明掩模板70之間加入漫射體67,使由成像物鏡60出射的光束的發(fā) 散角增大，并更加均勻地照射到照明掩模板70上。
[0086]5)、調(diào)節(jié)照明掩模板70,使其位于待測投影物鏡系統(tǒng)100的像面上，從而使球面波 經(jīng)過照明掩模板70后衍射產(chǎn)生多個接近于理想的非相干球面波，該些球面波經(jīng)過待測投 影物鏡系統(tǒng)100后攜帶其波像差信息；調(diào)節(jié)準直物鏡80,使其前焦點位于待測投影物鏡系 統(tǒng)100的物面與光軸的交點處，從而使該些攜帶波像差信息的球面波經(jīng)過準直物鏡80后成 為攜帶波像差信息的平面波。
[0087] 6)、通過夏克-哈特曼波前傳感器90記錄平面波攜帶的波前信息，積分得到測量 結(jié)果Wt。
[008引 7)、將測量結(jié)果Wt減去準直物鏡80和夏克-哈特曼波前傳感器90所引入的系統(tǒng) 誤差Ws，得到待測投影物鏡系統(tǒng)100的波像差信息W=Wt-Ws。
[0089]W上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖 然本發(fā)明已W較佳實施例掲露如上，然而并非用W限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人 員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內(nèi)，當可利用上述掲示的方法及技術內(nèi)容作出些許的更 動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的 技術實質(zhì)對W上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案 的范圍內(nèi)。
【權利要求】
1. 一種光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置，其特征在于，該裝置包括：準分子激光器 (10)、擴束棱鏡（20)、勻光聚焦物鏡系統(tǒng)（30)、光纖耦合物鏡（40)、多模光纖（50)、成像物 鏡（60)、照明掩模板（70)、準直物鏡（80)以及夏克-哈特曼波前傳感器（90); 其中，所述準分子激光器（10)、所述擴束棱鏡（20)、所述勻光聚焦物鏡系統(tǒng)（30)及所 述光纖耦合物鏡（40)依次設置于所述多模光纖（50)的一端，從所述準分子激光器（10)輸 出的狹長的矩形光斑經(jīng)過所述擴束棱鏡（20)擴束后得到方形光斑，所述方形光斑經(jīng)過所 述勻光聚焦物鏡系統(tǒng)（30)和所述光纖稱合物鏡（40)后被稱合入所述多模光纖（50)中； 在所述多模光纖（50)的另一端依次設置所述成像物鏡￠0)、所述照明掩模板（70)、所 述準直物鏡（80)及所述夏克-哈特曼波前傳感器（90)，由所述多模光纖（50)出射的發(fā)散 球面波經(jīng)過所述成像物鏡￠0)后成像到所述照明掩模板（70)上產(chǎn)生多個球面波，這些球 面波經(jīng)過待測投影物鏡系統(tǒng)（100)后攜帶其波像差信息，再經(jīng)過所述準直物鏡（80)后成為 攜帶波像差信息的平面波，所述平面波被所述夏克-哈特曼波前傳感器（90)的微透鏡陣列 分成多個子光束，這些子光束聚焦到所述夏克-哈特曼波前傳感器（90)的探測器上，測得 所述待測投影物鏡系統(tǒng)（100)的波像差信息。
2. 根據(jù)權利要求1所述的光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置，其特征在于其中所述擴 束棱鏡（20)包括：第一擴束棱鏡（21)、第二擴束棱鏡（22)和第三擴束棱鏡（23);所述第一 擴束棱鏡（21)、所述第二擴束棱鏡（22)和所述第三擴束棱鏡（23)是大小不同，材料相同， 且三個頂角的角度大小分別對應一致的直角棱鏡；其中每個直角棱鏡的放大倍率X滿足以 下關系：
式中η為棱鏡的折射率，％為棱鏡所處介質(zhì)的折射率；從所述準分子激光器（10)輸出 的狹長的矩形光斑是依次經(jīng)過所述第一擴束棱鏡（21)、所述第二擴束棱鏡（22)和所述第 三擴束棱鏡（23)擴束后得到所述方形光斑； 其中，所述第一擴束棱鏡（21)的第一斜面朝向所述準分子激光器（10)，所述第一擴束 棱鏡（21)的第一直角面朝向所述第二擴束棱鏡（22)的第二斜面，所述第二擴束棱鏡（22) 與所述第一直角面對應的第二直角面朝向所述第三擴束棱鏡（23)的第三斜面，所述第三 擴束棱鏡（23)與所述第一直角面及所述第二直角面對應的第三直角面朝向所述勻光聚焦 物鏡系統(tǒng)（30)，其中所述第一直角面與所述第二斜面之間，及所述第二直角面與所述第三 斜面之間的夾角均為銳角，使從所述準分子激光器（10)發(fā)出的狹長的矩形光束依次從所 述第一斜面、所述第二斜面和所述第三斜面傾斜入射，并依次從所述第一直角面、所述第二 直角面和所述第三直角面垂直出射。
3. 根據(jù)權利要求1所述的光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置，其特征在于其中擴束后 的所述方形光斑經(jīng)過所述勻光聚焦物鏡系統(tǒng)（30)后能量成為平頂?shù)木鶆蚍植疾⒕劢沟剿?述光纖耦合物鏡（40)，經(jīng)過所述光纖耦合物鏡（40)后被耦合入所述多模光纖（50)中。
4. 根據(jù)權利要求1所述的光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置，其特征在于其中所述多 模光纖（50)的長度是使通過所述多模光纖（50)后的光束所產(chǎn)生的模式色散的大小大于所 述光束自身的相干長度。
5. 根據(jù)權利要求1所述的光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置，其特征在于其中所述 照明掩模板（70)位于所述待測投影物鏡系統(tǒng)（100)的像面上，所述準直物鏡（80)的前焦 點位于所述待測投影物鏡系統(tǒng)（100)的物面與光軸的交點處，使由所述待測投影物鏡系統(tǒng) (100)出射的光束具有小的數(shù)值孔徑NA。，其大小為NA。= NAiZU其中M和NAi分別為所述 待測投影物鏡系統(tǒng)（100)的放大倍率和像方數(shù)值孔徑。
6. 根據(jù)權利要求1所述的光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置，其特征在于其中在所述 成像物鏡（60)與所述照明掩模板（70)之間還設有漫射體（67)，由所述成像物鏡（60)出射 的光束經(jīng)過所述漫射體￠7)后發(fā)散角增大，并更加均勻地照射到所述照明掩模板（7)上。
7. 根據(jù)權利要求6所述的光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置，其特征在于其中在所述 照明掩模板（70)上設有多個圓形微孔（73)，球面波經(jīng)過這些圓形微孔（73)衍射產(chǎn)生多個 接近于理想的非相干球面波。
8. 根據(jù)權利要求7所述的光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置，其特征在于其中所述照 明掩模板（70)上的多個所述圓形微孔（73)是按照六角方式排列于微孔陣列區(qū)域（75);所 述照明掩模板（70)包括：基底（71)、金屬薄膜（72)及增透膜（74)，所述基底（71)的材料 為熔融石英，在所述基底（71)的兩個相對的表面上分別鍍有所述金屬薄膜（72)和所述增 透膜（74)，所述金屬薄膜（72)的光學密度值大于6,所述圓形微孔（73)是通過聚焦離子束 的方式在所述金屬薄膜（72)上刻蝕形成； 其中，所述圓形微孔（73)的直徑大小d滿足以下式子：
式中λ為照明光波波長，NAi為所述待測投影物鏡系統(tǒng)（100)像方的數(shù)值孔徑； 相鄰兩個所述圓形微孔（73)之間的間距S根據(jù)照明相干因子為零的條件，由以下式子 確定：
式中λ為照明光波波長，b為照射所述照明掩模板（70)的光源的直徑，L為所述漫射 體（67)到所述照明掩模板（70)的距離； 所述微孔陣列區(qū)域（75)的半徑R由以下式子確定：
式中λ為照明光波波長，a為所述夏克-哈特曼波前傳感器（90)中所述微透鏡陣列 的周期，f為所述準直物鏡（80)的焦距。
9. 根據(jù)權利要求7所述的光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量裝置，其特征在于其中所述照 明掩模板（70)上的多個所述圓形微孔（73)是隨機排列于微孔陣列區(qū)域（75);所述照明掩 模板（70)包括：基底（71)、金屬薄膜（72)及增透膜（74)，所述基底（71)的材料為熔融石 英，在所述基底（71)的兩個相對的表面上分別鍍有所述金屬薄膜（72)和所述增透膜（74)， 所述金屬薄膜（72)的光學密度值大于6,所述圓形微孔（73)是通過聚焦離子束的方式在所 述金屬薄膜（72)上刻蝕形成； 其中，所述圓形微孔（73)的直徑大小d滿足以下式子：
式中λ為照明光波波長，NAi為所述待測投影物鏡系統(tǒng)（100)像方的數(shù)值孔徑； 所述微孔陣列區(qū)域（75)的半徑R由以下式子確定：
式中λ為照明光波波長，a為所述夏克-哈特曼波前傳感器（90)中所述微透鏡陣列 的周期，f為所述準直物鏡（80)的焦距。
10. -種光刻投影物鏡系統(tǒng)波像差測量方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： 1) 、調(diào)整第一擴束棱鏡（21)、第二擴束棱鏡（22)和第三擴束棱鏡（23)，使從準分子激 光器（10)發(fā)出的狹長的矩形光束依次從所述第一擴束棱鏡（21)、所述第二擴束棱鏡（22) 和所述第三擴束棱鏡（23)的斜面傾斜入射，并依次從所述第一擴束棱鏡（21)、所述第二擴 束棱鏡（22)和所述第三擴束棱鏡（23)的直角面垂直出射，通過選擇各擴束棱鏡的折射率， 使從所述第三擴束棱鏡（23)出射的光束具有方形的能量分布，得到方形光斑； 2) 、通過勻光聚焦物鏡系統(tǒng)（30)使擴束后的所述方形光斑的能量成為平頂?shù)木鶆蚍?布并聚焦到光纖耦合物鏡（40)，通過調(diào)節(jié)所述光纖耦合物鏡（40)將其耦合入多模光纖 (50)中； 3) 、選擇恰當?shù)乃龆嗄９饫w（50)的長度，使光束經(jīng)過所述多模光纖（50)后所產(chǎn)生的 模式色散的大小大于所述光束自身的相干長度； 4) 、通過成像物鏡￠0)將由所述多模光纖（50)出射的發(fā)散球面波成像到照明掩模板 (70)上，在所述成像物鏡￠0)和所述照明掩模板（70)之間加入漫射體￠7)，使由所述成 像物鏡（60)出射的光束的發(fā)散角增大，并更加均勻地照射到所述照明掩模板（70)上； 5) 、調(diào)節(jié)所述照明掩模板（70)，使其位于待測投影物鏡系統(tǒng)（100)的像面上，從而使球 面波經(jīng)過所述照明掩模板（70)后衍射產(chǎn)生多個接近于理想的非相干球面波，這些球面波 經(jīng)過所述待測投影物鏡系統(tǒng)（100)后攜帶其波像差信息；調(diào)節(jié)準直物鏡（80)，使其前焦點 位于所述待測投影物鏡系統(tǒng)（100)的物面與光軸的交點處，從而使這些攜帶波像差信息的 所述球面波經(jīng)過所述準直物鏡（80)后成為攜帶波像差信息的平面波； 6) 、通過夏克-哈特曼波前傳感器（90)記錄所述平面波的波前信息，積分得到測量結(jié) 果WT。 7) 、將所述測量結(jié)果Wt減去所述準直物鏡（80)和所述夏克-哈特曼波前傳感器（90) 所引入的系統(tǒng)誤差W s，得到所述待測投影物鏡系統(tǒng)（100)的波像差信息W = WT-WS。
【文檔編號】G03F7/20GK104375385SQ201410185411
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年5月4日 優(yōu)先權日:2014年5月4日
【發(fā)明者】盧增雄, 齊月靜, 蘇佳妮, 丁功明, 周翊, 王宇 申請人:中國科學院光電研究院