專利名稱：：系統誤差自校準的光刻機投影物鏡波像差的在線檢測方法
技術領域：
：本發明屬于光學檢測
技術領域：
，具體涉及一種系統誤差自校準的光刻機投影物鏡波像差的在線檢測方法。
背景技術：
：隨著光刻分辨力的提高，要求光刻機投影物鏡的殘留波像差也越來越小。ASML、Canon及Mkon三大公司在加工、集成光刻機投影物鏡時，直接利用高精度位相測量干涉儀(PhaseMeasurementhterferometer，簡稱PMI)，如泰曼-格林干涉儀、菲索干涉儀對光刻機投影物鏡的殘留波像差進行檢測。但是，實際中由于運輸、裝配等因素的影響，光刻機投影物鏡波像差將發生改變而超出殘留波像差值，此時光刻機投影物鏡波像差對光刻分辨力造成很大影響。由于PMI結構比較復雜，難以集成到光刻機中，因此，開發高精度、高速度光刻機物鏡波像差在線檢測技術十分必要。通過在線檢測光刻機投影物鏡各視場的波像差，并利用靈敏度矩陣計算分析出對應各視場波像差的失調量，然后調整光刻機投影物鏡，使光刻機投影物鏡各視場的波像差實測值達到PMI檢測的容限水平，保證最佳光刻分辨力成像。從2007年開始，三大光刻公司先后推出了光刻分辨率達到45nm的光刻機，其浸沒式投影物鏡的數值孔徑達到1.35且投影物鏡的殘留波像差均達到6mλ以下，這對實現光刻機投影物鏡波像差的在線檢測技術提出了更高的挑戰和性能要求。現在主流的光刻機投影物鏡波像差在線檢測的技術主要基于光干涉原理的檢測技術及基于夏克-哈特曼波前傳感技術。其中基于光干涉原理檢測的主要代表技術有ASML公司的ILIAS(IntegratedLensInterferometerAtScanner)技術禾口Canon公司的iPMI(in-situPhaseMeasurementInterferometer)^^；ASML^ILIASii^^lJM一維光柵剪切干涉儀，需要在x，y兩個方向上檢測，無法實現對像散的精確檢測。Canon公司的iPMI技術基于線衍射干涉儀原理，需要物方掩模板上的狹縫和窗口與像方掩模板上的窗口和狹縫精確對準，此對準對檢測速度影響顯著。基于夏克-哈特曼波前傳感技術的主要是Nikon公司的P-PMI(Portablephasemeasuringinterferometer)技術，由于夏克-哈特曼技術中微透鏡陣列限制了檢測波前的采樣能力，從而限制了檢測精度。針對前述三大光刻設備供應商所開發的檢測技術存在的不足。本發明人于2010年5月13號提出的申請號為201010175495.3的《一種光刻物鏡波像差在線檢測裝置及方法》專利申請，其具有如下有益效果首先，該檢測方法通過調節剪切裝置和光電探測器的間距，可以實現剪切比的連續可調，從而針對不同的待測物鏡及同一待測物鏡在不同的條件下進行在線檢測時，可以獲得相對應的剪切比，從而提高了測量的靈敏度及測量精度；其次，該方法利用方孔擴展光源(主要由漫射體和方孔掩模板形成)提高了曝光光源光強的利用率，彌補了采用點光源時投影物鏡曝光時間長及干涉條紋對比度低的不足，從而提高了測量速度和測量精度；而且，該方法利用軸向移動像方方孔掩模板來實現對系統誤差的校準。但是，由于該方法采用方孔擴展光源，從而無法消除照明系統的殘留像差，并且通過軸向移動像方方孔掩模板校準系統誤差，由于準直物鏡物方工作距離限制了像方方孔掩模板的軸向移動范圍，限制了像方方孔掩模板對光刻投影物鏡波像差和照明系統的殘留像差的空間濾波效果。由于前述兩點不足，在一定程度上限制了采用該方法檢測投影物鏡波像差的檢測精度。
發明內容本發明的目的是提出一種系統誤差自校準的光刻機投影物鏡波像差在線檢測方法，以實現對光刻機投影物鏡各視場點波像差高速、高精度的檢測。為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下—種系統誤差自校準的光刻機投影物鏡波像差在線檢測方法，具體步驟為步驟一、在物方掩模板上設置方形針孔陣列A和方孔A，方形針孔陣列A上的針孔直徑^小于光刻機投影物鏡的物方衍射極限尺寸，且方形針孔陣列A中每行第一個針孔與最后一個針孔的圓心距為I1=B1T1,B1為方孔A的邊長，所述方形針孔陣列A上每相鄰兩針孔之間距離Cl1>1.5Γι；步驟二、在像方掩模板上設置方孔B和方形針孔陣列B，方形針孔陣列B上的針孔直徑r2小于光刻機投影物鏡的像方衍射極限尺寸，且方形針孔陣列B中每行第一個針孔與最后一個針孔的圓心距為I2=a2-r2,a2為方孔B的邊長，所述方形針孔陣列B上每相鄰兩針孔之間距離d2>1.5r2；步驟三、調節照明系統的相干因子σ彡1；步驟四、移動物方掩模板，使方形針孔陣列A的中心位于光刻機投影物鏡的視場點K上，移動像方掩模板，使方孔B與方形針孔陣列A在光刻機投影物鏡的像面上的像重合；將此時光電探測器中獲得的干涉圖1\存儲于存儲器中；步驟五、移動物方掩模板，使方孔A的中心位于光刻機投影物鏡的視場點K上，移動像方掩模板，使得方形針孔陣列B與方孔A在光刻機投影物鏡的像面上的像重合；將此時光電探測器中獲得的干涉圖％存儲于存儲器中；步驟六、利用傅里葉變換對干涉圖1\和A進行處理，獲取波像差爐/和『f;所述爐/含有投影物鏡視場點K波像差和在線檢測裝置的系統誤差Mf，所述『^含有在線檢測裝置的系統誤差巧f；將波像差爐/減去波像差巧f，進而獲得投影物鏡視場點K的波像差『=。本發明所述方孔A的邊長彡pf/4zmx，方孔B的邊長=·mx彡pf/4z，其中，P為光刻機中剪切裝置的周期，f為光刻機中準直物鏡的焦距、Z為剪切裝置與光電探測器之間的間距。本發明所述獲取波像差爐/和『=為利用差分澤尼克zernike多項式的波前重構算法獲取波像差爐/和『。本發明所述利用差分澤尼克zernike多項式的波前重構算法獲取波像差爐/和巧f的具體步驟為步驟501、從和％分別獲取有效區域，并延拓為方形有效干涉圖P'κ和Q'κ；步驟502、對方形有效干涉圖P'!^進行傅里葉變換，獲得P'頻譜分布；并進一步從P'κ的頻譜分布中提取x、y方向的+1級頻譜/；和Λ〗，從Q'κ的頻譜分布中提取χ、y方向的+1級頻譜和/丄’步驟503、分別對/；、ΓΡκ、以及/丄進行逆傅里葉變換及位相展開，得到χ、y方向的差分波前信息；步驟504、利用基于差分zernike多項式的波前重構算法對P'κ對應的差分波前信息進行重構，進而獲得用37項zernike多項式表示的包括投影物鏡視場點K波像差『；和在線檢測裝置的系統誤差巧〗的波像差『/；利用基于差分zernike多項式的波前重構算法對Q'κ對應的差分波前信息進行重構，進而獲得用37項zernike多項式表示的包括在線檢測裝置的系統誤差巧〗的波像差吋。有益效果本發明采用設有方形針孔陣列的物方掩模板，通過方形針孔陣列產生理想的球面波，消除了照明系統對光刻機投影物鏡波像差檢測的影響，從而進一步提高了檢測精度。其次，利用針孔陣列濾波的系統誤差自校準，通過在光刻機投影物鏡的物面放置方孔和像面放置針孔陣列，在保證曝光光源利用率的同時，實現了對待測照明系統殘留像差和投影物鏡波像差的空間濾波，可以快速，高精度的分離投影物鏡的波像差和在線檢測裝置的系統誤差。再次，利用傅里葉變換技術對單幅干涉圖進行處理及利用基于差分zernike波前重構技術對X，y方向的差分波前進行重構，由于傅里葉變換技術具有高精度以及處理速度快的優點，因此可以快速，高精度的獲得投影物鏡的波像差信息。圖1為本發明實施例的光刻機和在線檢測裝置的示意圖。圖2為本發明在線檢測方法的流程圖。圖3為本發明物方掩模板的結構示意圖。圖4為本發明像方掩模板的結構示意圖。其中，101-曝光光源、102-照明系統、103-掩模板、104-物方工件臺、105-投影物鏡、106-硅片、107-像方工件臺；201-物方掩模板、202-像方掩模板、203-準直物鏡、204-剪切裝置、205-軸向調節裝置、206-光電探測器、207-存儲器、208-運算器、209-控制器ο具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。首先闡述光刻機的結構組成及工作原理光刻機包括曝光光源101、照明系統102、掩模板103、物方工件臺104、投影物鏡105、硅片106以及像方工件臺107；曝光光源101發出的光經過照明系統102后，照射在掩模板103上，將掩模板103上的圖案通過投影物鏡105，以步進-掃描的方式，縮小投影在涂有光刻膠的硅片106上，實現圖案的轉移。曝光光源101為波長約為193nm的ArF準分子激光或者波長約為248nm的KrF準分子激光。照明系統102具有擴展光束、調節光束轉向、形狀的光學元件，以及調整照明均勻性和調節照明相干因子的光學元件，這樣照明在掩模板103上的光束在投影物鏡105視場范圍內具有較理想的均勻性。刻有待轉移圖案的掩模板103由物方工件臺104支撐和驅動；涂有光刻膠的硅片106由像方工件臺107支撐和帶動。掩模板103和硅片106位于投影物鏡105的光學共軛面上。物方工件臺104和像方工件臺107以不同的速率同步運動，以步進-掃描的方式將掩模板103上的圖案，通過投影物鏡105精確地投影轉移到涂有光刻膠的硅片106上。本發明通過在光刻機上集成一種系統誤差自校準的投影物鏡波像差在線檢測方法，實現對光刻機中投影物鏡105各視場點波像差的在線檢測。如圖1所示，所述在線檢測方法所使用的裝置包括物方掩模板201、像方掩模板202、準直物鏡203、剪切裝置204、軸向調節裝置205、光電探測器206、存儲器207、運算器208、控制器209；具體連接關系為物方掩模板201位于光刻機中投影物鏡105的物方工作臺104上，由光刻機中物方工作臺104支撐和驅動，像方掩模板202位于光刻機中投影物鏡105的像方工作臺107上，由光刻機中像方工作臺107支撐和驅動，準直物鏡203位于投影物鏡105的像面之后，且準直物鏡203的物方焦平面與投影物鏡105的像面重合，光電探測器206位于投影物鏡105出瞳共軛面處，剪切裝置204位于投影物鏡105與光電探測器206之間，并由軸向調節裝置205固定支撐，存儲器207分別與光電探測器206、運算器208以及控制器209相連，控制器209分別同光刻機中的物方工作臺、像方工作臺、照明系統以及軸向調節裝置205等相連。如圖2所示，本發明所述的在線檢測方法的具體步驟為步驟一、如圖3所示，在物方掩模板201上設置方形針孔陣列A和方孔A，方形針孔陣列A上的針孔直徑rl小于光刻機投影物鏡105的物方衍射極限尺寸，如公式(1)巧<0.61XmVNAi(1)其中，λ為曝光光源101發出光波的波長，NAi為投影物鏡105的像方數值孔徑，mx為投影物鏡105的縮小倍率。方形針孔陣列A中每行第一個針孔和最后一個針孔的圓心距為I1=B1T1,B1為方孔A的邊長，如公式O)B1^pf/4zmx(2)其中ρ為剪切裝置204的周期，f為準直物鏡203的焦距、ζ為剪切裝置204與光電探測器206之間的間距。方形針孔陣列A上每相鄰兩針孔之間距離Cl1>1.5巧，較佳的選取Cl1=2r10步驟二、如圖4所示，在像方掩模板202上設置方孔B和方形針孔陣列B，方形針孔陣列B上的針孔直徑r2小于光刻機投影物鏡105的像方衍射極限尺寸，如公式(3)r2<0.61λ/NAi(3)方形針孔陣列B中每行第一個針孔與最后一個針孔的圓心距為I2=a2-r2,a2為方孔B的邊長，如公式a2=B1·mx^pf/4z(4)所述方形針孔陣列B上每相鄰兩針孔之間距離d2>1.5r2，較佳的選取d2=2r2。步驟三、調節照明系統102的相干因子ο彡1。若照明系統102的相干因子ο<1，曝光光源101發出的光經過照明系統102后，由方形針孔陣列A上各個針孔所產生的理想球面波之間會發生干涉，進而影響測量結果；從而為了使曝光光源101發出的光束經過照明系統102后，在投影物鏡105物方視場范圍內非相干均勻照明投影物鏡105的物面，調節調節照明系統102的相干因子σ》1。步驟四、利用控制器209驅動物方工件臺104，使物方掩模板201上的方形針孔陣列A的中心移動到光刻機中投影物鏡105的視場點K上，同時，利用控制器209驅動像方工件臺107，使像方掩模板202上的方孔B與方形針孔陣列A在投影物鏡105的像面上的像重合。由于方形針孔陣列A中的各個針孔的直徑均小于投影物鏡105的物方衍射極限尺寸，所以方形針孔陣列A中的各個針孔均可以將含有照明系統102殘留像差的入射光波衍射成理想的球面波，從而消除了照明系統102殘留像差。此時來自方形針孔陣列A的光波經過投影物鏡105入射到方孔B后，經過準直物鏡203和剪切裝置204，在光電探測器206中形成干涉圖1\，將存儲于存儲器207中。步驟五、利用控制器209驅動物方工件臺104，使物方掩模板201上的方孔A的中心移動到光刻機中投影物鏡105的視場點K上，同時，利用控制器209驅動像方工件臺107，使像方掩模板202上的方形針孔陣列B與方孔A在投影物鏡105的像面上的像重合。由于方形針孔陣列B中各個針孔直徑均小于投影物鏡105的像方衍射極限尺寸，則來自方孔A的包含有光刻機照明系統102殘留像差的光波經過投影物鏡105入射到方形針孔陣列B后，方形針孔陣列B中各個針孔均可將含有照明系統102的殘留像差和投影物鏡105視場點K波像差的入射光波衍射成理想的球面波，從而消除了照明系統102的殘留像差和投影物鏡105視場點K的波像差，即方針孔陣列B對照明系統102的殘留像差和投影物鏡105視場點K的波像差實現很好的空間濾波效果。前述方形針孔陣列B中各個針孔衍射產生的理想球面波經過準直物鏡203和剪切裝置204后，在光電探測器206中形成干涉圖％，將％存儲于存儲器207中。步驟六、利用傅里葉變換對干涉圖1\進行處理，并利用差分zernike多項式的波前重構算法獲取包括投影物鏡105視場點K波像差『=和在線檢測裝置的系統誤差Mf的波像差；利用傅里葉變換對干涉圖％進行處理，并利用差分zernike多項式的波前重構算法獲取包括在線檢測裝置的系統誤差巧f的波像差巧f；將波像差爐/減去波像差巧f，進而獲得投影物鏡105視場點K的波像差。傅里葉變換技術是處理單幅干涉圖的重要技術，此技術具有精度高、處理速度快的優點。由于傅里葉變換的自身性質，要求傅里葉變換處理干涉圖的有效區域為方形區域，否則將引入較大的處理誤差。本實施例中利用傅里葉變換技術以及利用基于差分澤尼克(zernike)多項式的波前重構算法對干涉圖進行處理獲取波像差，但是本發明獲取波像差的方法并不僅限于本實施例中采取的方法。本實施例中獲取波像差的方法的具體步驟為步驟501、從和％分別獲取有效區域，并延拓為方形有效干涉圖P'κ和Q'κ·,步驟502、對方形有效干涉圖P'κ進行傅里葉變換，獲得P'頻譜分布，并進一步從P'κ的頻譜分布中提取X、y方向的+1級頻譜/；和Λ〗，從Q'κ的頻譜分布中提取χ、y方向的+1級頻譜和/丄。步驟503、分別對/；、Uk、以及/丄進行逆傅里葉變換及位相展開，得到χ、y方向的差分波前信息；步驟504、利用基于差分澤尼克(zernike)多項式的波前重構算法對P'κ對應的差分波前信息進行重構，進而獲得用37項zernike多項式表示的包括投影物鏡105視場點K波像差『；和在線檢測裝置的系統誤差巧丨的波像差爐/。利用基于差分zernike多項式的波前重構算法對Q'κ對應的差分波前信息進行重構，進而獲得用37項zernike多項式表示的包括在線檢測裝置的系統誤差巧〗的波像差吋。雖然結合了附圖描述了本發明的具體實施方式，但是對于本領域技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些也應視為屬于本發明的保護范圍。權利要求1.一種系統誤差自校準的光刻機投影物鏡波像差在線檢測方法，其特征在于，具體步驟為步驟一、在物方掩模板上設置方形針孔陣列A和方孔A，方形針孔陣列A上的針孔直徑Γι小于光刻機投影物鏡的物方衍射極限尺寸，且方形針孔陣列A中每行第一個針孔與最后一個針孔的圓心距為I1=B1TljB1為方孔A的邊長，所述方形針孔陣列A上每相鄰兩針孔之間距離Cl1>1.5Γι；步驟二、在像方掩模板上設置方孔B和方形針孔陣列B，方形針孔陣列B上的針孔直徑r2小于光刻機投影物鏡的像方衍射極限尺寸，且方形針孔陣列B中每行第一個針孔與最后一個針孔的圓心距為I2=a2-r2,a2為方孔B的邊長，所述方形針孔陣列B上每相鄰兩針孔之間距離d2>1.5r2；步驟三、調節照明系統的相干因子ο>1；步驟四、移動物方掩模板，使方形針孔陣列A的中心位于光刻機投影物鏡的視場點K上，移動像方掩模板，使方孔B與方形針孔陣列A在光刻機投影物鏡的像面上的像重合；將此時光電探測器中獲得的干涉圖1\存儲于存儲器中；步驟五、移動物方掩模板，使方孔A的中心位于光刻機投影物鏡的視場點K上，移動像方掩模板，使得方形針孔陣列B與方孔A在光刻機投影物鏡的像面上的像重合；將此時光電探測器中獲得的干涉圖％存儲于存儲器中；步驟六、利用傅里葉變換對干涉圖和％進行處理，獲取波像差爐/和巧f；所述爐/含有投影物鏡視場點K波像差和在線檢測裝置的系統誤差Mf，所述『^含有在線檢測裝置的系統誤差巧f；將波像差爐/減去波像差巧f，進而獲得投影物鏡視場點K的波像差『=。2.根據權利要求1所述的系統誤差自校準的光刻機投影物鏡波像差在線檢測方法，其特征在于，所述方孔A的邊長(pf/4zmx，方孔B的邊長=B1.mx(pf/4z，其中，ρ為光刻機中剪切裝置的周期，f為光刻機中準直物鏡的焦距、ζ為剪切裝置與光電探測器之間的間距。3.根據權利要求1所述的系統誤差自校準的光刻機投影物鏡波像差在線檢測方法，其特征在于，所述獲取波像差爐/和『為利用差分澤尼克zernike多項式的波前重構算法獲取波像差爐/和:^f。4.根據權利要求4所述的系統誤差自校準的光刻機投影物鏡波像差在線檢測方法，其特征在于，所述利用差分澤尼克zernike多項式的波前重構算法獲取波像差爐/和『^的具體步驟為步驟501、從1\和％分別獲取有效區域，并延拓為方形有效干涉圖P'κ；步驟502、對方形有效干涉圖P'!^進行傅里葉變換，獲得P'κ的頻譜分布；并進一步從P'κ的頻譜分布中提取x、y方向的+1級頻譜/；和Λ〗，從Q'￡的頻譜分布中提取χ、y方向的+1級頻譜和/丄；步驟503、分別對/；、仏、以及/丄進行逆傅里葉變換及位相展開，得到x、y方向的差分波前信息；步驟504、利用基于差分zernike多項式的波前重構算法對P'κ對應的差分波前信息進行重構，進而獲得用37項zernike多項式表示的包括投影物鏡視場點K波像差『；和在線檢測裝置的系統誤差巧丨的波像差『/；利用基于差分zernike多項式的波前重構算法對Q'κ對應的差分波前信息進行重構，進而獲得用37項zernike多項式表示的包括在線檢測裝置的系統誤差巧=的波像差『^。全文摘要本發明提供一種系統誤差自校準的光刻機投影物鏡波像差的在線檢測方法，采用設有方形針孔陣列的物方掩模板，通過方形針孔陣列產生理想的球面波，消除了照明系統對光刻機投影物鏡波像差檢測的影響；同時，利用針孔陣列濾波的系統誤差自校準，通過在光刻機投影物鏡的物面放置方孔和像面放置針孔陣列，在保證曝光光源利用率的同時，實現了對待測照明系統殘留像差和投影物鏡波像差的空間濾波，可以快速，高精度的分離投影物鏡的波像差和在線檢測裝置的系統誤差。文檔編號G03F7/20GK102163008SQ20111012807公開日2011年8月24日申請日期2011年5月17日優先權日2011年5月17日發明者劉克,李艷秋,汪海申請人:北京理工大學