專利名稱：投影物鏡波像差測量裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影物鏡波像差測量裝置和方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，將形成于各種掩模上的圖樣，用曝光光線照明，中間經(jīng)由成像光學(xué) 系統(tǒng)將前述圖樣復(fù)制到涂布有光刻膠的晶片、玻璃基板等基板上的曝光裝置是公知的。近年來，半導(dǎo)體元件越來越高集成化，要求其電路圖樣進(jìn)一步微細(xì)化。隨著光刻特 征尺寸的變小，尤其是離軸照明與相移掩模的使用，像差對光刻質(zhì)量的影響變得越來越突 出。因此光刻機(jī)投影成像光學(xué)系統(tǒng)的波像差測量技術(shù)不可或缺。成像光學(xué)系統(tǒng)像差的測量，通常以如下方式進(jìn)行。以下以投影物鏡系統(tǒng)為 例。將像差測量用掩模放置在物面上，將形成于掩模上的規(guī)定圖樣成像于位于投影物 鏡系統(tǒng)的像面上的基板上，對所成的像進(jìn)行顯影。然后利用掃描電子顯微鏡(SEM)對 已顯影的像進(jìn)行測量，根據(jù)測量結(jié)果求出前述投影物鏡光學(xué)系統(tǒng)的像差(現(xiàn)有技術(shù)1， Peter Dirksen, Casper A. Juffermans, Ruud J.Pellens, Mireille Maenhoudt, Peter Debisschop. "Nove 1 aberration monitor for optical lithography·，，Proc· SPIE 1999， 3679,77-86.)。在上述技術(shù)的方法中，由于光刻膠涂布不均勻，顯影不均勻等處理工藝誤 差，使得像差的測量精度不能充分保證。而且利用SEM進(jìn)行觀察前，需要對硅片進(jìn)行前處 理，如顯影工藝，因此對于像差的測定需要很長的時(shí)間。為了避免這些問題，人們提出了利用透射式像傳感器(TK)對前述投影物鏡 波像差進(jìn)行測量的方法，即TAMIS技術(shù)(現(xiàn)有技術(shù)2，Van der Laan, Hans, Dierichs， Marcel, vanGreevenbroek, Henk, McCoo, Elaine, Stoffels, Fred, Pongers, Richard, ffillekers,Rob. "Aerial image measurement methods for fast aberration set-up and illumination pupilverif ication. "Proc. SPIE 2001，4346，394-407)。但該方法測量精度 較低，且僅能測量低階澤尼克系數(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)US6650399中描述了一種干涉波像差測量方案，該方案中的波像差測量 系統(tǒng)由物面光柵，像面光柵以及位于小孔后的遠(yuǎn)場光強(qiáng)探測系統(tǒng)構(gòu)成。該方案可高精度測 量各階澤尼克系數(shù)。但由于該方案中采用的物面標(biāo)記為二元標(biāo)記，利用二元標(biāo)記產(chǎn)生的O 級以及士 1級衍射光形成干涉條紋來檢測投影物鏡波像差。由于使用二元周期掩模時(shí)O級 以及士 1級衍射光攜帶物鏡光瞳不同位置的波前信息，其產(chǎn)生的干涉條紋圖像中將出現(xiàn)O 級、+1級、-1級三光束干涉區(qū)，0，+1級雙光束干涉區(qū)以及0，-1級雙光束干涉區(qū)域，在求解 波像差過程中，這三個(gè)區(qū)域邊界很難區(qū)分，從而使測量過程以及波像差反演算法復(fù)雜，同時(shí) 由于該劃分誤差降低了投影物鏡波像差測量精度。

發(fā)明內(nèi)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，簡化波像差測 量過程，提高波像差測量精度。本發(fā)明采用了下述投影物鏡波像差測量裝置和方法
一種物鏡波像差測量裝置，包括光源；物面標(biāo)記，其能對光源發(fā)出的光進(jìn)行衍射；投影物鏡，用于對物面標(biāo)記進(jìn)行成像；像面標(biāo)記，其結(jié)構(gòu)與物面標(biāo)記相同，其尺寸基于物鏡倍率與物面標(biāo)記的尺寸相匹 配，物面標(biāo)記通過投影物鏡成像于像面標(biāo)記上；光電探測器，其接收像面標(biāo)記處產(chǎn)生的二次衍射光在遠(yuǎn)場產(chǎn)生的干涉條紋，其特征在于，光源發(fā)出的光經(jīng)物面標(biāo)記衍射后的衍射光的衍射級次缺失至少一 級。其中，衍射光中的+1級衍射光或-1級衍射光缺失。其中，所述物面標(biāo)記由線條、方孔、矩孔或菱形孔中的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)成。其中，物面標(biāo)記由多組周期相同的線條標(biāo)記組成，每組線條標(biāo)記均包含三根透光 的線條，三根線條的寬度之比為1 2 1、透過三根線條的光的位相分別為0°，90°， 180°。其中，物面標(biāo)記由多組周期相同的線條標(biāo)記組成，每組線條標(biāo)記均包含兩根透光 的線條與兩根不透光線條，四根線條的寬度之比為1 :1:1: 1，四根線條的光的位相依 次為 0°，0°，0°，180°。其中，所述光源為汞燈或準(zhǔn)分子激光器等紫外、深紫外、極紫外光源。其中，所述波像差包括彗差、球差、像散、三波差。一種利用上述投影物鏡波像差測量裝置測量投影物鏡波像差的方法，該方法包括 以下步驟1)利用投影物鏡將物面標(biāo)記成像于像面標(biāo)記上；2)利用像面標(biāo)記物面標(biāo)記所成的像進(jìn)行二次衍射，二次衍射光在遠(yuǎn)場形成干涉條 紋；3)利用光電探測器接收干涉條紋的圖樣；4)對干涉條紋的圖樣進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到投影物鏡波像差。其中，沿垂直于標(biāo)記的方向周期性地移動(dòng)物面標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)移相。其中，標(biāo)記之間的移相位移由物面標(biāo)記光柵周期與移相步數(shù)決定。其中，沿垂直于標(biāo)記的方向周期性地移動(dòng)像面標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)移相。其中，標(biāo)記之間的移相位移由物面標(biāo)記光柵周期與移相步數(shù)決定。由于采用特殊的位相結(jié)構(gòu)，從而經(jīng)物面標(biāo)記衍射得到的衍射光的衍射級次中+1 級衍射光或-ι級衍射光缺級，因此使用該標(biāo)記進(jìn)行波像差測量時(shí)將不會產(chǎn)生三光束干涉 區(qū)，使波像差測量過程簡單，提高波像差測量精度。相比于已有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、由于物面標(biāo)記的衍射光中+1級衍射光或-1級衍射光缺級，從而消除二級諧波， 使測量過程與測量算法變得簡單；2、由于二級諧波直接由標(biāo)記設(shè)計(jì)消除，從而提高了波像差測量精度。


通過本發(fā)明實(shí)施例并結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解其發(fā)明的目的、具體結(jié) 構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。其中，附圖為圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的波像差測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的物面標(biāo)記的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3所示為圖2中的物面標(biāo)記中的一組線條標(biāo)記；圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的物面標(biāo)記的衍射示意圖；圖5所示為三光束干涉圖；圖6所示為雙光束干涉圖；圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的物面標(biāo)記的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8所示為圖7中的物面標(biāo)記中的一組線條標(biāo)記；圖9所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的物面標(biāo)記的衍射示意圖；圖10所示為雙光束干涉圖。
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。為了便于描述和突出顯示本 發(fā)明，附圖中省略了現(xiàn)有技術(shù)中已有的相關(guān)部件，并將省略對這些公知部件的描述。第一實(shí)施例圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的波像差測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖?；?07上的 物面標(biāo)記104通過投影物鏡101成像到基底102上的像面標(biāo)記103上，其中，物面標(biāo)記104 與像面標(biāo)記103結(jié)構(gòu)相同，但像面標(biāo)記在尺寸上基于物鏡倍率與物面標(biāo)記的尺寸相匹配。 基底107上的物面標(biāo)記103的結(jié)構(gòu)如圖2所示。每個(gè)物面標(biāo)記104由兩個(gè)子標(biāo)記201以及 202組成，兩個(gè)子標(biāo)記201與202的結(jié)構(gòu)相同，子標(biāo)記201與子標(biāo)記202方向相差90度。子 標(biāo)記201與子標(biāo)記202均由多組周期相同的線條標(biāo)記組成，如圖3所示。每組線條標(biāo)記均 包含線寬相同的4根線條，即301，302，303. 304。線條301，303為不透光區(qū)域，302，304的 線條為透光區(qū)域，透過此302，304的光的相位分別為0，180度。入射到基底107上的入射 光401經(jīng)過物面標(biāo)記104的衍射后，形成0級衍射光402與+1級衍射光403，如圖4所示。將標(biāo)記201放置于照明區(qū)域，照明光可充滿投影物鏡光瞳，將標(biāo)記201成像于像面 標(biāo)記103上；像面標(biāo)記103對物面標(biāo)記201所成的像進(jìn)行衍射，二次衍射光在遠(yuǎn)場產(chǎn)生干涉 條紋并被光電探測器108接收，儲存光電探測器108測得的干涉條紋圖像。將標(biāo)記202放 置于照明區(qū)域，照明光將標(biāo)記202成像于像面標(biāo)記103上；像面標(biāo)記103對物面標(biāo)記202所 成的像進(jìn)行衍射，二次衍射光在遠(yuǎn)場產(chǎn)生干涉條紋并被光電探測器108接收，同時(shí)儲存光 電探測器108測得的干涉條紋圖像。對光電探測器108接收到的干涉條紋圖像，利用剪切干涉波前求解方法即可獲取 投影物鏡的波像差。以測量投影物鏡視場內(nèi)中心點(diǎn)的波像差為例，標(biāo)記201與202分別采 用0度與90度取向，標(biāo)記中線條301、302、303、304的線寬可取為64 μ m。投影物鏡倍率為 0. 25，像面標(biāo)記尺寸相對于物面標(biāo)記的尺寸縮小4倍。測量時(shí)，物面標(biāo)記104通過投影物鏡 成像在像面標(biāo)記103上，物面標(biāo)記104的像攜帶有投影物鏡的波像差，經(jīng)過相同線寬的像面 標(biāo)記103的二次衍射，衍射光在遠(yuǎn)場形成干涉條紋，干涉條紋被光電接收器108接收并儲存，利用儲存的干涉條紋圖像，經(jīng)過圖像處理以及一定的算法，即可計(jì)算得到投影物鏡波像差。圖5與圖6分別反映了雙光束干涉和三光束干涉時(shí)，在光電接收器上的干涉情況， 圖5中的白色區(qū)域表示三光束干涉，淺灰色區(qū)域表示雙光束干涉，深灰色區(qū)域表示無干涉， 黑色區(qū)域?yàn)闊o光強(qiáng)。圖6中白色區(qū)域表示雙光束干涉，深灰色區(qū)域表示無干涉，黑色區(qū)域?yàn)?無光強(qiáng)。相對于圖5，圖6所示的干涉區(qū)域更明顯，可清晰地區(qū)分雙光束干涉區(qū)域。通過周 期性地移動(dòng)物面標(biāo)記或者像面標(biāo)記的位置，采用移相的方法對干涉條紋進(jìn)行調(diào)制，通過解 調(diào)后可獲得較高的波像差測量精度。標(biāo)記圖案除可由多個(gè)線條組成以外，還可由周期性排布的多個(gè)方孔、矩孔、或者菱 形孔構(gòu)成。光源可以為汞燈或準(zhǔn)分子激光器等紫外、深紫外、極紫外光源?？赏ㄟ^使用包括不同特征尺寸與形狀的標(biāo)記的掩模作為所述掩模來進(jìn)行剪切距 離的改變，從而提高波像差測量精度。特征尺寸包括標(biāo)記中各組成部分的大小、間距。第二實(shí)施例采用圖1所示的波像差測量裝置?；?07上的物面標(biāo)記104通過投影物鏡101 成像到基底102上的像面標(biāo)記103上，其中，物面標(biāo)記104與像面標(biāo)記103結(jié)構(gòu)相同，但像 面標(biāo)記在尺寸上基于物鏡倍率與物面標(biāo)記的尺寸相匹配?；?07上的物面標(biāo)記如圖7所 示。每個(gè)物面標(biāo)記由兩個(gè)子標(biāo)記701和702組成，子標(biāo)記701與子標(biāo)記702的結(jié)構(gòu)相同，子 標(biāo)記701與子標(biāo)記702的方向相差90度。子標(biāo)記701與子標(biāo)記702均由多組周期相同的線 條標(biāo)記組成，如圖8所示。每組線條標(biāo)記均包含3根線條，即801，802，803，其中，線條801 與線條803的線寬相同，線條802的線寬是線條801的線寬的兩倍。線條801，802，803均 為透光區(qū)域，透過此三組線條的光的相位分別為0，90，180度。如圖9所示，入射到基底107 上的入射光901經(jīng)過物面標(biāo)記的衍射后，將形成0級衍射光902與+1級衍射光903。圖10 為雙光束干涉圖。將標(biāo)記701放置于照明區(qū)域，照明光可充滿投影物鏡光瞳，標(biāo)記701成像于像面標(biāo) 記103上；像面標(biāo)記103對物面標(biāo)記701所成的像進(jìn)行衍射，二次衍射光在遠(yuǎn)場產(chǎn)生干涉條 紋并被光電探測器108接收，儲存光電探測器108測得的干涉條紋圖像。將標(biāo)記702放置于照明區(qū)域，照明光將標(biāo)記702成像于像面標(biāo)記103上；像面標(biāo)記 103對物面標(biāo)記702所成的像進(jìn)行衍射，二次衍射光在遠(yuǎn)場產(chǎn)生干涉條紋并被光電探測器 108接收，同時(shí)儲存光電探測器108測得的干涉條紋圖像。對光電探測器108接收到的干涉條紋圖像，利用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(nèi)中心點(diǎn)的波像差為例，標(biāo)記701與702分別采用 0度與90度取向，標(biāo)記中線條801、802、803的線寬可分別取為32 μ m，64 μ m，32 μ m。投影 物鏡的倍率為0. 25，像面標(biāo)記尺寸相對于物面標(biāo)記的尺寸縮小4倍。測量時(shí)，物面標(biāo)記通過 投影物鏡成像在像面標(biāo)記上，物面標(biāo)記的像攜帶有投影物鏡的波像差，經(jīng)過相同周期的像 面標(biāo)記的二次衍射，衍射光在遠(yuǎn)場形成干涉條紋，干涉條紋被光電接收器接收并儲存，利用 儲存的干涉條紋圖像，經(jīng)過圖像處理以及一定的算法，即可計(jì)算得到投影物鏡波像差。圖5與圖10分別反映了三光束干涉以及雙光束干涉時(shí)，在光電接收器上的干涉情 況，圖5中的白色區(qū)域表示三光束干涉，淺灰色區(qū)域表示雙光束干涉，深灰色區(qū)域表示無干涉，黑色區(qū)域?yàn)闊o光強(qiáng)。圖10中白色區(qū)域表示雙光束干涉，深灰色區(qū)域表示無干涉，黑色區(qū) 域?yàn)闊o光強(qiáng)。相較于圖5，圖10的干涉區(qū)域更明顯，可清晰地區(qū)分雙光束干涉區(qū)域，且雙光 束干涉區(qū)較圖5更大?？赏ㄟ^周期性的移動(dòng)物面光柵或者像面光柵位置，采用移相的方法 對干涉條紋進(jìn)行調(diào)制，通過解調(diào)后可獲得較高的波像差測量精度。
標(biāo)記圖案除由多個(gè)線條組成以外，也可由周期性排布的多個(gè)方孔、矩孔、或者菱形 孔構(gòu)成。 光源可以為汞燈或準(zhǔn)分子激光器等紫外、深紫外、極紫外光源?？赏ㄟ^使用包括不同特征尺寸與形狀的標(biāo)記的掩模作為所述掩模來進(jìn)行剪切距 離的改變，從而提高波像差測量精度。特征尺寸包括標(biāo)記中各組成部分的大小、間距。本說明書中所述的只是本發(fā)明的幾種較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說明本 發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、 推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種物鏡波像差測量裝置，包括光源；物面標(biāo)記，其能對光源發(fā)出的光進(jìn)行衍射；投影物鏡，用于對物面標(biāo)記進(jìn)行成像；像面標(biāo)記，其結(jié)構(gòu)與物面標(biāo)記相同，其尺寸基于物鏡倍率與物面標(biāo)記的尺寸相匹配，物 面標(biāo)記通過投影物鏡成像于像面標(biāo)記上；光電探測器，其接收像面標(biāo)記處產(chǎn)生的二次衍射光在遠(yuǎn)場產(chǎn)生的干涉條紋，其特征在于，光源發(fā)出的光經(jīng)物面標(biāo)記衍射后的衍射光的衍射級次缺失至少一級。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物鏡波像差測量裝置，其特征在于衍射光中的+1級衍射光 或-ι級衍射光缺失。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的物鏡波像差測量裝置，其特征在于所述物面標(biāo)記由線條、方 孔、矩孔或菱形孔中的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的物鏡波像差測量裝置，其特征在于物面標(biāo)記由多組周期相同 的線條標(biāo)記組成，每組線條標(biāo)記均包含三根透光的線條，三根線條的寬度之比為1 2 1、 透過三根線條的光的位相分別為0°，90°，180°。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的物鏡波像差測量裝置，其特征在于物面標(biāo)記由多組周期相同 的線條標(biāo)記組成，每組線條標(biāo)記均包含兩根透光的線條與兩根不透光線條，四根線條的寬 度之比為1 :1:1: 1，四根線條的光的位相依次為0°，0°，0°，180°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任意一個(gè)所述的物鏡波像差測量裝置，其特征在于所述光源 為汞燈或準(zhǔn)分子激光器等紫外、深紫外、極紫外光源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任意一個(gè)所述的物鏡波像差測量裝置，其特征在于所述波像 差包括彗差、球差、像散、三波差。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1 7所述的投影物鏡波像差測量裝置測量投影物鏡波像差的方 法，該方法包括以下步驟1)利用投影物鏡將物面標(biāo)記成像于像面標(biāo)記上；2)利用像面標(biāo)記物面標(biāo)記所成的像進(jìn)行二次衍射，二次衍射光在遠(yuǎn)場形成干涉條紋；3)利用光電探測器接收干涉條紋的圖樣；4)對干涉條紋的圖樣進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到投影物鏡波像差。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測量方法，其特征在于沿垂直于標(biāo)記的方向周期性地移動(dòng)物 面標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)移相。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測量方法，其特征在于標(biāo)記之間的移相位移由物面標(biāo)記光 柵周期與移相步數(shù)決定。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測量方法，其特征在于沿垂直于標(biāo)記的方向周期性地移動(dòng) 像面標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)移相。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的測量方法，其特征在于標(biāo)記之間的移相位移由物面標(biāo)記光 柵周期與移相步數(shù)決定。
全文摘要
一種物鏡波像差測量裝置，包括光源；物面標(biāo)記，其能對光源發(fā)出的光進(jìn)行衍射；投影物鏡，用于對物面標(biāo)記進(jìn)行成像；像面標(biāo)記，其結(jié)構(gòu)與物面標(biāo)記相同，其尺寸基于物鏡倍率與物面標(biāo)記的尺寸相匹配，物面標(biāo)記通過投影物鏡成像于像面標(biāo)記上；光電探測器，其接收像面標(biāo)記處產(chǎn)生的二次衍射光在遠(yuǎn)場產(chǎn)生的干涉條紋，光源發(fā)出的光經(jīng)物面標(biāo)記衍射后的衍射光的衍射級次缺失至少一級。
文檔編號G01M11/02GK102081308SQ20091019959
公開日2011年6月1日 申請日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者王帆, 馬明英 申請人:上海微電子裝備有限公司