系统误差自校准的光刻机投影物镜波像差的在线检测方法技术方案

本发明专利技术提供一种系统误差自校准的光刻机投影物镜波像差的在线检测方法，采用设有方形针孔阵列的物方掩模板，通过方形针孔阵列产生理想的球面波，消除了照明系统对光刻机投影物镜波像差检测的影响；同时，利用针孔阵列滤波的系统误差自校准，通过在光刻机投影物镜的物面放置方孔和像面放置针孔阵列，在保证曝光光源利用率的同时，实现了对待测照明系统残留像差和投影物镜波像差的空间滤波，可以快速，高精度的分离投影物镜的波像差和在线检测装置的系统误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学检测
，具体涉及一种。
技术介绍
随着光刻分辨力的提高，要求光刻机投影物镜的残留波像差也越来越小。ASML、 Canon及Mkon三大公司在加工、集成光刻机投影物镜时，直接利用高精度位相测量干涉仪 (Phase Measurement hterferometer，简称PMI)，如泰曼-格林干涉仪、菲索干涉仪对光刻机投影物镜的残留波像差进行检测。但是，实际中由于运输、装配等因素的影响，光刻机投影物镜波像差将发生改变而超出残留波像差值，此时光刻机投影物镜波像差对光刻分辨力造成很大影响。由于PMI结构比较复杂，难以集成到光刻机中，因此，开发高精度、高速度光刻机物镜波像差在线检测技术十分必要。通过在线检测光刻机投影物镜各视场的波像差， 并利用灵敏度矩阵计算分析出对应各视场波像差的失调量，然后调整光刻机投影物镜，使光刻机投影物镜各视场的波像差实测值达到PMI检测的容限水平，保证最佳光刻分辨力成像。从2007年开始，三大光刻公司先后推出了光刻分辨率达到45nm的光刻机，其浸没式投影物镜的数值孔径达到1. 35且投影物镜的残留波像差均达到6mλ以下，这对实现光刻机投影物镜波像差的在线检测技术提出了更高的挑战和性能要求。现在主流的光刻机投影物镜波像差在线检测的技术主要基于光干涉原理的检测技术及基于夏克-哈特曼波前传感技术。其中基于光干涉原理检测的主要代表技术有 ASML 公司的 ILIAS(Integrated Lens Interferometer At Scanner)技术禾口 Canon 公司的 iPMI (in-situ Phase Measurement Interferometer) ^^ ；ASML ^ ILIAS ii^^lJM 一维光栅剪切干涉仪，需要在x，y两个方向上检测，无法实现对像散的精确检测。Canon公司的iPMI技术基于线衍射干涉仪原理，需要物方掩模板上的狭缝和窗口与像方掩模板上的窗口和狭缝精确对准，此对准对检测速度影响显著。基于夏克-哈特曼波前传感技术的主要是 Nikon 公司的 P-PMI (Portable phase measuring interferometer)技术，由于夏克-哈特曼技术中微透镜阵列限制了检测波前的采样能力，从而限制了检测精度。针对前述三大光刻设备供应商所开发的检测技术存在的不足。本专利技术人于2010 年5月13号提出的申请号为201010175495. 3的《一种光刻物镜波像差在线检测装置及方法》专利申请，其具有如下有益效果首先，该检测方法通过调节剪切装置和光电探测器的间距，可以实现剪切比的连续可调，从而针对不同的待测物镜及同一待测物镜在不同的条件下进行在线检测时，可以获得相对应的剪切比，从而提高了测量的灵敏度及测量精度；其次，该方法利用方孔扩展光源(主要由漫射体和方孔掩模板形成)提高了曝光光源光强的利用率，弥补了采用点光源时投影物镜曝光时间长及干涉条纹对比度低的不足，从而提高了测量速度和测量精度；而且，该方法利用轴向移动像方方孔掩模板来实现对系统误差的校准。但是，由于该方法采用方孔扩展光源，从而无法消除照明系统的残留像差，并且通过轴向移动像方方孔掩模板校准系统误差，由于准直物镜物方工作距离限制了像方方孔掩模板的轴向移动范围，限制了像方方孔掩模板对光刻投影物镜波像差和照明系统的残留像差的空间滤波效果。由于前述两点不足，在一定程度上限制了采用该方法检测投影物镜波像差的检测精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种系统误差自校准的光刻机投影物镜波像差在线检测方法，以实现对光刻机投影物镜各视场点波像差高速、高精度的检测。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下—种系统误差自校准的光刻机投影物镜波像差在线检测方法，具体步骤为步骤一、在物方掩模板上设置方形针孔阵列A和方孔A，方形针孔阵列A上的针孔直径^小于光刻机投影物镜的物方衍射极限尺寸，且方形针孔阵列A中每行第一个针孔与最后一个针孔的圆心距为I1 = B1T1, B1为方孔A的边长，所述方形针孔阵列A上每相邻两针孔之间距离Cl1 > 1. 5Γι ；步骤二、在像方掩模板上设置方孔B和方形针孔阵列B，方形针孔阵列B上的针孔直径r2小于光刻机投影物镜的像方衍射极限尺寸，且方形针孔阵列B中每行第一个针孔与最后一个针孔的圆心距为I2 = a2-r2, a2为方孔B的边长，所述方形针孔阵列B上每相邻两针孔之间距离d2 > 1. 5r2 ；步骤三、调节照明系统的相干因子σ彡1 ；步骤四、移动物方掩模板，使方形针孔阵列A的中心位于光刻机投影物镜的视场点K上，移动像方掩模板，使方孔B与方形针孔阵列A在光刻机投影物镜的像面上的像重合；将此时光电探测器中获得的干涉图1\存储于存储器中；步骤五、移动物方掩模板，使方孔A的中心位于光刻机投影物镜的视场点K上，移动像方掩模板，使得方形针孔阵列B与方孔A在光刻机投影物镜的像面上的像重合；将此时光电探测器中获得的干涉图％存储于存储器中；步骤六、利用傅里叶变换对干涉图1\和A进行处理，获取波像差炉/和『f;所述炉/ 含有投影物镜视场点K波像差和在线检测装置的系统误差Mf，所述『^含有在线检测装置的系统误差巧f ；将波像差炉/减去波像差巧f，进而获得投影物镜视场点K的波像差『=。本专利技术所述方孔A的边长 彡pf/4zmx，方孔B的边长 = · mx彡pf/4z，其中，P为光刻机中剪切装置的周期，f为光刻机中准直物镜的焦距、Z为剪切装置与光电探测器之间的间距。本专利技术所述获取波像差炉/和『=为利用差分泽尼克zernike多项式的波前重构算法获取波像差炉/和『 。本专利技术所述利用差分泽尼克zernike多项式的波前重构算法获取波像差炉/和巧f 的具体步骤为步骤501、从和％分别获取有效区域，并延拓为方形有效干涉图P' κ和Q' κ；步骤502、对方形有效干涉图P'!^进行傅里叶变换，获得P'频谱分布；并进一步从P' κ的频谱分布中提取x、y方向的+1级频谱/；和Λ〗，从Q' κ的频谱分布中提取χ、y方向的+1级频谱和/丄 ’步骤503、分别对/；、ΓΡκ、以及/丄进行逆傅里叶变换及位相展开，得到χ、y 方向的差分波前信息；步骤504、利用基于差分zernike多项式的波前重构算法对P' κ对应的差分波前信息进行重构，进而获得用37项zernike多项式表示的包括投影物镜视场点K波像差『； 和在线检测装置的系统误差巧〗的波像差『/ ；利用基于差分zernike多项式的波前重构算法对Q' κ对应的差分波前信息进行重构，进而获得用37项zernike多项式表示的包括在线检测装置的系统误差巧〗的波像差吋。有益效果本专利技术采用设有方形针孔阵列的物方掩模板，通过方形针孔阵列产生理想的球面波，消除了照明系统对光刻机投影物镜波像差检测的影响，从而进一步提高了检测精度。其次，利用针孔阵列滤波的系统误差自校准，通过在光刻机投影物镜的物面放置方孔和像面放置针孔阵列，在保证曝光光源利用率的同时，实现了对待测照明系统残留像差和投影物镜波像差的空间滤波，可以快速，高精度的分离投影物镜的波像差和在线检测装置的系统误差。再次，利用傅里叶变换技术对单幅干涉图进行处理及利用基于差分zernike本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种系统误差自校准的光刻机投影物镜波像差在线检测方法，其特征在于，具体步骤为：步骤一、在物方掩模板上设置方形针孔阵列Ａ和方孔Ａ，方形针孔阵列Ａ上的针孔直径ｒ１小于光刻机投影物镜的物方衍射极限尺寸，且方形针孔阵列Ａ中每行第一个针孔与最后一个针孔的圆心距为ｌ１＝ａ１－ｒ１，ａ１为方孔Ａ的边长，所述方形针孔阵列Ａ上每相邻两针孔之间距离ｄ１＞１．５ｒ１；步骤二、在像方掩模板上设置方孔Ｂ和方形针孔阵列Ｂ，方形针孔阵列Ｂ上的针孔直径ｒ２小于光刻机投影物镜的像方衍射极限尺寸，且方形针孔阵列Ｂ中每行第一个针孔与最后一个针孔的圆心距为ｌ２＝ａ２－ｒ２，ａ２为方孔Ｂ的边长，所述方形针孔阵列Ｂ上每相邻两针孔之间距离ｄ２＞１．５ｒ２；步骤三、调节照明系统的相干因子σ≥１；步骤四、移动物方掩模板，使方形针孔阵列Ａ的中心位于光刻机投影物镜的视场点Ｋ上，移动像方掩模板，使方孔Ｂ与方形针孔阵列Ａ在光刻机投影物镜的像面上的像重合；将此时光电探测器中获得的干涉图ＰＫ存储于存储器中；步骤五、移动物方掩模板，使方孔Ａ的中心位于光刻机投影物镜的视场点Ｋ上，移动像方掩模板，使得方形针孔阵列Ｂ与方孔Ａ在光刻机投影物镜的像面上的像重合；将此时光电探测器中获得的干涉图ＱＫ存储于存储器中；步骤六、利用傅里叶变换对干涉图ＰＫ和ＱＫ进行处理，获取波像差和所述含有投影物镜视场点Ｋ波像差和在线检测装置的系统误差所述含有在线检测装置的系统误差将波像差减去波像差进而获得投影物镜视场点Ｋ的波像差...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳秋，汪海，刘克，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11