一種高精度系統波像差檢測方法技術方案

一種高精度系統波像差檢測方法屬于光學檢測領域，其步驟包括：光源發射照明光束，進入照明系統和小孔空間濾波器后衍射產生理想球面波前的光束；入射進入被測投影物鏡，帶有像差信息的出射光束經光柵衍射及空間濾波器后發生干涉并由圖像傳感器采集，進行波面擬合，得到波像差；通過入射和旋轉180°后入射進入被測投影物鏡得到兩次波前測量結果，利用Zernike多項式在單位圓域的特性，分離出系統誤差中的非旋轉對稱成分，增加兩次光軸外點測量，計算出系統誤差，將測量值與系統誤差相減，獲得被測投影物鏡實際波像差。本發明專利技術提出的干涉儀裝置系統誤差標定方法，能夠標定由干涉儀所導致的系統誤差，提高了干涉儀的測量精度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于光學檢測領域，涉及。
技術介紹
光刻機投影物鏡是半導體制造過程中光刻部分的核心部件，隨著半導體產業向更小的線寬尺度發展，對光刻投影物鏡的性能提出愈來愈嚴苛的要求。系統波像差是評價光刻機投影物鏡性能的標志性指標之一。光刻機能否曝出幾十個納米的特征線寬，很大程度上取決于投影物鏡的系統波像差能否控制在幾個納米的范圍內。這就要求發展和擁有亞納米級精度的系統波像差檢測技術和裝備，精確地測量投影物鏡的系統波像差，評估其可能實現的特征線寬，并為投影物鏡的進一步超精密裝配和修磨提供指導性定量依據。目前光刻機系統波像差檢測裝置包括兩種類型，衍射型干涉儀和剪切型干涉儀，其中衍射型干涉儀包括點衍射干涉儀(Point Diffraction Interferometer，PDI)、 狹縫衍射干涉儀(Line Diffraction Interferometer，LDI)、剪切型干涉儀包括剪切干涉儀(Lateral Shearing Interferometer, LSI)或泰伯干涉儀(Digital Talbot Interferometer,DTI)等。前述干涉測量方法的特點是可以對投影物鏡進行全視場的系統波像差檢測，得到各視場點36項澤尼克系數表示的波像差，具有檢測精度高，重復性好等優點。為實現系統波像差測量，Medecki提出了用于EUV(extreme ultraviolet，遠紫外線)波段工作波長檢測的相移點衍射干涉儀(Phase shifting point diffraction interferometer，美國專利US5835217)，該方法的測量原理是，采用光柵作為分束元件產生測試波和參考波，二者通過位于像面上的空間濾波器后發生干涉，由圖像傳感器采集干涉圖，通過對干涉條紋的處理，最終得到由krnike多項式所表示的系統波像差。該方法的優點是測量精度高，但由于空間濾波器是由直徑小于系統衍射極限分辨率的小孔組成，對于高NA的光學系統所需要的小孔直徑將達到幾十個納米，這就為小孔的制備以及對準帶來極大的難度，并且隨著小孔空間濾波器直徑的減小，干涉條紋對比度也將下降。在美國專利US735M75中，Hasegawa采用了剪切干涉儀的結構，使用經光柵衍射后的士 1級衍射光作為信息的載體，用較大的窗口代替小孔空間濾波器，從而使通過的光能量增強，改善了干涉條紋對比度，使干涉儀具有較大的動態范圍。由于采用了剪切干涉的光路結構，干涉儀系統誤差對測量具有很大的影響，影響了測量的精度。以上所述的幾種干涉儀，系統誤差的分離是很重要的過程，直接影響著測量的準確度。要達到檢測精度的要求，需對系統誤差進行標定，主要的系統誤差包括探測器傾斜導致的像散，光柵衍射引入的像差等。在剔除了系統誤差之后，可以得到準確的光學系統波像差信息。
技術實現思路
為了解決現有干涉測量方法導致測量結果中存在系統誤差，影響檢測精度的問題，本專利技術提出一種可標定系統誤差的高精度系統波像差檢測方法來解決現在技術中存在的問題。，該方法步驟如下步驟1)光源發射照明光束，進入照明系統后由照明系統調節光強分布和照明方式后，出射光束通過小孔空間濾波器后衍射產生球面波前的光束；步驟2、所述光束入射進入被測投影物鏡后，出射光束帶有像差信息；步驟幻所述帶有像差信息的出射光束分別依次通過分束裝置中橫向放置的光柵、橫向放置的像面空間濾波器和分束裝置中縱向放置的光柵、縱向放置的像面空間濾波器后，帶有被測投影物鏡波像差信息為士 1級衍射光并發生干涉，推動所述分束裝置沿刻線垂直方向移動，從而在士 1級衍射光之間引入相移；步驟4)由圖像傳感器采集波像差信息為士 1級衍射光的干涉條紋圖，利用計算機對干涉條紋圖進行位相提取及相位展開，計算出光束依次通過分束裝置中橫向放置的光柵、橫向放置的像面空間濾波器和分束裝置中縱向放置的光柵、縱向放置的像面空間濾波器兩個正交方向上波面的信息，采用微分krnike多項式進行波面擬合，得到36項krnike 系數表示的波像差的測量值Wtest ；步驟幻所述光束入射進入被測投影物鏡后，同時獲得波前測量結果Wtl，被測波前 W0可表示為；Wtl = ffs+ffa+ff'其中Ws表示系統誤差中旋轉對稱項，Wa表示系統誤差中非旋轉對稱項，W'表示被測光學系統實際波像差；步驟6)所述光束入射進入將被測投影物鏡旋轉180°后獲得波前測量結果W18tl, 被測波前W18tl可表示為W18tl = WS+Wa' +W'，Wa'表示旋轉后系統誤差中非旋轉對稱項，將兩次的測量結果相減，得到兩次測量結果的差值Wtl-W18tl = Wa-Wa'，利用Zernike多項式在單位圓域的正交特性，分離出系統誤差中的非旋轉對稱項Wa ；步驟7)對系統誤差中的旋轉對稱項以及系統誤差中的角階數為2 θ非旋轉對稱成分的分離，在光束入射進入被測投影物鏡和光束入射進入將被測投影物鏡旋轉180°兩次測量的基礎上增加兩次光軸外點測量，計算出由Zernike多項式表示的系統誤差Wsystem 并存儲在計算機中，在進行投影物鏡系統波像差檢測時將測量值Vtest與系統誤差Wsystem相減，獲得被測投影物鏡實際波像差W'。本專利技術的有益效果本專利技術高精度系統波像差檢測方法采用較大的窗口代替小孔，提高了系統光通量，從而使信噪比提高，進而提高了干涉條紋對比度，改善了測量精度。 另外本專利技術提出的干涉儀裝置系統誤差標定方法，能夠標定由干涉儀所導致的系統誤差， 提高了干涉儀的測量精度。附圖說明圖1 的裝置圖。圖2 —種高精度系統波像差檢測方法的分束裝置平面圖。圖3 —種高精度系統波像差檢測方法的像面空間濾波器平面圖。具體實施例方式如圖1所示，，該方法所應用的裝置包括光源1、照明系統2、小孔空間濾波器3、投影物鏡4、分束裝置5、像面空間濾波器6和圖像傳感器7， 波像差檢測方法步驟如下步驟1)光源1發射照明光束，進入照明系統2后由照明系統2調節光強分布和照明方式后，出射光束通過小孔空間濾波器3后衍射產生理想球面波前的光束；其中小孔直徑d小于入射光束衍射極限分辨率，并滿足式其中λ為光源1波長，NA1為照明系統2在小孔空間濾波器3側的數值孔徑。經過空間濾波器的濾波作用，消除了照明系統2所導致的像差。光源1為波長約為193nm的ArF準分子激光器、波長約為248nm的KrF準分子激光器或可見光波段的激光器；照明系統2為擴束透鏡組或光束整形器；小孔空間濾波器3 位于被測投影物鏡4物方平面，可通過電子束曝光或反應離子束刻蝕方法制備；步驟2、所述光束入射進入被測投影物鏡4后，出射光束帶有像差信息；投影物鏡4為全透射式投影物鏡、折返式投影物鏡或全反射式投影物鏡；步驟幻所述帶有像差信息的出射光束分別依次通過分束裝置5中橫向放置的光柵51、橫向放置的像面空間濾波器6和分束裝置5中縱向放置的光柵52、縱向放置的像面空間濾波器6后，帶有被測投影物鏡4波像差信息為士 1級衍射光并發生干涉，推動所述分束裝置5中的光柵51、52沿刻線垂直方向移動，從而在士 1級衍射光之間引入相移；如圖2所示，由于采用剪切干涉原理，獲得投影物鏡4系統波像差需要正交方向上的兩次測量，因此作為分束裝置5的二元光柵由刻線方向相互正交并且周期以及占空比完全相同的兩本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種高精度系統波像差檢測方法，其特征在于，該方法步驟如下：步驟１）光源（１）發射照明光束，進入照明系統（２）后由照明系統（２）調節光強分布和照明方式后，出射光束通過小孔空間濾波器（３）后衍射產生球面波前的光束；步驟２）步驟１）所述的通過小孔空間濾波器（３）后衍射產生球面波前的光束入射進入被測投影物鏡（４）后，出射光束帶有像差信息；步驟３）上述帶有像差信息的出射光束分別依次通過分束裝置（５）中橫向放置的光柵（５１）、橫向放置的像面空間濾波器（６）和分束裝置（５）中縱向放置的光柵（５２）、縱向放置的像面空間濾波器（６）后，帶有被測投影物鏡（４）波像差信息為±１級衍射光并發生干涉，推動所述分束裝置（５）沿刻線垂直方向移動，從而在±１級衍射光之間引入相移；步驟４）由圖像傳感器（７）采集波像差信息為±１級衍射光的干涉條紋圖，利用計算機對干涉條紋圖進行位相提取及相位展開，計算出光束依次通過分束裝置（５）中橫向放置的光柵（５１）、橫向放置的像面空間濾波器（６）和分束裝置（５）中縱向放置的光柵（５２）、縱向放置的像面空間濾波器（６）兩個正交方向上波面的信息，采用微分Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式進行波面擬合，得到３６項Ｚｅｒｎｉｋｅ系數表示的波像差的測量值Ｗｔｅｓｔ；步驟５）步驟１）所述的通過小孔空間濾波器（３）后衍射產生球面波前的光束入射進入被測投影物鏡（４）后，同時獲得波前測量結果Ｗ０，被測波前Ｗ０可表示為；Ｗ０＝Ｗｓ＋Ｗａ＋Ｗ′，其中Ｗｓ表示系統誤差中旋轉對稱項，Ｗａ表示系統誤差中非旋轉對稱項，Ｗ′表示被測光學系統實際波像差；步驟６）步驟１）所述的通過小孔空間濾波器（３）后衍射產生球面波前的光束入射進入將被測投影物鏡（４）旋轉１８０°后獲得波前測量結果Ｗ１８０，被測波前Ｗ１８０可表示為：Ｗ１８０＝Ｗｓ＋Ｗａ′＋Ｗ′，Ｗａ′表示旋轉后系統誤差中非旋轉對稱項，將兩次的測量結果相減，得到兩次測量結果的差值Ｗ０－Ｗ１８０＝Ｗａ－Ｗａ′，利用Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式在單位圓域的正交特性，分離出系統誤差中的非旋轉對稱項Ｗａ；步驟７）對系統誤差中的旋轉對稱項以及系統誤差中的角階數為２θ非旋轉對稱成分的分離，在光束入射進入被測投影物鏡（４）和光束入射進入將被測投影物鏡（４）旋轉１８０°兩次測量的基礎上增加兩次光軸外點測量，計算出由Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式表示的系統誤差Ｗｓｙｓｔｅｍ并存儲在計算機中，在進行投影物鏡（４）系統波像差檢測時將測量值Ｗｔｅｓｔ與系統誤差Ｗｓｙｓｔｅｍ相減，獲得被測投影物鏡（４）實際波像差Ｗ′。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：向陽，于長淞，
申請(專利權)人：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，
類型：發明
國別省市：82