本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及一種波像差測(cè)量裝置與方法。

背景技術(shù)：

投影物鏡波像差是影響光刻機(jī)成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素。對(duì)于高分辨率的光刻機(jī)投影物鏡波像差，可采用干涉的方法進(jìn)行測(cè)量。十字光柵橫向剪切干涉儀是一種常用的利用干涉原理來進(jìn)行投影物鏡波像差檢測(cè)的方法，其原理如圖1所示，光線通過初始針孔1，產(chǎn)生衍射形成一個(gè)無像差的球面波。該球面波通過待測(cè)物鏡2后，其波前將攜帶待測(cè)物鏡2的波像差。在物鏡像面空間的離焦面上，放置有二元光柵3。帶有波像差的球面波經(jīng)過二元光柵3后，在物鏡像面衍射為0級(jí)和+/-1級(jí)光線。物鏡像面放置有級(jí)次選擇掩模4，該級(jí)次選擇掩模4包含4個(gè)較大的窗口，其作用類似于空間濾波器。只有X軸與Y軸上衍射的+/-1級(jí)光線可以通過窗口，0級(jí)及其它級(jí)次的衍射光則被其濾掉。載有待測(cè)物鏡2的波像差信息的+/-1級(jí)衍射光線相互干涉，其干涉條紋通過CCD 5進(jìn)行記錄，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，即可還原待測(cè)物鏡2波前，求解出物鏡波像差。該方法的好處是直接于物鏡瞳面進(jìn)行波像差檢測(cè)，檢測(cè)精度高。采用級(jí)次選擇掩模4，可通過一副干涉圖像即可進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)間短。

該方案的缺點(diǎn)在于：

1、物面采用初始針孔1進(jìn)行測(cè)量，其上的小孔尺寸較小，制作滿足要求的小孔難度高；

2、為產(chǎn)生理想球面波，小孔尺寸不能太大，因而使光強(qiáng)透過率低，降低了像面的測(cè)量的對(duì)比度；

3、參加干涉的光束匯聚于像面不同點(diǎn)，使得干涉區(qū)域較小，使測(cè)量噪聲增大，精度降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種波像差測(cè)量裝置與方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種波像差測(cè)量裝置，包括：光源、照明系統(tǒng)、物面模塊和像面探測(cè)單元，其中，所述物面模塊包括物面光柵和物面級(jí)次選擇板，所述像面探測(cè)單元包括像面光柵、像面級(jí)次選擇板和探測(cè)器，所述物面光柵和像面光柵均采用二元相移光柵。

作為優(yōu)選，所述物面光柵在第一方向和第二方向的周期均為P，且第二方向與第一方向垂直，所述物面光柵的每個(gè)周期包括兩個(gè)透光區(qū)域和兩個(gè)不透光區(qū)域，光束透過所述透光區(qū)域后附加1/2光波長(zhǎng)的光程差。

作為優(yōu)選，所述物面光柵位于所述物面的離焦處，且所述物面光柵的第一方向與X軸的成角度其中，大于等于0度小于等于180度。

作為優(yōu)選，所述物面光柵為矩形、圓形或三角形。

作為優(yōu)選，所述像面光柵在第一方向和第二方向的周期均為P×M，其中，M為物鏡倍率，所述像面光柵的第一方向與X軸的夾角為

作為優(yōu)選，所述物面級(jí)次選擇板上設(shè)置有多個(gè)透光孔，所述透光孔為方形、圓形或三角形。

作為優(yōu)選，所述透光孔的孔徑大于1.22λ/NA_o，其中λ為入射光波長(zhǎng)，NA_o為物方數(shù)值孔徑。

作為優(yōu)選，所述透光孔的孔徑大于2df_o×NA_o小于h_o×λ/d_o-df_o×NA_o；其中，df_o為物面級(jí)次選擇板的離焦量，h_o為物面光柵的離焦量，d_o為物面光柵的周期。

作為優(yōu)選，所述像面級(jí)次選擇板上設(shè)置有一個(gè)透光小孔，所述透光小孔為圓形或多邊形。

作為優(yōu)選，所述透光小孔的孔徑大于2df_i×NA_i小于h_i×λ/d_i-2df_i×NA_i；其中，df_i為像面級(jí)次選擇板的離焦量，h_i為像面光柵的離焦量，d_i為像面光柵的周期，NA_i為像方數(shù)值孔徑，λ為入射波長(zhǎng)。

作為優(yōu)選，所述像面探測(cè)單元還包括：用于支撐所述像面光柵和像面級(jí)次選擇板的光柵支撐單元，和用于控制所述探測(cè)器進(jìn)行圖像采集和傳輸?shù)奶綔y(cè)電路 板。

作為優(yōu)選，所述物面光柵和物像級(jí)次選擇板設(shè)置在同一掩模版上。

本發(fā)明還提供一種波像差測(cè)量方法，采用所述波像差測(cè)量裝置，包括：設(shè)置照明窗口，使光源發(fā)出的照明光束照明至物面；將物面光柵移動(dòng)至物面的視場(chǎng)中心，使照明光束照明物面光柵；移動(dòng)像面光柵，使像面光柵處于像方的視場(chǎng)中心，并使物面光柵與像面光柵對(duì)準(zhǔn)；開啟探測(cè)器，采集干涉圖像；探測(cè)器將采集到的干涉圖像傳輸至主控計(jì)算機(jī)；主控計(jì)算機(jī)根據(jù)采集的圖像求解物鏡的波像差。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、像面探測(cè)單元的像面光柵采用二元相移光柵，其衍射光中沒有零級(jí)光，僅有正負(fù)1級(jí)光，提高了用于測(cè)量的光強(qiáng)，物面級(jí)次選擇板不再考慮0級(jí)衍射光濾除作用，降低了工藝難度；

2、探測(cè)使用的物面光柵與物面級(jí)次選擇板可制作在一個(gè)掩模版上，降低了系統(tǒng)得復(fù)雜度；

3、物面模塊采用物面光柵與物面級(jí)次選擇板，物面光柵的透過率遠(yuǎn)大于初始針孔，可降低像面采集時(shí)間，提高信號(hào)強(qiáng)度，提高測(cè)量速度與精度；

4、本發(fā)明中物面光柵的制作難度小于現(xiàn)有技術(shù)中初始針孔的制作難度，提高了裝置的可加工制造性、節(jié)約成本；

5、本發(fā)明中物面光柵與像面光柵相匹配，使參與干涉的光束首先匯聚于一點(diǎn)，之后進(jìn)行發(fā)散，干涉區(qū)域增大，可用于大NA測(cè)量，同時(shí)提高測(cè)量精度。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中波像差測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一具體實(shí)施方式中波像差測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一具體實(shí)施方式中物面光柵的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明一具體實(shí)施方式中物面級(jí)次選擇板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明一具體實(shí)施方式中像面光柵的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明一具體實(shí)施方式中像面級(jí)次選擇板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明一具體實(shí)施方式中波像差測(cè)量方法的流程示意圖。

圖1中：1-初始針孔、2-待測(cè)物鏡、3-二元光柵、4-級(jí)次選擇掩模、5-CCD。

圖2～圖6中：10-光源、20-照明系統(tǒng)、30-物面模塊、301-物面光柵、302-物面級(jí)次選擇板、3021-透光孔、40-像面探測(cè)單元、401-像面光柵、402-像面級(jí)次選擇板、4021-透光小孔、403-光柵支撐單元、404-探測(cè)器、405-探測(cè)電路板、50-物鏡。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。需說明的是，本發(fā)明附圖均采用簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

如圖2所示，本發(fā)明提供的波像差測(cè)量裝置包括：光源10、照明系統(tǒng)20、物面模塊30和像面探測(cè)單元40，所述物面模塊30包括物面光柵301和物面級(jí)次選擇板302，所述像面探測(cè)單元40包括像面光柵401、像面級(jí)次選擇板402和探測(cè)器404，所述物面光柵301和像面光柵401均采用二元相移光柵。具體地，所述光源10用于產(chǎn)生照明光束，所述照明系統(tǒng)20將所述照明光束投射到位于物面模塊30的物面光柵301上并發(fā)生衍射，經(jīng)過物面級(jí)次選擇板302后，產(chǎn)生正負(fù)1級(jí)衍射光，該正負(fù)1級(jí)衍射光包括：x軸上的正負(fù)1級(jí)衍射光和y軸上的正負(fù)1級(jí)衍射光，該正負(fù)1級(jí)衍射光投射到物鏡50，之后攜帶物鏡50的波像差入射到像面光柵401，像面光柵401對(duì)入射的帶有物鏡50的波像差的正負(fù)1級(jí)衍射光進(jìn)行二次衍射，具體為：x軸上的正1級(jí)衍射光產(chǎn)生的負(fù)1級(jí)二次衍射光，x軸上的負(fù)1級(jí)衍射光產(chǎn)生正1級(jí)二次衍射光，y軸上的正1級(jí)衍射光產(chǎn)生負(fù)1級(jí)二次衍射光，y軸上的負(fù)1級(jí)衍射光產(chǎn)生正1級(jí)二次衍射光；該正負(fù)1級(jí)二次衍射光匯聚于像面級(jí)次選擇板402的透光小孔4021處，透過像面級(jí)次選擇板402后重疊干涉，干涉圖像被探測(cè)器404記錄，根據(jù)記錄得到的干涉圖像可反算得到物鏡50的波像差。

具體地，如圖3所示，所述物面光柵301在第一方向和第二方向的周期均為P，且第二方向與第一方向垂直，該物面光柵301的每個(gè)周期包括兩個(gè)透光區(qū)域和兩個(gè)不透光區(qū)域，如圖3中所示的黑色區(qū)域?yàn)椴煌腹鈪^(qū)域，灰色和白色區(qū)域?yàn)橥腹鈪^(qū)域，光束透過所述透光區(qū)域后附加1/2光波長(zhǎng)的光程差。且所述物面光柵301的第一方向與x軸的成角度其中，大于等于0度小于等于180度。

繼續(xù)參照?qǐng)D3，所述物面光柵301位于所述物面的離焦處，對(duì)入射到其上的照明光束進(jìn)行衍射，并使衍射光匯聚于物鏡50像面處。當(dāng)然，所述物面光柵301采用多種形狀，包括圓形、圓形、三角形、矩形、菱形等。

如圖4所示，所述物面級(jí)次選擇板302上設(shè)置有多個(gè)透光孔3021，所述透光孔3021為方形、圓形或三角形。本實(shí)施例中以帶有4個(gè)圓形透光孔3021為例說明，所述透光孔3021的孔徑大于1.22λ/NA_o，其中λ為入射光波長(zhǎng)，NA_o為物方數(shù)值孔徑。進(jìn)一步的，考慮到物面級(jí)次選擇板302的離焦情況，所述透光孔3021的孔徑大于2df_o×NA_o小于h_o×λ/d_o-df_o×NA_o；其中，df_o為物面級(jí)次選擇板302的離焦量，h_o為物面光柵301的離焦量，d_o為物面光柵301的周期。

進(jìn)一步的，所述物面光柵301和所述物面級(jí)次選擇板302可以設(shè)置在同一掩模上，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度。當(dāng)然，所述物面光柵301和所述物面級(jí)次選擇板302中心的位置應(yīng)與物面光柵301衍射的正負(fù)1級(jí)衍射光斑中心位置重合。

請(qǐng)參照?qǐng)D1，并結(jié)合圖5，所述像面探測(cè)單元40還包括：用于支撐所述像面光柵401和像面級(jí)次選擇板402的光柵支撐單元403，和用于控制所述探測(cè)器404進(jìn)行圖像采集和傳輸?shù)奶綔y(cè)電路板405。

進(jìn)一步的，如圖5所示，所述像面光柵401在第一方向和第二方向的周期均為P×M，其中，M為物鏡50倍率，所述像面光柵401的第一方向與x軸的夾角為

如圖6所示，所述像面級(jí)次選擇板402上設(shè)置有一個(gè)透光小孔4021，所述透光小孔4021為圓形或多邊形。所述透光小孔4021的孔徑大于2df_i×NA_i小于h_i×λ/d_i-2df_i×NA_i；其中，df_i為像面級(jí)次選擇板402的離焦量，h_i為像面光柵401的離焦量，d_i為像面光柵401的周期，NA_i為像方數(shù)值孔徑，λ為入射波長(zhǎng)。

需要說明的是，若物面光柵301相對(duì)于物鏡50最佳物面的離焦為h_o，則像面光柵401相對(duì)于物鏡50最佳焦面的離焦為h_i＝h_o/M²，M為物鏡50倍率。

請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D1至圖6，下面代入具體數(shù)值，詳細(xì)說明本發(fā)明的波像差測(cè)量裝置。

本實(shí)施例中，所述物面模塊30中的物面光柵301的周期可選擇為P＝12um，物面光柵301采用方形光柵，第一方向角度可以選擇為0度。照明波長(zhǎng)選擇為248nm，物面數(shù)值孔徑NA_o為0.175，物鏡倍率M為0.25。物面級(jí)次選擇板302 的透光孔3021為圓形，透光孔3021之間的距離為240um，透光孔3021的孔徑為20um。物面級(jí)次選擇板402位于物鏡50的焦面位置處，物面光柵401距離物鏡50的焦面(即物面級(jí)次選擇板402)6.35mm；像面探測(cè)單元40中的像面光柵401的周期為3um(12um×0.25)，像面級(jí)次選擇板402的透光小孔4021的大小為1um。像面光柵401的離焦為0.3985mm。

其中，物面光柵301周期的選擇依據(jù)剪切距離，剪切距離取物面數(shù)值孔徑的1/8.5，即0.0206。剪切距離即物面光柵301的1級(jí)衍射光衍射角度，從而得到物面光柵301的周期為248/0.0206＝12um，像面光柵401的周期是物面光柵301的0.25倍，即12×0.25＝3um。

如圖7所示，本發(fā)明還提供一種波像差測(cè)量方法，具體包括：首先，設(shè)置照明窗口，使光源10發(fā)出的照明光束照明至物鏡50的物面；接著，將物面光柵301移動(dòng)至物面的視場(chǎng)中心，使照明光束照明物面光柵301；接著，移動(dòng)像面光柵401，使像面光柵401處于像方的視場(chǎng)中心，并使物面光柵301與像面光柵401對(duì)準(zhǔn)；開啟探測(cè)器404，采集干涉圖像；探測(cè)器404將采集到的干涉圖像傳輸至主控計(jì)算機(jī)；主控計(jì)算機(jī)根據(jù)采集的圖像求解物鏡50的波像差。

光源10發(fā)出的光經(jīng)過照明系統(tǒng)20后入射到物面模塊30中的物面光柵301上，發(fā)生衍射。衍射光經(jīng)過物面級(jí)次選擇板302后，僅使正負(fù)1級(jí)衍射光通過。經(jīng)過物鏡50后，入射到像面探測(cè)單元40中的像面光柵401上，發(fā)生二次衍射。衍射后的光束經(jīng)過像面級(jí)次選擇板402后入射到探測(cè)器404上，根據(jù)記錄得到的干涉圖像可反算得到物鏡50的波像差。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。