光刻机投影物镜多视场点波像差并行检测装置与检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光刻技术领域，涉及一种光刻机投影物镜波像差检测方法，特别是一 种光刻机投影物镜多视场点波像差并行检测装置与方法。
【背景技术】
[0002] 极大规模集成电路被喻为"工业粮食"，其在当今世界中的重要性是不言而喻的。 光刻机是极大规模集成电路制造的核心装备，光刻技术的进步直接推动集成电路特征尺寸 的缩小和集成度的提高，集成电路的特征尺寸能否按"摩尔定律"持续缩小直接受制于光刻 技术的发展。集成电路特征尺寸持续缩小的历史，也是光刻机不断演化的历史。光刻曝光波 长持续减小，从萊灯的g线（436nm)、i线（365nm)到248nm、193nm的准分子激光。光刻机 的曝光方式经历了接触式光刻、接近式光刻以及光学投影式光刻三个阶段，投影光刻机是 当今几乎所有高端光刻机采用的曝光方式。投影物镜系统是投影光刻机的核心分系统，是 决定光刻分辨率的关键。波像差是投影物镜的主要性能参数，波像差越小，成像效果越好。 在光刻机投影物镜中有用于调节波像差的光学器件，调节的依据来源于投影物镜的波像差 测量结果。因此投影物镜的波像差控制水平与波像差的测量精度直接相关。
[0003] 193nm投影物镜光刻机与多重图形技术相结合已经实现了 14nm节点集成电路的 量产，而且很有可能会延续到l〇nm节点，甚至是7nm节点。为了提高光刻的产率，光源功率 持续增大，在多级照明或自由照明模式下，投影物镜的热效应逐渐增大，热像差问题愈发凸 显。为了更精确的控制成像质量，投影物镜的像差从批间测量转变为片间测量。为了不降 低产率，波像差的测量速度必须提高。由于投影物镜的波像差是与场点相关的，即不同的场 点，波像差可能不同，因此一般需要测量多个场点的波像差信息。为了提高测量速度，可以 采用多个场点并行测量的思路。
[0004] 剪切干涉技术以其结构简单、不需要参考波、利于集成等优点被用作光刻机的原 位波像差检测技术。蔡司公司（在先技术[1]:专利DE10008181)提出一种用于光刻机波 像差测量的剪切干涉仪，在投影物镜物面放置一块一维光栅，在像面放置一块二维光栅，物 面一维光栅调制光场的空间相干性，像面二维光栅用于对待测波前进行剪切，在离焦位置 放置探测器获取待测波前和剪切波前的干涉图像。这种方法通过机械移动物面或像面光栅 的方法产生相移，如果移动物面光栅产生相移，则所测量的视场点的位置在光栅移动过程 中发生移动，如果移动像面光栅产生相移，则所测量的光瞳位置发生偏移，无论是视场点位 置偏移还是测量的光瞳位置偏移都将导致测量误差。另外，这种方法在改变剪切方向时需 要更换不同栅线方向的光栅。ASML公司（在先技术[2]:US2006/0001890A1)提出一种 改进的剪切干涉仪，用于光刻机投影物镜的波像差测量，这种方法在物面采用空间光调制 器作为物面光栅产生器件。以数字移动空间光调制器光栅的方式产生相移，避免了测量视 场点发生移动的问题，另外，可以通过数字的方式改变物面空间光调制光栅的栅线方向，相 对于更换光栅而言更方便。对于特定的测量波前和投影物镜，剪切率由像面光栅决定，因此 在先技术[1]和在先技术[2]需要更换像面光栅才可以改变剪切率。不同的剪切率，波像 差测量的灵敏度不同，在光刻机投影物镜波像差测量中有改变剪切率的需求。
[0005] ASML公司（在先技术[3] :W0 2014/060149A1)提出一种多通道并行测量的剪切 干涉仪用于光刻机投影物镜波像差的多视场点并行测量。在投影物镜的物方放置一光栅 板，该光栅板包含η组光栅，η为并行测量的视场点数，每组光栅包含栅线方向相互垂直的 两块一维光栅用于在相互正交的方向上进行两次剪切测量，在像面放置一光栅板，该光栅 板包含η个二维棋盘光栅，该棋盘光栅的对角线方向平行于物面一维光栅栅线方向。测量 时调整物面光栅和像面光栅，使其位置满足物象关系，在像面光栅下离焦位置放置η个探 测器用于接收各个视场点的波前剪切干涉图。该方法需要机械移动物面光栅或像面光栅产 生相移，需要机械移动光栅板，更换另一方向的光栅，改变剪切方向，而且剪切率受限于像 面光栅的周期，需要物面像面光栅同时更换才可以改变剪切率。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服上述在先技术的不足，提供一种光刻机投影物镜多视场点 波像差并行检测装置与检测方法，实现光刻机投影物镜多视场点波像差的并行检测，提高 检测系统灵活性和检测精度。
[0007] 本发明的技术解决方案如下：
[0008] -种光刻机投影物镜多视场点波像差并行检测装置，该装置包括光源，沿该光源 的输出光路方向上依次是照明系统、掩模台、工件台和二维光电探测器；其特点在于在掩模 台上放置一个物面空间光调制器，该掩模台带动物面空间光调制器移动，在工件台上放置 一个像面空间光调制器，该工件台带动像面空间光调制器移动，所述的物面空间光调制器、 像面空间光调制器和二维光电探测器分别与所述的计算机相连，所述的物面空间光调制器 由计算机设置为含η个物面光栅的物面光栅组（设置方法参见l.FalldorfC，VonKopylow C,BergmannRB.Liquidcrystalspatiallightmodulatorsinopticalmetrology[J]. InformationOptics(WI0)，2010:1-3, 2.US2006/0001890A1)，n为正整数，表示并行测量的 视场点数。所述的像面空间光调制器由计算机设置为含η个像面剪切光栅的像面光栅组， 所述的像面光栅组上的像面剪切光栅个数与物面光栅组上的物面光栅个数相同。所述的 物面光栅组上的物面光栅是一维光栅，所述的像面光栅组上的像面光栅为二维棋盘光栅或 二维交叉光栅；所述的物面光栅组上的物面光栅和像面光栅组上的像面光栅的排列方式相 同；所述的物面空间光调制器和像面空间光调制器均为透射式振幅型或透射式相位型空间 光调制器。
[0009] 利用上述光刻机投影物镜多视场点波像差并行检测装置进行光刻机投影物镜多 视场点波像差并行检测的方法，包括以下步骤：
[0010] (1)检测光路调整：
[0011] 调节掩模台，使处于掩模台上的物面空间光调制器处于待测投影物镜的物面，调 节工件台，使处于工件台上像面空间光调制器处于待测投影物镜的像面；调节掩模台和工 件台，使物面光栅组上的物面光栅与像面光栅组上的像面剪切光栅分别成物象关系；
[0012] (2)剪切测量：
[0013] 根据光刻机投影物镜波像差的检测需求，确定需测量的至少两个剪切方向，通 过计算机调节物面光栅组上的物面光栅，使光栅的栅线方向垂直于待测量方向，启动光 源，由光电探测器探测像面光栅组上每个像面光栅对应的剪切干涉图，并传输入计算机保 存，通过计算机调节，使物面光栅组上的物面光栅的栅线或像面光栅组上的像面光栅的 栅线沿待测量的方向上移动（调节方法参见l.FalldorfC，VonKopylowC，BergmannR B.Liquidcrystalspatiallightmodulatorsinopticalmetrology[J].Information Optics(WIO)，2010:1-3, 2.US2006/0001890A1)，产生相移，通过光电探测器探测每一步相 移各个像面光栅对应的剪切干涉图，并传输入计算机保存；
[0014] 所述的传输入计算机保存的剪切干涉图为光强度数据，所有剪切测量方向上所有 视场点的所有相移得到的剪切干涉图表示为ΙΛ1，其中下标j，k，1为正整数，分别表示第j 个测量方向、第k个视场点，第1次相移，Ijkl表示第i个剪切测量方向上第k个视场点第1 次测量得到的剪切干涉图；j的取值一般为1和2,即在两个相互垂直的方向上进行剪切测 量，但测量也可在一个平面内多个不相互垂直的方向上进行多次，k的取值为1~n，1的取 值由拟采用的相移算法确定；
[0015] 所述的待测量方向为xy平面内的任意方向，待测量方向至少为两个，xy平面为光 刻机的坐标系的水平面；
[0016] (3)数据处理：
[0017] 通过计算机（9)对每个像面剪切光栅处的每个剪切方向的所有相移剪切干 涉图通过相位提取算法（请参见MalacaraZ,ServinM.Interferogramanalysis foropticaltesting[M].CRCpress, 2005)，获取