技術領域

本發明涉及一種光學系統的波像差檢測裝置，特別是涉及一種采用拓展光源照明的光刻機投影物鏡的波像差在線檢測裝置及方法。

背景技術

光刻技術是極大規模集成電路制造的核心技術之一，通過曝光的方法將掩模上的圖形轉移到涂覆于硅片表面的光刻膠上，然后通過顯影、刻蝕等工藝將圖形轉移到硅片上。投影物鏡是光刻機成像系統的核心部件，投影物鏡的波像差是導致光刻成像質量惡化的主要因素，并最終導致光刻機的成像對比度下降、工藝窗口縮小和產品良率降低。在實際曝光過程中，系統微振動和鏡片持續受到準分子激光的不均勻加熱等因素都會導致投影物鏡波像差的劇烈變化，因此需要在光刻機中集成光刻機投影物鏡波像差在線測量裝置，以快速、高精度地實現對投影物鏡波像差的在線檢測。

光刻機投影物鏡波像差檢測技術按照測量對象可分為三類：基于光刻膠曝光的波像差檢測技術、基于空間像測量的波像差檢測技術以及基于瞳面測量的波像差檢測技術(PMI)。朗奇剪切干涉是一種基于瞳面測量的波像差檢測技術，照明光束通過由漫射元件制造的掩模標記形成均勻衍射光進入投影物鏡光瞳，光束被投影物鏡像面上的剪切光柵分裂成兩個完全相同的波前，這兩個波前相互錯開一定距離并在遠場相干得到衍射圖樣。通過測量干涉圖樣，并利用相位恢復算法可以提取出投影物鏡的波像差，具有沒有空間光程誤差、檢測精度高、靈敏度高等優點，可以很好地應用于投影物鏡的波像差在線檢測中。但是，朗奇剪切干涉要求光源為非相干光源，且光柵多級衍射光相互干擾會嚴重影響相位提取精度，同時對物面和像面上的衍射光柵的平行度、準直度要求較高。因此降低光源的空間相干性、消除光柵多級衍射誤差、提高光柵的對準和平行效果，是朗奇剪切干涉應用于高精度投影物鏡波像差檢測的前提。

Van?De?Kerkhof等提出一種通過在光刻機掩模平臺和硅片平臺上集成基于朗奇剪切干涉原理的波像差檢測裝置(參考在先技術[1]，Van?de?Kerkhof,M.,et?al.,Full?optical?column?characterization?of?DUV?lithographic?projection?tools.Optical?Microlithography?Xvii,Pts?1-3,2004.5377:p.1960-1970)，實現光刻機投影物鏡波像差在線檢測。但是該裝置存在的問題是：光源為部分相干光，直接影響對光場空間相干性的調制效果從而影響測量精度等問題。美國專利US7333216公開了一種采用多模光纖陣列降低光源空間相干性的波像差檢測裝置(參考在先技術[2]，U.Wegmann,H.Haidner,M.Schriever.Apparatus?for?wavefront?detection,United?States?patent?US7333216B2,2008.)，但是該裝置存在的問題是：物面光柵和像面光柵之間缺乏有效的對準和平行調節功能，容易引入系統誤差。Matthieu?Visser等提出了擴展光源干涉儀進行EUV光刻物鏡波像差檢測(參考在先技術[3]，Matthieu?Visser，Martign?K.Dekker,Petra?Hegeman,et?al.,“Extended?source?interferometry?for?at-wavelength?test?of?EUV-optics”,Emerging?Lithographic?Technologies?Iii,Pts?1?and2,1999.3676:p.253-263)，但是存在的問題是沒有消除較高級次衍射項與0級的干涉。

發明內容

本發明的目的在于克服上述在先技術的不足，提供了一種基于朗奇剪切干涉原理的投影物鏡的波像差在線檢測裝置，利用該裝置測量投影物鏡波像差，具有速度快、精度高的優點。

本發明的技術解決方案如下：

一種投影物鏡波像差在線檢測裝置，其特點在于：沿光源輸出光束方向依次是旋轉散射器、第一聚焦透鏡、光纖陣列、第二聚焦透鏡、散射光學元件、物面光柵板、像面光柵板、二維光電傳感器；所述的物面光柵板置于物面光柵位移臺上，所述的像面光柵板置于像面光柵位移臺上，所述的像面光柵位移臺與相移控制模塊相連，所述的二維光電傳感器與計算機相連。

所述的旋轉散射器，由支架、電動機和圓形漫散射光學元件組成，用于將相干光或部分相干光轉化為非相干光；所述的圓形漫散射光學元件安裝在電動機上，在電動機的驅動下沿中心軸轉動；

所述的散射光學元件是毛玻璃、微透鏡陣列等使照明光束在被測光學系統數值孔徑內均勻照明的光學元件；