CN110941144B - 一种物镜畸变和场曲的测试装置及方法、光刻设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物镜畸变和场曲的测试装置及方法、光刻设备。所述物镜畸变和场曲的测试装置包括照明系统、掩膜版、掩膜版台、物镜、对准模块和工件台，其中，掩膜版包括四个标记组合，每个标记组合包括多个标记，对准模块包括分别与四个标记组合一一对应的四个传感器单元，各传感器单元均包括一个像传感器和两个对准标记，在X方向或Y方向上，两个对准标记的间距P与对应标记组合中相邻标记的间距Q存在Q＝mP+δ的关系，各传感器单元中的对准标记的形状与对应标记组合中的标记形状相同，尺寸为对应标记组合中的标记的尺寸的m倍。本实施例提供的技术方案，实现了物镜畸变和场曲的同装置测量，测试简便，无资源浪费，降低了测试环境对测试结果的影响。

Description

一种物镜畸变和场曲的测试装置及方法、光刻设备

技术领域

本发明实施例涉及物镜低阶像差的测量技术，尤其涉及一种物镜畸变和场曲的测试装置及方法、光刻设备。

背景技术

物镜是光刻机的重要组成部分，其性能会影响光刻机的成像质量，尤其是物镜的畸变和场曲，因此在正常使用前通常需要对物镜的性能进行测量。

现有技术中的测量装置包括照明系统、掩膜版、掩膜台、物镜以及工件台，在进行测试时，工件台上放置测试硅片，然后通过投影物镜视场中心将独立标记曝光到硅片曝光场内，再通过整个投影物镜视场将标记阵列曝光到同一硅片曝光场内。两次曝光后，在硅片形成套刻标记，通过测量套刻误差即可获取投影物镜畸变。但是上述测试装置仅能测量物镜的畸变，而无法测量场曲，且需要曝光，适用性差，另一方面，测量结构受环境影响较大。

发明内容

本发明提供一种物镜畸变和场曲的测试装置及方法、光刻设备，以实现物镜畸变和场曲的同装置测量，降低测试环境对测试结果的影响。

第一方面，本发明实施例提供了一种物镜畸变和场曲的测试装置，包括：

照明系统，用于提供光源；

掩膜版，所述掩膜版包括第一标记组合、第二标记组合、第三标记组合和第四标记组合；所述第一标记组合包括多个第一Y向标记，相邻所述第一Y向标记沿X方向的距离为a，沿Y方向的距离为A；所述第二标记组合包括多个第一X向标记，相邻所述第一X向标记沿X方向的距离为b，沿Y方向的距离为B；所述第三标记组合包括多个第二Y向标记，相邻所述第二Y向标记沿X 方向的距离为c，沿Y方向的距离为C；所述第四标记组合包括多个第二X向标记，相邻所述第二X向标记沿X方向的距离为d，沿Y方向的距离为D；

掩膜台，用于承载所述掩膜版；

对准模块，所述对准模块包括分别与所述第一标记组合、所述第二标记组合、所述第三标记组合和所述第四标记组合对应的第一传感器单元、第二传感器单元、第三传感器单元以及第四传感器单元，各传感器单元均包括一个像传感器以及两个对准标记，两个所述对准标记位于所述像传感器靠近照明系统的一侧；所述第一传感器单元中的两个所述对准标记沿X方向的距离为ma+δ，沿Y方向的距离为mA，所述第二传感器单元中的两个所述对准标记沿X方向的距离为mb，沿Y方向的距离为mB+δ，所述第三传感器单元中的两个所述对准标记沿X方向的距离为mc+δ,沿Y方向的距离为mC，所述第四传感器单元中的两个所述对准标记沿X方向的距离为md，沿Y方向的距离为mD+δ；

各传感器单元中的所述对准标记的形状与对应标记组合中的标记形状相同，尺寸为对应标记组合中的标记的尺寸的m倍；

物镜，用于对所述掩膜版上的标记进行成像；

工件台，用于承载所述对准模块；

其中，m为所述物镜的放大倍数，δ为正数或负数。

第二方面，本发明实施例还提供了一种光刻设备，包括上述第一方面所述的物镜畸变和场曲的测试装置。

第三方面，本发明实施例还提供了一种物镜畸变和场曲的测试方法，采用上述第一方面所述的物镜畸变和场曲的测试装置进行测试，所述测试方法包括：

步骤1、按照如下步骤获取X向竖线条的畸变和场曲：

将所述掩膜版上的所述第一标记组合移动至所述物镜的视场内；

调节所述第一传感器单元的位置，使所述第一传感器单元中的两个所述对准标记在工件台上的垂直投影与所述第一标记组合中的多个所述第一Y向标记在工件台上的垂直投影沿X方向排列；

获取所述第一标记组合中的首个所述第一Y向标记作为第一操作标记，第一操作标记的后一所述第一Y向标记作为第二操作标记；

采用所述第一传感器单元对所述第一操作标记和所述第二操作标记进行X 向扫描，所述第一传感器单元中靠近所述第一操作标记的所述对准标记为第一对准标记，靠近所述第二操作标记的所述对准标记为第二对准标记，在所述第一对准标记与所述第一操作标记的空间像对准的第一时刻，采用所述第一传感器单元中的所述像传感器获取所述第一操作标记的空间像的三维坐标，在所述第二对准标记与所述第二操作标记的空间像对准的第二时刻，采用所述第一传感器单元中的所述像传感器获取所述第二操作标记的空间像的三维坐标；

将所述第二操作标记作为所述第一操作标记，重复上述步骤，直至遍历所述第一标记组合中的所有所述第一Y向标记；

将所述第一标记组合中各所述第一Y向标记的空间像的三维坐标构成三维坐标集合，根据所述三维坐标集合获取X向竖线条的畸变，根据所述三维坐标集合获取X向竖线条的场曲；

步骤2、按照上述步骤1中获取X向竖线条的畸变和场曲的方法，依次采用所述第二标记组合和所述第二传感器单元获取X向横线条的畸变和场曲，采用所述第三标记组合和所述第三传感器单元获取Y向竖线条的畸变和场曲，采用所述第四标记组合和所述第四传感器单元获取Y向横线条的畸变和场曲。

本发明实施例提供的物镜畸变和场曲的测试装置包括照明系统、掩膜版、掩膜版台、物镜、对准模块和工件台，其中，掩膜版包括四个标记组合，每个标记组合包括多个标记，对准模块包括分别与四个标记组合一一对应的四个传感器单元，各传感器单元均包括一个像传感器和两个对准标记，在X方向或Y 方向上，两个对准标记的间距P与对应标记组合中相邻标记的间距Q存在 Q＝mP+δ的关系，各传感器单元中的对准标记的形状与对应标记组合中的标记形状相同，尺寸为对应标记组合中的标记的尺寸的m倍。具有上述结构的物镜畸变和场曲的测试装置可以测试出物镜的畸变和场曲，此外，由于测试过程中仅需进行空间像三维坐标的获取，而无需形成实体结构，测试简便，无资源浪费，且同一传感器单元中的两个对准标记不会同时与对应标记的空间像对准，在该传感器单元中的两个对准标记先后实现与对应空间像的对准后，能够分别采用该传感器单元中的同一像传感器进行三维坐标的获取，从而降低了测试环境对测试结果的影响。

附图说明

为了更加清楚地说明本发明示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本发明所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种物镜畸变和场曲的测试装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种掩膜版的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种对准模块的俯视结构示意图；

图4是沿图3中虚线SS’的剖面结构示意图；

图5是本发明实施例提供的又一种掩膜版的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的又一种对准模块的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的又一种掩膜版的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的又一种对准模块的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的一种光刻设备的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的一种物镜畸变和场曲的测试方法的流程示意图；

图11是本发明实施例提供的一种获取X向竖线条的畸变和场曲的流程示意图；

图12是本发明实施例提供的第一传感器单元分时测量图；

图13是本发明实施例提供的畸变测量精度仿真结果；

图14是本发明实施例提供的场曲测量精度仿真结果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

图1是本发明实施例提供的一种物镜畸变和场曲的测试装置的结构示意图。如图1所示，物镜畸变和场曲的测试装置包括照明系统100、掩膜版200、掩膜版台300、物镜400、对准模块500和工件台600，其中，照明系统100用于提供光源，掩膜台300用于承载所述掩膜版200，物镜400用于对所述掩膜版200 上的标记进行成像，工件台600用于承载所述对准模块500。

图2是本发明实施例提供的一种掩膜版的结构示意图。如图2所示，所述掩膜版200包括第一标记组合201、第二标记组合202、第三标记组合203和第四标记组合204，所述第一标记组合201包括多个第一Y向标记211，相邻所述第一Y向标记211沿X方向的距离为a，沿Y方向的距离为A(图2中A＝0)，所述第二标记组合202包括多个第一X向标记212，相邻所述第一X向标记212 沿X方向的距离为b，沿Y方向的距离为B(图2中B＝0)，所述第三标记组合203包括多个第二Y向标记213，相邻所述第二Y向标记213沿X方向的距离为c(图2中c＝0)，沿Y方向的距离为C，所述第四标记组合204包括多个第二X向标记214，相邻所述第二X向标记214沿X方向的距离为d(图2中d＝0)，沿Y方向的距离为D。

图3是本发明实施例提供的一种对准模块的俯视结构示意图。值得注意的是，图3所示对准模块对应图2所示掩膜版设置。如图3所示，所述对准模块包括分别与所述第一标记组合201、所述第二标记组合202、所述第三标记组合 203和所述第四标记组合204对应的第一传感器单元501、第二传感器单元502、第三传感器单元503以及第四传感器单元504。图4是沿图3中虚线SS’的剖面结构示意图。如图4所示，传感器单元包括一个像传感器520以及两个对准标记510，两个所述对准标记510位于所述像传感器520靠近照明系统的一侧。需要说明的是，图4所示为第一传感器单元201的结构示意图，第二传感器单元203、第三传感器单元204以及第四传感器单元204的结构与第一传感器单元201的结构相似，四者仅对准标记510的设置方式的不同。继续参见图3，所述第一传感器单元501中的两个所述对准标记510沿X方向的距离e为ma+ δ，沿Y方向的距离E为mA(图3中E＝0)，所述第二传感器单元502中的两个所述对准标记510沿X方向的距离f为mb，沿Y方向的距离F为mB+δ，所述第三传感器单元503中的两个所述对准标记510沿X方向的距离g为mc+ δ,沿Y方向的距离G为mC，所述第四传感器单元504中的两个所述对准标记 510沿X方向的距离h为md(图3中h＝0)，沿Y方向的距离H为mD+δ，各传感器单元中的所述对准标记510的形状与对应标记组合中的标记形状相同，尺寸为对应标记组合中的标记的尺寸的m倍。其中，m为所述物镜的放大倍数，δ为正数或负数。

需要说明的是，记掩膜版上同一标记组合中相邻两个标记在X方向或Y方向上的间距为r，该这两个标记经物镜成像后的空间像在相同方向上的间距为R，由于物镜的放大倍数为m，因此R＝mr，本实施例设置与该两个标记对应的传感器单元中两个对准标记510在相同方向上间距大于或小于mr，使得该两个标记的空间像能够在不同时刻分别与不同对准标记510对准，进而可以采用同一像传感器520获取两个空间像的三维坐标，减少传感器单元中传感器的数量，且采用同一传感器获取两个空间像的三维坐标的方式，相对于采用两个传感器分别获取两个空间像的三维坐标的方式，减小了两个传感器周围环境等因素不同导致的误差。

本实施例提供的物镜畸变和场曲的测试装置包括照明系统、掩膜版、掩膜版台、物镜、对准模块和工件台，其中，掩膜版包括四个标记组合，每个标记组合包括多个标记，对准模块包括分别与四个标记组合一一对应的四个传感器单元，各传感器单元均包括一个像传感器520和两个对准标记510，在X方向或Y方向上，两个对准标记510的间距P与对应标记组合中相邻标记的间距Q 存在Q＝mP+δ的关系，各传感器单元中的对准标记510的形状与对应标记组合中的标记形状相同，尺寸为对应标记组合中的标记的尺寸的m倍。具有上述结构的物镜畸变和场曲的测试装置可以测试出物镜的畸变和场曲，此外，由于测试过程中仅需进行空间像三维坐标的获取，而无需形成实体结构，测试简便，无资源浪费，且同一传感器单元中的两个对准标记510不会同时与对应标记的空间像对准，在该传感器单元中的两个对准标记510先后实现与对应空间像的对准后，能够采用同一像传感器520进行三维坐标的获取，从而降低了测试环境对测试结果的影响。

示例性的，m＝1/4。需要说明的是，光刻机包括物镜，1/4为光刻机中物镜的常用放大倍数，为增加与现有技术的兼容性，提升本实施例中测试装置的实用性，此处较佳的设置m＝1/4。

示例性的，所述像传感器520可以为CCD相机或CM0S型像传感器。需要说明的是，CCD相机和CMOS型像传感器均为像传感器520的一种，但由于结构及工作原理不同，需根据对准标记510的种类选择合适的像传感器520。示例性的，对准标记510可以为光栅，此时，选择CMOS型像传感器作为像传感器520，此外，对准标记510还可以为狭缝，这种情况下，可选择CMOS型像传感器或CCD相机作为像传感器520。值得注意的是，本实施例中对准标记510还可以为其他种类，对应的，像传感器520也可以为CDD和CMOS型像传感器以外的其他像传感器，本实施例对此不作具体限定。

继续参见图2和图3，所述第一X向标记212和所述第二X向标记214，以及所述第二传感器单元502中的两个所述对准标记510和所述第四传感器单元504中的两个所述对准标记510均为X向光栅，所述第一Y向标记211和所述第二Y向标记213，以及所述第一传感器单元501中的两个所述对准标记510 和所述第三传感器单元503中的两个所述对准标记510均为Y向光栅。

需要说明的是，光栅由大量等宽等间距的平行狭缝构成，狭缝的宽度较小，对准标记510与标记的空间像对准时的对准精确度较高，因此将标记和对准标记510均设置为光栅，能够有效提升测试结果的精确度。

示例性的，继续参见图2和图3，a>0，A＝0；b>0，B＝0；c＝0，C>0；d＝0， D>0；δ>0。

图5是本发明实施例提供的又一种掩膜版的结构示意图。图6是本发明实施例提供的又一种对准模块的结构示意图。值得注意的是，图6所示对准模块对应图5所示掩膜版设置。图5所述掩膜版结构与图2所示掩膜版结构相似，图6所示对准模块的结构与图3所示对准模块的结构相似，不同的是，在图5 和图6中，a>0，A＝0，b>0，B>0，B＝(-δ)/m，c>0，C>0，c＝(-δ)/m，d＝0， D>0，δ<0。

图7是本发明实施例提供的又一种掩膜版的结构示意图。如图7所示，所述掩膜版包括第一标记组合、第二标记组合202、第三标记组合和第四标记组合204，所述第一标记组合包括多个第一Y向标记211，相邻所述第一Y向标记211沿X方向的距离为a，沿Y方向的距离为A，所述第二标记组合202包括多个第一X向标记212，相邻所述第一X向标记212沿X方向的距离为b，沿Y方向的距离为B，所述第三标记组合203包括多个第二Y向标记213，相邻所述第二Y向标记213沿X方向的距离为c，沿Y方向的距离为C，所述第四标记组合包括多个第二X向标记214，相邻所述第二X向标记214沿X方向的距离为d，沿Y方向的距离为D。其中，a>0，A＝0；b>0，B＝0；c＝0，C>0； d＝0，D>0，δ>0。进一步的，所述第一X向标记212和所述第二X向标记214 均为X向狭缝，第一Y向标记211和第二Y向标记213均为Y向狭缝；a＝b；位于对应标记组合中相同位置处的第一Y向标记211和第一X向标记212相交呈第一十字标记401，位于对应标记组合中相同位置处的第二Y向标记213和第二X向标记214相交呈第二十字标记402。

图8是本发明实施例提供的又一种对准模块的结构示意图。值得注意的是，图8所示对准模块对应图7所示掩膜版设置。如图8所示，所述对准模块包括分别与所述第一标记组合、所述第二标记组合202、所述第三标记组合203和所述第四标记组合对应的第一传感器单元501、第二传感器单元502、第三传感器单元503以及第四传感器单元504，具体的，各传感器单元均包括一个像传感器以及两个对准标记510，两个所述对准标记510位于所述像传感器靠近照明系统的一侧，所述第一传感器单元501中的两个所述对准标记510沿X方向的距离为ma+δ，沿Y方向的距离为mA，所述第二传感器单元502中的两个所述对准标记510沿X方向的距离为mb，沿Y方向的距离为mB+δ，所述第三传感器单元503中的两个所述对准标记510沿X方向的距离为mc+δ,沿Y 方向的距离为mC，所述第四传感器单元504中的两个所述对准标记510沿X 方向的距离为md，沿Y方向,的距离为mD+δ，各传感器单元中的所述对准标记510的形状与对应标记组合中的标记形状相同，尺寸为对应标记组合中的标记的尺寸的m倍。进一步的，所述第二传感器单元502中的两个对准标记510 和所述第四传感器单元504中的两个对准标记510分别为X向狭缝，所述第一传感器单元501中的两个对准标记510和所述第三传感器单元503中的两个对准标记510分别为Y向狭缝，所述第一传感器单元501和所述第二传感器单元 502中位于同侧的所述对准标记510交相交呈第三十字标记403，所述第一传感器单元501和所述第二传感器单元502共用同一所述像传感器，所述第三传感器单元503和所述第四传感器单元504中位于同侧的所述对准标记510相交呈第四十字标记404，所述第三传感器单元503和所述第四传感器单元504共用同一所述像传感器。

需要说明的是，图7所示标记的设置方式使得第一标记组合和第二标记组合202能够设置于同一区域内，第三标记组合203和第四标记组合也能够设置于同一区域内，有效减小了四个标记组合所占区域的面积，进而减小了掩膜版的尺寸，有利于测试装置的小型化。同理，图8所示对准标记510的设置方式以及像传感器的复用，能够达到减小对准模块尺寸的有益效果，同样有利于测试装置的小型化。

可选的，如图7所示，所述第一十字标记401和所述第二十字标记402的形状和尺寸相同；所述掩膜版中的任一所述第一十字标记401复用为所述第二十字标记402。对应的，如图8所示，所述对准模块中，任一所述第三十字标记403复用为所述第四十字标记404。

需要说明的是，上述设置方式进一步减小了掩膜版中四个标记所占区域的面积，减小了掩膜版的尺寸。将第三十字标记403复用为第四十字标记404的方式，使得两个传感器单元共用同一十字标记，进一步减小了对准模块的尺寸。

图9是本发明实施例提供的一种光刻设备的结构示意图。如图9所示，光刻设备20包括本发明任意实施例所述的物镜畸变和场曲的测试装置10。

示例性的，所述光刻设备可以为光刻机。

图10是本发明实施例提供的一种物镜畸变和场曲的测试方法的流程示意图。如图10所示，物镜畸变和场曲的测试方法采用本发明任意实施例所述的物镜畸变和场曲的测试装置进行测试。具体的，物镜畸变和场曲的测试方法包括如下：

步骤1、获取X向竖线条的畸变和场曲。

步骤2、按照获取X向竖线条的畸变和场曲的方法，依次采用所述第二标记组合和所述第二传感器单元获取X向横线条的畸变和场曲，采用所述第三标记组合和所述第三传感器单元获取Y向竖线条的畸变和场曲，采用所述第四标记组合和所述第四传感器单元获取Y向横线条的畸变和场曲。

具体的，图11是本发明实施例提供的一种获取X向竖线条的畸变和场曲的流程示意图。如图11所示，获取X向竖线条的畸变和场曲具体包括如下：

步骤11、将所述掩膜版上的所述第一标记组合移动至所述物镜的视场内。

需要说明的是，通过驱动掩膜台运动来带动掩膜版上的第一标记组合移动至物镜的视场内。此外，各标记组合所在区域的总长度等于或略小于物镜视场中对应弓形的弦的长度，其中，在标记组合中多个标记沿第一方向排列时，标记组合沿第一方向延伸的对称轴与物镜视场相交后形成的面积较小的弓形为所述弓形。

步骤12、调节所述第一传感器单元的位置，使所述第一传感器单元中的两个所述对准标记在工件台上的垂直投影与所述第一标记组合中的多个所述第一 Y向标记在工件台上的垂直投影沿X方向排列。

需要说明的是，通过驱动工件台运动来调节所述第一传感器单元的位置。

步骤13、获取所述第一标记组合中的首个所述第一Y向标记作为第一操作标记，第一操作标记的后一所述第一Y向标记作为第二操作标记。

需要说明的是，位于第一标记组合端部的第一Y向标记为端部第一Y向标记，两个端部第一Y向标记中的任一个可作为首个第一Y向标记，选定首个第一Y向标记后，沿第一标记组合中多个第一Y向标记的排列方向，首个第一Y 向标记的后一标记即为后一第一Y向标记。

步骤14、采用所述第一传感器单元对所述第一操作标记和所述第二操作标记进行X向扫描，所述第一传感器单元中靠近所述第一操作标记的所述对准标记为第一对准标记，靠近所述第二操作标记的所述对准标记为第二对准标记，在所述第一对准标记与所述第一操作标记的空间像对准的第一时刻，采用所述第一传感器单元中的所述像传感器获取所述第一操作标记的空间像的三维坐标，在所述第二对准标记与所述第二操作标记的空间像对准的第二时刻，采用所述第一传感器单元中的所述像传感器获取所述第二操作标记的空间像的三维坐标。

需要说明的是，图12是本发明实施例提供的第一传感器单元分时测量图。图12分别采用实线框和虚线框的方式示意出第一传感器单元中两个对准标记在不同时刻的位置，如图12所示，第一对准标记511与第一操作标记的空间像 601对准时光强处于第一个峰值位置，第二对准标记512与第二操作标记的空间像602对准时光强处于第二个峰值。

还需要说明的是，第二时刻t2与第一时刻t1的时间间隔T＝δ/mv，其中v 为第一传感器单元的运动速度，T在纳秒级别，因此第一时刻t1和第二时刻t2 可近似为同一时刻，对应的第一操作标记的空间像601的三维坐标和第二操作标记的空间像602的三维坐标可以看做是在同一时刻获取的，进而有效的降低了测试环境对测试结构的影响。

步骤15、将所述第二操作标记作为所述第一操作标记，重复上述步骤，直至遍历所述第一标记组合中的所有所述第一Y向标记。

示例性的，记第一标记组合中第n个第一Y向标记为第n标记，其中n 为大于或等于1小于或等于第一标记组合中第一Y向标记个数的正整数，则上述第15步骤的过程具体为：在第一对准标记与第2标记的空间像对准时获取第 2标记的空间像的三维坐标，在第二对准标记与第3标记的空间像对准时获取第3标记的空间像的三维坐标；在第一对准标记与第3标记的空间像对准时获取第3标记的空间像的三维坐标，在第二对准标记与第4标记的空间像对准时获取第4标记的空间像的三维坐标……。

步骤16、将所述第一标记组合中各所述第一Y向标记的空间像的三维坐标构成三维坐标集合，根据所述三维坐标集合获取X向竖线条的畸变，根据所述三维坐标集合获取X向竖线条的场曲。

可选的，所述根据所述三维坐标集合以及畸变计算公式获取X向竖线条的畸变可以包括：第一传感器单元获取任一第一操作标记的空间像的三维坐标以及对应的第二操作标记的空间像的三维坐标的两次操作作为一个操作组，按照获取的时间顺序，除第一操作组外，任一操作组对应的畸变基数为N，该操作组的上一操作组对应的畸变基数为V，该操作组中两次获取操作获得的空间像的X向坐标之差为K，则N＝V+K。所述第一操作组对应的畸变基数为第一操作组中两次获取操作获得的空间像的X向坐标之差。按照获取的时间顺序，将数值为0的首个畸变基数和各操作组对应的畸变基数组成数组，去除所述数组的一阶项，获得物镜的X向竖线条的畸变形貌，根据畸变拟合公式对所述畸变形貌进行拟合，取拟合后的最大值作为所述畸变。

可选的，所述根据所述三维坐标集合以及场曲计算公式获取X向竖线条的场曲可以包括：第一传感器单元获取任一第一操作标记的空间像的三维坐标以及对应的第二操作标记的空间像的三维坐标的两次操作作为一个操作组；按照获取的时间顺序，除第一操作组外，任一操作组对应的场曲基数为O，该操作组的上一操作组对应的场曲基数为V，该操作组中两次获取操作获得的空间像的X向坐标之差为K，则O＝V+K；所述第一操作组对应的场曲基数为第一操作组中两次获取操作获得的空间像的X向坐标之差。按照获取的时间顺序，将数值为0的首个场曲基数和各操作组对应的场曲基数组成基数组，去除所述数组的一阶项，获得物镜的X向竖线条的场曲形貌，根据场曲拟合公式对所述场曲形貌进行拟合，取拟合后的最大值作为所述场曲。

示例性的，记第一标记组合中第n个第一Y向标记为第n标记，其中n为大于或等于1小于或等于第一标记组合中第一Y向标记个数的正整数，则第一传感器单元获取第1标记的空间像的三维坐标和获取第2标记空间像的三维坐标的两次操作为一个操作组，获取的第1标记的空间像的三维坐标为(x1,y1,z1)，第2标记的空间像的三维坐标为(x2，y2，z2)；第一传感器单元获取第2标记的空间像的三维坐标和获取第3标记空间像的三维坐标的两次操作为一个操作组，获取的第2标记的空间像的三维坐标为(x1’，y1’，z1’)，第3标记的空间像的三维坐标为(x2’，y2’，z2’)……，按照获取操作的时间顺序，记第u 个操作组的畸变基数为DTu，则添加数值为0的首个畸变基数后存在如下：

然后将公式一中的DT0、DT1、DT2……整理成数组，去除一阶量后得到物镜X向竖线条的畸变形貌。

基于上述公式一，得到如下畸变拟合公式：

上式中Δx、Δy为去除斜率和截距后的空间像的位置误差，xf、yf为任意一点的名义坐标，描述在WZCS下，dxf、dyf为场内像面平移，Mfx、Mfy为场内倍率，

为像面旋转，Tx、Ty为不规则四边形，为拟合计算结果， Wx、Wy为楔形畸变，为拟合计算结果，D3、D5为三阶畸变与五阶畸变，为拟合计算结果，Rfx、Rfy为畸变。

进一步的，记第u个操作组的场曲基数为FCu，则添加数值为0的首个场曲基数后存在如下：

然后将公式二中的FC0、FC1、FC2……整理成数组，去除一阶量后得到物镜X向竖线条的场曲形貌。

基于上述公式二，得到如下场曲拟合公式：

上式中Zv为Gxl空间像测量结果，Zh为Gyl空间像测量结果，F、Rx、 Ry分别为焦面高度与倾斜，xnom、ynom为各标记空间像的名义位置坐标，T2、 S2分别为子午场曲和弧矢场曲像质参数。

需要说明的是，采用本发明任意实施例所述的一种物镜畸变和场曲的测试方法进行精度分析和仿真，得到畸变的测量误差为0.698nm，场曲的测量误差为6.9nm。

下面通过具体实验证明采用本发明任意实施例提供的一种物镜畸变和场曲的测试方法的测量精度较高。

具体的，实验基于RA传感器进行设计。实测畸变测量精度在+/-1nm之内，三天测试结果的复现性在0.8nm；场曲测量精度在+/-3nm之内，特定间隔标记三天测试复现性小于3nm。

综上所述，具有本发明中结构的物镜畸变和场曲的测量装置能够对物镜的畸变和场曲进行测试，且测试结果精度高，测量结果复现性好。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种物镜畸变和场曲的测试装置，其特征在于，包括：

照明系统，用于提供光源；

掩膜版，所述掩膜版包括第一标记组合、第二标记组合、第三标记组合和第四标记组合；所述第一标记组合包括多个第一Y向标记，相邻所述第一Y向标记沿X方向的距离为a，沿Y方向的距离为A；所述第二标记组合包括多个第一X向标记，相邻所述第一X向标记沿X方向的距离为b，沿Y方向的距离为B；所述第三标记组合包括多个第二Y向标记，相邻所述第二Y向标记沿X方向的距离为c，沿Y方向的距离为C；所述第四标记组合包括多个第二X向标记，相邻所述第二X向标记沿X方向的距离为d，沿Y方向的距离为D；

掩膜台，用于承载所述掩膜版；

对准模块，所述对准模块包括分别与所述第一标记组合、所述第二标记组合、所述第三标记组合和所述第四标记组合对应的第一传感器单元、第二传感器单元、第三传感器单元以及第四传感器单元，各传感器单元均包括一个像传感器以及两个对准标记，两个所述对准标记位于所述像传感器靠近照明系统的一侧；所述第一传感器单元中的两个所述对准标记沿X方向的距离为ma+δ，沿Y方向的距离为mA，所述第二传感器单元中的两个所述对准标记沿X方向的距离为mb，沿Y方向的距离为mB+δ，所述第三传感器单元中的两个所述对准标记沿X方向的距离为mc+δ,沿Y方向的距离为mC，所述第四传感器单元中的两个所述对准标记沿X方向的距离为md，沿Y方向的距离为mD+δ；

各传感器单元中的所述对准标记的形状与对应标记组合中的标记形状相同，尺寸为对应标记组合中的标记的尺寸的m倍；

物镜，用于对所述掩膜版上的标记进行成像；

工件台，用于承载所述对准模块；

其中，m为所述物镜的放大倍数，δ为正数或负数。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，m＝1/4。

3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述像传感器为CCD相机或CMOS型像传感器。

4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述第一X向标记和所述第二X向标记，以及所述第二传感器单元中的两个所述对准标记和所述第四传感器单元中的两个所述对准标记均为X向光栅；

所述第一Y向标记和所述第二Y向标记，以及所述第一传感器单元中的两个所述对准标记和所述第三传感器单元中的两个所述对准标记均为Y向光栅。

5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，a>0，A＝0；b>0，B＝0；c＝0，C>0；d＝0，D>0；δ>0。

6.根据权利要求5所述的测试装置，其特征在于，所述第一X向标记和所述第二X向标记均为X向狭缝，第一Y向标记和第二Y向标记均为Y向狭缝；a＝b；位于对应标记组合中相同位置处的第一Y向标记和第一X向标记相交呈第一十字标记，位于对应标记组合中相同位置处的第二Y向标记和第二X向标记相交呈第二十字标记；对应的，

所述第二传感器单元中的两个对准标记和所述第四传感器单元中的两个对准标记分别为X向狭缝，所述第一传感器单元中的两个对准标记和所述第三传感器单元中的两个对准标记分别为Y向狭缝；所述第一传感器单元和所述第二传感器单元中位于同侧的所述对准标记交相交呈第三十字标记，所述第一传感器单元和所述第二传感器单元共用同一所述像传感器；所述第三传感器单元和所述四传感器单元中位于同侧的所述对准标记交相交呈第四十字标记，所述第三传感器单元和所述第四传感器单元共用同一所述像传感器。

7.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述第一十字标记和所述第二十字标记的形状和尺寸相同；所述掩膜版中的任一所述第一十字标记复用为所述第二十字标记；对应的，

所述对准模块中，任一所述第三十字标记复用为所述第四十字标记。

8.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，a>0，A＝0；b>0，B>0，B＝(-δ)/m；c>0，C>0，c＝(-δ)/m；d＝0，D>0；δ<0。

9.一种光刻设备，其特征在于，包括上述权利要求1-8任一项所述的物镜畸变和场曲的测试装置。

10.一种物镜畸变和场曲的测试方法，采用上述权利要求1-8任一项所述的物镜畸变和场曲的测试装置进行测试，其特征在于，包括：

步骤1、按照如下步骤获取X向竖线条的畸变和场曲：

将所述掩膜版上的所述第一标记组合移动至所述物镜的视场内；

调节所述第一传感器单元的位置，使所述第一传感器单元中的两个所述对准标记在工件台上的垂直投影与所述第一标记组合中的多个所述第一Y向标记在工件台上的垂直投影沿X方向排列；

获取所述第一标记组合中的首个所述第一Y向标记作为第一操作标记，第一操作标记的后一所述第一Y向标记作为第二操作标记；

采用所述第一传感器单元对所述第一操作标记和所述第二操作标记进行X向扫描，所述第一传感器单元中靠近所述第一操作标记的所述对准标记为第一对准标记，靠近所述第二操作标记的所述对准标记为第二对准标记，在所述第一对准标记与所述第一操作标记的空间像对准的第一时刻，采用所述第一传感器单元中的所述像传感器获取所述第一操作标记的空间像的三维坐标，在所述第二对准标记与所述第二操作标记的空间像对准的第二时刻，采用所述第一传感器单元中的所述像传感器获取所述第二操作标记的空间像的三维坐标；

将所述第二操作标记作为所述第一操作标记，重复上述步骤，直至遍历所述第一标记组合中的所有所述第一Y向标记；

将所述第一标记组合中各所述第一Y向标记的空间像的三维坐标构成三维坐标集合，根据所述三维坐标集合获取X向竖线条的畸变，根据所述三维坐标集合获取X向竖线条的场曲；

步骤2、按照上述步骤1中获取X向竖线条的畸变和场曲的方法，依次采用所述第二标记组合和所述第二传感器单元获取X向横线条的畸变和场曲，采用所述第三标记组合和所述第三传感器单元获取Y向竖线条的畸变和场曲，采用所述第四标记组合和所述第四传感器单元获取Y向横线条的畸变和场曲。

11.根据权利要求10所述的测试方法，其特征在于，所述根据所述三维坐标集合以及畸变计算公式获取X向竖线条的畸变包括：

所述第一传感器单元获取任一所述第一操作标记的空间像的三维坐标以及对应的所述第二操作标记的空间像的三维坐标的两次操作作为一个操作组；按照获取的时间顺序，除第一操作组外，任一操作组对应的畸变基数为o，该操作组的上一操作组对应的畸变基数为v，该操作组中两次获取操作获得的空间像的X向坐标之差为k，则o＝v+k；所述第一操作组对应的畸变基数为所述第一操作组中两次获取操作获得的空间像的X向坐标之差；

按照获取的时间顺序，将数值为0的首个畸变基数和各操作组对应的畸变基数组成数组；

去除所述数组的一阶项，获得物镜的X向竖线条的畸变形貌；

根据畸变拟合公式对所述畸变形貌进行拟合，取拟合后的最大值作为所述畸变。

12.根据权利要求10所述的测试方法，其特征在于，所述根据所述三维坐标集合以及场曲计算公式获取X向竖线条的场曲包括：

所述第一传感器单元获取任一所述第一操作标记的空间像的三维坐标以及对应的所述第二操作标记的空间像的三维坐标的两次操作作为一个操作组；按照获取的时间顺序，除第一操作组外，任一操作组对应的场曲基数为O，该操作组的上一操作组对应的场曲基数为V，该操作组中两次获取操作获得的空间像的X向坐标之差为K，则O＝V+K；所述第一操作组对应的场曲基数为所述第一操作组中两次获取操作获得的空间像的X向坐标之差；

按照获取的时间顺序，将数值为0的首个场曲基数和各操作组对应的场曲基数组成数组；

去除所述数组的一阶项，获得物镜的X向竖线条的场曲形貌；

根据场曲拟合公式对所述场曲形貌进行拟合，取拟合后的最大值作为所述场曲。

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