CN111123654B - 投影物镜像差检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种投影物镜像差检测装置及检测方法，包括测定模块和计算模块；测定模块包括沿光线传播路径依次设置的光源、照明系统、物方掩模版、待测投影物镜和像方掩模版以及波前传感器；物方掩模版包括多个第一通光孔和多个第一衍射孔；像方掩模版包括多个第二通光孔和多个第二衍射孔；波前传感器用于检测标定状态下的波前信息和检测状态下的波前信息；计算模块与波前传感器连接，用于基于标定状态下的波前信息以及检测状态下的波前信息，得到待测投影物镜的波像差，以实现提供一种对光源相干性要求低、结构简单、标定时效性较佳、环境变化对测量结果影响较小的投影物镜像差检测装置。

Description

投影物镜像差检测装置及检测方法

技术领域

本发明实施例涉及光学检测技术，尤其涉及一种投影物镜像差检测装置及检测方法。

背景技术

投影物镜的像差是影响光刻机光刻分辨率和套刻精度的一个重要因素。随着光刻特征尺寸的不断变小，投影物镜像差的影响变得越来越突出。投影物镜是一个十分庞大的复杂系统。在加工、集成、运输、装配以及工作中，环境的变化和自身重力的影响，都可能使得光刻机投影物镜的像差发生改变，进行使得物镜像质恶化。因此，需要在投影物镜的装调和使用过程中及时对其进行检测和优化调整。

在公开号为CN102163008B的专利文献中，提供了一种系统误差自校准的光刻机投影物镜波像差的在线检测方法。该方法采用设有方形针孔阵列的物方掩模板，通过方形针孔阵列产生理想的球面波，消除照明系统对光刻机投影物镜波像差检测的影响；同时，利用针孔阵列滤波的系统误差自校准，通过在光刻机投影物镜的物面放置方孔和像面放置针孔阵列，在保证曝光光源利用率的同时，实现对待测照明系统残留像差和投影物镜波像差的空间滤波，利用傅里叶变换技术对单幅干涉图进行处理，可以快速、高精度的分离投影物镜的波像差和在线检测装置的系统误差。但是在进行波像差检测是，其需要利用剪切干涉进行波前检测，测量过程需调节照明系统的相干因子，以获得较好的干涉图，对光源相干性要求较高，结构复杂。

在公开号为CN102540751A的专利申请文件中，提供了一种检测投影物镜畸变和场曲的方法，该方法在实现过程中，波前传感器前的准直镜头存在一定的波像差，其对检测结果的影响很大，需定期标定，且标定时效性较差。此外，该方法在执行时，整场测试时间较长，约半小时左右，测量结果受环境变化影响较大。

综上，现有技术中的投影物镜像差检测装置，或者对光源相干性要求较高，结构复杂；或者标定时效性较差，受环境变化影响大，都不能满足用户需求。

发明内容

本发明提供一种投影物镜像差检测装置以及投影物镜像差检测方法，以实现提供一种对光源相干性要求低、结构简单、标定时效性较佳、环境变化对测量结果影响较小的投影物镜像差检测装置。

第一方面，本发明实施例提供了一种投影物镜像差检测装置，包括测定模块和计算模块；

所述测定模块包括沿光线传播路径依次设置的光源、照明系统、物方掩模版、待测投影物镜和像方掩模版以及波前传感器；

所述物方掩模版包括多个第一通光孔和多个第一衍射孔；

所述像方掩模版包括多个第二通光孔和多个第二衍射孔；

所述测定模块工作状态包括标定状态和检测状态；所述标定状态下，由所述光源出射的光线经所述照明系统后经过所述第一通光孔、所述待测投影物镜和所述第二衍射孔到达所述波前传感器；所述检测状态下，由所述光源出射的光线经所述照明系统后经过所述第一衍射孔、所述待测投影物镜和所述第二通光孔到达所述波前传感器；

所述波前传感器用于检测所述标定状态下的波前信息和所述检测状态下的波前信息；

所述计算模块与所述波前传感器连接，用于基于所述标定状态下的波前信息以及所述检测状态下的波前信息，得到所述待测投影物镜的波像差。

第二方面，本发明实施例还提供了一种投影物镜像差检测方法，投影物镜像差检测装置包括测定模块和计算模块；

所述测定模块包括沿光线传播路径依次设置的光源、照明系统、物方掩模版、待测投影物镜和像方掩模版以及波前传感器；

所述物方掩模版包括多个第一通光孔和多个第一衍射孔；

所述像方掩模版包括多个第二通光孔和多个第二衍射孔；

所述测定模块工作状态包括标定状态和检测状态；所述标定状态下，由所述光源出射的光线经所述照明系统后经过所述第一通光孔、所述待测投影物镜和所述第二衍射孔到达所述波前传感器；所述检测状态下，由所述光源出射的光线经所述照明系统后经过所述第一衍射孔、所述待测投影物镜和所述第二通光孔到达所述波前传感器；

利用所述投影物镜像差检测装置进行投影物镜像差检测的方法包括：

将所述待测投影物镜划分为多个测试区域；

针对各所述测试区域，分别调整所述像方掩模版的位置、所述物方掩模版的位置和所述波前传感器的位置中的至少一个，以使所述投影物镜像差检测装置处于针对当前测试区域的所述标定状态下，利用所述波前传感器检测所述标定状态下的波前信息；

针对各所述测试区域，分别调整所述像方掩模版的位置、所述物方掩模版的位置和所述波前传感器的位置中的至少一个，以使所述投影物镜像差检测装置处于针对当前测试区域的所述检测状态下，利用所述波前传感器检测所述检测状态下的波前信息；

基于各所述测试区域的所述标定状态下波前信息以及所述检测状态下的波前信息，得到所述待测投影物镜的波像差。

第三方面，本发明实施例还提供了一种投影物镜像差检测方法，投影物镜像差检测装置包括测定模块和计算模块；

所述测定模块包括沿光线传播路径依次设置的光源、照明系统、物方掩模版、待测投影物镜和像方掩模版以及波前传感器；所述测定模块还包括位置检测单元；

所述物方掩模版包括多个第一通光孔和多个第一衍射孔；

所述像方掩模版包括多个第二通光孔和多个第二衍射孔；

所述测定模块工作状态包括标定状态和检测状态；所述标定状态下，由所述光源出射的光线经所述照明系统后经过所述第一通光孔、所述待测投影物镜和所述第二衍射孔到达所述波前传感器；所述检测状态下，由所述光源出射的光线经所述照明系统后经过所述第一衍射孔、所述待测投影物镜和所述第二通光孔到达所述波前传感器；

利用所述投影物镜像差检测装置进行投影物镜像差检测的方法包括：

将所述待测投影物镜划分为多个测试区域；

针对各所述测试区域，分别调整所述像方掩模版的位置、所述物方掩模版的位置和所述波前传感器的位置中的至少一个，以使所述投影物镜像差检测装置处于针对当前测试区域的所述标定状态下，利用所述波前传感器检测所述标定状态下的波前信息，所述位置检测单元检测所述标定状态下所述波前传感器的位置信息；

针对各所述测试区域，分别调整所述像方掩模版的位置、所述物方掩模版的位置和所述波前传感器的位置中的至少一个，以使所述投影物镜像差检测装置处于针对当前测试区域的所述检测状态下，利用所述波前传感器检测所述检测状态下的波前信息，所述位置检测单元检测所述检测状态下所述波前传感器的位置信息；

基于各所述测试区域的所述标定状态下波前信息、所述检测状态下的波前信息、所述标定状态下所述波前传感器的位置信息和所述检测状态下所述波前传感器的位置信息，得到所述待测投影物镜的波像差、场曲和畸变中的至少一种。

本发明实施例通过利用特制的物方掩模版和像方掩模版，通过物方第一通光孔和像方第二衍射孔进行系统误差标定，通过物方第一衍射孔和像方第二通光孔进行测量，利用标定结果和测量结果相互参考运算，得到需要的波像差测量结果，解决了现有技术中的投影物镜像差检测装置，或者对光源相干性要求较高，结构复杂；或者标定时效性较差，受环境变化影响大，都不能满足用户需求的问题，实现了提供一种对光源相干性要求低、结构简单、标定时效性较佳、环境变化对测量结果影响较小的投影物镜像差检测装置的目的，提高了光刻效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种投影物镜像差检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种投影物镜像差检测装置中测定模块的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种投影物镜像差检测装置中物方掩模版的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种投影物镜像差检测装置中测定模块的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的又一种投影物镜像差检测装置中测定模块的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种投影物镜像差检测方法的流程图；

图7为本发明实施例提供的另一种投影物镜像差检测方法的流程图。

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结构。

图1为本发明实施例提供的一种投影物镜像差检测装置的结构示意图。图2为本发明实施例提供的一种投影物镜像差检测装置中测定模块的结构示意图。参见图1和图2，该投影物镜像差检测装置包括测定模块10和计算模块20。测定模块10包括沿光线传播路径依次设置的光源11、照明系统12、物方掩模版13、待测投影物镜14和像方掩模版15以及波前传感器16。物方掩模版13包括多个第一通光孔131和多个第一衍射孔132。像方掩模版15包括多个第二通光孔151和多个第二衍射孔152。测定模块10工作状态包括标定状态和检测状态；标定状态下，由光源11出射的光线经照明系统12后经过第一通光孔131、待测投影物镜14和第二衍射孔152到达波前传感器16；检测状态下，由光源11出射的光线经照明系统12后经过第一衍射孔132、待测投影物镜14和第二通光孔151到达波前传感器16。波前传感器16用于检测标定状态下的波前信息和检测状态下的波前信息。计算模块20与波前传感器16连接，用于基于标定状态下的波前信息以及检测状态下的波前信息，得到待测投影物镜14的像差。

上技术方案中，标定状态下，从第二衍射孔152出射的光可以视为理想球面波，利用此可以实现系统误差标定。检测状态下，从第一衍射孔132出射的光可以视为理想球面波，从第一衍射孔132出射的光在通过待测投影物镜14后，其会携带待测投影物镜14的像差信息。计算模块20利用标定结果和测量结果相互参考运算，得到需要的波像差测量结果。其对光源相干性要求较低，结构简单，易于实现。

此外，该投影物镜像差检测装置在标定时，并不依赖准直镜头进行标定，而是利用特制的物方掩模版和像方掩模版实现标定，其可以随时、及时对投影物镜像差进行标定、检测，标定时效性较佳。并且此种测量方式标定和测量之间时间间隔为秒级，可以极大的减弱测量过程中因环境(如温度，压力)随时间变化对测量结果(譬如波前传感器16随时间变化而形成的测量重复性误差等)的影响，可以提高光刻效果，有利于满足用户需求。

上述技术方案可用于测定投影物镜的波像差包括投影物镜整体波前信息，如球差，彗差及像散等。

在实际设置时，物方掩模版13和像方掩模版15的具体设计方案有多种，下面就典型示例进行详细说明，但不构成对本申请的限制。

图3为本发明实施例提供的一种投影物镜像差检测装置中物方掩模版的结构示意图。参见图3，在该物方掩模版13中，多个第一通光孔131和多个第一衍射孔132呈阵列结构排列；沿行方向，第一通光孔131和第一衍射孔132交替排列；沿列方向，第一通光孔131或第一衍射孔132依次排列。

像方掩模版15中，第二通光孔151和第二衍射孔152的排列方式可以与物方掩模版13中第一通光孔131和第一衍射孔132的排列方式相同或类似，也可以与物方掩模版13中第一通光孔131和第一衍射孔132的排列方式不同。本申请对此不作限制。

可选地，像方掩模版15中，多个第二通光孔151和多个第二衍射孔152呈阵列结构排列；沿行方向，第二通光孔151和第二衍射孔152交替排列；沿列方向，第二通光孔151或第二衍射孔152依次排列。

在实际制作时，物方掩模版13的尺寸由待测投影物镜14的测量视场大小需求决定。像方掩模版15的尺寸和形状根据物方掩模版13的尺寸和形状以及待测投影物镜14的倍率等确定。

可选地，在物方掩模版13的阵列结构中，共Y₀行，每一行中均包括X₀个第一衍射孔132；X₀和Y₀均为大于2的正整数；物方掩模版13中相邻两个第一衍射孔132之间的距离为T，待测投影物镜14倍率为M；(X₀-1)*T*(Y₀-1)*T大于物方需求视场，(X₀-1)*T*M*(Y₀-1)*T*M大于像方需求视场。这样设置确保对待测投影物镜14中各个位置的波像差均能够进行检测。

在上述技术方案中，物方掩模版13的第一衍射孔132和像方掩模版15的第二衍射孔152的形状不限。但需要确保光线能够在第一衍射孔132和第二衍射孔152处发生衍射。为此，可选地，物方掩模版13的第一衍射孔132的尺寸和像方掩模版15的第二衍射孔152的尺寸均大于待测投影物镜14的成像极限，且保证衍射的数值孔径略大于待测投影物镜14的数值孔径NA即可。由于不同待测投影物镜14的数值孔径NA大小不同，可选择不同的物方掩模版13的第一衍射孔132的孔径d₁和像方掩模版15的第二衍射孔152孔径d₂对不同待测投影物镜14进行检测。可选地，设置物方掩模版13的第一衍射孔132的孔径d₁满足d₁<1.22λ/sinθ₁；像方掩模版15的第二衍射孔152的孔径d₂满足d₂<1.22λ/sinθ₂；其中，λ为由照明系统12出射的光的波长，θ₁为待测投影物镜14物方的数值孔径角，θ₂为待测投影物镜15像方的数值孔径角。上述公式基于艾利斑衍射计算公式推导得到。

可选地，物方掩模版13中第一通光孔131的孔径尺寸大于光线在物方掩模版13所在平面上形成的第一像点(即光线在物方掩模版13所在平面上形成的光斑)的直径；像方掩模版15中第二通光孔151的孔径尺寸大于光线在像方掩模版15所在平面上形成的第二像点(即光线在像方掩模版15所在平面上形成的光斑)的直径。这样可以使得光线能够充分通过物方掩模版13中第一通光孔131和像方掩模版15中第二通光孔151。

进一步地，为了使得通过相邻两个第一通光孔131的光线不发生干涉，进而提高检测精度，可选地，根据照明相干因子为零的条件，物方掩模版13中，相邻两个第一通光孔151之间的距离和相邻两个第一衍射孔152之间的距离均为T，满足T＝1.22λL/b；其中，λ为由照明系统12出射的光的波长，b为光线在物方掩模版13上形成的光斑的直径；L为物方掩模版13到待测投影物镜14之间的距离。而像方掩模版15中，相邻两个第二通光孔151之间的距离和相邻两个第二衍射孔152之间的距离均为S，满足S＝M*T，M为待测投影物镜14倍率。

继续参见图2，物方掩模版13、待测投影物镜14和像方掩模版15沿直线排列；物方掩模版13包括第一遮光层130；第一遮光层130位于物方掩模版13靠近像方掩模版15的一侧；像方掩模版15包括第二遮光层150；第二遮光层150位于像方掩模版15靠近物方掩模版13的一侧。这样设置可以扣除物方掩模版13和像方掩模版15引入的误差，进一步提高检测精度。

图4为本发明实施例提供的另一种投影物镜像差检测装置中测定模块的结构示意图。与图2相比，图4中提供的投影物镜像差检测装置还包括位置检测单元。具体地，参见图4，测定模块10还包括位置检测单元17。位置检测单元17与波前传感器16连接，用于检测标定状态下波前传感器16的位置信息和检测状态下波前传感器16的位置信息；计算模块20(图4中未示出)与位置检测单元17连接，用于基于标定状态下波前信息、检测状态下的波前信息、标定状态下波前传感器16的位置信息和检测状态下波前传感器16的位置信息，得到待测投影物镜的波像差、场曲和畸变中的至少一种。

上述技术方案可以同时对波像差、场曲和畸变进行检查，提升测试效率，缩短测校周期。且该投影物镜像差检测装置结构简单，可以随时、及时对投影物镜像差进行检测，进而提高了光刻效果，提高了用户体验。

继续参见图4，可选地，该投影物镜像差检测装置还包括工件台18；波前传感器16位于工件台18上；位置检测单元17与工件台18连接，用于检测标定状态下工件台18的位置信息和检测状态下工件台18的位置信息，并基于标定状态下工件台18的位置信息，得到标定状态下波前传感器16的位置信息；以及基于检测状态下工件台18的位置信息，得到检测状态下波前传感器16的位置信息。这样设置的实质是，将波前传感器16和位置检测单元17均固定于工作台18上，以确保在标定状态下和检测状态下，波前传感器16和位置检测单元17的相对位置关系始终保持一致，提高检测精度以及可操作性。

可选地，如图4所示，位置检测单元17包括第一位移传感器171和第二位移传感器172，第一位移传感器171用于测量工件台18在Z方向上的位移，第二位移传感器172用于测量工件台18在X方向和Y方向(图2中未示出)上的位移。X方向、Z方向和Y方向中任意两者垂直。

图5为本发明实施例提供的又一种投影物镜像差检测装置中测定模块的结构示意图。该测定模块10包括两个波前传感器16，分别为第一波前传感器161和第二波前传感器162；第一波前传感器161和第二波前传感器162用于交替检测标定状态下的波前信息和检测状态下的波前信息。这样设置的实质是，利用第一波前传感器161和第二波前传感器162分别对同一待测投影物镜14的不同区域同时进行标定或检查，进一步减少环境随时间漂移引入的测量误差，譬如位移测量系统的测量重复误差，波前传感器的重复误差等。

在上述技术方案中，可选地，将上述投影物镜像差检测装置集成到光刻机中。这样设置的实质是可以利用光刻机直接对投影物镜进行检测，提高对投影物镜像差检测的便利性。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种投影物镜像差检测方法，该投影物镜像差检测方法适用于本发明实施例提供的任意一种投影物镜像差检测装置。图6为本发明实施例提供的一种投影物镜像差检测方法的流程图。

投影物镜像差检测装置包括测定模块和计算模块；

测定模块包括沿光线传播路径依次设置的光源、照明系统、物方掩模版、待测投影物镜和像方掩模版以及波前传感器；

物方掩模版包括多个第一通光孔和多个第一衍射孔；

像方掩模版包括多个第二通光孔和多个第二衍射孔；

测定模块工作状态包括标定状态和检测状态；标定状态下，由光源出射的光线经照明系统后经过第一通光孔、待测投影物镜和第二衍射孔到达波前传感器；检测状态下，由光源出射的光线经照明系统后经过第一衍射孔、待测投影物镜和第二通光孔到达波前传感器；

参见图6，利用该投影物镜像差检测装置进行投影物镜像差检测的方法包括：

S110、将待测投影物镜划分为多个测试区域；

S120、针对各测试区域，分别调整像方掩模版的位置、物方掩模版的位置和波前传感器的位置中的至少一个，以使投影物镜像差检测装置处于针对当前测试区域的标定状态下，利用波前传感器检测标定状态下的波前信息；

S130、针对各测试区域，分别调整像方掩模版的位置、物方掩模版的位置和波前传感器的位置中的至少一个，以使投影物镜像差检测装置处于针对当前测试区域的检测状态下，利用波前传感器检测检测状态下的波前信息；

S140、基于各测试区域的标定状态下波前信息以及检测状态下的波前信息，得到待测投影物镜的波像差。

本发明实施例提供的投影物镜像差检测方法通过利用特制的物方掩模版和像方掩模版，通过物方第一通光孔和像方第二衍射孔进行系统误差标定，通过物方第一衍射孔和像方第二通光孔进行测量，利用标定结果和测量结果相互参考运算，得到需要的波像差测量结果，解决了现有技术中的投影物镜像差检测装置，或者对光源相干性要求较高，结构复杂；或者标定时效性较差，受环境变化影响大，都不能满足用户需求的问题，实现了提供一种对光源相干性要求低、结构简单、标定时效性较佳、环境变化对测量结果影响较小的投影物镜像差检测装置的目的，提高了光刻效果。

示例性地，若将待测投影物镜划分为三个测试区域，分别为区域A、区域B和区域C。S120具体可以包括：

S121，针对于A区域，调整像方掩模版的位置、物方掩模版的位置和波前传感器的位置中的至少一个，使得由光源出射的光线经照明系统后经过第一通光孔、待测投影物镜的A区域和第二衍射孔到达波前传感器，利用波前传感器检测A区域标定状态下的波前信息。

S122，针对于B区域，调整像方掩模版的位置、物方掩模版的位置和波前传感器的位置中的至少一个，使得由光源出射的光线经照明系统后经过第一通光孔、待测投影物镜的B区域和第二衍射孔到达波前传感器，利用波前传感器检测B区域标定状态下的波前信息。

S123，针对于C区域，调整像方掩模版的位置、物方掩模版的位置和波前传感器的位置中的至少一个，使得由光源出射的光线经照明系统后经过第一通光孔、待测投影物镜的C区域和第二衍射孔到达波前传感器，利用波前传感器检测C区域标定状态下的波前信息。

S130具体可以包括：

S131，针对于A区域，调整像方掩模版的位置、物方掩模版的位置和波前传感器的位置中的至少一个，使得由光源出射的光线经照明系统后经过第一衍射孔、待测投影物镜的A区域和第二通光孔到达波前传感器，利用波前传感器检测A区域检测状态下的波前信息。

S132，针对于B区域，调整像方掩模版的位置、物方掩模版的位置和波前传感器的位置中的至少一个，使得由光源出射的光线经照明系统后经过第一衍射孔、待测投影物镜的B区域和第二通光孔到达波前传感器，利用波前传感器检测B区域检测状态下的波前信息。

S133，针对于C区域，调整像方掩模版的位置、物方掩模版的位置和波前传感器的位置中的至少一个，使得由光源出射的光线经照明系统后经过第一衍射孔、待测投影物镜的C区域和第二通光孔到达波前传感器，利用波前传感器检测C区域检测状态下的波前信息。

需要说明的是，上述技术方案中，S121、S122、S123、S131、S132以及S133的执行顺序不限。

下面结合图2，示例性地对该投影物镜检测方法进行详细说明。

步骤一：针对某一确定的测试区域，工件台18承载波前传感器16移动，使波前传感器16准直镜头的焦点和经像方掩模版15的第二衍射孔152的像点对准，进行系统误差标定。标定光斑半径需大于波像差测试过程中成像半径大小，通过波前传感器16记录此时的波前信息W_i0j0，作为波前系统误差；

步骤二：针对与步骤一中相同的测试区域，工件台18承载波前传感器16移动，使波前传感器16准直镜头的焦点和像方掩模版15第二通光孔151的像点对准，通过波前传感器16记录此时总波前信息W_i1j1；

步骤三：根据总波前信息W_i1j1和波前系统误差W_i0j0，计算步骤一中所针对的测试区域待测投影物镜14的波前W₀₀：

W₀₀＝W_i1j1-W_i0j0

重复步骤一到步骤三，对测投影物镜14其他测试区域分别进行标定、测量，完成整个视场内阵列像点波前的测量。通过Zernike多项式拟合，即可得球差，彗差及像散等。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种投影物镜像差检测方法，该投影物镜像差检测方法适用于本发明实施例提供的任意一种投影物镜像差检测装置。图7为本发明实施例提供的另一种投影物镜像差检测方法的流程图。

投影物镜像差检测装置包括测定模块和计算模块；

测定模块包括沿光线传播路径依次设置的光源、照明系统、物方掩模版、待测投影物镜和像方掩模版以及波前传感器；测定模块还包括位置检测单元；

物方掩模版包括多个第一通光孔和多个第一衍射孔；

像方掩模版包括多个第二通光孔和多个第二衍射孔；

测定模块工作状态包括标定状态和检测状态；标定状态下，由光源出射的光线经照明系统后经过第一通光孔、待测投影物镜和第二衍射孔到达波前传感器；检测状态下，由光源出射的光线经照明系统后经过第一衍射孔、待测投影物镜和第二通光孔到达波前传感器；

参见图7，利用投影物镜像差检测装置进行投影物镜像差检测的方法包括：

S210、将待测投影物镜划分为多个测试区域；

S220、针对各测试区域，分别调整像方掩模版的位置、物方掩模版的位置和波前传感器的位置中的至少一个，以使投影物镜像差检测装置处于针对当前测试区域的标定状态下，利用波前传感器检测标定状态下的波前信息，位置检测单元检测标定状态下波前传感器的位置信息；

S230、针对各测试区域，分别调整像方掩模版的位置、物方掩模版的位置和波前传感器的位置中的至少一个，以使投影物镜像差检测装置处于针对当前测试区域的检测状态下，利用波前传感器检测检测状态下的波前信息，位置检测单元检测检测状态下波前传感器的位置信息；

S240、基于各测试区域的标定状态下波前信息、检测状态下的波前信息、标定状态下波前传感器的位置信息和检测状态下波前传感器的位置信息，得到待测投影物镜的波像差、场曲和畸变中的至少一种。

本发明实施例提供的投影物镜像差检测方法通过利用特制的物方掩模版和像方掩模版，通过物方第一通光孔和像方第二衍射孔进行系统误差标定，通过物方第一衍射孔和像方第二通光孔进行测量，利用标定结果和测量结果相互参考运算，得到需要的波像差测量结果，解决了现有技术中的投影物镜像差检测装置，或者对光源相干性要求较高，结构复杂；或者标定时效性较差，受环境变化影响大，都不能满足用户需求的问题，实现了提供一种对光源相干性要求低、结构简单、标定时效性较佳、环境变化对测量结果影响较小的投影物镜像差检测装置的目的，提高了光刻效果。

下面结合图4，示例性地对该投影物镜检测方法进行详细说明。

步骤一：针对某一确定的测试区域，工件台18承载波前传感器16移动，使波前传感器16准直镜头的焦点和经像方掩模版15的第二衍射孔152的像点对准，进行系统误差标定。标定光斑半径需大于波像差测试过程中成像半径大小，通过波前传感器16及位置检测单元17数据采集计算，可得第二衍射孔152像点位置信息(x_i0j0,y_i0j0,z_i0j0)(即理想成像时像点的位置信息)。

步骤二：针对与步骤一中相同的测试区域，工件台18承载波前传感器16移动，使波前传感器16准直镜头的焦点和像方掩模版15第二通光孔151的像点对准，通过波前传感器16及位置检测单元17获得第二通光孔151像点位置信息(x_i1j1，y_i1j1，z_i1j1)(即实际测试像点的位置信息)。

步骤三：根据实际测试像点的位置信息和理想成像时像点的位置信息，可得步骤一中所针对的测试区域视场点畸变及放大倍率残差：

其中：

x_i1j1、y_i1j1为实际测试像点的位置信息，可通过波前传感器16和位置检测单元17读数获得；

x_i0j0、y_i0j0为理想成像时像点位置信息，可通过波前传感器16和位移传感器17读数获得；

M为拟和后的放大率，包含理论倍率和残余倍率；

x_ij、y_ij为理想成像时像点相对于标定点的坐标，理论数据；

x_dij、y_dij为像点在X、Y方向倍率拟合残差，即畸变；

T_x、T_y为像面在X、Y向的平移；

R为场内像面旋转。

同理，可得测量点的离焦量：

z_i1j1-z_i0j0＝z_dfij+z_T+(x_i1j1-x_i0j0)R_yij+(y_i1j1-y_i0j0)R_xij

其中：

x_i1j1、y_i1j1、z_i1j1为实际测试像点的位置信息，可通过波前传感器16和位置检测单元17读数获得；

x_i0j0、y_i0j0、Z_i0j0为理想成像时像点位置信息，可通过波前传感器16和位置检测单元17读数获得；

Z_dfij为(i，j)点位置相对最佳焦面的离焦量；

Z_T为像面相对最佳焦面的平移；

R_xij、R_yij为工件台倾斜量，通过位置检测单元17可得。

重复步骤一到步骤三，对测投影物镜14其他测试区域分别进行标定、测量，完成整个视场内阵列像点位置的测量。通过最小二乘法拟合，可得光学系统的波像差，畸变，倍率残差及场曲信息。

可选地，针对于图4提供的投影物镜像差检测装置，还可以控制其同步执行图6和图7的投影物镜像差检测方法，以实现同步得到球差，彗差、像散、波像差，畸变，倍率残差及场曲信息检测结构。这样设置可以极大地提高投影物镜像差检测效率。

针对于图5提供的投影物镜像差检测装置，其可以仅执行图6提供的投影物镜像差检测方法，或者仅执行图7提供的投影物镜像差检测方法，或者同步执行图6和图7的投影物镜像差检测方法。本申请对此不作限制。

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、相互结合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 (11)

1.一种投影物镜像差检测装置，其特征在于，包括测定模块和计算模块；

所述测定模块包括沿光线传播路径依次设置的光源、照明系统、物方掩模版、待测投影物镜和像方掩模版以及波前传感器；

所述物方掩模版包括多个第一通光孔和多个第一衍射孔；

所述像方掩模版包括多个第二通光孔和多个第二衍射孔；

所述测定模块工作状态包括标定状态和检测状态；所述标定状态下，由所述光源出射的光线经所述照明系统后经过所述第一通光孔、所述待测投影物镜和所述第二衍射孔到达所述波前传感器；所述检测状态下，由所述光源出射的光线经所述照明系统后经过所述第一衍射孔、所述待测投影物镜和所述第二通光孔到达所述波前传感器；

所述波前传感器用于检测所述标定状态下的波前信息和所述检测状态下的波前信息；

所述计算模块与所述波前传感器连接，用于基于所述标定状态下的波前信息以及所述检测状态下的波前信息，得到所述待测投影物镜的波像差；

在所述物方掩模版中，所述多个第一通光孔和所述多个第一衍射孔呈阵列结构排列；沿行方向，所述第一通光孔和所述第一衍射孔交替排列；沿列方向，所述第一通光孔或所述第一衍射孔依次排列；

在所述像方掩模版中，所述多个第二通光孔和所述多个第二衍射孔呈阵列结构排列；沿行方向，所述第二通光孔和所述第二衍射孔交替排列；沿列方向，所述第二通光孔或所述第二衍射孔依次排列。

2.根据权利要求1所述的投影物镜像差检测装置，其特征在于，

在所述物方掩模版的所述阵列结构中，共Y₀行，每一行中均包括X₀个第一衍射孔；X₀和Y₀均为大于2的正整数；

所述物方掩模版中相邻两个所述第一衍射孔之间的距离为T，所述待测投影物镜倍率为M；

(X₀-1)*T*(Y₀-1)*T大于物方需求视场，(X₀-1)*T*M*(Y₀-1)*T*M大于像方需求视场。

3.根据权利要求1所述的投影物镜像差检测装置，其特征在于，

所述物方掩模版的第一衍射孔的孔径d₁满足d₁<1.22λ/sinθ₁；

所述像方掩模版的第二衍射孔的孔径d₂满足d₂<1.22λ/sinθ₂；

其中，λ为由所述照明系统出射的光的波长，θ₁为所述待测投影物镜物方的数值孔径角，θ₂为所述待测投影物镜像方的数值孔径角。

4.根据权利要求1所述的投影物镜像差检测装置，其特征在于，

所述物方掩模版中所述第一通光孔的孔径尺寸大于光线在所述物方掩模版所在平面上形成的第一像点的直径；

所述像方掩模版中所述第二通光孔的孔径尺寸大于光线在所述像方掩模版所在平面上形成的第二像点的直径。

5.根据权利要求4所述的投影物镜像差检测装置，其特征在于，

所述物方掩模版中，相邻两个所述第一通光孔之间的距离和相邻两个所述第一衍射孔之间的距离均为T，满足T＝1.22λL/b；

所述像方掩模版中，相邻两个所述第二通光孔之间的距离和相邻两个所述第二衍射孔之间的距离均为S，满足S＝M*T；

其中，λ为由所述照明系统出射的光的波长，b为光线在所述物方掩模版上形成的光斑的直径；L为所述物方掩模版到所述待测投影物镜之间的距离，M为所述待测投影物镜的倍率。

6.根据权利要求1所述的投影物镜像差检测装置，其特征在于，

所述物方掩模版、所述待测投影物镜和所述像方掩模版沿直线排列；

所述物方掩模版包括第一遮光层；所述第一遮光层位于所述物方掩模版靠近所述像方掩模版的一侧；

所述像方掩模版包括第二遮光层；所述第二遮光层位于所述像方掩模版靠近所述物方掩模版的一侧。

7.根据权利要求1所述的投影物镜像差检测装置，其特征在于，所述测定模块还包括位置检测单元；

所述位置检测单元与所述波前传感器连接，用于检测所述标定状态下所述波前传感器的位置信息和所述检测状态下所述波前传感器的位置信息；

所述计算模块与所述位置检测单元连接，用于基于所述标定状态下波前信息、所述检测状态下的波前信息、所述标定状态下所述波前传感器的位置信息和所述检测状态下所述波前传感器的位置信息，得到所述待测投影物镜的波像差、场曲和畸变中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的投影物镜像差检测装置，其特征在于，还包括工件台；

所述波前传感器位于所述工件台上；

所述位置检测单元与所述工件台连接，用于检测所述标定状态下所述工件台的位置信息和所述检测状态下所述工件台的位置信息，并基于所述标定状态下所述工件台的位置信息，得到所述标定状态下所述波前传感器的位置信息，以及基于所述检测状态下所述工件台的位置信息，得到所述检测状态下所述波前传感器的位置信息。

9.根据权利要求1所述的投影物镜像差检测装置，其特征在于，所述测定模块包括两个波前传感器，分别为第一波前传感器和第二波前传感器；

所述第一波前传感器和所述第二波前传感器均用于交替检测所述标定状态下的波前信息和所述检测状态下的波前信息。

10.一种投影物镜像差检测方法，其特征在于，

提供一投影物镜像差检测装置，包括测定模块和计算模块；

所述测定模块包括沿光线传播路径依次设置的光源、照明系统、物方掩模版、待测投影物镜和像方掩模版以及波前传感器；

所述物方掩模版包括多个第一通光孔和多个第一衍射孔；

所述像方掩模版包括多个第二通光孔和多个第二衍射孔；

所述测定模块工作状态包括标定状态和检测状态；所述标定状态下，由所述光源出射的光线经所述照明系统后经过所述第一通光孔、所述待测投影物镜和所述第二衍射孔到达所述波前传感器；所述检测状态下，由所述光源出射的光线经所述照明系统后经过所述第一衍射孔、所述待测投影物镜和所述第二通光孔到达所述波前传感器；

在所述物方掩模版中，所述多个第一通光孔和所述多个第一衍射孔呈阵列结构排列；沿行方向，所述第一通光孔和所述第一衍射孔交替排列；沿列方向，所述第一通光孔或所述第一衍射孔依次排列；

在所述像方掩模版中，所述多个第二通光孔和所述多个第二衍射孔呈阵列结构排列；沿行方向，所述第二通光孔和所述第二衍射孔交替排列；沿列方向，所述第二通光孔或所述第二衍射孔依次排列；

利用所述投影物镜像差检测装置进行投影物镜像差检测的方法包括：

将所述待测投影物镜划分为多个测试区域；

针对各所述测试区域，分别调整所述像方掩模版的位置、所述物方掩模版的位置和所述波前传感器的位置中的至少一个，以使所述投影物镜像差检测装置处于针对当前测试区域的所述标定状态下，利用所述波前传感器检测所述标定状态下的波前信息；

针对各所述测试区域，分别调整所述像方掩模版的位置、所述物方掩模版的位置和所述波前传感器的位置中的至少一个，以使所述投影物镜像差检测装置处于针对当前测试区域的所述检测状态下，利用所述波前传感器检测所述检测状态下的波前信息；

基于各所述测试区域的所述标定状态下波前信息以及所述检测状态下的波前信息，得到所述待测投影物镜的波像差。

11.一种投影物镜像差检测方法，其特征在于，

提供一投影物镜像差检测装置，包括测定模块和计算模块；

所述测定模块包括沿光线传播路径依次设置的光源、照明系统、物方掩模版、待测投影物镜和像方掩模版以及波前传感器；所述测定模块还包括位置检测单元；

所述物方掩模版包括多个第一通光孔和多个第一衍射孔；

所述像方掩模版包括多个第二通光孔和多个第二衍射孔；

所述测定模块工作状态包括标定状态和检测状态；所述标定状态下，由所述光源出射的光线经所述照明系统后经过所述第一通光孔、所述待测投影物镜和所述第二衍射孔到达所述波前传感器；所述检测状态下，由所述光源出射的光线经所述照明系统后经过所述第一衍射孔、所述待测投影物镜和所述第二通光孔到达所述波前传感器；

在所述物方掩模版中，所述多个第一通光孔和所述多个第一衍射孔呈阵列结构排列；沿行方向，所述第一通光孔和所述第一衍射孔交替排列；沿列方向，所述第一通光孔或所述第一衍射孔依次排列；

在所述像方掩模版中，所述多个第二通光孔和所述多个第二衍射孔呈阵列结构排列；沿行方向，所述第二通光孔和所述第二衍射孔交替排列；沿列方向，所述第二通光孔或所述第二衍射孔依次排列；

利用所述投影物镜像差检测装置进行投影物镜像差检测的方法包括：

将所述待测投影物镜划分为多个测试区域；

针对各所述测试区域，分别调整所述像方掩模版的位置、所述物方掩模版的位置和所述波前传感器的位置中的至少一个，以使所述投影物镜像差检测装置处于针对当前测试区域的所述标定状态下，利用所述波前传感器检测所述标定状态下的波前信息，所述位置检测单元检测所述标定状态下所述波前传感器的位置信息；

针对各所述测试区域，分别调整所述像方掩模版的位置、所述物方掩模版的位置和所述波前传感器的位置中的至少一个，以使所述投影物镜像差检测装置处于针对当前测试区域的所述检测状态下，利用所述波前传感器检测所述检测状态下的波前信息，所述位置检测单元检测所述检测状态下所述波前传感器的位置信息；

基于各所述测试区域的所述标定状态下波前信息、所述检测状态下的波前信息、所述标定状态下所述波前传感器的位置信息和所述检测状态下所述波前传感器的位置信息，得到所述待测投影物镜的波像差、场曲和畸变中的至少一种。

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