CN111352303B - 投影物镜波像差检测装置及方法、光刻机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种投影物镜波像差检测装置及方法、光刻机。投影物镜波像差检测装置包括：光源，用于提供检测光束；物面光栅标记单元，用于对检测光束进行分光，以得到第一方向上的第一光束和第二方向上的第二光束；分光准直单元，用于将经过投影物镜单元的光束进行分光及准直处理；衍射单元，用于将经过分光准直单元的光束进行衍射处理，以得到两个方向的干涉图像；工件台，用于带动物面光栅标记单元、分光准直单元、衍射单元和成像探测单元在第一方向和第二方向之间的预定方向上沿直线单向步进，可以同时采集第一光束和第二光束每次步进时的干涉图像的光强，以分别获得第一方向和第二方向的波像差。从而缩短检测时间，提高波像差的检测精度。

Description

投影物镜波像差检测装置及方法、光刻机

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种投影物镜波像差检测装置、投影物镜波像差检测方法以及包含投影物镜波像差检测装置的光刻机。

背景技术

光刻机是集成电路(IC)的生产制造过程中的关键设备之一，其将掩模板上的图案经过投影物镜单元投影在旋涂有光刻胶的衬底(如晶圆)上。成像质量是影响光刻机的光刻分辨率和套刻精度的重要因素。随着光刻特征尺寸(CD)的不断减小，光刻机的投影物镜波像差对光刻质量的影响越来越突出，其是限制投影系统分辨率的重要因素，亦是造成线宽变化的重要原因。因而，有必要在线检测光刻机投影物镜单元的波像差，以保证光刻质量。

在线测量波像差的一种方法是剪切干涉法。该方法需要在0°和90°这两个方向进行测量，在物面使用小孔产生探测光源，小孔经投影物镜成像到像面的光栅标记并在远场产生剪切干涉条纹，使用二维阵列光敏元件在投影物镜光瞳的共轭面记录干涉图像。研究发现，由于测量过程中0°方向的测量和90°方向的测量是分开进行的，这样会导致在0°方向相移过程中工件台的位置和波动与90°方向相移过程中工件台的位置和波动存在偏差，这个偏差影响了波像差检测精度；而且，上述两个方向的分开测试所需的时间较长，测试效率较低。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种投影物镜波像差检测装置，以解决0°方向和90°方向上的波像差检测精度较低的问题。

本发明的另一目的在于提供一种投影物镜波像差检测方法，以解决波像差检测时间较长的问题，以提高测试效率。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种投影物镜波像差检测装置，用于检测投影物镜单元的波像差，包括：光源、物面光栅标记单元、分光准直单元、衍射单元、成像探测单元以及工件台；

所述光源用于提供检测光束，所述检测光束入射至所述物面光栅标记单元；

所述物面光栅标记单元用于对所述检测光束进行分光，以得到第一方向上的第一光束和第二方向上的第二光束，所述第一光束和第二光束入射至所述投影物镜单元后进入所述分光准直单元；

所述分光准直单元用于将经过所述投影物镜单元的所述第一光束和第二光束进行分光及准直处理后在所述衍射单元上分别成像；

所述衍射单元用于将其上的成像进行衍射处理后在所述成像探测单元上分别得到干涉图像；

所述工件台用于带动所述物面光栅标记单元、分光准直单元、衍射单元和成像探测单元在所述第一方向和第二方向之间的某一预定方向上沿直线单向步进，使所述成像探测单元同时采集所述第一光束和第二光束每次步进时的干涉图像的光强，以分别获得所述第一方向和第二方向的波像差；

其中，所述第一方向和第二方向垂直。

可选的，所述物面光栅标记单元包括第一基底和二维光栅标记，所述二维光栅标记位于所述第一基板朝向所述投影物镜单元的一面上，所述二维光栅标记用于得到第一光束和第二光束。

可选的，所述二维光栅标记包括：

沿所述第一方向排列的第一狭缝标记，用于得到第一光束；以及

沿所述第二方向排列的第二狭缝标记，用于得到第二光束。

可选的，所述分光准直单元包括：

第二基底；

第一一维光栅标记组，用于对入射到分光准直单元上的第一光束和第二光束进行分光处理，以分成第一方向光束和第二方向光束，所述第一一维光栅标记组位于所述第二基底朝向所述投影物镜单元的一面上；

第二一维光栅标记组，用于将所述第一方向光束和第二方向光束进行准直处理，以得到第一方向和第二方向的成像，所述第二一维光栅标记组位于所述第二基底背向所述投影物镜单元的一面上。

可选的，所述第一一维光栅标记组包括多个周期相同的第一一维光栅标记，所述第二一维光栅标记组包括多个周期相同的第二一维光栅标记。进一步的，所述第一一维光栅标记的衍射角度为30°～60°，所述第一一维光栅标记的光栅周期为100nm～300nm。更进一步的，所述第一一维光栅标记的光栅周期和所述第二一维光栅标记的光栅周期相同。

可选的，所述衍射单元包括：

第三基底；以及

第三一维光栅标记组，用于对入射到所述衍射单元上的成像进行衍射处理，所述第三一维光栅标记组位于所述第三基底朝向所述分光准直单元的一面上。进一步的，所述第三一维光栅标记组包括至少一对周期相同的第三一维光栅标记，所述第三一维光栅标记的光栅周期与二维光栅标记的光栅周期相同。更进一步的，每对所述第三一维光栅标记包括两个相互垂直的第三一维光栅标记，其分别用于对第一方向成像和第二方向成像进行衍射处理。

可选的，所述成像探测单元包括：

图像采集单元，用于对成在其上的干涉图像进行图像采集，以及对采集面积进行选择；以及

驱动单元，用于驱动所述图像采集单元进行图像采集。其中，所述图像采集单元的数量为1个。

可选的，还包括一处理单元，所述处理单元与成像探测单元通信连接，其用于处理图形采集单元传送的数据，以得到第一方向的波像差和第二方向的波像差。

另一方面，本发明还提供了一种光刻机，包括投影物镜单元以及上述的投影物镜波像差检测装置。

再一方面，本发明还提供了一种投影物镜波像差检测方法，采用上述投影物镜波像差检测装置，包括以下步骤：

光源提供一检测光束，所述检测光束入射至物面光栅标记单元；

所述物面光栅标记单元对所述检测光束进行分光，以得到第一方向上的第一光束和第二方向上的第二光束，所述第一方向和第二方向垂直；

所述第一光束和第二光束经过投影物镜单元之后进入分光准直单元，所述分光准直单元将所述第一光束和第二光束进行分光及准直处理后在衍射单元上分别成像；

所述衍射单元将其上的成像进行衍射处理后在成像探测单元上分别得到干涉图像；以及

工件台带动所述物面光栅标记单元、分光准直单元、衍射单元和成像探测单元在第一方向和第二方向之间的某一预定方向上沿直线单向步进，所述成像探测单元同时采集所述第一光束和第二光束每次步进时的干涉图像的光强，以分别获得所述第一方向和第二方向的波像差。

可选的，获得所述第一方向和第二方向的波像差的步骤包括：

通过所述成像探测单元采集每次步进的干涉图像的光强；

通过处理单元处理图形采集单元传送来的数据，并计算出每次步进时第一方向和第二方向的剪切干涉光斑的瞳面干涉光强；

根据所述第一方向和第二方向的剪切干涉光斑的瞳面干涉光强，分别计算出第一方向和第二方向的波像差。

进一步的，所述第一方向为0°方向，所述第二方向为90°方向，所述工件台步进的相移方向为在0°～90°之间的任意角度。

更进一步的，所述0°方向和90°方向的剪切干涉光斑的瞳面干涉光强的计算公式如下：

其中，U₀(x,y,d)是坐标为(x、y)、步进距离为d时的第一方向瞳面干涉光强，U₉₀(x,y,d)是坐标为(x、y)、步进距离为d时的第二方向瞳面干涉光强，n-衍射级次，p是第三一维光栅标记的光栅周期，δ(x)是剪切干涉光斑光强中心的x向位置，δ(y)是剪切干涉光斑光强中心的y向位置，λ是光源所产生检测光束的波长，x是第一方向的坐标，y是第二方向的坐标。

可选的，所述工件台步进的相移方向为45°。

与现有技术相比，本发明的投影物镜波像差检测装置，通过同时对第一方向上的第一光束和第二方向上的第二光束成像，以同时检测第一方向和第二方向的波像差，具体地，检测光束经过物面光栅标记单元后得到的第一光束和第二光束经过投影物镜单元之后进入分光准直单元，所述分光准直单元将所述第一光束和第二光束进行分光及准直处理后在衍射单元上分别成像，所述衍射单元对其上的成像进行衍射处理，并在成像探测单元上分别形成干涉图像，从而缩短了波像差的检测时间，并降低了第一方向波像差和第二方向波像差在分开检测时由于工件台波动的不一致性的影响，有利于提高波像差的检测精度。

附图说明

图1为本发明一实施例的投影物镜波像差检测装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例的经过二维光栅标记的衍射光斑的示意图；

图3为本发明一实施例的成像探测器采集0°方向的干涉图；

图4为本发明一实施例的成像探测器采集90°方向的干涉图；

图5为本发明一实施例的0°和90°光栅标记相移方向。

附图标记说明：

11-第一光束；12-第二光束；11'-第一方向光束；12'-第二方向光束；

11″-第一方向成像；12″-第二方向成像；

100-物面光栅标记单元；110-第一基底；120-二维光栅标记；

200-投影物镜单元；

310-第一一维光栅标记组；311、312、313-第一一维光栅标记；320-第二基底；330-第二一维光栅标记组；331、332、333-第二一维光栅标记；

400-衍射单元；

410-第三一维光栅标记组；411、412-第三一维光栅标记；420-第三基底；

500-成像探测单元；

600-工件台；a-步进方向。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本实施例公开了一种投影物镜波像差检测装置，例如是光刻机的投影物镜波像差检测装置，其用于检测投影物镜单元的波像差。如图1所示，所述投影物镜单元200例如是一个投影物镜。

所述投影物镜波像差检测装置包括一光源(图中未示出)，所述光源用于提供检测光束，所述光源例如是深紫外激光源。

所述投影物镜波像差检测装置还包括一照明系统，所述照明系统用于调整所述检测光束。经过所述照明系统调整后的所述检测光束入射至所述物面光栅标记单元100。

如图1所示，所述投影物镜波像差检测装置还包括物面光栅标记单元100，所述物面光栅标记单元100用于对所述检测光束进行分光，以得到第一方向上的第一光束11和第二方向上的第二光束12，其中，所述第一方向和第二方向垂直，例如，所述第一方向为0°方向，所述第二方向为90°方向；或者，所述第一方向为90°方向，所述第二方向为0°方向。后文以所述第一方向为0°方向、所述第二方向为90°方向进行说明。作为示例，所述物面光栅标记单元100包括第一基底110和形成于第一基底110上的二维光栅标记120。所述第一基底110的材料优选是透光率较高(透光率大于80％)的材料，例如是石英玻璃。所述第一基板110背向所述光源的一面例如为所述第一基底110的下表面，所述第一基底110的下表面上还具有挡光层(图中未示出)，所述挡光层覆盖所述二维光栅标记120之外的区域。例如，在石英玻璃的下表面的所述二维光栅标记120之外的区域涂覆一挡光材料(所述挡光材料的透光率优选小于等于2％，可以近似看成能够遮挡所有的光线)，所述挡光材料例如是铬。

所述二维光栅标记120用于得到第一方向上的第一光束11和第二方向上的第二光束12，所述二维光栅标记120位于所述第一基底110的下表面，例如是位于所述第一基底110下表面的中心位置。所述二维光栅标记120的光栅标记占空比例如为50％，即，所述二维光栅标记120的透光区与不透光区所占面积的比例为1:1。所述二维光栅标记120包括第一狭缝标记和第二狭缝标记，所述第一狭缝标记和第二狭缝标记均呈栅格状(例如条状栅格)；所述第一狭缝标记为沿所述第一方向排列的狭缝标记，其用于得到第一方向上的第一光束11，所述第一狭缝标记的光栅标记占空比为50％；所述第二狭缝标记为沿所述第二方向排列的狭缝标记，用于得到第二方向上的第二光束12，所述第二狭缝标记的光栅标记占空比为50％。图2为本实施例的经过二维光栅标记的衍射光斑的示意图。如图2所示，光源所产生的检测光束经过照明系统后经过物面光栅标记单元100的二维光栅标记120之后，得到第一方向的第一光束11和第二方向的第二光束12，其中图中检测光束的衍射级次为-1，0，+1。

请继续参阅图1，所述投影物镜波像差检测装置还包括分光准直单元和衍射单元400，所述分光准直单元用于将经过所述投影物镜单元200的所述第一光束11和第二光束12进行分光及准直处理后在所述衍射单元400上分别成像，使得检测光束同时在第一方向和第二方向成像。作为示例，所述分光准直单元用于对所述第一光束11和第二光束12进行分光处理，以将第一光束11和第二光束12(例如是0°方向和90°方向)分开，分开后的第一光束11和第二光束12入射到衍射单元400。

具体的，所述分光准直单元包括第二基底320、第一一维光栅标记组310和第二一维光栅标记组330。所述第二基底320的材料优选是透光率较高(透光率优选大于80％)的材料，例如是石英玻璃。所述第二基底320朝向所述投影物镜单元200的表面例如为所述第二基底320的上表面，所述第二基底320朝向所述衍射单元400的表面例如为所述第二基底320的下表面，所述第二基底320的上表面上还具有挡光层(图中未示出)，所述挡光层覆盖第一一维光栅标记组310之外的区域。例如，在石英玻璃的上表面的所述第一一维光栅标记组310之外的区域涂覆一挡光材料(所述挡光材料的透光率优选小于等于2％，可以近似看成能够遮挡所有的光线)，所述挡光材料例如是铬。所述第二基底320的下表面上也具有挡光层(图中未示出)，所述挡光层覆盖所述第二一维光栅标记组330之外的区域。同理，在石英玻璃的下表面的所述第二一维光栅标记组330之外的区域涂覆一挡光材料(所述挡光材料的透光率优选小于等于2％，可以近似看成能够遮挡所有的光线)，所述挡光材料例如是铬。

所述第一一维光栅标记组310用于对入射到分光准直单元上的第一光束11和第二光束12进行分光处理，以分成第一方向光束11'和第二方向光束12'。其中，所述第一一维光栅标记组310位于所述第二基底320的上表面。详细的，所述第一一维光栅标记组310包括多个周期相同的第一一维光栅标记，所述第一一维光栅标记例如为一维分光光栅标记，所述第一一维光栅标记的光栅标记占空比例如为50％。所述多个周期相同的第一一维光栅标记例如是分布在第二基底320的上表面，进一步的，分布在第二基底320的上表面的中心位置以及以中心位置为圆心的多个同心圆周上，且每个同心圆的圆周上至少有两个第一一维光栅标记。较佳方案中，所述第一一维光栅标记组310的将入射到分光准直单元上的第一光束11和第二光束12分成光强均匀的第一方向光束11'和第二方向光束12'。由上可知，第一方向上的第一光束11和第二方向上的第二光束12经过投影物镜单元200之后，通过分光准直单元的第一一维光栅标记310的分光处理，使得第一方向上的第一光束11和第二方向上的第二光束12分开，从而使得第一方向上的第一光束11和第二方向上的第二光束12可以同时进行波像差检测，其缩短了波像差检测的时间，提高了生产效率。

在本实施例中，所述第一一维光栅标记组310包括三个周期相同的第一一维光栅标记311、312、313，其中，第一一维光栅标记312位于所述第二基底320的上表面的中心位置，且第一一维光栅标记311、312、313位于同一直线上，第一一维光栅标记311、313位于第一一维光栅标记312两侧且与其距离相同。

所述第二一维光栅标记组330用于将所述第一方向光束11'和第二方向光束12'进行准直处理。所述第二一维光栅标记组330位于所述第二基底320背向所述投影物镜单元200的一面上。其中，所述第二一维光栅标记组330包括多个周期相同的第二一维光栅标记，所述第二一维光栅标记例如为一维准直光栅标记，所述第二一维光栅标记的光栅标记占空比例如为50％。所述第一一维光栅标记的光栅周期和所述第二一维光栅标记的光栅周期相同。所述多个周期相同的第二一维光栅标记例如是分布在第二基底320的下表面的中心位置的多个同心圆周上，或者，所述多个周期相同的第二一维光栅标记例如是分布在第二基底320的下表面的中心位置以及该中心位置的多个同心圆周上，每个同心圆周上至少有两个第二一维光栅标记，以将所述第一方向光束11'和第二方向光束12'中大部分的光可以分别出射。优选的，对第一方向光束11'进行准直处理的第二一维光栅标记的数量与对第二方向光束12'进行准直处理的第二一维光栅标记的数量相同，以使得通过分光准直单元的第一方向光束11'的光强与第二方向光束12'的光强相同。

在本实施例中，所述第二一维光栅标记组330可以包括三个周期相同的第二一维光栅标记331、332、333，其中，第二一维光栅标332位于所述第二基底320的上表面的中心位置，且第二一维光栅标记331、332、333位于同一直线上，第二一维光栅标记331、333位于第二一维光栅标记332两侧且与其距离相同。

在其他实施例中，所述第二一维光栅标记组也可以包括两个周期相同的第二一维光栅标记，所述两个第二一维光栅标记位于第二基底的下表面至中心位置距离相相同的任意位置。所述两个第二一维光栅标记分别用于对第一方向光束和第二方向光束进行准直处理，使得出射后的第一方向光束的光强和第二方向光束的光强相同。另外，所述两个第二一维光栅标记也可以位于第二基底的下表面其他位置，所述两个第二一维光栅标记的位置只需满足出射后的第一方向光束的光强和第二方向光束的光强相同即可。

为了避免经过第一一维光栅标记分光之后的光斑之间发生干涉，所述第一一维光栅标记的光栅周期和第二基底320的厚度之间满足以下关系式：

dnsinθ＝λ；

其中，d为第一一维光栅标记的光栅周期，θ为第一一维光栅标记的衍射角度，λ为光源所产生的检测光束的波长，x为分光准直单元分光及准直后所形成的光斑的直径，n为第二基底的折射率，h为第二基底的厚度。

由上可知，当第一一维光栅标记的衍射角度过大时，第一一维光栅标记的光栅周期变小，第二基底320的厚度太薄，使得第二基底320加工难度增大。当第一一维光栅标记的衍射角度过小时，第一一维光栅标记的光栅周期变大，第二基底320的厚度太厚，超出了预计需求的范围。因此，优选的，所述第一一维光栅标记的衍射角度为30°～60°，第一一维光栅标记的光栅周期为100nm～300nm，第二基底320的厚度为1mm～6mm。应理解，具体实施时，所述第一一维光栅标记的衍射角度为30°～60°以外的其他角度，光栅周期为100nm～300nm以外的其他数值，第二基底320的厚度为1mm～6mm以外的其他数值，可以根据实际需求进行变换。

所述衍射单元400用于将其上的成像进行衍射处理后在所述成像探测单元上分别形成干涉图像。作为示例，所述衍射单元400包括第三基底420和第三一维光栅标记组410。所述第三基底420的材料优选是透光率较高(透光率大于80％)的材料，例如是石英玻璃。所述第三基底420朝向所述分光准直单元的表面例如为第三基底420的上表面，所述第三基底420的上表面还具有挡光层(图中未示出)，所述挡光层覆盖第三一维光栅标记组410之外的区域。例如，在石英玻璃的上表面的所述第三一维光栅标记组410之外的区域涂覆一挡光材料(所述挡光材料的透光率优选小于等于2％，可以近似看成能够遮挡所有的光线)，所述挡光材料例如是铬。

所述第三一维光栅标记组410用于将所述衍射单元400上的成像进行衍射处理，即，将经过所述分光准直单元的第一光束11和第二光束12进行衍射处理，以产生第一方向的剪切干涉光斑和第二方向的剪切干涉光斑，即，以在第一方向和第二方向形成干涉图像。所述第三一维光栅标记组410位于所述第三基底420的上表面。

所述第三一维光栅标记组410包括至少一对周期相同的第三一维光栅标记，所述第三一维光栅标记呈栅格状(例如条状栅格)，每对所述第三一维光栅标记包括两个相互垂直的第三一维光栅标记，其分别用于对第一方向成像和第二方向成像进行衍射处理。换言之，所述第三一维光栅标记组410例如是包括偶数个第三一维光栅标记，例如，2个、4个、6个等。其中一半数量的第三一维光栅标记用于对第一方向成像11″进行衍射，另一半数量的第三一维光栅标记用于对第二方向成像12″进行衍射，以使得成像探测单元500可以采集到一组或多组第一方向的干涉图像，以及一组或多组第二方向的干涉图像。其中，用于对第一方向成像11″进行衍射的第三一维光栅标记为沿着第一方向排列的条状栅格，用于对第二方向成像12″进行衍射的第三一维光栅标记为沿着第二方向排列的条状栅格。进一步的，所述第三一维光栅标记的光栅周期与二维光栅标记120的光栅周期相同。在本实施例中，第三一维光栅标记组410包括两个第三一维光栅标记411、412，其中，第三一维光栅标记411用于对第一方向成像11″进行衍射，第三一维光栅标记412用于对第二方向成像12″进行衍射。

所述投影物镜波像差检测装置还包括成像探测单元500，用于对其上所成的干涉图像进行图像采集。所述第一方向成像11″和第二方向成像12″经过衍射单元后在所述成像探测单元500上分别形成干涉图像，使得第一方向和第二方向上的干涉图像可以同时采集。作为示例，所述成像探测单元500包括图像采集单元(图中未示出)和驱动单元(图中未示出)。所述图像采集单元用于对其上的干涉图像进行图像采集以及对采集面积进行选择。所述图像采集单元例如是一块CMOS采集芯片，其上表面涂覆一层荧光转换层，也就是说，其面向所述第三基底420的表面上涂覆一层荧光转换层。优选的，所述图像采集单元在进行图像采集时，所述图像采集单元位于所述衍射单元400的正下方。所述图像采集单元与所述衍射单元400之间存在间隙，该间隙使得成像到图像采集单元的像是远场像。该间隙的距离大于或等于1mm，优选的为1mm～2mm。较佳方案中，所述图像采集单元的数量为1个，使得一个所述图像采集单元可以对第一方向的干涉图像和第二方向的干涉图像同时进行采集，与现有技术中采用两个成像探测器相比，其减小了两个成像探测器之间的暗电流、非线性、以及坏像素不一致性等因素对最终采集图形一致性的影响，从而提高了波像差的检测精度。所述驱动单元例如是一驱动板卡，其用于驱动所述图像采集单元进行图像采集。所述图像采集单元例如是位于所述驱动单元上。

图3为本实施例的成像探测器采集0°方向的干涉图。图4为本实施例的成像探测器采集90°方向的干涉图。如图3和4所示，所述第一方向(即，0°方向)的第一光束11在成像探测单元500上的干涉图像为第一方向的剪切干涉光斑，所述第二方向(即，90°方向)的第二光束12在成像探测单元500上的干涉图像为第二方向的剪切干涉光斑。其中，所述图像采集单元所采集的图像的衍射级次例如是-1，0，+1。在本实施例中其为同时成像于图像采集单元上，并同时被同一个图像采集单元采集，与现有的只能一次采集一个方向相比，缩短了检测时间，同时也提高了波像差的检测精度。

所述投影物镜波像差检测装置还包括一处理单元(图中未示出)，所述处理单元与所述成像探测单元500通信连接，其用于处理图形采集单元传送来的数据，以计算出第一方向的波像差和第二方向的波像差。

继续参考图1，所述投影物镜波像差检测装置还包括工件台600，所述工件台600用于带动所述物面光栅标记单元100、分光准直单元、衍射单元和成像探测单元500在第一方向和第二方向之间的某一预定方向上沿直线单向步进，使所述成像探测单元500同时采集所述第一光束11和第二光束12每次步进时的干涉图像的光强，以分别获得所述第一方向和第二方向的波像差。

本实施例的光源所提供的检测光束通过物面光栅标记单元得到第一方向上的第一光束和第二方向上的第二光束，所述第一光束和第二光束经过所述投影物镜单元之后进入所述分光准直单元，所述分光准直单元将所述第一光束和第二光束进行分光及准直处理后在衍射单元上分别成像，所述衍射单元将其上的成像进行衍射处理后在所述成像探测单元上分别形成干涉图像，以同时得到第一方向的波像差和第二方向的波像差。

本实施例还公开了一种光刻机，包括投影物镜单元以及如上所述的投影物镜波像差检测装置。由于本发明的重点在于投影物镜波像差的检测，因而对光刻机的其他公知结构不做详细介绍，本领域技术人员应是知晓的。

本实施例还公开了一种投影物镜波像差检测方法，例如是一种光刻机投影物镜波像差检测方法，所述方法采用上述投影物镜波像差检测装置，包括以下步骤：

步骤S1：提供一检测光束，所述检测光束入射至一物面光栅标记单元；

步骤S2：所述物面光栅标记单元对所述检测光束进行分光，以得到第一方向上的第一光束和第二方向上的第二光束，所述第一方向和第二方向垂直；

步骤S3：所述第一光束和第二光束经过投影物镜单元之后进入分光准直单元，所述分光准直单元将所述第一光束和第二光束进行分光及准直处理后在衍射单元上分别成像；

步骤S4：所述衍射单元将其上的成像进行衍射处理后在成像探测单元上分别形成干涉图像；以及

步骤S5：工件台带动所述物面光栅标记单元、分光准直单元、衍射单元和成像探测单元在第一方向和第二方向之间的某一预定方向上沿直线单向步进，所述成像探测单元同时采集所述第一光束和第二光束每次步进时的干涉图像的光强，以分别获得所述第一方向和第二方向的波像差。

下面结合图1和图5对本实施例的一种投影物镜波像差检测方法进行详细介绍。

首先执行步骤S1，提供一检测光束，所述光源例如是深紫外激光源。所述检测光束入射至一物面光栅标记单元100。

接着执行步骤S2，所述物面光栅标记单元100对所述检测光束进行分光，以得到第一方向上的第一光束11和第二方向上的第二光束12，所述第一方向和第二方向垂直。

接着执行步骤S3，所述第一光束11和第二光束12经过投影物镜单元200之后进入分光准直单元，所述分光准直单元将所述第一光束11和第二光束12进行分光及准直处理后在所述衍射单元上分别成像。

接着执行步骤S4，所述衍射单元将其上的成像进行衍射处理后在所述成像探测单元500上分别形成干涉图像。

图5为本实施例的0°和90°光栅标记相移方向。如图5所示，同时请参阅图1，接着执行步骤S5，工件台600带动所述物面光栅标记单元100、分光准直单元、衍射单元和成像探测单元500在第一方向和第二方向之间的某一预定方向上沿直线单向步进，所述成像探测单元500同时采集所述第一光束11和第二光束12每次步进时的干涉图像的光强，以分别获得所述第一方向和第二方向的波像差。可知，工件台600在第一方向和第二方向之间的某一方向a步进时，采集的干涉图像的光强可以通过计算分解为第一方向和第二方向的光强，使得第一方向和第二方向的光强同时被采集，从而缩短了图像采集的时间，提高了测试效率。

其中，所述第一方向例如为0°方向，所述第二方向例如为90°方向，所述工件台600步进的相移方向例如为在0°～90°之间的任意角度，优选的，所述工件台600步进的相移方向为45°。如图5所示，在所述工件台600步进时，所述物面光栅标记单元100的二维光栅标记120中的第一狭缝标记和第二狭缝标记跟随所述工件台600沿着步进方向a步进。

在本步骤中，获得所述第一方向和第二方向的波像差的具体步骤包括：

步骤S5a：通过所述成像探测单元500采集每次步进的干涉图像的光强。

步骤S5b：通过处理单元处理图形采集单元500传送来的数据，并计算出每次步进时第一方向和第二方向的剪切干涉光斑的瞳面干涉光强。

在本实施例中，所述0°方向和90°方向的剪切干涉光斑的瞳面干涉光强的计算公式如下：

其中，U₀(x,y,d)是坐标为(x、y)、步进距离为d时的第一方向瞳面干涉光强，U₉₀(x,y,d)是坐标为(x、y)、步进距离为d时的第二方向瞳面干涉光强，n-衍射级次，p是第三一维光栅标记的光栅周期，δ(x)是剪切干涉光斑光强中心的x向位置，δ(y)是剪切干涉光斑光强中心的y向位置，λ是光源所产生检测光束的波长，x是第一方向的坐标，y是第二方向的坐标。

由上可知，通过对第一光束11和第二光束12成像的干涉图像的光强的同时采集，使得第一方向和第二方向上的波像差得以同时被检测，与现有技术相比，没有了第一方向的图像采集和第二方向的图像采集分开时的工件台600波动情况不一致的问题，提高了波像差的检测精度。

步骤S5c：根据所述第一方向和第二方向的剪切干涉光斑的瞳面干涉光强，分别计算出第一方向和第二方向的波像差。

综上所述，本发明的一种投影物镜波像差检测装置及方法、光刻机，所述投影物镜波像差检测装置，通过同时对第一方向上的第一光束和第二方向上的第二光束成像，以同时检测第一方向和第二方向的波像差，也就是说，检测光束经过物面光栅标记单元后得到的所述第一光束和第二光束经过投影物镜单元之后进入分光准直单元，所述分光准直单元将所述第一光束和第二光束进行分光及准直处理后在衍射单元上分别成像，所述衍射单元对其上的成像进行衍射处理，并在所述成像探测单元上分别形成干涉图像，从而缩短了波像差的检测时间，并降低了第一方向波像差和第二方向波像差在分开检测时由于工件台波动的不一致性的影响，有利于提高波像差的检测精度。

此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”的描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (19)

1.一种投影物镜波像差检测装置，用于检测投影物镜单元的波像差，其特征在于，包括：光源、物面光栅标记单元、分光准直单元、衍射单元、成像探测单元以及工件台；

所述光源用于提供检测光束，所述检测光束入射至所述物面光栅标记单元；

所述物面光栅标记单元用于对所述检测光束进行分光，以得到第一方向上的第一光束和第二方向上的第二光束，所述第一光束和第二光束入射至所述投影物镜单元后进入所述分光准直单元；

所述分光准直单元用于将经过所述投影物镜单元的所述第一光束和第二光束进行分光及准直处理后在所述衍射单元上分别成像；

所述衍射单元用于将其上的成像进行衍射处理后在所述成像探测单元上分别形成干涉图像；

所述工件台用于带动所述物面光栅标记单元、分光准直单元、衍射单元和成像探测单元在所述第一方向和第二方向之间的某一预定方向上沿直线单向步进，使所述成像探测单元同时采集所述第一光束和第二光束每次步进时的干涉图像的光强，以分别获得所述第一方向和第二方向的波像差；

其中，所述第一方向和第二方向垂直。

2.如权利要求1所述的投影物镜波像差检测装置，其特征在于，所述物面光栅标记单元包括第一基底和二维光栅标记，所述二维光栅标记位于所述第一基底朝向所述投影物镜单元的一面上，所述二维光栅标记用于得到第一光束和第二光束。

3.如权利要求2所述的投影物镜波像差检测装置，其特征在于，所述二维光栅标记包括：

沿所述第一方向排列的第一狭缝标记，用于得到第一光束；以及

沿所述第二方向排列的第二狭缝标记，用于得到第二光束。

4.如权利要求1至3中任一项所述的投影物镜波像差检测装置，其特征在于，所述分光准直单元包括：

第二基底；

第一一维光栅标记组，用于对入射到分光准直单元上的第一光束和第二光束进行分光处理，以分成第一方向光束和第二方向光束，所述第一一维光栅标记组位于所述第二基底朝向所述投影物镜单元的一面上；

第二一维光栅标记组，用于将所述第一方向光束和第二方向光束进行准直处理，以得到第一方向和第二方向的成像，所述第二一维光栅标记组位于所述第二基底背向所述投影物镜单元的一面上。

5.如权利要求4所述的投影物镜波像差检测装置，其特征在于，所述第一一维光栅标记组包括多个周期相同的第一一维光栅标记，所述第二一维光栅标记组包括多个周期相同的第二一维光栅标记。

6.如权利要求5所述的投影物镜波像差检测装置，其特征在于，所述第一一维光栅标记的衍射角度为30°～60°，所述第一一维光栅标记的光栅周期为100nm～300nm。

7.如权利要求6所述的投影物镜波像差检测装置，其特征在于，所述第一一维光栅标记的光栅周期和所述第二一维光栅标记的光栅周期相同。

8.如权利要求1所述的投影物镜波像差检测装置，其特征在于，所述衍射单元包括：

第三基底；以及

第三一维光栅标记组，用于将所述衍射单元上的成像进行衍射处理，所述第三一维光栅标记组位于所述第三基底朝向所述分光准直单元的一面上。

9.如权利要求8所述的投影物镜波像差检测装置，其特征在于，所述第三一维光栅标记组包括至少一对周期相同的第三一维光栅标记，所述第三一维光栅标记的光栅周期与二维光栅标记的光栅周期相同。

10.如权利要求9所述的投影物镜波像差检测装置，其特征在于，每对所述第三一维光栅标记包括两个相互垂直的第三一维光栅标记，其分别用于对第一方向成像和第二方向成像进行衍射处理。

11.如权利要求1至3中任一项所述的投影物镜波像差检测装置，其特征在于，所述成像探测单元包括：

图像采集单元，用于对其上的干涉图像进行图像采集，以及对采集面积进行选择；以及

驱动单元，用于驱动所述图像采集单元进行图像采集。

12.如权利要求11所述的投影物镜波像差检测装置，其特征在于，所述图像采集单元的数量为1个。

13.如权利要求1至3中任一项所述的投影物镜波像差检测装置，其特征在于，还包括一处理单元，所述处理单元与成像探测单元通信连接，其用于处理图形采集单元传送的数据，以得到第一方向的波像差和第二方向的波像差。

14.一种光刻机，其特征在于，包括投影物镜单元以及如权利要求1-13中任一项所述的投影物镜波像差检测装置。

15.一种投影物镜波像差检测方法，采用如权利要求1-13中任一项所述的投影物镜波像差检测装置，其特征在于，包括以下步骤：

光源提供一检测光束，所述检测光束入射至物面光栅标记单元；

所述物面光栅标记单元对所述检测光束进行分光，以得到第一方向上的第一光束和第二方向上的第二光束，所述第一方向和第二方向垂直；

所述第一光束和第二光束经过投影物镜单元之后进入分光准直单元，所述分光准直单元将所述第一光束和第二光束进行分光及准直处理后在衍射单元上分别成像；

所述衍射单元将其上的成像进行衍射处理后在成像探测单元上分别形成干涉图像；以及

工件台带动所述物面光栅标记单元、分光准直单元、衍射单元和成像探测单元在第一方向和第二方向之间的某一预定方向上沿直线单向步进，所述成像探测单元同时采集所述第一光束和第二光束每次步进时的干涉图像的光强，以分别获得所述第一方向和第二方向的波像差。

16.如权利要求15所述的投影物镜波像差检测方法，其特征在于，获得所述第一方向和第二方向的波像差的步骤包括：

通过所述成像探测单元采集每次步进的干涉图像的光强；

通过处理单元处理图形采集单元传送来的数据，并计算出每次步进时第一方向和第二方向的剪切干涉光斑的瞳面干涉光强；

根据所述第一方向和第二方向的剪切干涉光斑的瞳面干涉光强，分别计算出第一方向和第二方向的波像差。

17.如权利要求16所述的投影物镜波像差检测方法，其特征在于，所述第一方向为0°方向，所述第二方向为90°方向，所述工件台步进的相移方向为在0°～90°之间的任意角度。

18.如权利要求17所述的投影物镜波像差检测方法，其特征在于，所述0°方向和90°方向的剪切干涉光斑的瞳面干涉光强的计算公式如下：

其中，U₀(x，y，d)是坐标为(x、y)、步进距离为d时的第一方向瞳面干涉光强，U₉₀(x，y，d)是坐标为(x、y)、步进距离为d时的第二方向瞳面干涉光强，n-衍射级次，p是第三一维光栅标记的光栅周期，δ(x)是剪切干涉光斑光强中心的x向位置，δ(y)是剪切干涉光斑光强中心的y向位置，λ是光源所产生检测光束的波长，x是第一方向的坐标，y是第二方向的坐标。

19.如权利要求18所述的投影物镜波像差检测方法，其特征在于，所述工件台步进的相移方向为45°。

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