CN111856885B

CN111856885B - 一种波像差测量装置及光刻机

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Publication number: CN111856885B
Application number: CN201910365328.6A
Authority: CN
Inventors: 夏建培; 马明英
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2021-08-03
Anticipated expiration: 2039-04-30
Also published as: CN111856885A

Abstract

本发明公开了一种波像差测量装置及光刻机。所述波像差测量装置包括：照明系统，以及物面光栅板、投影物镜、像面光栅板和光电探测器；物面光栅板和像面光栅板均为透明光栅板；物面光栅板包括物面光栅，物面光栅由多个间隔均匀的凸起部或凹陷部排列组成，凸起部的高度或凹陷部的深度为d；像面光栅板包括像面光栅，像面光栅由多个间隔均匀的凸起部或凹陷部排列组成，凸起部的高度或凹陷部的深度为d；其中，d＝λ(k+1/2)/(n_折‑1)，λ为入射光的波长，k为正整数，n_折为对应光栅板的折射率。本发明实施例提供的技术方案，提高了用于波像差测量的光的光强，以及波像差测量的精度，且物面光栅和像面光栅的制备工艺简单，制备成本低。

Description

一种波像差测量装置及光刻机

技术领域

本发明实施例涉及波像差测量技术领域，尤其涉及一种波像差测量装置及光刻机。

背景技术

投影物镜波像差是影响光刻机成像质量的关键因素，对于高分辨率的光刻机投影物镜波像差可以采用干涉的方法进行测量。

现有技术中波相差测量装置包括照明系统以及沿照明系统发出的光的光路依次设置的物面光栅、投影物镜、像面光栅和探测器，其中，物面光栅和像面光栅均为振幅型光栅，这种光栅的衍射光具有很强的零频光，导致干涉光除包括正负1级光外，还包括零频光，使得正负1级光的干涉对比度下降，进而波像差测量精度下降。

发明内容

本发明提供一种波像差测量装置及光刻机，以去除光栅衍射中的零频光，提高用于波像差测量的光的强度，提高测量精度。

第一方面，本发明实施例提供了一种波像差测量装置，包括：

照明系统，以及沿所述照明系统发出的光的光路依次排列的物面光栅板、投影物镜、像面光栅板以及光电探测器；

所述物面光栅板和所述像面光栅板均为透明光栅板；

所述物面光栅板包括物面光栅，所述物面光栅由多个间隔均匀的凸起部或凹陷部排列组成，所述凸起部的高度或所述凹陷部的深度为d；

所述像面光栅板包括像面光栅，所述像面光栅由多个间隔均匀的凸起部或凹陷部排列组成，所述凸起部的高度或所述凹陷部的深度为d；

其中，d＝λ(k+1/2)/(n_折-1)，λ为入射光的波长，k为正整数，n_折为对应光栅板的折射率。

第二方面，本发明实施例还提供了一种光刻机，包括上述第一方面所述的波像差测量装置。

本发明实施例提供的波像差测量装置包括照明系统，以及沿照明系统发出的光的光路依次排列的物面光栅板、投影物镜、像面光栅板以及光电探测器，物面光栅板和像面光栅板均为透明光栅板，物面光栅板包括物面光栅，物面光栅由多个间隔均匀的凸起部或凹陷部排列组成，凸起部的高度或凹陷部的深度为d，像面光栅板包括像面光栅，像面光栅由多个间隔均匀的凸起部或凹陷部排列组成，凸起部的高度或凹陷部的深度为d，其中，d＝λ(k+1/2)/(n_折-1)，λ为入射光的波长，k为正整数，n_折为对应光栅板的折射率，使得物面光栅和像面光栅均为二元相移光栅，其衍射光中没有零频光和偶数级衍射光，仅有正负1级衍射光，提高了用于波像差测量的光的光强，以及波像差测量的精度，此外，物面光栅和像面光栅均采用刻蚀透明板材的工艺形成，其工艺过程简单，制备成本低。

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波像差测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种物面光栅板的俯视结构示意图；

图3是沿图2中虚线AB的剖面结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种像面光栅板的俯视结构示意图；

图5是沿图4中虚线CD的剖面结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种光刻机的结构示意图。

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波像差测量装置的结构示意图。如图1所示，波像差测量装置包括照明系统100，以及沿照明系统100发出的光的光路依次排列的物面光栅板200、投影物镜300、像面光栅板400以及光电探测器500。

在本实施例中，物面光栅板200和像面光栅板400均为透明光栅板。图2是本发明实施例提供的一种物面光栅板的俯视结构示意图。如图2所示，物面光栅板200包括物面光栅210。图3是沿图2中虚线AB的剖面结构示意图。如图3所示，物面光栅由多个间隔均匀的凸起部201排列组成，凸起部201的高度为d。可以理解的是，相邻凸起部201之间的区域为凹陷部202，在本发明的其他实施方式中，物面光栅也可以由多个间隔均匀的凹陷部202排列组成，凹陷部202的深度为d。图4是本发明实施例提供的一种像面光栅板的俯视结构示意图。如图4所示，像面光栅板400包括像面光栅410，像面光栅410由多个间隔均匀的凸起部401排列组成，凸起部401的高度为d。图5是沿图4中虚线CD的剖面结构示意图。可以理解的是，相邻凸起部401之间的区域为凹陷部402，在本发明的其他实施方式中，物面光栅也可以由多个间隔均匀的凹陷部402排列组成，凹陷部402的深度为d。其中，d＝d＝λ(k+1/2)/(n_折-1)，λ为入射光的波长，k为正整数，n_折为对应光栅板的折射率。

需要说明的是，透明光栅板指的是整个光栅板均采用透明材料形成，具有良好的光透过性，无论是光栅所在区域还是其他区域均为透明设计。

以下采用相关光学公式具体解释物面光栅板200和像面光栅板400中凸起部或者凹陷部为d的原因：

1)一个光栅周期内光场的相位分布f_p(x)的计算公式为：

其中，p为一个光栅周期的长度，

为光波的相位，i为虚数单位。

2)光栅全周期内光场的相位分布f(x)的计算公式为：

其中，n为衍射波的级次。

3)对上述公式二进行傅里叶变换后即获得远场衍射分布I的计算公式：

其中，k为正整数。

根据公式三可知，对于本实施例提供的物面光栅和像面光栅，其偶数级衍射光强度为0；若要使得零级衍射光强度为0，则需

即

又

由此可得d＝λ(k+1/2)/(n_折-1)。

可见，d＝λ(k+1/2)/(n_折-1)时，物面光栅210和像面光栅410均为二元相移光栅，其衍射光均不包含零级光和偶数级光，且在奇数级光中，正负1级衍射光的强度远高于其他级次光的强度，使得衍射级的能量主要集中在正负1级上，根据上述公式三可得正负1级衍射光的能量均为

由于正负1级衍射光是用于形成剪切干涉的衍射光，进而更多能量集中于形成剪切干涉的能量级次上，提高了能量利用效率，此外，由于零级光的消失，干涉光强的对比度提升，波像差测量装置的灵敏度提高，降低了波像差测量装置的系统误差，波像差的测试精度也随之提升。

需要说明的是，本实施例提供的物面光栅和像面光栅的形成工艺如下：将透明板材中光栅外的区域刻蚀掉厚度为d的部分。上述制作工艺简单，且成本较低。

本实施例提供的波像差测量装置包括照明系统100，以及沿照明系统100发出的光的光路依次排列的物面光栅板200、投影物镜300、像面光栅板400以及光电探测器500，物面光栅板200和像面光栅板400均为透明光栅板，物面光栅板200包括物面光栅210，物面光栅210由多个间隔均匀的凸起部或凹陷部排列组成，凸起部的高度或凹陷部的深度为d，像面光栅板400包括像面光栅410，像面光栅410由多个间隔均匀的凸起部或凹陷部排列组成，凸起部的高度或凹陷部的深度为d，其中，d＝λ(k+1/2)/(n_折-1)，λ为光栅板入射光的波长，k为正整数，n_折为对应光栅板的折射率，使得物面光栅210和像面光栅410均为二元相移光栅，其衍射光中没有零频光和偶数级衍射光，仅有正负1级衍射光，提高了用于波像差测量的光的光强，以及波像差测量的精度，此外，物面光栅210和像面光栅410均采用刻蚀透明板材的工艺形成，其工艺过程简单，制备成本低。

可选的，继续参见图2和图3，物面光栅210可以为一维条状光栅，像面光栅410可以为二维棋盘状光栅。

可以理解的是，图2和图3仅示例性的对物面光栅210和像面光栅410的形状进行说明而非限定，在本实施例的其他实施方式中，物面光栅210和像面光栅410还可以为其他形状，本实施例对此不做具体限定。

可选的，物面光栅板200和像面光栅板400的形成材料在深紫外光波段的折射率取值范围可以为1.1～1.8。

需要说明的是，参见上述d的计算公式可知，光栅所在区域与光栅板其他区域的厚度差与光栅板形成材料的折射率呈反比，而上述厚度差过大会导致光栅板的整体厚度增大，使得波像差测量装置的装配高度增大，上述厚度差过小会增大对光栅板进行刻蚀时刻蚀精度的要求，可见，与该厚度差呈反比的光栅板形成材料在深紫外光波段的折射率也对应不能过大或过小。物面光栅板200和像面光栅板400的形成材料在深紫外光波段的折射率取值范围为1.1～1.8时，光栅所在区域与光栅板其他区域的厚度差尺寸适宜，不需要过高的刻蚀精度进行刻蚀，也不会导致光栅板的厚度过大。

示例性的，物面光栅板200和像面光栅板400的形成材料可以为石英玻璃。

需要说明的是，石英玻璃具有良好的透明性，在193nm波长下的折射率为1.56，能够满足形成透明二元相移光栅的要求，且为光刻领域较为常用的材料，刻蚀石英玻璃板材的工艺成熟，刻蚀精度便于控制，且其价格不高，有利于降低成本。

继续参见图1，像面光栅板400和光电探测器500之间设置有一间隙L。

需要说明的是，上述间隙L的设置使得光电探测器500探测到的衍射光形成的为像面光栅410的远场像，远场像中的条纹畸变较小，光电探测器500探测到的像更为清晰，有利于精确度的提升。此外，该间隙L的存在使得像面光栅410和光电探测器500之间不会直接接触，避免了硬质的像面光栅410对光电探测器500的表面造成损伤。

可选的，间隙L的高度取值范围可以为0.1～0.8mm。

需要说明的是，间隙L的高度过小会影响远场像的清晰度，间隙L的高度过大会导致波像差测量装置装配高度过大，而0.1～0.8mm范围内的间隙L高度，在保证远场像清晰度的同时使得波像差测量装置的装配高度较小。

示例性的，光电探测器500可以包括CMOS采集芯片以及涂覆于CMOS采集芯片靠近像面光栅板400一侧的荧光转换层。

需要说明的是，具有上述结构的光电探测器500制备工艺纯熟，且探测精度较高。在本实施例的其他实施方式中，光电探测器500也可以采用其他结构的探测器，本实施例对此不作具体限定。

在本实施例中，物面光栅210的周期与像面光栅410的周期之比等于投影物镜300的缩小倍数或放大倍数。

需要说明的是，这样的设置使得经物面光栅210和投影物镜300后的衍射光能够几乎无损失的投向像面光栅410内，降低了光能量的损耗。

还需要说明的是，根据应用场景的不同，投影物镜300可以为放大物镜也可以为缩小物镜，示例性的，光刻机中常用的投影物镜300为缩小物镜，此时，物面光栅210的周期与像面光栅410的周期之比等于投影物镜300的缩小倍数。

进一步的，物面光栅210的周期可以为4.5μm。

需要说明的是，物面光栅210和像面光栅410的周期越大，正负1级衍射波剪切干涉的剪切距离越大，波像差测量精度越低，而物面光栅210和像面光栅410的周期越小，其制备难度越大，且需要更高分别率的光电探测器500进行远场像的探测，综合考虑测量精度和光电探测器500的分辨率，此处较佳的设置物面光栅210的周期为4.5μm。

图6是本发明实施例提供的一种光刻机的结构示意图。如图6所示，光刻机10包括本发明任意实施例所述的波像差测量装置11。

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

1.一种波像差测量装置，包括照明系统，以及沿所述照明系统发出的光的光路依次排列的包括物面光栅的物面光栅板、投影物镜、包括像面光栅的像面光栅板以及光电探测器，其特征在于，所述波像差测量装置还包括：

所述物面光栅板和所述像面光栅板均为透明光栅板；

所述物面光栅由多个间隔均匀的凸起部或凹陷部排列组成，所述凸起部的高度或所述凹陷部的深度为d；

所述像面光栅由多个间隔均匀的凸起部或凹陷部排列组成，所述凸起部的高度或所述凹陷部的深度为d；

2.根据权利要求1所述的波像差测量装置，其特征在于，所述物面光栅为一维条状光栅，所述像面光栅为二维棋盘状光栅。

3.根据权利要求1所述的波像差测量装置，其特征在于，所述物面光栅板和所述像面光栅板的形成材料在深紫外光波段的折射率取值范围为1.1～1.8。

4.根据权利要求3所述的波像差测量装置，其特征在于，所述物面光栅板和所述像面光栅板的形成材料为石英玻璃。

5.根据权利要求1所述的波像差测量装置，其特征在于，所述像面光栅板和光电探测器之间设置有一间隙。

6.根据权利要求5所述的波像差测量装置，其特征在于，所述间隙的高度取值范围为0.1～0.8mm。

7.根据权利要求1所述的波像差测量装置，其特征在于，所述光电探测器包括CMOS采集芯片以及涂覆于所述CMOS采集芯片靠近所述像面光栅板一侧的荧光转换层。

8.根据权利要求1所述的波像差测量装置，其特征在于，所述物面光栅的周期与所述像面光栅的周期之比等于所述投影物镜的缩小倍数或放大倍数。

9.根据权利要求8所述的波像差测量装置，其特征在于，所述物面光栅的周期为4.5μm。

10.一种光刻机，其特征在于，包括上述权利要求1-9任一项所述的波像差测量装置。