CN112014070B - 一种波像差测量装置、测量方法及光刻机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种波像差测量装置、测量方法及光刻机，波像差测量装置包括：照明系统，产生照明光束；物面小孔板，位于照明系统的出光侧，固定在掩模台上，物面小孔板上设置有多个物面小孔，每一物面小孔包括g个不同光栅方向的物面小孔标记，g为大于或者等于2的正整数，物面小孔板上的多个物面小孔标记阵列排布；同一阵列行中的物面小孔标记具有相同的光栅方向；沿阵列行方向上，同一阵列行中相邻两个物面小孔标记之间的距离为h1；沿阵列行方向上，光栅方向相同的两阵列行中距离最近的两个物面小孔标记之间的最小距离为h2，h1＝m×h2，m为大于或者等于2的正整数；光栅方向相同的任意两行物面小孔标记阵列式排布。本发明以实现提高检测效率，以及避免信号串扰。

Description

一种波像差测量装置、测量方法及光刻机

技术领域

本发明实施例涉及光刻技术，尤其涉及一种波像差测量装置、测量方法及光刻机。

背景技术

半导体行业的一个目标是在单个集成线路(IC)中集成更多的电子元件。要实现这个目标需不断地缩小元件尺寸，即不断地提高光刻投影系统的分辨率。物镜波像差是限制投影系统分辨率的重要因素，它是造成线宽变化的重要原因。虽然物镜在加工制造和装配过程中都经过了严格的检验和优化，使其波像差最小化，但在物镜系统集成到光刻机后进行在线的波像差测量仍然必要。这是因为镜片材料的老化或者物镜热效应会造成波像差，因此，在光刻机工作过程中需经常的测量波像差，并根据测量结果调整物镜中特定镜片的位置以减小波像差。若需在短时间范围内校正物镜热效应，则需更频繁地进行波像差测量，这时波像差测量的实时性尤为重要。

在线测量波像差的一种方法是移相剪切干涉法。该方法使用照明光束进行测量，在物面使用小孔产生探测光源，小孔经物镜成像到像面剪切光栅并在远场产生剪切干涉条纹，使用二维阵列光敏元件在物镜光瞳的共轭面记录干涉图像。测量过程中需改变光源与光栅的相对位置(移相)以获得不同移相条件下的干涉条纹，分析这些干涉图像可得到物镜波像差。为了重建完整的波前信息，需在每个视场点同时测量两个相互垂直方向上的位相信息，也可测量多个方向上的位相信息，例如测量夹角互为120度的三个方向上的位相信息。同时，为了获得整个物镜视场范围内的波像差信息，需对选定的场点进行逐个测量。这样，使用该方法对整个视场进行波像差测量的时间正比于以下几个因素：1、场点数目Nf；2、测量的方向数(至少2个)Nd；3、每个方向上的移相步数Np，则理论测量时间Ttheory与Nf×Nd×Np成正比例。为了保证一定的测量精度，上述每个项目的测量数量必须保持在一定的下限以上。以往的移相剪切法测波像差采用串行测量的方法，即依次测量每个视场点，在测量每个视场点时依次测量该视场点的两个方向，在测量每个方向时依次进行移相操作。因此，实际测量时间Tmeasure>＝理论测量时间Ttheory。由于无法进一步缩短波像差测量的时间，这种串行测量方法将影响光刻机产率和波像差测量的实时性。

现有技术中用移相剪切法串行测量每个视场点的波像差，不能满足光刻装置对波像差测量的实时性要求，检测效率低。且对于大数值孔径的投影物镜进行波像差检测时，容易发生信号串扰。

发明内容

本发明实施例提供一种波像差测量装置、测量方法及光刻机，以实现提高检测效率，以及避免信号串扰。

第一方面，本发明实施例提供一种波像差测量装置，包括：

照明系统，产生照明光束；

物面小孔板，位于所述照明系统的出光侧，固定在掩模台上，所述物面小孔板上设置有多个物面小孔，每一所述物面小孔包括g个不同光栅方向的物面小孔标记，g为大于或者等于2的正整数，所述物面小孔板上的多个所述物面小孔标记阵列排布；

同一阵列行中的所述物面小孔标记具有相同的光栅方向；沿阵列行方向上，同一阵列行中相邻两个所述物面小孔标记之间的距离为h1；沿所述阵列行方向上，光栅方向相同的两阵列行中距离最近的两个所述物面小孔标记之间的最小距离为h2，h1＝m×h2，m为大于或者等于2的正整数；光栅方向相同的任意两行所述物面小孔标记阵列式排布；

投影物镜，位于所述物面小孔板远离所述照明系统一侧；

像面剪切光栅板，位于所述投影物镜远离所述物面小孔板一侧，固定在工件台上；

二维阵列光敏元件和数据处理单元，所述二维光敏元件位于所述投影物镜的光瞳的共轭面上，所述二维光敏元件用于接收形成在所述二维光敏元件上的剪切干涉图案，所述数据处理单元用于根据所述剪切干涉图案计算所述投影物镜的波像差。

可选地，所述物面小孔包括第一光栅方向的物面小孔标记和第二光栅方向的物面小孔标记，所述第一光栅方向与所述第二光栅方向垂直；

同一所述物面小孔中，所述第一光栅方向的物面小孔标记和所述第二光栅方向的物面小孔标记间隔m-1个阵列行；或者，

同一所述物面小孔中，所述第一光栅方向的物面小孔标记和所述第二光栅方向的物面小孔标记沿阵列列方向依次设置。

可选地，所述第一光栅方向平行于所述阵列行方向；或者，所述第一光栅方向与所述阵列行方向的夹角为45°。

可选地，所述像面剪切光栅板上设置有多个像面剪切光栅，每一所述像面剪切光栅包括g个不同光栅方向的像面剪切光栅标记，所述像面剪切光栅板上的多个所述像面剪切光栅标记阵列排布；同一阵列行中的所述像面剪切光栅标记具有相同的光栅方向；同一个物面小孔中g个不同光栅方向的物面小孔标记与同一个像面剪切光栅中g个不同光栅方向的像面剪切光栅标记一一对应，一一对应的物面小孔标记的光栅方向与像面剪切光栅标记的光栅方向垂直。

可选地，一阵列行中所述像面剪切光栅标记的数量，大于或者等于一阵列行中所述物面小孔标记的数量。

可选地，所述像面剪切光栅板包括棋格状光栅阵列，所述棋格状光栅阵列包括多个透光单元格和多个非透光单元格；沿所述棋格状光栅阵列的行方向以及列方向，所述透光单元格和所述非透光单元格均间隔排列。

可选地，所述棋格状光栅阵列的行方向与所述物面小孔标记的阵列行方向之间的夹角为45°。

可选地，所述投影物镜的数值孔径大于或等于0.85。

第二方面，本发明实施例提供一种光刻机，包括第一方面所述的波像差测量装置。

第三方面，本发明实施例提供一种波像差测量方法，由第一方面所述的波像差测量装置执行，所述方法包括：

照明系统产生的照明光束逐行扫描照射物面小孔板的物面小孔标记阵列形成测量光束，所述测量光束通过投影物镜后照射到像面剪切光栅板，以形成剪切干涉图案；

二维阵列光敏元件逐行接收所述剪切干涉图案，并发送至数据处理单元；所述数据处理单元根据所述剪切干涉图案计算所述投影物镜的波像差；

其中，沿阵列行方向上，所述照明系统产生的照明光束相邻两次照射读取的两个物面小孔标记之间间隔至少一个视场点。

可选地，所述照明系统产生的照明光束逐行扫描照射物面小孔板的物面小孔标记阵列形成测量光束，所述测量光束通过投影物镜后照射到像面剪切光栅板，以形成剪切干涉图案；包括：

所述照明系统产生的照明光束照射至物面小孔板的物面小孔标记阵列上的一阵列行物面小孔标记形成测量光束，所述测量光束通过投影物镜后照射到与该阵列行所述物面小孔标记一一对应且光栅方向垂直的像面剪切光栅标记以形成剪切干涉图案；

移动掩模台和/或工件台，以使所述照明光束扫描所有阵列行的所述物面小孔标记；

其中，所述像面剪切光栅板上设置有多个像面剪切光栅，每一所述像面剪切光栅包括g个不同光栅方向的像面剪切光栅标记，所述像面剪切光栅板上的多个所述像面剪切光栅标记阵列排布；同一阵列行中的所述像面剪切光栅标记具有相同的光栅方向；同一个物面小孔中g个不同光栅方向的物面小孔标记与同一个像面剪切光栅中g个不同光栅方向的像面剪切光栅标记一一对应，一一对应的物面小孔标记的光栅方向与像面剪切光栅标记的光栅方向垂直。

可选地，所述照明系统产生的照明光束逐行扫描照射物面小孔板的物面小孔标记阵列形成测量光束，所述测量光束通过投影物镜后照射到像面剪切光栅板，以形成剪切干涉图案；包括：

所述照明系统产生的照明光束照射至物面小孔板的物面小孔标记阵列上的一阵列行物面小孔标记形成测量光束，所述测量光束通过投影物镜后照射到棋格状光栅阵列以形成剪切干涉图案；

移动掩模台和/或工件台，以使所述照明光束扫描所有阵列行的所述物面小孔标记；

其中，所述棋格状光栅阵列包括多个透光单元格和多个非透光单元格；沿所述棋格状光栅阵列的行方向以及列方向，所述透光单元格和所述非透光单元格均间隔排列。

本发明实施例提供一种波像差测量装置，波像差测量装置的物面小孔板上设置有阵列排布的物面小孔标记，照明系统发出的照明光束扫描照射一行的物面小孔标记，从而提高了检测效率。如果在每个视场点(视场点为物面小孔板上的虚拟观察点，例如可以在每一个视场点的位置上布置一个物面小孔标记，从而使照明光束照射该视场点处的物面小孔标记以形成一个检测光斑图像。也可以在某些视场点不布置物面小孔标记)设置一个物面小孔标记，则对于大数值孔径的投影物镜进行波像差检测时，相邻视场点的照明光束在二维光敏元件70上形成的光斑容易产生重叠，造成信号串扰。本发明实施例中，同一阵列行中相邻两个物面小孔标记之间间隔m-1个视场点，避免了对于大数值孔径的投影物镜进行波像差检测时的信号串扰。

附图说明

图1为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为本发明实施例提供的一种物面小孔板的示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种物面小孔板的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种像面剪切光栅板的示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种物面小孔板的示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种像面剪切光栅板的示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种像面剪切光栅板的示意图；

图8为本发明实施例提供的一种波像差测量方法的流程图；

图9为本发明实施例提供的另一种物面小孔板的示意图。

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结构。

图1为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为本发明实施例提供的一种物面小孔板的示意图，参考图1和图2，波像差测量装置包括照明系统10、掩模台20、物面小孔板30、投影物镜40、工件台50、像面剪切光栅板60、二维阵列光敏元件70和数据处理单元80。照明系统10产生照明光束。物面小孔板30位于照明系统10的出光侧，固定在掩模台20上。物面小孔板30上设置有多个物面小孔31，每一物面小孔31包括g个不同光栅方向的物面小孔标记310，g为大于或者等于2的正整数，物面小孔板30上的多个物面小孔标记310阵列排布。多个物面小孔标记310构成的阵列行方向平行于X方向，多个物面小孔标记310构成的阵列列方向平行于Y方向。同一阵列行中的物面小孔标记310具有相同的光栅方向。沿阵列行方向上，同一阵列行中相邻两个物面小孔标记310之间的距离为h1；沿阵列行方向上，光栅方向相同的两阵列行中距离最近的两个物面小孔标记310之间的最小距离为h2，h1＝m×h2，m为大于或者等于2的正整数。光栅方向相同的任意两行物面小孔标记310阵列式排布。可选地，光栅方向相同的任意两行物面小孔标记310交错排列。

示例性地，参考图2，g＝2，m＝2，一个物面小孔31包括2个不同光栅方向的物面小孔标记310。第一阵列行中的物面小孔标记和第二阵列行中的物面小孔标记的光栅方向均沿X方向，第三阵列行中的物面小孔标记和第四阵列行中的物面小孔标记的光栅方向均沿Y方向。第一阵列行中的物面小孔标记和第二阵列行中的物面小孔标记阵列式排布。第三阵列行中的物面小孔标记和第四阵列行中的物面小孔标记阵列式排布。物面小孔标记O1U1和物面小孔标记O1V1构成一个物面小孔31，物面小孔标记O5U1和物面小孔标记O5V1构成另一个物面小孔31。第一阵列行中的物面小孔标记O1U1和物面小孔标记O3U1沿X方向上的距离为h1，第一阵列行中的物面小孔标记O1U1和第二阵列行中的物面小孔标记O2U2沿X方向上的距离为h2，h1＝2×h2。

参考图1，投影物镜40位于物面小孔板30远离照明系统10一侧。像面剪切光栅板60位于投影物镜40远离物面小孔板30一侧，并固定在工件台50上。二维光敏元件70位于投影物镜40的光瞳41的共轭面上，二维光敏元件70用于接收形成在二维光敏元件70上的剪切干涉图案，剪切干涉图案由照明光束通过物面小孔板30、投影物镜40和像面剪切光栅板60后形成。数据处理单元80用于根据剪切干涉图案计算投影物镜40的波像差。

物面小孔板30位于照明系统10的下方，投影物镜40的物面上，与掩模台20连接，并能随掩模台20一起运动。物面小孔板30接收来自照明系统10的照明光束，通过物面小孔31产生理想点光源，理想点光源发出的测量光束进入投影物镜40。携带投影物镜光瞳41的波像差信息的测量光束被投影物镜40汇聚到像面剪切光栅板60。像面剪切光栅板60位于投影物镜40的像面，与工件台50连接，并能随工件台50一起运动。汇聚的测量光束经过像面剪切光栅板60后形成剪切干涉图案，被位于远场的二维阵列光敏元件70探测到。通过上述测量流程，在每个视场点测量不同方向、不同移相位置的干涉图案，并传输到数据处理单元80，经过计算处理获得投影物镜光瞳41的波像差信息。在具体实施方式中，通过改变物面小孔板30和像面剪切光栅板60的相对位置进行移相，即通过运动掩模台20或工件台50，或同时运动掩模台20和工件台50，改变与其连接的物面小孔板30和像面剪切光栅板60的相对位置。由于二维阵列光敏元件70位于像面剪切光栅板60的远场探测面，即夫琅和费衍射近似区，因此二维阵列光敏元件70的探测面与像面剪切光栅板60之间为傅立叶变换关系。这样，像面剪切光栅板60上测量标记的位置变化等同于二维阵列光敏元件70上接收光束的位相变化。

本发明实施例提供一种波像差测量装置，波像差测量装置的物面小孔板上设置有阵列排布的物面小孔标记，照明系统发出的照明光束扫描照射一行的物面小孔标记，从而提高了检测效率。如果在每个视场点(视场点为物面小孔板上的虚拟观察点，例如可以在每一个视场点的位置上布置一个物面小孔标记，从而使照明光束照射该视场点处的物面小孔标记以形成一个检测光斑图像。也可以在某些视场点不布置物面小孔标记)设置一个物面小孔标记，则对于大数值孔径的投影物镜进行波像差检测时，相邻视场点的照明光束在二维光敏元件70上形成的光斑容易产生重叠，造成信号串扰。本发明实施例中，同一阵列行中相邻两个物面小孔标记之间间隔m-1个视场点，避免了对于大数值孔径的投影物镜进行波像差检测时的信号串扰。

可选地，参考图2，物面小孔31包括第一光栅方向的物面小孔标记310和第二光栅方向的物面小孔标记310，第一光栅方向与第二光栅方向垂直。同一物面小孔31中，第一光栅方向的物面小孔标记310和第二光栅方向的物面小孔标记310间隔m-1个阵列行。在其他实施方式中，第一光栅方向与第二光栅方向开可以具有一大于0°且小于90°的夹角，本发明实施例对此不做限定。本发明实施例中，设置第一光栅方向与第二光栅方向垂直，可以降低后期计算复杂度，从而降低了测量的难度。

示例性地，参考图2，物面小孔标记O1U1位于第一行(本发明中的行指的是阵列行，本发明中的列指的是阵列列)，物面小孔标记O1U1具有第一光栅方向，物面小孔标记O1V1位于第三行，物面小孔标记O1V1具有第二光栅方向，物面小孔标记O1U1和物面小孔标记O1V1属于同一物面小孔31，且物面小孔标记O1U1和物面小孔标记O1V1间隔一个阵列行。

图3为本发明实施例提供的另一种物面小孔板的示意图，参考图3，物面小孔31包括第一光栅方向的物面小孔标记310和第二光栅方向的物面小孔标记310，第一光栅方向与第二光栅方向垂直。也可以不垂直设置，相应的会增加后期计算复杂度同一物面小孔31中，第一光栅方向的物面小孔标记310和第二光栅方向的物面小孔标记310沿阵列列方向依次设置。

示例性地，参考图3，物面小孔标记O1U1位于第一行，物面小孔标记O1U1具有第一光栅方向，物面小孔标记O1V1位于第二行，物面小孔标记O1V1具有第二光栅方向，物面小孔标记O1U1和物面小孔标记O1V1属于同一物面小孔31，且物面小孔标记O1U1和物面小孔标记O1V1沿Y方向依次设置。物面小孔标记O1U1和物面小孔标记O1V1未间隔第二光栅方向的物面小孔标记310。

可选地，参考图2和图3，第一光栅方向平行于X方向，第二光栅方向平行于Y方向。第一光栅方向平行于阵列行方向，第二光栅方向平行于阵列列方向。在其他实施方式中，第一光栅方向与阵列行方向的夹角还可以为45°。

图4为本发明实施例提供的一种像面剪切光栅板的示意图，参考图2、图3和图4，像面剪切光栅板60上设置有多个像面剪切光栅61，每一像面剪切光栅61包括g个不同光栅方向的像面剪切光栅标记610，像面剪切光栅板60上的多个像面剪切光栅标记610阵列排布。物面小孔板30上物面小孔标记310构成阵列的阵列行方向与像面剪切光栅板60上像面剪切光栅标记透彻阵列的阵列行方向相同。物面小孔板30上物面小孔标记310构成阵列的阵列列方向与像面剪切光栅板60上像面剪切光栅标记透彻阵列的阵列列方向相同。同一阵列行中的像面剪切光栅标记610具有相同的光栅方向。图4中示例性地，像面剪切光栅标记610形成阵列的阵列行方向平行于X方向，像面剪切光栅标记610形成阵列的阵列列方向平行于Y方向。同一个物面小孔31中g个不同光栅方向的物面小孔标记310与同一个像面剪切光栅61中g个不同光栅方向的像面剪切光栅标记610一一对应，一一对应的物面小孔标记310的光栅方向与像面剪切光栅标记610的光栅方向垂直。

示例性地，参考图2和图4，同一个物面小孔31中包括2个不同光栅方向的物面小孔标记310，例如物面小孔标记O1U1和物面小孔标记O1V1。同一个像面剪切光栅61中包括2个不同光栅方向的像面剪切光栅标记610，例如像面剪切光栅标记IV11和像面剪切光栅标记IU12。物面小孔标记O1U1与像面剪切光栅标记IV11对应，物面小孔标记O1U1的光栅方向与像面剪切光栅标记IV11的光栅方向垂直。物面小孔标记O1V1与像面剪切光栅标记IU12对应，物面小孔标记O1V1的光栅方向与像面剪切光栅标记IU12的光栅方向垂直。

可选地，参考图2、图3和图4，沿X方向上，物面小孔板30上阵列设置了n个第一光栅方向的物面小孔标记310和n个第二光栅方向的物面小孔标记310，n为大于或者等于2的正整数。每一阵列行包括

个物面小孔标记310，且

为大于或者等于2的正整数。为了对物面小孔板30上一阵列行的物面小孔标记310同时检测，需要设置像面剪切光栅板60上一阵列行中像面剪切光栅标记610的数量至少为

个。即，一阵列行中像面剪切光栅标记610的数量大于或者等于一阵列行中物面小孔标记310的数量。另外，像面剪切光栅板60上一阵列行中像面剪切光栅标记610的数量最多可以布置n个。

图5为本发明实施例提供的另一种物面小孔板的示意图，图6为本发明实施例提供的另一种像面剪切光栅板的示意图，参考图5和图6，物面小孔标记O1U1具有第一光栅方向，物面小孔标记O1V1具有第二光栅方向，物面小孔标记O1U1和物面小孔标记O1V1属于同一物面小孔31。本发明实施例中，第一光栅方向与阵列行方向的夹角为45°，第二光栅方向与阵列行方向的夹角为45°。在其他实施方式中，第一光栅方向与阵列行方向的夹角还可以为10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°或者80°，具体需要根据产品而定，本发明实施例对于第一光栅方向与阵列行方向的夹角不做限定。本发明实施例中，通过设置第二光栅方向与阵列行方向的夹角为45°，可以降低测量的难度。

物面小孔标记310形成阵列的阵列行方向平行于X方向，物面小孔标记310形成阵列的阵列列方向平行于Y方向。物面小孔标记O1U1与像面剪切光栅标记IV11对应，物面小孔标记O1U1的光栅方向与像面剪切光栅标记IV11的光栅方向垂直。物面小孔标记O1V1与像面剪切光栅标记IU12对应，物面小孔标记O1V1的光栅方向与像面剪切光栅标记IU12的光栅方向垂直。

图7为本发明实施例提供的另一种像面剪切光栅板的示意图，参考图7，像面剪切光栅板60包括棋格状光栅阵列，棋格状光栅阵列包括多个透光单元格602和多个非透光单元格601。沿棋格状光栅阵列的行方向以及列方向，透光单元格602和非透光单元格601均间隔排列。本发明实施例提供的像面剪切光栅板60上不再设置g个不同光栅方向的像面剪切光栅标记610，而是采用了棋格状光栅阵列。通过棋格状光栅阵列与阵列排布的物面小孔标记310的配合使用实现对投影物镜波像差的测量。

可选地，参考图7，棋格状光栅阵列的行方向与物面小孔标记310的阵列行方向之间的夹角为45°。物面小孔标记310的阵列行方向平行于X方向，棋格状光栅阵列的行方向与X方向的夹角为45°，棋格状光栅阵列的列方向与X方向的夹角为45°。

可选地，参考图1，投影物镜40的数值孔径大于或等于0.85。在光刻机领域，数值孔径大于或等于0.85的投影物镜40为大数值孔径的投影物镜。可以理解的是，本发明实施例中投影物镜40的数值孔径指的是投影物镜40可以达到的最大数值孔径。对于数值孔径大于或者等于0.85的投影物镜40，可以通过调节投影物镜40中的光阑等元件来使投影物镜40的数值孔径实现小于0.85的任一个数值，例如可以实现数值孔径为8。在其他实施方式中，投影物镜40的数值孔径可以小于0.85，具体需要根据产品需求而定。由于大数值孔径的投影物镜40进行波像差检测时容易出现信号串扰，且对于数值孔径大于或等于0.85的投影物镜40的干扰越容易发生。因此，本发明实施例中，通过设置投影物镜40的数值孔径大于或等于0.85，避免了对于大数值孔径的投影物镜进行波像差检测时的信号串扰。

本发明实施例还提供一种光刻机，包括上述任一实施例中的的波像差测量装置。本发明实施例提供光刻机中，波像差测量装置的物面小孔板上设置有阵列排布的物面小孔标记，照明系统发出的照明光束扫描照射一行的物面小孔标记，从而提高了检测效率。同一阵列行中相邻两个物面小孔标记之间间隔m-1个视场点，避免了对于大数值孔径的投影物镜进行波像差检测时的信号串扰。

图8为本发明实施例提供的一种波像差测量方法的流程图，参考图1-图7，以及图8，波像差测量方法包括如下步骤：

S110、照明系统10产生的照明光束逐行扫描照射物面小孔板30的物面小孔标记310阵列形成测量光束，测量光束通过投影物镜40后照射到像面剪切光栅板60，以形成剪切干涉图案。

S120、二维阵列光敏元件70逐行接收剪切干涉图案，并发送至数据处理单元80。数据处理单元80根据剪切干涉图案计算投影物镜40的波像差。

其中，沿阵列行方向上，所述照明系统产生的照明光束相邻两次照射读取的两个物面小孔标记之间间隔至少一个视场点。

波像差测量方法由上述任一实施例中的波像差测量装置执行时，每一物面小孔31包括g个不同光栅方向的物面小孔标记310，g为大于或者等于2的正整数，物面小孔板30上的多个物面小孔标记310阵列排布。多个物面小孔标记310构成的阵列行方向为X方向，多个物面小孔标记310构成的阵列列方向为Y方向。同一阵列行中的物面小孔标记310具有相同的光栅方向。沿阵列行方向上，同一阵列行中相邻两个物面小孔标记310之间的距离为h1；沿阵列行方向上，光栅方向相同的两阵列行中距离最近的两个物面小孔标记310之间的最小距离为h2，h1＝m×h2，m为大于或者等于2的正整数。光栅方向相同的任意两行物面小孔标记310阵列式排布。本发明实施例中，沿阵列行方向上，相邻两个物面小孔标记之间间隔至少一个视场点。沿阵列行方向上的每次扫描，照明系统产生的照明光束逐个照射读取该阵列行上所有的物面小孔标记。

可选地，照明系统10产生的照明光束逐行扫描照射物面小孔板30的物面小孔标记310阵列形成测量光束，测量光束通过投影物镜40后照射到像面剪切光栅板60，以形成剪切干涉图案；(即步骤S110)包括如下子步骤：

S1111、照明系统10产生的照明光束照射至物面小孔板30的物面小孔标记310阵列上的一阵列行物面小孔标记310形成测量光束，测量光束通过投影物镜40后照射到与该阵列行物面小孔标记310一一对应且光栅方向垂直的像面剪切光栅标记610以形成剪切干涉图案。

S1112、移动掩模台20和/或工件台50，以使照明光束扫描所有阵列行的物面小孔标记310。

其中，像面剪切光栅板60上设置有多个像面剪切光栅61，每一像面剪切光栅61包括g个不同光栅方向的像面剪切光栅标记610，像面剪切光栅板60上的多个像面剪切光栅标记610阵列排布。同一阵列行中的像面剪切光栅标记610具有相同的光栅方向。像面剪切光栅标记610形成阵列的阵列行方向平行于X方向，像面剪切光栅标记610形成阵列的阵列列方向平行于Y方向。同一个物面小孔31中g个不同光栅方向的物面小孔标记310与同一个像面剪切光栅61中g个不同光栅方向的像面剪切光栅标记610一一对应，一一对应的物面小孔标记310的光栅方向与像面剪切光栅标记610的光栅方向垂直。

示例性地，采用如图2所示的物面小孔板30和如图4所示的像面剪切光栅板60配合进行投影物镜40的波像差检测的过程如下：

第一步，照明光束通过X方向的第一行的物面小孔标记(物面小孔标记O1U1、物面小孔标记O3U1、物面小孔标记O5U1……)照射到Y方向的像面剪切光栅标记(像面剪切光栅标记IV11、像面剪切光栅标记IV21……像面剪切光栅标记IVn1)上进行测量。第二步，照明光束通过X方向的第二行物面小孔标记(物面小孔标记O2U2、物面小孔标记O4U2……物面小孔标记OnU2)照射到Y方向的像面剪切光栅标记(像面剪切光栅标记IV11、像面剪切光栅标记IV21……像面剪切光栅标记IVn1)上进行测量。第三步，照明光束通过Y方向的第三行物面小孔标记(物面小孔标记O1V1、物面小孔标记O3V1、物面小孔标记O5V1……)照射到X方向的像面剪切光栅标记(像面剪切光栅标记IU12、像面剪切光栅标记IU22……像面剪切光栅标记IUn2)上进行测量。第四步，照明光束通过Y方向的第四行物面小孔标记(物面小孔标记O2V2、物面小孔标记O4V2……物面小孔标记OnV2)照射到X方向的像面剪切光栅标记(像面剪切光栅标记IU12、像面剪切光栅标记IU22……像面剪切光栅标记IUn2)上进行测量。

示例性地，采用如图3所示的物面小孔板30和如图4所示的像面剪切光栅板60配合进行投影物镜的波像差检测的过程如下：

第一步，照明光束通过X方向的第一行的物面小孔标记(物面小孔标记O1U1、物面小孔标记O3U1、物面小孔标记O5U1……)照射到Y方向的像面剪切光栅标记(像面剪切光栅标记IV11、像面剪切光栅标记IV21……像面剪切光栅标记IVn1)上进行测量。第二步，照明光束通过Y方向第二行物面小孔标记(物面小孔标记O1V1、物面小孔标记O3V1、物面小孔标记O5V1……)照射到X方向的像面剪切光栅标记(像面剪切光栅标记IU12、像面剪切光栅标记IU22……像面剪切光栅标记IUn2)上进行测量。第三步，照明光束通过X方向的第三行物面小孔标记(物面小孔标记O2U2、物面小孔标记O4U2……物面小孔标记OnU2)照射到Y方向的像面剪切光栅标记(像面剪切光栅标记IV11、像面剪切光栅标记IV21……像面剪切光栅标记IVn1)上进行测量。第四步，照明光束通过Y方向的第四行物面小孔标记(物面小孔标记O2V2、物面小孔标记O4V2……物面小孔标记OnV2)照射到X方向的像面剪切光栅标记(像面剪切光栅标记IU12、像面剪切光栅标记IU22……像面剪切光栅标记IUn2)上进行测量。

可选地，照明系统10产生的照明光束逐行扫描照射物面小孔板30的物面小孔标记310阵列形成测量光束，测量光束通过投影物镜40后照射到像面剪切光栅板60，以形成剪切干涉图案；(即步骤S110)包括如下子步骤：

S1121、照明系统10产生的照明光束照射至物面小孔板30的物面小孔标记阵列上的一阵列行物面小孔标记310形成测量光束，测量光束通过投影物镜40后照射到棋格状光栅阵列以形成剪切干涉图案。

S1122、移动掩模台20和/或工件台50，以使照明光束扫描所有阵列行的物面小孔标记310。

其中，像面剪切光栅板60包括棋格状光栅阵列，棋格状光栅阵列包括多个透光单元格602和多个非透光单元格601。沿棋格状光栅阵列的行方向以及列方向，透光单元格602和非透光单元格601均间隔排列。

示例性地，采用如图2所示的物面小孔板30和如图7所示的像面剪切光栅板60配合进行投影物镜的波像差检测的过程如下：

第一步，照明光束通过X方向的第一行的物面小孔标记(物面小孔标记O1U1、物面小孔标记O3U1、物面小孔标记O5U1……)照射到棋格状光栅阵列上进行测量。第二步，照明光束通过X方向的第二行物面小孔标记(物面小孔标记O2U2、物面小孔标记O4U2……物面小孔标记OnU2)照射到棋格状光栅阵列上进行测量。第三步，照明光束通过Y方向的第三行物面小孔标记(物面小孔标记O1V1、物面小孔标记O3V1、物面小孔标记O5V1……)照射到棋格状光栅阵列上进行测量。第四步，照明光束通过Y方向第四行的物面小孔标记(物面小孔标记O2V2、物面小孔标记O4V2……物面小孔标记OnV2)照射到棋格状光栅阵列上进行测量。

在其他实施方式中，波像差测量方法还可以由上述实施例之外的波像差测量装置执行。图9为本发明实施例提供的另一种物面小孔板的示意图，每一个视场点设置有一个物面小孔标记310。沿阵列行方向(即X方向)上，照明系统产生的照明光束相邻两次照射读取的两个物面小孔标记310之间间隔至少一个物面小孔标记310。本发明实施例中，沿阵列行方向上，相邻两个物面小孔标记之间间隔至少一个视场点。沿阵列行方向上的每次扫描，照明系统产生的照明光束间隔照射读取该阵列行上部分物面小孔标记。该阵列行上所有的物面小孔标记需要多次扫描读取。

示例性地，参考图9，采用如图9所示的物面小孔板30和如图7所示的像面剪切光栅板60配合进行投影物镜的波像差检测的过程如下：

第一步，照明光束通过X方向的第一行的一部分物面小孔标记(物面小孔标记O1U1、物面小孔标记O3U1、物面小孔标记O5U1……)照射到棋格状光栅阵列上进行测量。第二步，照明光束通过X方向的第一行的另一部分物面小孔标记(物面小孔标记O2U1、物面小孔标记O4U1……物面小孔标记OnU1)照射到棋格状光栅阵列上进行测量。第三步，照明光束通过Y方向的第二行的一部分物面小孔标记(物面小孔标记O1V1、物面小孔标记O3V1、物面小孔标记O5V1……)照射到棋格状光栅阵列上进行测量。第四步，照明光束通过Y方向的第二行的另一部分物面小孔标记(物面小孔标记O2V1、物面小孔标记O4V1、物面小孔标记OnV1……)照射到棋格状光栅阵列上进行测量。

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 (12)

1.一种波像差测量装置，其特征在于，包括：

照明系统，产生照明光束；

物面小孔板，位于所述照明系统的出光侧，固定在掩模台上，所述物面小孔板上设置有多个物面小孔，每一所述物面小孔包括g个不同光栅方向的物面小孔标记，g为大于或者等于2的正整数，所述物面小孔板上的多个所述物面小孔标记阵列排布；

同一阵列行中的所述物面小孔标记具有相同的光栅方向；沿阵列行方向上，同一阵列行中相邻两个所述物面小孔标记之间的距离为h1；沿所述阵列行方向上，光栅方向相同的两阵列行中距离最近的两个所述物面小孔标记之间的最小距离为h2，h1＝m×h2，m为大于或者等于2的正整数；光栅方向相同的任意两行所述物面小孔标记阵列式排布；

投影物镜，位于所述物面小孔板远离所述照明系统一侧；

像面剪切光栅板，位于所述投影物镜远离所述物面小孔板一侧，固定在工件台上；

二维阵列光敏元件和数据处理单元，所述二维阵列光敏元件位于所述投影物镜的光瞳的共轭面上，所述二维阵列光敏元件用于接收形成在所述二维阵列光敏元件上的剪切干涉图案，所述数据处理单元用于根据所述剪切干涉图案计算所述投影物镜的波像差。

2.根据权利要求1所述的波像差测量装置，其特征在于，所述物面小孔包括第一光栅方向的物面小孔标记和第二光栅方向的物面小孔标记，所述第一光栅方向与所述第二光栅方向垂直；

同一所述物面小孔中，所述第一光栅方向的物面小孔标记和所述第二光栅方向的物面小孔标记间隔m-1个阵列行；或者，

同一所述物面小孔中，所述第一光栅方向的物面小孔标记和所述第二光栅方向的物面小孔标记沿阵列列方向依次设置。

3.根据权利要求2所述的波像差测量装置，其特征在于，所述第一光栅方向平行于所述阵列行方向；或者，所述第一光栅方向与所述阵列行方向的夹角为45°。

4.根据权利要求1所述的波像差测量装置，其特征在于，所述像面剪切光栅板上设置有多个像面剪切光栅，每一所述像面剪切光栅包括g个不同光栅方向的像面剪切光栅标记，所述像面剪切光栅板上的多个所述像面剪切光栅标记阵列排布；同一阵列行中的所述像面剪切光栅标记具有相同的光栅方向；同一个物面小孔中g个不同光栅方向的物面小孔标记与同一个像面剪切光栅中g个不同光栅方向的像面剪切光栅标记一一对应，一一对应的物面小孔标记的光栅方向与像面剪切光栅标记的光栅方向垂直。

5.根据权利要求4所述的波像差测量装置，其特征在于，一阵列行中所述像面剪切光栅标记的数量，大于或者等于一阵列行中所述物面小孔标记的数量。

6.根据权利要求1所述的波像差测量装置，其特征在于，所述像面剪切光栅板包括棋格状光栅阵列，所述棋格状光栅阵列包括多个透光单元格和多个非透光单元格；沿所述棋格状光栅阵列的行方向以及列方向，所述透光单元格和所述非透光单元格均间隔排列。

7.根据权利要求6所述的波像差测量装置，其特征在于，所述棋格状光栅阵列的行方向与所述物面小孔标记的阵列行方向之间的夹角为45°。

8.根据权利要求1所述的波像差测量装置，其特征在于，所述投影物镜的数值孔径大于或等于0.85。

9.一种光刻机，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的波像差测量装置。

10.一种波像差测量方法，其特征在于，所述方法包括：

照明系统产生的照明光束逐行扫描照射物面小孔板的物面小孔标记阵列形成测量光束，所述测量光束通过投影物镜后照射到像面剪切光栅板，以形成剪切干涉图案；

二维阵列光敏元件逐行接收所述剪切干涉图案，并发送至数据处理单元；所述数据处理单元根据所述剪切干涉图案计算所述投影物镜的波像差；

其中，沿阵列行方向上，所述照明系统产生的照明光束相邻两次照射读取的两个物面小孔标记之间间隔至少一个视场点。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述照明系统产生的照明光束逐行扫描照射物面小孔板的物面小孔标记阵列形成测量光束，所述测量光束通过投影物镜后照射到像面剪切光栅板，以形成剪切干涉图案；包括：

所述照明系统产生的照明光束照射至物面小孔板的物面小孔标记阵列上的一阵列行物面小孔标记形成测量光束，所述测量光束通过投影物镜后照射到与该阵列行所述物面小孔标记一一对应且光栅方向垂直的像面剪切光栅标记以形成剪切干涉图案；

移动掩模台和/或工件台，以使所述照明光束扫描所有阵列行的所述物面小孔标记；

其中，所述像面剪切光栅板上设置有多个像面剪切光栅，每一所述像面剪切光栅包括g个不同光栅方向的像面剪切光栅标记，所述像面剪切光栅板上的多个所述像面剪切光栅标记阵列排布；同一阵列行中的所述像面剪切光栅标记具有相同的光栅方向；同一个物面小孔中g个不同光栅方向的物面小孔标记与同一个像面剪切光栅中g个不同光栅方向的像面剪切光栅标记一一对应，一一对应的物面小孔标记的光栅方向与像面剪切光栅标记的光栅方向垂直。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述照明系统产生的照明光束逐行扫描照射物面小孔板的物面小孔标记阵列形成测量光束，所述测量光束通过投影物镜后照射到像面剪切光栅板，以形成剪切干涉图案；包括：

所述照明系统产生的照明光束照射至物面小孔板的物面小孔标记阵列上的一阵列行物面小孔标记形成测量光束，所述测量光束通过投影物镜后照射到棋格状光栅阵列以形成剪切干涉图案；

移动掩模台和/或工件台，以使所述照明光束扫描所有阵列行的所述物面小孔标记；

其中，所述棋格状光栅阵列包括多个透光单元格和多个非透光单元格；沿所述棋格状光栅阵列的行方向以及列方向，所述透光单元格和所述非透光单元格均间隔排列。

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