CN113049224A

CN113049224A - 测量装置及其测量方法

Info

Publication number: CN113049224A
Application number: CN201911380304.4A
Authority: CN
Inventors: 马明英
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2039-12-27
Also published as: CN113049224B

Abstract

在本发明提供了一种测量装置及其测量方法，用于测量投影物镜，通过光束入射到调整部件上经调整后入射到物面标记承载部件以形成第一衍射光；所述调整部件能够调整所述光束的角度和所述光束的分布，能够使所述光束准确的入射到所述物面标记承载部件，以及能够使得所述光束汇聚。所述第一衍射光通过所述投影物镜入射到像面标记承载部件上形成第二衍射光进而被探测器接收，所述探测器用于探测所述第二衍射光的光强以得到所述投影物镜的波像差和数值孔径。由此，能够提高所述投影物镜的测量精度，从而得到较准确的波像差以及数值孔径。

Description

测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及集成电路设备制造领域，特别涉及一种测量装置及其测量方法。

背景技术

集成电路制造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。投影物镜是高精度光刻机设备的关键组成部分之一。投影物镜的参数主要包括数值孔径以及波像差，投影物镜的参数是影响光刻机成像质量的关键因素。随着光刻分辨率的不断缩小，投影物镜参数对光刻机成像质量的影响越来越明显。为保证光刻机成像质量，在光刻设备中通常采用一定的方法对相应参数进行优化已达到最优的成像质量，但优化之前需要对相关参数进行精确检测。在现有的测量装置中，在对投影物镜进行测量时，存在光的散射，而光的散射会导致光强降低，以及引起的散射杂光，会对测量造成干扰，引起测量误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量装置及其方法，以解决投影物镜测量精度低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种测量装置，用于测量投影物镜，所述测量装置包括：

发光单元、物面单元和像面单元；

所述发光单元用于提供光束；

所述物面单元包括依次设置的调整部件和物面标记承载部件；所述光束入射到所述调整部件上经光束角度和/或光束分布的调整后入射到所述物面标记承载部件以形成第一衍射光；

所述第一衍射光经所述投影物镜入射到所述像面单元；

所述像面单元包括依次设置的像面标记承载部件和探测器；所述第一衍射光入射到所述像面标记承载部件上形成第二衍射光进而被所述探测器接收，所述探测器用于探测所述第二衍射光的光强以得到所述投影物镜的波像差和/或数值孔径。

可选的，在本发明提供的测量装置中，所述调整部件包括基底结构、形成于所述基底结构的第一表面的第一微结构层和形成于所述基底结构的第二表面的第二微结构层，所述第一表面和所述第二表面相对，并且所述第一表面朝向所述发光单元，所述第二表面朝向所述投影物镜。

可选的，在本发明提供的测量装置中，所述第一微结构层包括至少一个第一微结构，所述第二微结构层包括至少一个第二微结构，一个所述第一微结构与一个所述第二微结构相对应。

可选的，在本发明提供的测量装置中，所述第一微结构层包括多个第一微结构，所述第二微结构层包括多个第二微结构，多个所述第一微结构和多个所述第二微结构均呈周期性排布。

可选的，在本发明提供的测量装置中，所述基底结构的第一表面设有遮光层，各所述第一微结构被所述遮光层围绕。

可选的，在本发明提供的测量装置中，所述第一微结构和所述第二微结构均呈对称状。

可选的，在本发明提供的测量装置中，所述第一微结构和所述第二微结构均包括第一调整部和两个第二调整部，所述第一调整部两侧各设置有一个所述第二调整部，其中，所述第一调整部在所述基底结构的垂向上的截面呈弓形或四边形，所述第二调整部在所述基底结构的垂向上的截面呈三角形。

可选的，在本发明提供的测量装置中，所述第一微结构和所述第二微结构在所述基底结构上的投影均为多边形或圆形。

可选的，在本发明提供的测量装置中，所述物面标记承载部件包括第一透光区和第一遮光区，所述像面标记承载部件包括第二透光区和第二遮光区，所述第一透光区与所述第二透光区的结构相同，所述第一遮光区与所述第二遮光区的结构相同。

可选的，在本发明提供的测量装置中，所述光束入射到所述第一透光区以形成第一衍射光，所述第一遮光区吸收所述光束入射到所述第一透光区外的散光；所述第一衍射光入射到所述第二透光区以形成第二衍射光，所述第二遮光区吸收所述第一衍射光入射到所述第二透光区外的散光。

可选的，在本发明提供的测量装置中，所述第一透光区包括第一光栅阵列和第一针孔阵列，和所述第二透光区均包括第二光栅阵列和第二针孔阵列，所述第一光栅阵列与所述第二光栅阵列结构相同，所述第一针孔阵列与所述第二针孔阵列结构相同，且所述第一光栅阵列与所述第二光栅阵列对应，所述第一针孔阵列与所述第二针孔阵列对应。

基于同一发明构思，本发明还提供一种测量方法，用于测量投影物镜，所述测量方法包括：

光束入射到调整部件；

所述光束通过所述调整部件经光束角度和/或光束分布的调整后入射到物面标记承载部件以形成第一衍射光；

所述第一衍射光通过所述投影物镜入射到像面标记承载部件以形成第二衍射光；

探测器接收所述第二衍射光以探测所述第二衍射光的光强，以得到所述投影物镜的波像差和/或数值孔径。

可选的，在所述的测量方法中，所述物面标记承载部件包括第一透光区和第一遮光区，所述像面标记承载部件包括第二透光区和第二遮光区，所述第一透光区与所述第二透光区的结构相同，所述第一遮光区与所述第二遮光区的结构相同。

可选的，在所述的测量方法中，所述光束入射到所述第一透光区，所述第一遮光区吸收所述光束入射到所述第一透光区外的散光；所述第一衍射光入射到所述第二透光区，所述第二遮光区吸收所述第一衍射光入射到所述第二透光区外的散光。

可选的，在所述的测量方法中，所述第一透光区包括第一光栅阵列和第一针孔阵列，所述第二透光区包括第二光栅阵列和第二针孔阵列，所述第一光栅阵列与所述第二光栅阵列结构相同，所述第一针孔阵列与所述第二针孔阵列结构相同，且所述第一光栅阵列与所述第二光栅阵列对应，所述第一针孔阵列与所述第二针孔阵列对应。

可选的，在所述的测量方法中，通过所述第二光栅阵列形成的所述第二衍射光用于测量所述投影物镜的波像差，通过所述第二针孔阵列形成的所述第二衍射光用于测量所述投影物镜的数值孔径。

在本发明提供的测量装置及其测量方法中，通过所述光束入射到所述调整部件上经调整后入射到所述物面标记承载部件以形成第一衍射光；所述调整部件能够调整所述光束的角度和所述光束的分布，能够使所述光束准确的入射到所述物面标记承载部件，以及能够使得所述光束汇聚。所述第一衍射光经所述投影物镜入射到所述像面单元；所述第一衍射光入射到所述像面标记承载部件上形成第二衍射光进而被所述探测器接收，所述探测器用于探测所述第二衍射光的光强以得到所述投影物镜的波像差和/或数值孔径。由此，能够提高所述投影物镜的测量精度，从而得到较准确的波像差以及数值孔径。

附图说明

图1是本发明实施例提供的测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的物面单元的结构示意图；

图3-图8是本发明实施例提供的调整部件的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的调整部件的俯视图；

图10是本发明实施例提供的测量方法的流程示意图；

其中，附图标记说明如下：

110-发光单元；120-物面单元；121-调整部件；121a-第一种调整部件；121b-第二种调整部件；122-物面标记承载部件；123第一微结构层；124-第二微结构层；125-基底结构；1211-第一微结构；1212-第二微结构；1213-遮光层；1221-第一调整部；1222-第二调整部；130-投影物镜；140-像面单元；141-像面标记承载部件；142-探测器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的测量装置及其测量方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。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例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1和图2，其中，图1是本发明实施例提供的测量装置的结构示意图；图2是本发明实施例提供的物面单元的结构示意图。所述测量装置用于测量投影物镜130，所述测量装置具体包括发光单元110、物面单元120和像面单元140。

所述发光单元110用于提供光束；所述物面单元120包括依次设置的调整部件121和物面标记承载部件122；所述光束入射到所述调整部件121上经光束角度和/或光束分布的调整后入射到所述物面标记承载部件122以形成第一衍射光；所述第一衍射光经所述投影物镜130入射到所述像面单元140；所述像面单元140包括依次设置的像面标记承载部件141和探测器142；所述第一衍射光入射到所述像面标记承载部件141上形成第二衍射光进而被所述探测器142接收，所述探测器142用于探测所述第二衍射光的光强以得到所述投影物镜130的波像差和/或数值孔径。

所述物面标记承载部件122与所述调整部件121的端部可以通过玻璃垫片连接，所述物面标记承载部件122与所述调整部件121之间形成有空隙。优选的，所述调整部件121的厚度小于5nm，以增加透光率。所述调整部件121的材质可以为熔石英，熔石英的纯度较高，能够使所述调整部件121具有较高的透光率。所述调整部件121能够调整所述光束的入射角度以及所述光束的分布，由此，能够提高后续的测量精度。

请继续参考图2，所述调整部件121包括基底结构125，形成于所述基底结构125的第一表面的第一微结构层123和形成于所述基底结构125的第二表面的第二微结构层124，所述第一表面和所述第二表面相对，并且所述第一表面朝向所述发光单元110，所述第二表面朝向所述投影物镜130。其中，所述第一微结构层123能够调整所述光束的角度和入射的方向，所述第二微结构层124能够汇聚所述光束。所述第一微结构层123和所述第二微结构层124可以通过刻蚀的方法形成，其刻蚀方法为现有技术，本申请不再赘述。

请参考图3-图8，图3-图8是本发明实施例提供的所述调整部件的两种不同结构的示意图；其中，图3和图6是本发明实施例提供的调整部件121的两种不同的结构的整体结构示意图，图4和图7是本发明实施例提供的第一微结构1211的两种不同结构的示意图；图5和图8是本发明提供的第二微结构1212的两种不同结构的示意图。如图3所示，图3是第一种调整部件的整体结构示意图；所述调整部件121a包括形成于所述基底结构125a的第一表面的第一微结构层123a和形成于所述基底结构125a的第二表面的第二微结构层124a。

请参考图4和图5，所述第一微结构层123a包括至少一个第一微结构1211a，所述第二微结构层124a包括至少一个第二微结构1212a。一个所述第一微结构1211a与一个所述第二微结构1212a相对应。所述第一微结构层123a可以包括多个第一微结构1211a，所述第二微结构层124a可以包括多个所述第二微结构1212a，多个所述第一微结构1211a和多个所述第二微结构1212a均呈周期性排布。其中，多个所述第一微结构1211a可以为两个以上的所述第一微结构1211a，多个所述第二微结构1212a可以为两个以上的所述第二微结构1212a。所述第一微结构1211a和所述第二微结构1212a均包括第一调整部1221a和两个第二调整部1222a，所述第一调整部1221a两侧各设置有一个所述第二调整部1222a。其中，所述第一调整部1221a在所述基底结构125a的垂向上的截面呈弓形，其可以为劣弧弓形，也可以为优弧弓形；所述第二调整部1222a在所述基底结构125a的垂向上的截面呈三角形。进一步的，在本申请的实施例中，所述光束的波长可以为150nm-300nm，可以根据所述光束的波长设置所述第二调整部1222a的斜角和长度。优选的，所述光束的波长越长，所述第二调整部1222a的斜角越大，以便能够更好的调整所述入射光束。

请参考图6，图6是本发明实施例提供的第二种调整部件的整体结构示意图；所述调整部件121b包括形成于所述基底结构125b的第一表面的第一微结构层123b和形成于所述基底结构125b的第二表面的第二微结构层124b。

请参考图7和图8，所述第一微结构层123b包括至少一个第一微结构1211b，所述第二微结构层124b包括至少一个第二微结构1212b，一个所述第一微结构1211b与一个所述第二微结构1212b相对应。所述第一微结构层123b可以包括多个第一微结构1211b，所述第二微结构层124b可以包括多个所述第二微结构1212b。所述第一微结构1211b和所述第二微结构1212b均呈对称状。其中，多个所述第一微结构1211b可以为两个以上的所述第一微结构1211b，多个所述第二微结构1212b可以为两个以上的所述第二微结构1212b。所述第一微结构1211b和所述第二微结构1212b均包括第一调整部1221b和两个第二调整部1222b，所述第一调整部1221b两侧各设置有一个所述第二调整部1222b。所述第一调整部1221b的形状在所述基底结构125b的垂向上的截面呈四边形，位于所述第一调整部1221b两侧的所述第二调整部1222b与所述第一调整部1221b连接。

在本申请的实施例中，所述第一微结构1211和所述第二微结构1212在所述基底结构125上的投影均为多边形或圆形。

所述调整部件121a较所述调整部件121b对所述光束的调整性较好，所述调整部件121b较所述调整部件121a的结构以及工艺简单，优选的，采用所述调整部件121a。

请参考图9，图9是本发明实施例提供的调整部件的俯视图；所述基底结构125的第一表面设有遮光层1213，各所述第一微结构1211被所述遮光层1213围绕。所述遮光层1213能够吸收所述光束入射到所述第一微结构层123外的杂散光，能够避免所述杂散光对后续的测量造成干扰，从而提高所述投影物镜的测量精度。优选的，所述遮光层1213的材质可以为吸光的材料，比如金属等。所述遮光层1213的数量与所述第一微结构1211的数量相同，能够更好的吸收所述杂散光。

在本申请的实施例中，所述物面标记承载部件122包括第一透光区(未示出)和第一遮光区(未示出)，所述第一透光区与所述第一遮光区相邻且并列排布。所述像面标记承载部件141包括第二透光区(未示出)和第二遮光区，所述第二透光区与所述第二遮光区相邻且并列排布。所述第一透光区与所述第二透光区的结构相同，所述第一遮光区与所述第二遮光区的结构相同。所述光束入射到所述第一透光区，所述光束能够通过所述第一透光区形成所述第一衍射光，并且入射到所述投影物镜130。所述第一遮光区能够吸收所述光束入射到所述第一透光区外的散光。所述第一衍射光入射到所述第二透光区，所述第一衍射光能够通过所述第二透光区形成所述第二衍射光，所述第二遮光区吸收所述第一衍射光入射到所述第二透光区外的散光。优选的，所述第一遮光区和所述第二遮光区的材料可以为吸光材料，比如金属等。

所述第一透光区包括第一光栅阵列和第一针孔列阵，所述第一光栅阵列与所述第一针孔阵列相邻且并列排布。所述第二透光区包括第二光栅阵列和第二针孔阵列，所述第二光栅阵列与所述第二针孔阵列并列。其中，所述第一光栅阵列与所述第二光栅阵列的结构相同，所述第一针孔阵列与所述第二针孔阵列的结构相同。所述第一透光区和所述第二透光区的结构设置能够节省测量时间。在本申请的实施例中，所述第一光栅阵列与所述第二光栅阵列对应，所述第二针孔阵列与所述第二针孔阵列对应。所述第一针孔阵列和所述第二针孔阵列可以采用光阑阵列，采用光阑阵列能够节省材料。通过所述第二光栅阵列形成的所述第二衍射光可以用于测量所述投影物镜130的波像差，通过所述第二针孔阵列形成的所述第二衍射光可以用于测量所述投影物镜130的数值孔径。

在本申请的实施例中，所述探测器142可以放置于支撑板上，通过所述支撑板以支撑所述探测器142，所述支撑板可以为现有技术的支撑板，所述探测器142可以通过支柱与所述像面标记承载部件141连接，使所述探测器142固定，从而能够更好的接收所述第二衍射光。所述探测器142可以为图像探测器。优选的，所述探测器142可以为二维阵列光敏元件，所述探测器142可以位于所述像面标记承载部件141的远场探测面上，提高测量的精度。

请参考图10，其为本发明实施例提供的测量方法的流程示意图。基于同一发明构思，本申请还提供一种测量方法，用于测量投影物镜，具体包括以下步骤：

步骤S1：光束入射到调整部件；

步骤S2：所述光束通过所述调整部件经光束角度和/或光束分布的调整后入射到物面标记承载部件以形成第一衍射光；

步骤S3：所述第一衍射光通过所述投影物镜入射到像面标记承载部件以形成第二衍射光；

步骤S4：探测器接收所述第二衍射光以探测所述第二衍射光的光强，以得到所述投影物镜的波像差和/或数值孔径。

请继续参考图2，所述调整部件121能够调整所述光束的角度和分布，使得所述光束能够准确的入射到所述物面标记承载部件122。

所述物面标记承载部件122包括第一透光区和第一遮光区，所述像面标记承载部件141包括第二透光区和第二遮光区，所述第一透光区与所述第二透光区的结构相同，所述第一遮光区与所述第二遮光区的结构相同。所述第一透光区包括第一光栅阵列和第一针孔阵列，所述第二透光区包括第二光栅阵列和第二针孔阵列，所述第一光栅阵列与所述第二光栅阵列结构相同，所述第一针孔阵列与所述第二针孔阵列结构相同，且所述第一光栅阵列与所述第二光栅阵列对应，所述第一针孔阵列与所述第二针孔阵列对应。

通过所述第二光栅阵列形成的所述第二衍射光可以用于测量所述投影物镜130的波像差，通过所述第二针孔阵列形成的所述第二衍射光可以用于测量所述投影物镜130的数值孔径；具体的，通过所述光束入射到所述第一光栅阵列，所述第一衍射光入射到所述第二光栅阵列，所形成的第二衍射光，可以用于测量所述投影物镜130的波像差；通过所述光束入射到所述第一针孔阵列，所述第一衍射光入射到所述第二针孔阵列，或者可以是所述光束通过所述调整部件121调整后经所述投影物镜130入射到所述第二针孔阵列，所形成的第二衍射光，可以用于测量所述投影物镜130的数值孔径。具体的，通过所述光束入射到所述第一光栅阵列，所述第一衍射光入射到所述第二光栅阵列，所形成的第二衍射光，可以用于测量所述投影物镜130的波像差；通过所述光束入射到所述第一针孔阵列，所述第一衍射光入射到所述第二针孔阵列，或者可以是所述光束通过所述调整部件调整后经所述投影物镜130入射到所述第二针孔阵列，所形成的第二衍射光，可以用于测量所述投影物镜130的数值孔径。

综上可见，在本发明实施例提供的测量装置及其测量方法中，通过所述光束入射到所述调整部件上经调整后入射到所述物面标记承载部件以形成第一衍射光；所述调整部件能够调整所述光束的角度和所述光束的分布，能够使所述光束准确的入射到所述物面标记承载部件，以及能够使得所述光束汇聚。所述第一衍射光经所述投影物镜入射到所述像面单元；所述第一衍射光入射到所述像面标记承载部件上形成第二衍射光进而被所述探测器接收，所述探测器用于探测所述第二衍射光的光强以得到所述投影物镜的波像差和/或数值孔径。由此，能够提高所述投影物镜的测量精度，从而得到较准确的波像差以及数值孔径。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims

1.一种测量装置，用于测量投影物镜，其特征在于，所述测量装置包括发光单元、物面单元和像面单元；

所述发光单元用于提供光束；

所述第一衍射光经所述投影物镜入射到所述像面单元；

2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述调整部件包括基底结构、形成于所述基底结构的第一表面的第一微结构层和形成于所述基底结构的第二表面的第二微结构层，所述第一表面和所述第二表面相对，并且所述第一表面朝向所述发光单元，所述第二表面朝向所述投影物镜。

3.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述第一微结构层包括至少一个第一微结构，所述第二微结构层包括至少一个第二微结构，一个所述第一微结构与一个所述第二微结构相对应。

4.如权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述第一微结构层包括多个第一微结构，所述第二微结构层包括多个第二微结构，多个所述第一微结构和多个所述第二微结构均呈周期性排布。

5.如权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述基底结构的第一表面设有遮光层，各所述第一微结构被所述遮光层围绕。

6.如权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述第一微结构和所述第二微结构均呈对称状。

7.如权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述第一微结构和所述第二微结构均包括第一调整部和两个第二调整部，所述第一调整部两侧各设置有一个所述第二调整部，其中，所述第一调整部在所述基底结构的垂向上的截面呈弓形或四边形，所述第二调整部在所述基底结构的垂向上的截面呈三角形。

8.如权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述第一微结构和所述第二微结构在所述基底结构上的投影均为多边形或圆形。

9.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述物面标记承载部件包括第一透光区和第一遮光区，所述像面标记承载部件包括第二透光区和第二遮光区，所述第一透光区与所述第二透光区的结构相同，所述第一遮光区与所述第二遮光区的结构相同。

10.如权利要求9中所述的测量装置，其特征在于，所述光束入射到所述第一透光区以形成第一衍射光，所述第一遮光区吸收所述光束入射到所述第一透光区外的散光；所述第一衍射光入射到所述第二透光区以形成第二衍射光，所述第二遮光区吸收所述第一衍射光入射到所述第二透光区外的散光。

11.如权利要求10的测量装置，其特征在于，所述第一透光区包括第一光栅阵列和第一针孔阵列，所述第二透光区包括第二光栅阵列和第二针孔阵列，所述第一光栅阵列与所述第二光栅阵列结构相同，所述第一针孔阵列与所述第二针孔阵列结构相同，且所述第一光栅阵列与所述第二光栅阵列对应，所述第一针孔阵列与所述第二针孔阵列对应。

12.一种测量方法，用于测量投影物镜，其特征在于，所述测量方法包括：

光束入射到调整部件；

13.如权利要求12所述的测量方法，其特征在于，所述物面标记承载部件包括第一透光区和第一遮光区，所述像面标记承载部件包括第二透光区和第二遮光区，所述第一透光区与所述第二透光区的结构相同，所述第一遮光区与所述第二遮光区的结构相同。

14.如权利要求13所述的测量方法，其特征在于，所述光束入射到所述第一透光区，所述第一遮光区吸收所述光束入射到所述第一透光区外的散光；所述第一衍射光入射到所述第二透光区，所述第二遮光区吸收所述第一衍射光入射到所述第二透光区外的散光。

15.如权利要求14所述的测量方法，其特征在于，所述第一透光区包括第一光栅阵列和第一针孔阵列，所述第二透光区包括第二光栅阵列和第二针孔阵列，所述第一光栅阵列与所述第二光栅阵列结构相同，所述第一针孔阵列与所述第二针孔阵列结构相同，且所述第一光栅阵列与所述第二光栅阵列对应，所述第一针孔阵列与所述第二针孔阵列对应。

16.如权利要求15所述的测量方法，其特征在于，通过所述第二光栅阵列形成的所述第二衍射光用于测量所述投影物镜的波像差，通过所述第二针孔阵列形成的所述第二衍射光用于测量所述投影物镜的数值孔径。