CN115685688A - 波像差测量装置及波像差测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种波像差测量装置及波像差测量方法，包括沿光路方向依次设置的光源、第一基板、投影物镜、第二基板及图像探测单元，所述光源用于发出照明光束；所述第一基板上设有沿X向延伸的第一光栅和沿Y向延伸的第二光栅，所述第一光栅沿Y向的宽度大于所述照明光束的视场沿Y向的宽度，所述第二光栅沿Y向的宽度大于所述照明光束的视场沿Y向的宽度；所述第二基板上设有沿X向延伸的第三光栅和沿Y向延伸的第四光栅；所述投影物镜将透过所述第一基板的照明光束投影至所述第二基板上，沿Y向移动所述第二基板，所述图像探测单元获取动态波像差图像。本发明提高了动态波像差的测量精度及测量效率。

Description

波像差测量装置及波像差测量方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种波像差测量装置及波像差测量方法。

背景技术

波像差，由于实际光学系统存在像差，球面波经光学系统后所形成的波面已不是球面，这种实际波面与理想波面的之间的光程差即为波像差，对于一般的光学系统，几何像差可简单直观地评价光学系统质量，但对于高像质要求的光学系统，必须进一步研究光波的波面经光学系统后的变形情况，波像差越小，系统的成像质量越好。

在现有技术中，通常只针对单视场点的测量，即静态波像差测量；对于动态波像差测量，需要进行动态波像差拟合，即需对较多的离散视场点进行波像差测试，导致探测时间长；并且由于光源发出的照明光束沿Y向为类高斯分布，曝光剂量的不同，沿Y向不同位置视场点的波像差对曝光性能的影响权重也不同，无法直接求得光强分布对动态波像差的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种波像差测量装置及波像差测量方法，以提高动态波像差的测量精度及测量效率。

为了达到上述目的，本发明提供了一种波像差测量装置，包括沿光路方向依次设置的光源、第一基板、投影物镜、第二基板及图像探测单元，其中，所述光源用于发出照明光束；所述第一基板上设有沿X向延伸的第一光栅和沿Y向延伸的第二光栅，所述第一光栅沿Y向的宽度大于所述照明光束的视场沿Y向的宽度，所述第二光栅沿Y向的宽度大于所述照明光束的视场沿Y向的宽度；所述第二基板上设有沿X向延伸的第三光栅和沿Y向延伸的第四光栅；所述投影物镜将透过所述第一基板的照明光束投影至所述第二基板上，沿Y向移动所述第二基板，以使所述图像探测单元获取透过所述第二基板的照明光束的动态波像差图像。

可选的，所述投影物镜的倍率为N，所述第一光栅及所述第二光栅的周期为所述第三光栅和所述第四光栅的周期的N倍。

可选的，所述第一光栅沿Y向的宽度与所述第二光栅沿Y向的宽度相同，且所述第一光栅和所述第二光栅的中心在Y向上的位置相同；所述第三光栅沿Y向的宽度与所述第四光栅沿Y向的宽度相同，且所述第三光栅与所述第四光栅的中心在Y向上的位置相同。

可选的，所述第一光栅及所述第二光栅在X向上具有间距；所述第三光栅及所述第四光栅在X向上具有间距。

可选的，所述第一光栅、所述第二光栅、所述第三光栅和所述第四光栅的占空比均为1：1。

可选的，所述第一光栅、所述第二光栅、所述第三光栅和所述第四光栅均为一维光栅。

可选的，在所述图像探测单元和所述第二基板之间具有空气间隙。

可选的，还包括运动台，用于驱动所述第二基板沿Y向移动。

一种利用如上所述的波像差测量装置的波像差测量方法，包括：

光源发出的照明光束入射至第一基板上；

沿Y向移动第二基板，以使投影物镜将透过所述第一基板的照明光束投影至所述第二基板上；以及，

沿Y向移动所述第二基板，图像探测单元获取透过所述第二基板的照明光束的动态波像差图像。

可选的，沿Y向移动所述第二基板时，将所述第二基板从刚好进入所述照明光束的视场沿Y向移动至完全移出所述照明光束的视场。

可选的，沿Y向移动所述第二基板时，所述第一基板保持静止。

在本发明提供的一种波像差测量装置及波像差测量方法中，第一基板上设有沿X向延伸的第一光栅和沿Y向延伸的第二光栅，第一光栅沿Y向的宽度大于照明光束的视场沿Y向的宽度，第二光栅沿Y向的宽度大于照明光束的视场沿Y向的宽度，以使在Y向上照明光束能够全部通过第一光栅及第二光栅；第二基板上设有沿X向延伸的第三光栅和沿Y向延伸的第四光栅，沿Y向移动第二基板，以使投影物镜将透过第一基板的照明光束投影至第二基板上，当第二基板沿Y向移动出照明光束的视场，图像探测单元获取透过第二基板的照明光束的动态波像差图像；由于光源发出的照明光束沿Y向为类高斯分布，当曝光剂量不同时，将第二基板沿Y向移动进行动态测量获得的动态波像差图像更准确，动态波像差的测量精度较高，并且无须对多个离散视场点进行多次测量拟合得到动态波像差，从而提高了动态波像差的测量精度及测量效率。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的波像差测量装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的波像差测量装置中第一光栅和第二光栅的示意图；

图3为本发明一实施例提供的波像差测量装置中第三光栅和第四光栅的示意图；

图4为本发明一实施例提供的波像差测量方法的流程图；

其中，附图标记为：

10-第一基板；11-物面光栅标记；111-第一光栅；112-第二光栅；20-投影物镜；30-第二基板；31-像面光栅标记；311-第三光栅；312-第四光栅；40-图像探测单元；50-空气间隙。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，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。

图1为本实施例提供的波像差测量装置的结构示意图，图2为本实施例提供的波像差测量装置中第一光栅和第二光栅的示意图，图3为本实施例提供的波像差测量装置中第三光栅和第四光栅的示意图。请参考图1～图3，波像差测量装置包括沿光路方向依次设置的光源(图中未示出)、第一基板10、投影物镜20、第二基板30及图像探测单元40，其中光源用于发出照明光束。

第一基板10上设有物面光栅标记11，第一基板10由透光材料制成，第一基板10的底部涂敷有不透光材料，例如采用铬，物面光栅标记11通过去掉不透光材料的方法制成。当照明光束照射至第一基板10上，为了使在Y向上照明光束能够全部通过物面光栅标记11，并且需要进行X方向和Y方向的测量，因此物面光栅标记11包括沿X向延伸的第一光栅和沿Y向延伸的第二光栅，且第一光栅111沿Y向的宽度大于照明光束的视场沿Y向的宽度，第二光栅112沿Y向的宽度大于照明光束的视场沿Y向的宽度，X向和Y向垂直。照明光束在X向和Y向上具有一定的视场范围，由于照明光束沿Y向为类高斯分布，曝光剂量的不同，沿Y向不同位置视场点的波像差对曝光性能的影响权重也不同，因此需要测量沿Y向整个曝光视场的动态波像差，在后续进行曝光扫描时，沿Y向进行扫描。

在本实施例中，要求第一光栅111沿Y向的宽度L大于照明光束的视场沿Y向的宽度，第二光栅112沿Y向的宽度L大于照明光束的视场沿Y向的宽度，但不限定第一光栅111沿X向的宽度及第二光栅112沿X向的宽度。为了缩小第一基板10的面积及便于光栅布局，优选第一光栅111沿Y向的宽度与第二光栅112沿Y向的宽度相同，且第一光栅111和第二光栅112的中心在Y向上的位置相同。并且在沿X向上第一光栅111及第二光栅112之间具有间距d1，第一光栅111及第二光栅112的占空比均为1：1，且第一光栅111及第二光栅112均为一维光栅。

第二基板30上设有像面光栅标记31，同样第二基板30由透光材料制成，第二基板30的底部涂敷有不透光材料，例如采用铬，像面光栅标记22通过去掉不透光材料的方法制成。为了使透过第一基板10的照明光束投影至第二基板30上，并且透过第二基板30被图像探测单元40获取，因此像面光栅标记31包括沿X向延伸的第三光栅311和沿Y向延伸的第四光栅312，第三光栅311和第四光栅312的位置需要与第一光栅111及第二光栅112的位置对应，以使透过第一光栅111的照明光束投影至第三光栅311上，并透过第三光栅311被图像探测单元40获取；透过第二光栅112的照明光束投影至第四光栅312上，并透过第四光栅312被图像探测单元40获取。

在本实施例中，不对第三光栅311和第四光栅312的尺寸进行限定，即不要求第三光栅311和第四光栅312沿X向和Y向的宽度，具体示实际情况而定。为了缩小第二基板30的面积及便于光栅布局，优选第三光栅311沿Y向的宽度与第四光栅312沿Y向的宽度相同，且第三光栅311及第四光栅312的中心在Y向上的位置相同。并且在沿X向上第三光栅311及第四光栅312之间具有间距d2，第三光栅311及第四光栅312之间的间距d2与第一光栅111及第二光栅112之间的间距d1不同，d1和d2与投影物镜20的倍率有关。第三光栅311及第四光栅312的占空比均为1：1，且第三光栅311及第四光栅312均为一维光栅。

在本实施例中，投影物镜20的倍率为N，第一光栅111及第二光栅112的周期均为P，则第三光栅311及第四光栅312的周期均为P/N，即第一光栅111及第二光栅112的周期为第三光栅311及第四光栅312的周期的N倍。

进一步地，图像探测单元40位于第二基板30的正下方，用于获取动态波像差图像，图像探测单元40为高信噪比和高动态范围的面阵图像采集元件。在图像探测单元40和第二基板30之间设有空气间隙50，以形成远场探测条件。

进一步地，还包括运动台(图中未示出)，将第二基板30及图像探测单元40放置于运动台上，运动台驱动第二基板30和图像探测单元40一起沿Y向移动，图1中箭头方向为沿Y向移动方向。

当照明光束照射至第一光栅111及第二光栅112上后发生衍射，此时第二基板30处于照明光束的视场外，即处于曝光视场外，为了测量Y向上照明光束的视场的动态波像差，于是沿Y向移动第二基板30使透过第一基板10的照明光束被投影物镜20投影至第二基板30上，汇聚于第三光栅311及第四光栅312上发生剪切干涉，形成剪切干涉条纹，由图像探测单元40的探测面记录干涉图像，在第二基板30移动过程中，第二基板30一直处于曝光视场内，图像探测单元40的探测面实时记录干涉图像，在将第二基板30沿Y向移动出照明光束的视场后，图像探测单元40的探测面记录的干涉图像是沿Y向整个曝光视场中所有视场点的干涉图像的积分，即沿Y向整个曝光视场的动态波像差图像。

在本实施例中，由于第一基板上设有沿X向延伸的第一光栅和沿Y向延伸的第二光栅，第一光栅沿Y向的宽度大于照明光束的视场沿Y向的宽度，第二光栅沿Y向的宽度大于照明光束的视场沿Y向的宽度，以使在Y向上照明光束能够全部通过第一光栅及第二光栅；第二基板上设有沿X向延伸的第三光栅和沿Y向延伸的第四光栅，沿Y向移动第二基板，以使投影物镜将透过第一基板的照明光束投影至第二基板上，当第二基板沿Y向移动出照明光束的视场，图像探测单元获取透过第二基板的照明光束的动态波像差图像；由于光源发出的照明光束沿Y向为类高斯分布，当曝光剂量不同时，将第二基板沿Y向移动进行动态测量获得的动态波像差图像更准确，动态波像差的测量精度较高，并且无须对多个离散视场点进行多次测量拟合得到动态波像差，从而提高了动态波像差的测量精度及测量效率。

图4为本实施例提供的波像差测量方法的流程图。请参考图4，利用上述的波像差测量装置的波像差测量方法包括：

步骤S1：光源发出的照明光束入射至第一基板上；

步骤S2：沿Y向移动第二基板，以使投影物镜将透过第一基板的照明光束投影至第二基板上；以及，

步骤S3：沿Y向移动第二基板，图像探测单元获取透过第二基板的照明光束的动态波像差图像。

下面对本实施例提供的波像差测量方法进行详细说明。

执行步骤S1：将第一基板放置于掩模台上保持静止不动，且第二基板放置于运动台上，并且使第二光栅及第四光栅的延伸方向与Y向相同，运动台能够给第二基板提供沿Y向的运动，光源发出的照明光束入射至第一基板上。

执行步骤S2：在光源发出的照明光束入射至第一基板上时，此时第二基板处于照明光束的视场外，照明光束的视场为曝光视场，透过第一基板的照明光束未透过第二基板。利用运动台驱动第二基板沿Y向移动，Y向为照明光束的视场的Y方向，透过第一基板的照明光束被投影物镜投影至第二基板上，汇聚于第三光栅及第四光栅上发生剪切干涉，形成剪切干涉条纹，由图像探测单元的探测面记录干涉图像。运动台驱动第二基板沿Y向移动时，第一基板始终保持静止。

执行步骤S3：由于照明光束沿Y向为类高斯分布，曝光剂量的不同，沿Y向不同位置视场点的波像差对曝光性能的影响权重也不同，因此需要测量沿Y向整个曝光视场的动态波像差。运动台继续驱动第二基板沿Y向移动，在移动过程中第一基板始终保持静止，透过第一基板的照明光束被投影物镜投影至第二基板上，汇聚于第三光栅及第四光栅上发生剪切干涉，形成剪切干涉条纹，由图像探测单元的探测面记录干涉图像，在第二基板移动过程中，第二基板一直处于曝光视场内，图像探测单元的探测面实时记录干涉图像，直至将第二基板沿Y向完全移动出曝光视场，图像探测单元的探测面记录的干涉图像是沿Y向照明光束中所有视场点的干涉图像的积分，即沿Y向照明光束的视场的动态波像差图像。将第二基板沿Y向移动进行动态测量获得的动态波像差图像更准确，动态波像差的测量精度较高，并且无须对多个离散视场点进行多次测量拟合得到动态波像差，从而提高了动态波像差的测量精度及测量效率。

综上，在本发明提供的一种波像差测量装置及波像差测量方法中，第一基板上设有沿X向延伸的第一光栅和沿Y向延伸的第二光栅，第一光栅沿Y向的宽度大于照明光束的视场沿Y向的宽度，第二光栅沿Y向的宽度大于照明光束的视场沿Y向的宽度，以使在Y向上照明光束能够全部通过第一光栅及第二光栅；第二基板上设有沿X向延伸的第三光栅和沿Y向延伸的第四光栅，沿Y向移动第二基板，以使投影物镜将透过第一基板的照明光束投影至第二基板上，当第二基板沿Y向移动出照明光束的视场，图像探测单元获取透过第二基板的照明光束的动态波像差图像；由于光源发出的照明光束沿Y向为类高斯分布，当曝光剂量不同时，将第二基板沿Y向移动进行动态测量获得的动态波像差图像更准确，动态波像差的测量精度较高，并且无须对多个离散视场点进行多次测量拟合得到动态波像差，从而提高了动态波像差的测量精度及测量效率。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种波像差测量装置，其特征在于，包括沿光路方向依次设置的光源、第一基板、投影物镜、第二基板及图像探测单元，其中，所述光源用于发出照明光束；所述第一基板上设有沿X向延伸的第一光栅和沿Y向延伸的第二光栅，所述第一光栅沿Y向的宽度大于所述照明光束的视场沿Y向的宽度，所述第二光栅沿Y向的宽度大于所述照明光束的视场沿Y向的宽度；所述第二基板上设有沿X向延伸的第三光栅和沿Y向延伸的第四光栅；所述投影物镜将透过所述第一基板的照明光束投影至所述第二基板上，沿Y向移动所述第二基板，以使所述图像探测单元获取透过所述第二基板的照明光束的动态波像差图像。

2.如权利要求1所述的波像差测量装置，其特征在于，所述投影物镜的倍率为N，所述第一光栅及所述第二光栅的周期为所述第三光栅和所述第四光栅的周期的N倍。

3.如权利要求1所述的波像差测量装置，其特征在于，所述第一光栅沿Y向的宽度与所述第二光栅沿Y向的宽度相同，且所述第一光栅和所述第二光栅的中心在Y向上的位置相同；所述第三光栅沿Y向的宽度与所述第四光栅沿Y向的宽度相同，且所述第三光栅与所述第四光栅的中心在Y向上的位置相同。

4.如权利要求3所述的波像差测量装置，其特征在于，所述第一光栅及所述第二光栅在X向上具有间距；所述第三光栅及所述第四光栅在X向上具有间距。

5.如权利要求4所述的波像差测量装置，其特征在于，所述第一光栅、所述第二光栅、所述第三光栅和所述第四光栅的占空比均为1：1。

6.如权利要求5所述的波像差测量装置，其特征在于，所述第一光栅、所述第二光栅、所述第三光栅和所述第四光栅均为一维光栅。

7.如权利要求1所述的波像差测量装置，其特征在于，在所述图像探测单元和所述第二基板之间具有空气间隙。

8.如权利要求1所述的波像差测量装置，其特征在于，还包括运动台，用于驱动所述第二基板沿Y向移动。

9.一种利用如权利要求1～8中任一项所述的波像差测量装置的波像差测量方法，其特征在于，包括：

光源发出的照明光束入射至第一基板上；

沿Y向移动第二基板，以使投影物镜将透过所述第一基板的照明光束投影至所述第二基板上；以及，

沿Y向移动所述第二基板，图像探测单元获取透过所述第二基板的照明光束的动态波像差图像。

10.如权利要求9所述的波像差测量方法，其特征在于，沿Y向移动所述第二基板时，将所述第二基板从刚好进入所述照明光束的视场沿Y向移动至完全移出所述照明光束的视场。

11.如权利要求9或10所述的波像差测量方法，其特征在于，沿Y向移动所述第二基板时，所述第一基板保持静止。

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