CN208076920U - 光刻机投影物镜像方视场的在线测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光刻机投影物镜像方视场的在线测量装置，属于投影光刻性能检测领域，旨在解决现有技术中由于投影物镜像方视场较大、没有足够大尺寸的探测器直接在线测量的技术问题，其中，所述在线测量装置包括探测器、掩模板、掩模台和工件台，所述掩模板的中心具有长方形孔，在线测量时，光束将掩模板的长方形孔经所述投影物镜成像到像面处，所述探测器探测所述像面处的成像，所述在线测量装置基于掩模板标记成像的方式，解决了现有技术中存在的投影物镜像方视场较大、没有足够大尺寸的探测器进行直接测量的问题，实现了投影物镜集成后像方视场的在线测试，且测量速度快、易于推广应用。

Description

光刻机投影物镜像方视场的在线测量装置

技术领域

本实用新型属于投影光刻性能参数检测领域，具体涉及用于光刻投影曝光系统中的一种投影物镜像方视场的在线测量装置。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

近年来，集成电路行业迅猛发展，其行业水平已是当前世界各国信息化发展程度乃至综合国力的基础性标志之一。而集成电路能够持续微型化、集成化发展，主要得益于处于最顶端的光刻技术的不断发展与进步，该技术的难度、复杂度也是最大的。

投影物镜与光源、照明系统并列为光刻机的三大核心部件。投影物镜的设计、加工及检测都是高难度，极具挑战性的。其中，投影物镜的设计，要求同时具备大视场、高成像质量、高套刻精度、高透过率多项指标。目前，业界内主流光刻机是ArF(193nm)投影光刻机，其投影物镜像方视场是26mm*10.5mm，视场较大。

通常，投影物镜集成到光刻机整机之前，采用离线的方式测量像方视场的方法比较多；由于投影物镜受到温度、振动等环境因素影响较为敏感，投影物镜集成到整机之后，在光刻曝光之前，光刻机会借助探测器对于投影物镜像方视场进行测量，保证曝光区域，但是在光刻机具备曝光功能之前，由于投影物镜像方视场较大，很难有足够大尺寸的探测器直接在线测量。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对投影物镜像方视场较大，没有足够大尺寸的探测器能够直接测量的问题，提出一种投影物镜像方视场的在线测量装置，基于掩模板标记成像的方式，实现投影物镜集成后像方视场的测试，所述在线测量装置，规避安装之前环境因素对于投影物镜性能的影响，能够准确反应投影物镜集成之后的性能且测量速度快。上述技术目的是通过以下技术方案实现的：

一种光刻机投影物镜像方视场的在线测量装置，所述光刻机包括投影物镜、照明系统和光源系统，所述在线测量装置包括探测器、掩模板、掩模台和工件台，所述探测器安装在所述工件台上，所述工件台位于所述投影物镜的像面处，所述掩模板安装在所述掩模台上，所述掩模台位于所述投影物镜的物面处，所述掩模板的中央开设有长方形孔，在线测量时，所述光源系统产生的光束经过所述照明系统后从所述长方形孔中透过，并将所述长方形孔经所述投影物镜成像到所述像面处，所述探测器用以探测所述像面处的成像。

优选地，所述掩模板由基底和不透光的膜层组成，所述长方形孔位于所述膜层的中央。

优选地，所述膜层为金属膜层，所述基底为熔石英基底。

优选地，所述长方形孔的尺寸等于所述投影物镜的物方视场的尺寸。

进一步地，所述掩模台能够进行调整，使得所述掩模板位于所述投影物镜的物面处，所述工件台能够进行移动，使得所述探测器位于所述投影物镜的像面处，所述光束经所述投影物镜成像到所述像面处。

优选地，所述探测器为采用193nm紫外波段工作的CCD探测器。

优选地，所述光源系统为准分子光源系统，所述光束为准分子光束。

本实用新型还公开了采用上述光刻机投影物镜像方视场的在线测量装置进行投影物镜数值孔径测量的具体操作过程：

S1：使所述光束由所述照明系统入射到所述掩模板上，调整所述掩模台使得所述掩模板位于所述投影物镜的物面处，所述光束透过所述掩模板的长方形孔后，经所述投影物镜成像到像面处，移动所述工件台使所述探测器位于所述投影物镜的像面处，由于成像尺寸超过探测器尺寸，所述探测器接收到所述掩模板长方形孔标记一端的成像，采集第一幅图像；

S2：移动所述工件台，所述探测器接收到所述掩模板的长方形孔另一端的成像，采集第二幅图像；

S3：在采集的所述第一幅图像中，选取五个像素点的坐标，利用其中三个像素点坐标构成第一个三角形，在采集的所述第二幅图像中选取两个像素点坐标，利用其中一个像素点与第一幅图像中的两个像素点，构成第二个三角形，根据海伦公式，推导计算并获得所述投影物镜的像方视场的长度L及宽度W。

进一步地，上述步骤S3具体包括：

S31：所述第一幅图像的五个像素点坐标分别为A(x_A,y_A)、B(x_B,y_B)、C(x_C,y_C)、E(x_E,y_E)和F(x_F,y_F)，所述第二幅图像的两个像素点的坐标分别为D(x_D,y_D)和D2(x_D2,y_D2)；

S32：判断探测到的图像是否有变形，判断EF连线和DD2连线是否平行，若不平行，则通过所述工件台调整所述探测器的位置，直到所述EF连线和所述DD2连线平行；

S33：所述第一个三角形和第二个三角形分别为三角形ΔABC和ΔDEF，根据海伦公式分别计算上述两个三角形的面积:

S＝sqrt((a+b+c)(-a+b+c)(a-b+c)(a+b-c))/4 公式(1)

其中a、b和c为ΔABC三个顶点所对应的边长，计算ΔABC和ΔDEF的面积S_ΔABC和S_ΔDEF；

S34：计算所述投影物镜的像方视场的宽度W，

W＝2×S_ΔABC/|BC| 公式(2)

其中|BC|为ΔABC底边BC的长度；

S35：计算ΔDEF底边EF的高度l′，

l′＝2×S_ΔDEF/|EF| 公式(3)

S36：计算所述投影物镜的像方视场的长度L，判断D点在上述EF连线的左侧还是右侧，若所述D点在所述EF连线的右侧，则所述投影物镜的像方视场的长度L为：

L＝LS+l′ 公式(4)

其中LS为所述第一幅图像和所述第二幅图像工件台移动的距离；

若所述D点在所述EF连线的左侧，则所述投影物镜的像方视场的长度L为：

L＝LS-l′ 公式(5)

其中LS为所述第一幅图像和所述第二幅图像工件台移动的距离。

本实用新型还公开了一种采用上述光刻机投影物镜像方视场的在线测量装置进行投影物镜像方视场测量的具体操作过程：

S1：使所述光源系统正常出光，并将所述照明系统调整到合适模式；

S2：将所述掩模板安装在所述掩模台上，将所述探测器安装在所述工件台上；

S3：移动所述掩模台，调整掩模板位置至所述投影物镜的物面处；

S4：光束将掩模板表面的长方形孔标记经所述投影物镜成像到像面处，移动所述工件台，所述探测器采集长方形孔标记一端的成像图像，记为第一幅图像；

S5：移动所述工件台，所述探测器采集长方形孔标记另一端的成像图像，记为第二幅图像，记录所述工件台移动的距离；

S6：在所述第一幅图像选取五个像素点的坐标，利用其中三个像素点坐标构成第一个三角形，在采集的所述第二幅图像中选取两个像素点坐标，利用其中一个像素点与所述第一幅图像中的两个像素点，构成第二个三角形；

S7：根据海伦公式推导计算所述投影物镜的像方视场的长度L及宽度W。

相对于现有技术，本实用新型具有显著的优点和进步：

本实用新型提供的投影物镜像方视场的在线测量装置，基于掩模板标记成像的方式，实现了投影物镜集成后像方视场的在线测试，解决了投影物镜像方视场较大、没有足够大尺寸的探测器能够直接测量的问题，同时也规避了安装之前环境因素对于投影物镜性能的影响，成功验证了投影物镜集成的准确性。该在线测量装置，能够准确反应投影物镜集成之后的性能，且测量速度快，易于行业推广应用。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本实用新型实施例所提供的投影物镜像方视场在线测量平台示意图；

图2示出了本实用新型实施例所提供的投影物镜像方视场在线测量掩模板示意图；

图3示出了本实用新型实施例所提供的投影物镜像方视场在线测量推导原理示意图；

图4示出了本实用新型实施例所提供的投影物镜像方视场在线测量所采用的计算三角形ΔABC示意图；

图5示出了本实用新型实施例所提供的投影物镜像方视场在线测量所采用的计算三角形ΔDEF(D点位于EF线右侧)示意图；

图6示出了本实用新型实施例所提供的投影物镜像方视场长度测量(D点位于EF线左侧)示意图；

图7示出了本实用新型实施例所提供的投影物镜像方视场在线测量流程图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本申请进行详细的介绍说明。需要指出的是，虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了解决现有技术中存在的投影物镜像方视场较大、没有足够大尺寸的探测器能够直接对投影物镜像方视场进行测量的技术问题，本实用新型提供了一种光刻机投影物镜像方视场的在线测量装置，所述光刻机包括投影物镜11、照明系统(图中未示出)和光源系统(图中未示出)，参见图1，所述在线测量装置包括掩模板21、掩模台22、探测器31和工件台32，投影物镜11在集成设置在所述光刻机之后，探测器31安装在工件台32上，工件台32位于投影物镜11的像面处，掩模板21安装在掩模台22上，掩模台22位于投影物镜11的物面处，掩模台22能够进行调整，使得掩模板21位于投影物镜11的物面处，工件台32能够进行移动，使得探测器31位于投影物镜11的像面处，掩模板21的中心开设有长方形孔212，在线测量时，所述光源系统产生的光束经过所述照明系统后从长方形孔212中透过，并将长方形孔212(例如长方形孔的轮廓或边缘)经投影物镜11成像到所述像面处，所述探测器用于探测掩模板21经投影物镜11在所述像面处的成像；上述在线测量装置基于掩模板标记成像的方式，解决现有技术中存在的投影物镜像方视场较大、没有足够大尺寸的探测器进行直接测量的问题，实现了投影物镜集成后像方视场的在线测试，

参见图2，为利于像面处成像，所述掩模板由基底和不透光的膜层211(图中未示出)组成，长方形孔212位于所述膜层的中心位置；此外，为了利于进行投影物镜物方视场尺寸(长度L及宽度W)的精确推导计算，所述长方形孔的长l、宽w分别等于投影物镜物方视场的长宽尺寸；为了进一步提高光束成像质量，膜层211优选为金属膜层，所述基底优选为熔石英基底，此外，膜层211所用材料也可选用满足要求的其它不透光材料，基底所用材料也可以选用满足要求的其它无机非金属材料或者无机复合材料。继续参见图1，探测器31用于探测掩模板21中央的长方形孔经投影物镜11所成的像，为了保证较高的成像探测质量，本实施例中的探测器31优选为采用193nm紫外波段工作的CCD探测器或者其它满足具体要求的高性能探测器。由于光刻机中的光束质量对于后续成像和检测有着直接影响，因此，为了提供高功率的紫外光源，本实施例中的所述光源系统优选准分子光源系统，从而保证所述光源系统射出的光束为高功率的准分子光束。

参见图3-图6，为了实现对光刻机中投影物镜数值孔径的原位在线测量，本实用新型还提供了采用上述光刻机投影物镜像方视场的在线测量装置进行投影物镜数值孔径测量的具体操作步骤：

S1：使所述光束由所述照明系统入射到所述掩模板上，调整所述掩模台使得所述掩模板位于所述投影物镜的物面处，所述光束透过所述掩模板的长方形孔后，经所述投影物镜成像到像面处，移动所述工件台使所述探测器位于所述投影物镜的像面处，由于成像尺寸超过探测器尺寸，所述探测器接收到所述掩模板长方形孔标记一端的成像，采集第一幅图像；

S2：移动所述工件台，所述探测器接收到所述掩模板的长方形孔另一端的成像，采集第二幅图像；

S3：参见图3，在采集的所述第一幅图像中，选取五个像素点的坐标，参见图4-图5，利用其中三个像素点坐标构成第一个三角形，在采集的所述第二幅图像中选取两个像素点坐标，利用其中一个像素点与第一幅图像中的两个像素点，构成第二个三角形，根据海伦公式，推导计算并获得所述投影物镜的像方视场的长度L及宽度W。

进一步地，步骤S3具体包括：

S31：继续参加图3，所述第一幅图像的五个像素点坐标分别为A(x_A,y_A)、B(x_B,y_B)、C(x_C,y_C)、E(x_E,y_E)和F(x_F,y_F)，所述第二幅图像的两个像素点的坐标分别为D(x_D,y_D)和D2(x_D2,y_D2)；

S32：判断探测到的图像是否有变形，判断EF连线和DD2连线是否平行，若不平行，则通过所述工件台调整所述探测器的位置，直到所述EF连线和所述DD2连线平行；

S33：参见图4-图5，所述第一个三角形和第二个三角形分别为三角形ΔABC和ΔDEF，根据海伦公式分别计算上述两个三角形的面积:

S＝sqrt((a+b+c)(-a+b+c)(a-b+c)(a+b-c))/4 公式(1)

其中a、b和c为ΔABC三个顶点所对应的边长，计算ΔABC和ΔDEF的面积S_ΔABC和S_ΔDEF；

S34：计算所述投影物镜的像方视场的宽度W，

W＝2×S_ΔABC/|BC| 公式(2)

其中|BC|为ΔABC底边BC的长度；

S35：计算ΔDEF底边EF的高度l′，

l′＝2×S_ΔDEF/|EF| 公式(3)

S36：参见图6，计算所述投影物镜的像方视场的长度L，判断D点在上述EF连线的左侧还是右侧，若所述D点在所述EF连线的右侧，则所述投影物镜的像方视场的长度L为：

L＝LS+l′ 公式(4)

其中LS为所述第一幅图像和所述第二幅图像工件台移动的距离；

若所述D点在所述EF连线的左侧，则所述投影物镜的像方视场的长度L为：

L＝LS-l′ 公式(5)

其中LS为所述第一幅图像和所述第二幅图像工件台移动的距离。

参见图7，为了实现对投影物镜像方视场的在线测量，本实用新型还提供了一种采用上述光刻机投影物镜像方视场的在线测量装置进行投影物镜像方视场测量的具体操作步骤：

S1：使所述光源系统正常出光，并将所述照明系统调整到合适模式；

S2：将所述掩模板安装在所述掩模台上，将所述探测器安装在所述工件台上；

S3：移动所述掩模台，调整掩模板位置至所述投影物镜的物面处；

S4：光束将掩模板表面的长方形孔标记经所述投影物镜成像到像面处，移动所述工件台，所述探测器采集长方形孔标记一端的成像图像，记为第一幅图像；

S5：移动所述工件台，所述探测器采集长方形孔标记另一端的成像图像，记为第二幅图像，记录所述工件台移动的距离；

S6：在所述第一幅图像选取五个像素点的坐标，利用其中三个像素点坐标构成第一个三角形，在采集的所述第二幅图像中选取两个像素点坐标，利用其中一个像素点与所述第一幅图像中的两个像素点，构成第二个三角形；

S7：根据海伦公式推导计算所述投影物镜的像方视场的长度L及宽度W。

上述在线测量操作基于掩模板标记成像的方式，实现了投影物镜集成后像方视场的测试，成功规避了安装之前环境因素对于投影物镜性能的影响，能够准确反应投影物镜集成之后的性能参数，并且测量速度快、易于行业应用和推广。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的修改、等同替换或改进等，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种光刻机投影物镜像方视场的在线测量装置，所述光刻机包括投影物镜、照明系统和光源系统，其特征在于：所述在线测量装置包括探测器、掩模板、掩模台和工件台，所述探测器安装在所述工件台上，所述工件台位于所述投影物镜的像面处，所述掩模板安装在所述掩模台上，所述掩模台位于所述投影物镜的物面处，所述掩模板的中央开设有长方形孔，在线测量时，所述光源系统产生的光束经过所述照明系统后从所述长方形孔中透过，并将所述长方形孔经所述投影物镜成像到所述像面处，所述探测器用以探测所述像面处的成像。

2.根据权利要求1所述的一种光刻机投影物镜像方视场的在线测量装置，其特征在于：所述掩模板由基底和不透光的膜层组成，所述长方形孔位于所述膜层的中央。

3.根据权利要求2所述的一种光刻机投影物镜像方视场的在线测量装置，其特征在于：所述膜层为金属膜层，所述基底为熔石英基底。

4.根据权利要求2所述的一种光刻机投影物镜像方视场的在线测量装置，其特征在于：所述长方形孔的尺寸等于所述投影物镜的物方视场的尺寸。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的光刻机投影物镜像方视场的在线测量装置，其特征在于：所述掩模台能够进行调整，使得所述掩模板位于所述投影物镜的物面处，所述工件台能够进行移动，使得所述探测器位于所述投影物镜的像面处，所述光束经所述投影物镜成像到所述像面处。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的一种光刻机投影物镜像方视场的在线测量装置，其特征在于：所述探测器为采用193nm紫外波段工作的CCD探测器。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的一种光刻机投影物镜像方视场的在线测量装置，其特征在于：所述光源系统为准分子光源系统，所述光束为准分子光束。