CN208207508U - 用于光刻机系统的在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光刻机性能参数的检测技术领域，具体涉及一种用于光刻机系统的在线检测装置。本实用新型旨在解决投影物镜在安装前后检测到的数值孔径存在差异的技术问题。为此目的，本实用新型提供了一种用于光刻机系统的在线检测装置，该在线检测装置包括能够设置于掩模台上的散射元件、能够设置于工件台上的数值孔径测量装置，光源经散射元件的散射光束覆盖投影物镜并通过投影物镜投影在数值孔径测量装置上，数值孔径测量装置能够根据散射光束投影在数值孔径测量装置上的投影光束检测投影物镜的数值孔径。本实用新型的在线检测装置能够对安装完成后的投影物镜的数值孔径进行原位在线、快速测量，从而提高投影物镜的数值孔径检测准确性。

Description

用于光刻机系统的在线检测装置

技术领域

本实用新型涉及光刻机性能参数的检测技术领域，具体涉及一种用于光刻机系统的在线检测装置。

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。

投影物镜与光源、照明系统并列为光刻机的三大核心部件，投影物镜的数值孔径是衡量投影物镜性能的一项关键参数，也是影响光刻分辨率的关键参数之一，随着光刻分辨率的提升，投影物镜的数值孔径持续增大，其中，浸没式光刻机数值孔径已达到1.35，因此，精准的投影物镜的数值孔径成为影响光刻分辨率的关键因素。其中，数值孔径(NA)是投影物镜与被投影物件(如芯片) 之间介质的折射率(n)和像方照明圆锥半角θ的正弦之乘积。用公式表示如下:NA ＝n*sinθ。

目前，在投影物镜集成到光刻机之前，采用离线方式测量投影物镜的数值孔径的方法比较多，也较容易实现，但是，由于投影物镜对于温度、振动等因素较为敏感，在投影物镜集成到光刻机后，投影物镜的性能相对于集成到光刻机之前会发生一定的变化，因此，对投影物镜集成到光刻机之后数值孔径的原位在线测量变得非常有意义。

专利CN1021116706A中提出了一种投影物镜的数值孔径原位在线测量的装置及方法，其采用经过特殊设计的物面基底，基底一侧具有散射元件，通过散射元件使光束充满投影物镜，基底的另一侧具有针孔标记，散射元件发出的入射光经投影物镜后成像在像面，针孔标记通过对成像测量达到测量数值孔径的目的，该方法虽然能够达到对数值孔径测量的目的，但是特殊设计的物面基底需要高精度专业加工，另外，该方法需要位于像面的移动台进行X/Y向高精度步进以及Z方向高精度定位，此过程对于移动台的要求较高。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足提出的一种用于光刻机系统的在线检测装置，该在线检测装置能够对安装完成后的投影物镜的数值孔径进行原位在线、快速测量，从而提高投影物镜的数值孔径检测准确性。该目的是通过以下技术方案实现的。

本实用新型的第一方面提供了一种用于光刻机系统的在线检测装置，光刻机系统包括光源、投影物镜、设置于投影物镜的物面处的掩模台、设置于投影物镜的像面处的工件台，其中，在线检测装置包括能够设置于掩模台上的散射元件、能够设置于工件台上的数值孔径测量装置，光源经过散射元件的散射光束覆盖投影物镜并通过投影物镜投影在数值孔径测量装置上，数值孔径测量装置能够根据散射光束投影在数值孔径测量装置上的投影光束检测投影物镜的数值孔径。

优选地，光源为准分子激光器，当散射元件设置于掩模台上，且散射元件的出口面向投影物镜设置时，散射元件能够将准分子激光器发射的激光束均匀散射于投影物镜上。

优选地，数值孔径测量装置包括投影探测器和设置于投影探测器面向投影物镜一侧的小孔板，投影光束通过小孔板以小孔成像的方式投影于投影探测器上。

优选地，小孔板包括石英基底以及部分覆盖于石英基底面向投影物镜一侧的金属膜层，金属膜层中间设置有通孔，投影光束穿过通孔后经石英基底折射在投影探测器上形成投影光斑。

优选地，投影探测器为CCD探测器，投影探测器用于采集投影光斑的半径尺寸。

优选地，数值孔径测量装置还包括与投影探测器连接的控制器，控制器根据石英基底的厚度、石英基底的折射率、石英基底与投影探测器之间的距离以及投影光斑的半径确定数值孔径。

本领域技术人员能够理解的是，本实用新型的用于光刻机系统的在线检测装置能够对安装完成后的投影物镜的数值孔径进行原位在线、快速测量，从而提高投影物镜的数值孔径检测准确性。具体地，当投影物镜安装至光刻机系统后，在线检测装置的散射元件安装至位于投影物镜物面处的掩模台上，在线检测装置的数值孔径测量装置安装至位于投影物镜像面处的工件台上，利用光刻机系统自身光源通过投影物镜投影到数值孔径测量装置，数值孔径测量装置根据投影光束测量投影物镜的数值孔径，从而实现对投影物镜的数值孔径原位在线测量的目的，提高投影物镜的数值孔径检测准确性。

进一步地，本实用新型的数值孔径测量装置包括投影探测器和设置于投影探测器面向投影物镜一侧的小孔板，投影光束通过小孔板以小孔成像的方式投影于投影探测器上，投影探测器根据投影其上的投影光斑确定投影物镜的数值孔径，从而实现对投影物镜的数值孔径精确、快速测量的效果。

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为本实用新型一个实施例的用于光刻机系统的在线检测装置的结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例的投影光束通过图1所示在线检测装置的示意图；

图3为本实用新型一个实施例的用于检测投影物镜的数值孔径的在线检测方法的流程示意图；

其中，12、掩模台；14、工件台；16、投影物镜；22、散射元件；24、数值孔径测量装置；242、金属膜层；243、石英基底；244、投影探测器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。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。需要说明的是，本实用新型通过将在线检测装置应用于检测光刻机系统中投影物镜的数值孔径只是一个优先实施例，并不是对本发在线检测装置应用范围的限制，例如，本实用新型的在线检测装置还可以用于其他具有类似投影物镜结构的设备，这种调整并不偏离本实用新型在线检测装置的保护范围。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、元件、部件、和/或它们的组合。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“面向”、“中间”、“侧”、“内”、“外”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

图1为本实用新型一个实施例的用于光刻机系统的在线检测装置的结构示意图。

如图1所示，本实用新型的第一方面提供了一种用于光刻机系统的在线检测装置，光刻机系统包括光源(图中未示出)、投影物镜16、设置于投影物镜 16的物面处的掩模台12、设置于投影物镜16的像面处的工件台14，其中，在线检测装置包括能够设置于掩模台12上的散射元件(下面进行详细描述)、能够设置于工件台14上的数值孔径测量装置24，光源经过散射元件的光束覆盖投影物镜16并通过投影物镜16投影在数值孔径测量装置24上，数值孔径测量装置24能够根据散射光束投影在数值孔径测量装置24上的投影光束检测投影物镜16的数值孔径。具体地，当投影物镜16集成到光刻机系统后，本实用新型在线检测装置的散射元件安装在光刻机系统的掩模台12上，位于投影物镜 16的物面处，数值孔径测量装置24安装在光刻机系统的工件台14上，位于投影物镜16的像面处，其中，光源经散射元件发射的散射光束能够覆盖整个投影物镜16，并通过投影物镜16将散射光束投影在数值孔径测量装置24上，数值孔径测量装置24根据散射光束的投影光束检测投影物镜16的数值孔径。本实用新型在投影物镜16集成到光刻机系统后，在线检测装置利用光刻机系统的掩模台12和工件台14测量投影物镜16的数值孔径，从而实现对投影物镜16的数值孔径进行原位在线测量的目的，提高投影物镜16的数值孔径检测准确性。需要说明的是，散射元件安装至掩模台12的安装结构可以采用掩模安装于掩模台12的安装结构，数值孔径测量装置24安装至工件台14上的安装结构可以采用芯片安装至工件台14上的安装结构，具体安装方式在此不再赘述。

继续参阅图1，根据本实用新型的实施例，光源为准分子激光器，当散射元件22设置于掩模台12上，且散射元件22的出口面向投影物镜16设置时，散射元件22能够将准分子激光器发射的激光束均匀散射于投影物镜16上。其中，准分子激光器可以使用光刻机系统中的激光发射器，以此降低在线检测装置的成本以及提高在线检测装置的检测精度。

继续参阅图1，根据本实用新型的实施例，数值孔径测量装置24包括投影探测器244和设置于投影探测器244面向投影物镜16一侧的小孔板(下面进行详细描述)，投影光束通过小孔板以小孔成像的方式投影于投影探测器244上。具体地，小孔板固定设置于投影探测器244面向投影物镜16的一侧，且小孔板与投影探测器244之间具有间隙，投影光束通过小孔板后以小孔成像的方式投影于投影探测器244上。

图2为本实用新型一个实施例的投影光束通过图1所示在线检测装置的示意图。

继续参阅图1以及参阅图2，其中图2为本实用新型一个实施例的投影光束通过图1所示在线检测装置的示意图。根据本实用新型的实施例，小孔板包括石英基底243以及部分覆盖于石英基底243面向投影物镜16一侧的金属膜层242，金属膜层242中间设置有通孔，投影光束穿过通孔后经石英基底243折射在投影探测器244上形成投影光斑。其中，石英基底243对金属膜层242具有支撑作用。

继续参阅图1和图2，根据本实用新型的实施例，投影探测器244包括CCD 探测器，投影探测器244用于采集投影光斑的半径尺寸。CCD探测器是一种硅基多通道阵列探测器，可以感应紫外、可见和近红外光，作为优选的实施例，本实用新型的CCD探测器可以为紫外CCD探测器。

继续参阅图1和图2，根据本实用新型的实施例，数值孔径测量装置还包括与投影探测器244连接的控制器，控制器根据石英基底243的厚度t、石英基底243的折射率n′、石英基底243与投影探测器244之间的距离h以及投影光斑的半径R确定数值孔径，控制器根据投影光斑圆周上的三个像素点，根据三个像素点的坐标求得投影光斑圆周的半径R，然后依据折射定律及小孔成像原理求得散射光束入射到小孔板上通孔的入射角度θ，该入射角度θ即为投影物镜 16的像方照明圆锥半角，从而求得投影物镜16的数值孔径。

继续参阅图1和图2，具体地，投影物镜16的数值孔径的测量原理为：投影探测器244采集投影光斑圆周上三个点A(x₁,y₁)、B(x₂,y₂)和C(x₃,y₃)，求A、 B和C三点所在圆周的半径。设A、B和C三点所在圆的圆心坐标为(a,b)，半径为R，则有：

将上式(1)中第一式分别减去第二式和第三式，并整理后得：

通过式(2)计算得半径R的表达式为：

设入射到通孔上的散射光束入射角为θ，散射光束第一次经过石英基底243 折射后，折射角为θ′，根据折射定律及几何理论有：

其中，t为石英基底的厚度，n′为石英基底的折射率，h为石英基底与投影探测器之间的距离，通过式(4)计算得出入射角θ的大小，该角即为像方照明圆锥半角，

根据投影物镜16的数值孔径的定义为折射率n与像方照明圆锥半角θ的正弦值之积，表示为：

NA＝n×sinθ 式(5)

根据式(5)即求出投影物镜16数值孔径NA。

图3为本实用新型一个实施例的用于检测投影物镜的数值孔径的在线检测方法的流程示意图。

继续参阅图1、图2以及参阅图3所示，本实用新型的第二方面提供了一种投影物镜16的数值孔径的在线检测方法，该在线检测方法用于本实用新型第一方面的投影物镜16的数值孔径的在线检测装置，该在线检测方法包括，将投影物镜16集成到光刻机系统中，并将光刻机系统中的掩模台12安装至投影物镜16的物面处，将散射元件22安装至掩模台12上，将准分子激光器安装至散射元件22与投影物镜16相对的一侧，将光刻机系统中的工件台14安装至投影物镜16的像面处，将数值孔径测量装置24安装至工件台14上，然后执行如下步骤：

步骤S10：准分子激光器发射准分子激光束，并调整照明系统到合适的模式，使准分子激光束能够发射至散射元件22；

步骤S12：准分子激光束经过散射元件22后形成的散射光束均匀散射于投影物镜16。步骤S12还包括：通过移动工件台14调整数值孔径测量装置24 的位置，使数值孔径测量装置24上的小孔板位于投影物镜16的像面处，具体地，使数值孔径测量装置24上的小孔板位于投影物镜16的像面处的焦距；

步骤S14：投影物镜16将散射光束投影于数值孔径测量装置24上，数值孔径测量装置24包括沿投影物镜16的方向依次连接的小孔板和投影探测器 244，其中步骤S14包括：步骤S142，投影物镜16将散射光束投影于数值孔径测量装置24上的小孔板上形成投影光束；步骤S144，投影光束经小孔板以小孔成像的方式在投影探测器244上形成投影光斑；

步骤S16：数值孔径测量装置24根据散射光束投影于数值孔径测量装置24 上的投影光束确定投影物镜16的数值孔径，其中步骤S16包括：控制器根据投影光斑的半径结合石英基底243的厚度、石英基底243的折射率、石英基底243 与投影探测器244之间的距离确定数值孔径，需要说明的是，工件台14为受控制器控制的移动式工件台14，控制器根据投影物镜16的投影光束控制工件台 14移动，直到工件台14上的小孔板位于投影物镜16的像面处。

下面以一个具体实施例对本实用新型的在线检测装置及方法进行进一步详细阐述。

具体实施例：

光刻机系统的照明方式设置为传统照明方式，并选取数值孔径NA＝0.75的投影物镜16，小孔板金属膜层242的中心设置有边长为100μm的方形通孔，石英基底243的厚度t设置为2.28mm，其在193nm波段的折射率n′＝1.5608，小孔板石英基底243到投影探测器244的距离为h为1.838±0.037mm，工件台 14设置为移动式工件台，通过移动式工件台调整投影探测器244的位置，当投影探测器244上的小孔板位于投影物镜16的像面处时，采集投影探测器244上投影光斑的位置，控制器根据公式(1)～(5)计算投影物镜16的数值孔径为0.7505。

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，可轻易想到的变化或替换，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 (6)

1.一种用于光刻机系统的在线检测装置，所述光刻机系统包括光源、投影物镜、设置于所述投影物镜的物面处的掩模台、设置于所述投影物镜的像面处的工件台，其特征在于，所述在线检测装置包括能够设置于所述掩模台上的散射元件、能够设置于所述工件台上的数值孔径测量装置，所述光源经过所述散射元件的散射光束覆盖所述投影物镜并通过所述投影物镜投影在所述数值孔径测量装置上，所述数值孔径测量装置能够根据所述散射光束投影在所述数值孔径测量装置上的投影光束检测所述投影物镜的数值孔径。

2.根据权利要求1所述的用于光刻机系统的在线检测装置，其特征在于，所述光源为准分子激光器，当所述散射元件设置于所述掩模台上，且所述散射元件的出口面向所述投影物镜设置时，所述散射元件能够将所述准分子激光器发射的激光束均匀散射于所述投影物镜上。

3.根据权利要求1所述的用于光刻机系统的在线检测装置，其特征在于，所述数值孔径测量装置包括投影探测器和设置于所述投影探测器面向所述投影物镜一侧的小孔板，所述投影光束通过所述小孔板以小孔成像的方式投影于所述投影探测器上。

4.根据权利要求3所述的用于光刻机系统的在线检测装置，其特征在于，所述小孔板包括石英基底以及部分覆盖于所述石英基底面向所述投影物镜一侧的金属膜层，所述金属膜层中间设置有通孔，所述投影光束穿过所述通孔后经所述石英基底折射在所述投影探测器上形成投影光斑。

5.根据权利要求4所述的用于光刻机系统的在线检测装置，其特征在于，所述投影探测器为CCD探测器，所述投影探测器用于采集所述投影光斑的半径尺寸。

6.根据权利要求5所述的用于光刻机系统的在线检测装置，其特征在于，所述数值孔径测量装置还包括与所述投影探测器连接的控制器，所述控制器根据所述投影光斑的半径结合所述石英基底的厚度、所述石英基底的折射率、所述石英基底与所述投影探测器之间的距离确定所述数值孔径。