一种投影物镜数值孔径测量装置及测量方法

摘要

一种投影物镜数值孔径测量装置，包括：物面基底；物面基底入射光一侧具有散射元件，将入射光均匀散射在投影物镜；物面基底另一侧设计有针孔标记，针孔标记将入射光衍射经投影物镜成像在像面；投影物镜像面侧安装一移动台，该移动台可进行xy向高精度步进运动；以及移动台上安装探测器。测量方法包括如下步骤：根据投影物镜数值孔径设定值选择散射元件散射角；将掩模版上针孔标记移动到物面视场；将探测器移动到像面视场；采集光强分布图形；计算投影物镜数值孔径。使用本发明的一种原位测量投影物镜数值孔径的方法，实现了物镜数值孔径的原位与在线测量，同时测量方法简单、方便。

说明书

技术领域

本发明涉及一种投影物镜数值孔径的测量方法。

背景技术

投影物镜的数值孔径是衡量投影物镜性能的一项关键指标。目前，投影物镜数值孔径仅可在其未安装到光刻机前，采用离线的方法进行测量。由于投影物镜安装到光刻机后，其性能相对于未安装之前会有一定的变化，因此投影物镜数值孔径的原位测量对于保证数值孔径的设置精度具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种投影物镜数值孔径测量方法，该方法可在投影物镜集成到光刻机之后实现投影物镜数值孔径的原位与在线测量，解决了物镜数值孔径只能进行离线测量、而无法进行原位与在线测量的问题。

一种投影物镜数值孔径测量装置，包括：

物面基底；

物面基底入射光一侧具有散射元件，将入射光均匀散射在投影物镜；

物面基底另一侧设计有针孔标记，针孔标记将入射光衍射经投影物镜成像在像面；

投影物镜像面侧安装一移动台，该移动台可进行xy向高精度步进运动；以及

移动台上安装探测器。

其中，所述探测器为能量探测器。

其中，所述探测器为CCD或CMOS探测器。

其中，所述散射元件为针孔标记背面的粗糙平面。

一种投影物镜数值孔径测量方法，包括如下步骤：

根据投影物镜数值孔径设定值选择散射元件散射角；

将掩模版上针孔标记移动到物面视场；

将探测器移动到像面视场；

使用探测器采集光强分布图形；

计算投影物镜数值孔径。

使用本发明的一种原位测量投影物镜数值孔径的方法，实现了物镜数值孔径的原位与在线测量，同时测量方法简单、方便。

附图说明

图1所示为本发明投影物镜数值孔径的测量结构原理图；

图2所示为散射元件的入射光与出射光示意图；

图3所示为探测器测量扫描格点；

图4所示为针孔标记示意图；

图5所示为针孔掩模示意图；

图6所示为使用散射元件前物镜光瞳面光强分布；

图7所示为使用散射元件后物镜光瞳面光强分布；

图8所示为在线测量投影物镜数值孔径流程；

图9所示为原位测量投影物镜数值孔径流程。

具体实施方式

下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。为了便于描述和突出显示本发明，附图中省略了现有技术中已有的相关部件，并将省略对这些公知部件的描述。

图1所示为本发明投影物镜数值孔径的测量结构原理图。投影物镜101的物面基底107安装在物面基底支撑单元105上。在投影物镜101的物面基底107靠近投影物镜101一侧设计有针孔标记104，在包含针孔标记104区域另一侧安装一个散射元件108。该散射元件108将入射到其上的入射光进行散射，散射后的光经过物面基底107后照明针孔标记104，针孔标记104经投影物镜101后成像到像面109。在距离像面109一定距离处，安装一移动台102，该移动台可进行xy向高精度步进运动。在移动台102上安装探测器103。

本发明的测量原理如下：如图2所示，入射到散射元件108上的锥形光束具有一定的入射孔径角401，该入射孔径角401由照明系统数值孔径决定。入射光束经散射元件108散射后，形成新的锥形光束，该光束的出射孔径角402由物镜数值孔径决定，并大于入射孔径角401。散射元件108的散射角可用下式计算

α＝arcsin(NA)-arcsin(NA·σ).....................(公式1)

其中，NA为投影物镜数值孔径设定值，σ为照明部分相干因子。α为散射元件的散射角度。

之后该光束入射到物面基底上的针孔标记104上，光束经针孔衍射后进入投影物镜101，其衍射光将充满投影物镜101光瞳。经过投影物镜101后，针孔标记成像在像面109处。在远离像面109的位置处，将再现投影物镜光瞳面的光强分布。如图3所示，投影物镜光瞳所成图像501，其半径即为投影物镜光瞳半径。利用工件台上的探测器103测量物镜光瞳面501光强分布，利用光强分布计算图像501的半径，即可得到投影物镜的数值孔径。投影物镜数值孔径可利用下式计算：

$\mathrm{NA}=\frac{r}{\sqrt{f^2+r^2}}$.........................................(公式2)

其中，r为光强分布半径，f为测量面距离像面的距离，NA即为投影物镜数值孔径。

图4所示为针孔标记示意图。图中602为针孔标记的宽度，601为透光区域。图5所示为针孔掩模示意图。针孔掩模503的上表面被磨成粗糙表面504。

当工件台探测器选用CCD或CMOS类型探测器时，可实现投影物镜数值孔径的在线测量与校准。其在线测量与校准流程包括如下步骤：将掩模版上针孔标记移动到物面视场中心；将工件台探测器移动到像面视场中心；探测器在静态情况下采集光强分布图形；根据图形分布计算投影物镜数值孔径；将测量得到的数值孔径与设定值比较，并根据差值调整数值孔径设置。

当工件台探测器选用能量或功率类型光电探测器时，可实现投影物镜数值孔径的原位测量与校准。其原位测量流程包括如下步骤：将掩模版上针孔标记移动到物面视场中心；将工件台探测器移动到像面视场中心；探测器在XY平面内进行步进，并在每个步进点测量光强，获取物镜瞳面光强分布；根据图形分布计算投影物镜数值孔径。

实施例1：

本节描述采用本发明进行数值孔径测量的具体实施方式。如图1所示，进行数值孔径测量时，照明方式设置为传统照明，部分相干因子为0.88，若投影物镜数值孔径设定值为0.63，则选用的散射元件108的散射角度由公式(1)计算，并留一定的余量，余量可采用5度。

使用散射元件前后的物镜光瞳面光强分布分别如图6与图7所示，在使用散射元件后，物镜光瞳面被充满。掩模上的针孔标记，如图4所示，其尺寸可采用100um。探测器可使用接收紫外光的UV-818探测器。物面基底上的针孔经投影物镜后成像在像面处，在距离像面处0.5mm的平面上，使用移动台带动能量探测器在XY平面内进行步进，在每一个步进位置处，测量该位置处的光强。将能量探测器103测量得到的光强进行处理，即可得到物镜光瞳的光强分布401，如图3所示。将测量到的光强进行处理，获取光强分布的半径大小。根据公式(2)即可得到投影物镜的数值孔径。

实施例2：

如图1所示，进行数值孔径测量时，照明方式设置为传统照明，部分相干因子为0.88，若投影物镜数值孔径设定值为0.63。不再选用散射元件，直接将掩模针孔背面磨成粗糙平面，如图5所示，将针孔503的上表面502磨成粗糙平面，使其散射角度大于5度。掩模上的针孔标记，其尺寸可采用100um。探测器可使用接收紫外光的UV-818探测器。物面基底上的针孔经投影物镜后成像在像面处，在距离像面处0.5mm的平面上，使用移动台带动能量探测器在XY平面内进行步进，在每一个步进位置处，测量该位置处的光强。将测量到的光强进行处理，获取光强分布的半径大小。根据公式(2)即可得到投影物镜的数值孔径。

实施例3

如图1所示，进行数值孔径测量时，照明方式设置为传统照明，部分相干因子为0.88，若投影物镜数值孔径设定值为0.63。不再选用散射元件，直接将掩模针孔背面磨成粗糙平面，如图5所示，将针孔503的上表面502磨成粗糙平面，使其散射角度大于5度。掩模上的针孔标记，其尺寸可采用100um。探测器可使用接收紫外光的CCD或CMOS探测器。物面基底上的针孔经投影物镜后成像在像面处，在距离像面处0.5mm的平面上，使用CCD或CMOS探测器直接记录光瞳面图像。将测量到的光强进行处理，获取光强分布的半径大小。根据公式(2)即可得到投影物镜的数值孔径。

本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。