[发明专利]光刻机透镜像差的检测装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体制造中光刻机设备的检测和监控方法。

背景技术

在半导体制造中，光刻是图形转移的关键性技术，光刻工艺的控制精度和分辨能力直接决定了半导体制造的技术能力。在影响光刻工艺的众多因素中，光刻机透镜的质量是根本性的因素，成像的好坏由透镜直接决定。

对于光学镜头，由于现有工艺技术和材料设备的限制，实际透镜的必然存在着像差，像差是决定透镜好坏的关键指标之一。常见的像差主要有球差(透镜边缘和中间聚焦不统一)，慧差(透镜左右上下聚焦不统一)，像散(透镜沿x轴、y轴方向聚焦不统一)等。

镜头的好坏一方面是在镜头生产过程中决定的，另一方面在使用过程中，随着时间的推移和不断的使用高功率激光曝光，镜头会产生老化、劣化，从而影响最终成像质量并进一步影响产品硅片上关键尺寸的控制能力。因此透镜像差的检测被列为光刻机日常检测和监控的项目之一，当透镜像差超出一定规格时，就需要光刻机厂商对镜头进行光路调整或镜头重新抛光加工。

请参阅图1，现有的光刻机透镜像差的检测方法包括如下步骤：

第1步，对光刻机的透镜使用特定的测试光罩进行曝光；

第2步，根据不同的像差测量项目选用不同的测量图形，通过SEM(电子扫描显微镜)进行测量并收集数据；

第3步，通过模型拟合得到不同测量图形所对应的光刻机透镜像差。

上述方法需要使用特定的测试光罩，需要对硅片进行曝光，还需要使用SEM进行测量，最后更需要工程师根据模型进行计算，整个过程花费时间较长，成本较高，而且一次只能得到像差中的一个测量项目的结果。如果需要测量所有的透镜像差项目，需要使用不同的测试图形重复上述步骤，这要花费很长的时间，因此现有的方法大大制约了透镜像差监控的频率。实际的半导体企业，一般半年或一年才会检测一次光刻机透镜像差，这不利于及时发现光刻机设备的透镜问题。

同时现有的方法通过某些特定的测试图形测量透镜像差，这并不能保证透镜的所有部分都可以被检测到，往往对于不同工艺的测试图形得到不同的像差结果，同时透镜局部区域的缺陷很难被发现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光刻机透镜像差的检测装置，该装置可简单、方便地检测光刻机透镜像差。为此，本发明还要提供一种光刻机透镜像差的检测方法。

为解决上述技术问题，本发明光刻机透镜像差测量装置包括：

一入射光发生装置，发射入射光；

一成像透镜，选取所述光刻机的主透镜；

一光栅和一硅片平台，分别放置在所述透镜的光路两侧；

一检测器，集成在所述硅片平台上，测量通过所述透镜的折射光在所述硅片平台上形成的焦点的位置、形状、大小和焦距。

本发明采用上述装置对光刻机透镜像差进行检测的方法包括如下步骤：

第1步，开启入射光发生装置，入射光照射到光栅上，通过光栅的衍射光或反射光照射到透镜上，通过透镜的折射光照射到硅片平台上；

第2步，调整所述硅片平台和所述透镜的距离、位置，直至所述折射光在所述硅片平台上形成焦点；

第3步，所述硅片平台上集成的检测器测量所述焦点的位置、形状、大小和焦距并判断是否符合要求；

第4步，沿X轴、Y轴和/或Z轴转动所述光栅，使所述衍射光或反射光照射到所述透镜的不同位置，重复第1步至第4步。

本发明无须使用光罩，无须进行曝光、也无须测量硅片，即可测量光刻机透镜像差。并且，本发明可对透镜的所有位置进行检测，可以一次性得到所有的主要像差的结果。与现有的需要用不同测试图形检测透镜像差的方法，本发明大大缩短了检测时间，同时简化了检测步骤，提高对设备的监控能力，保障了半导体制造的光刻工艺始终处于较高的技术水平，保障了产品制造的良品率和光刻机设备的利用效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有的光刻机透镜像差的测量方法流程图；

图2是本发明光刻机透镜像差的测量方法流程图；

图3是本发明采用透射光栅测量光刻机透镜相差的示意图；

图4是本发明采用反射光栅测量光刻机透镜相差的示意图；

图5是闪耀光栅和普通反射广设的对比示意图。

图中附图标记为：10-透射光栅；11-反射光栅；110-普通反射光栅；111-闪耀光栅；20-透镜；30-硅片平台；1-入射光；2-衍射光；3-反射光；4-折射光。

具体实施方式

请参阅图3(b)，本发明光刻机透镜像差的检测装置包括：