[發(fā)明專利]一種高精度、高空間分辨率的橫向剪切干涉波前測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510435697.X
• 申請(qǐng)日: 2015-07-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105067130B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴鳳釗;王向朝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01J9/02
• 分類號(hào): G01J9/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 張澤純,張寧展

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種橫向剪切干涉波前測(cè)量方法，特別是一種高精度、高空間分辨率的橫向剪切干涉波前測(cè)量方法。

背景技術(shù)

橫向剪切干涉是一種自干涉波前測(cè)量技術(shù)，待測(cè)波前與其自身橫向平移的部分產(chǎn)生干涉，消除了對(duì)額外參考波面的需求，因此理論上可以達(dá)到很高的測(cè)量精度。橫向剪切干涉是一種共光路干涉技術(shù)，其對(duì)振動(dòng)和環(huán)境擾動(dòng)不敏感，對(duì)測(cè)量環(huán)境的要求不高。另外，橫向剪切干涉對(duì)光源的空間相干性要求較低，且其靈敏度可以通過(guò)調(diào)整剪切量的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于以上優(yōu)點(diǎn)，橫向剪切干涉在波前測(cè)量領(lǐng)域得到了很重要的應(yīng)用。隨著波前測(cè)量精度要求進(jìn)入亞納米尺度，橫向剪切干涉的重要性日益凸顯，尤其是在光刻技術(shù)領(lǐng)域。光刻機(jī)是極大規(guī)模集成電路制造的核心裝備，其投影物鏡是一直是高端光學(xué)成像系統(tǒng)的代表。集成電路特征尺寸的持續(xù)縮小，對(duì)光刻機(jī)投影物鏡的分辨率提出的要求越來(lái)越高，因此對(duì)投影物鏡波像差的檢測(cè)和控制技術(shù)的精度要求也越來(lái)越高。目前最高端的商用光刻機(jī)的投影物鏡的波像差已經(jīng)控制到亞納米量級(jí)，波像差檢測(cè)技術(shù)的精度需要達(dá)到更高。無(wú)論是對(duì)當(dāng)前最高端的、用于1xnm節(jié)點(diǎn)集成電路量產(chǎn)的商用光刻機(jī)，即193nm浸沒(méi)式光刻，還是最有希望在10nm以下節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的下一代光刻技術(shù)，即極紫外光刻，橫向剪切干涉都是能夠用于投影物鏡波像差原位檢測(cè)的、為數(shù)不多的幾種技術(shù)中的重要的一種。特別地，國(guó)際光刻機(jī)巨頭ASML公司在其系列商用高端光刻機(jī)中以橫向剪切干涉技術(shù)作為投影物鏡波像差原位檢測(cè)技術(shù)，其具有測(cè)量精度高、速度快、工作穩(wěn)定、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。在ASML公司當(dāng)前最先進(jìn)的面向1x nm節(jié)點(diǎn)的商用光刻機(jī)NXT1970Ci中，同樣采用橫向剪切干涉作為其波像差檢測(cè)技術(shù)，且能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)掩模同軸對(duì)準(zhǔn)功能。簡(jiǎn)言之，橫向剪切干涉技術(shù)是當(dāng)今非常重要的一種高精度的波前測(cè)量技術(shù)。

橫向剪切干涉的一個(gè)特點(diǎn)，同時(shí)也是一個(gè)缺點(diǎn)，是其直接的測(cè)量結(jié)果不是待測(cè)波前自身，而是其在兩個(gè)正交剪切方向上的差分，即差分波前，因此需要從差分波前中重建出待測(cè)波前。重建方法有很多種，可以分為模式法和區(qū)域法兩大類。模式法是將待測(cè)波前展開(kāi)為一組基函數(shù)，通過(guò)測(cè)量的差分波前求解待測(cè)波前的基函數(shù)系數(shù)。模式法是一種擬合方法，其擬合的精度受限于重建采用的基函數(shù)的項(xiàng)數(shù)。參與重建的項(xiàng)數(shù)越多，則重建精度越高，反之亦然。然而，受限于計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，以及計(jì)算時(shí)間的要求，參與重建的項(xiàng)數(shù)不可能無(wú)限制的增大，因此，模式法重建存在原理性誤差。而且，重建的空間分辨率也受限于參與重建的項(xiàng)數(shù)，對(duì)于較復(fù)雜的像差，通過(guò)低階項(xiàng)不能重建。區(qū)域法是根據(jù)剪切原理通過(guò)一個(gè)系數(shù)矩陣建立離散的待測(cè)波前和離散的差分波前之間的關(guān)系方程組，通過(guò)最小二乘法求解待測(cè)波前在一系列離散點(diǎn)上的值的方法。與模式法相比，區(qū)域法理論上精度更高、空間分辨率更高，可以用于分析高階像差。因此區(qū)域法是一種很重要的橫向剪切干涉波前重建方法。

區(qū)域法有很多種，且不同的區(qū)域法對(duì)測(cè)量過(guò)程的要求不同。根據(jù)測(cè)量次數(shù)的不同，可以分為兩次測(cè)量法、四次測(cè)量法和多方向多次測(cè)量法。兩次測(cè)量法是常規(guī)方法，即在相互正交的兩個(gè)方向上分別進(jìn)行一次剪切干涉測(cè)量。這種方法以Rimmer方法(在先技術(shù)[1]：M.P.Rimmer,“Method for evaluating lateral shearing interferograms,”Appl.Opt.13,623-629(1974).)為代表，其缺點(diǎn)是重建波前的空間分辨率受限于剪切量的大小，空間分辨率與剪切量成反比，剪切量大則空間分辨率低，剪切量小則空間分辨率高，其原因是重建波前的抽樣間隔只能等于剪切量，而不能小于剪切量。因此，為獲得高空間分辨率的波前測(cè)量結(jié)果，必須采用非常小的剪切量，而在小剪切量的情況下，橫向剪切干涉測(cè)量信號(hào)的信噪比很低。