一种多通道物镜畸变和倍率的检测装置及方法

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1.本发明属于光刻技术领域，特别提供一种多通道光刻投影物镜的畸变与倍率误差的检测装置与方法。

背景技术：

2.光刻投影物镜的畸变是影响光刻机套刻精度最重要的因素之一，畸变导致物镜的横向放大率随视场的增大而变化，曝光到硅片上的图形相对于其理想位置发生位移，从而引起套刻误差。为控制投影物镜成像质量(像质)，在物镜的装调和使用过程中都需要对畸变进行检测和优化调整，需要高精度像质检测技术。在投影物镜集成装配阶段对成像质量进行离线检测；在物镜的使用中对成像质量进行原位检测，根据检测结果，可通过调整投影物镜的可动镜片等方式补偿像差，改善成像质量。
3.光刻投影物镜的畸变的检测原理为：精确测量一组物面测试标记经投影物镜成像后的实际成像位置与名义成像位置的偏差，采用最小二乘法，拟合投影物镜的畸变与倍率误差。根据物面测试标记成像位置偏移量获取方法的不同，光刻投影物镜的畸变检测技术可分为曝光检测、空间像检测和波前检测三类。
4.现有技术cn102466977b提出了一种基于曝光的畸变检测装置，装置包括照明系统、掩模台、掩模版、投影物镜、硅片台、硅片。检测畸变的方法是在硅片上曝光两层掩模图案，测量套刻误差，拟合出畸变。曝光第一层时，将掩模版上的测量标记阵列通过投影物镜的整个视场曝光到硅片上，标记的实际成像位置受到畸变影响；当曝光第二层时将照明区域限制到掩模版上的一小块区域，使得只有中心视场的标记被照亮，依次移动硅片台至第一层曝光图案的名义成像位置，曝光第二层图案，并且使第二层图案的小方格与第一层曝光的大方格的名义成像位置重合，形成套刻标记。由于第二层的每个标记都是由中心视场的标记曝光而来，实际成像位置不受畸变影响，因此套刻标记的成像位置偏移量，即套刻误差就是畸变。该方法的缺点是拟合结果会受到工件台误差的影响。第二层曝光时，每个视场点的工件台定位误差不同，而为了能够实现拟合，通常假设第二层曝光部分各个视场的工件台误差相同，因此，不同的工件台误差将会表现在畸变的拟合值中，拟合结果不准确。此外，畸变检测精度还受到套刻误差测量精度的限制。
5.在文献us20020041377a1中提出了一种基于空间像的畸变检测技术，检测畸变的方法是在硅片面放置空间像传感器，依次对每个测量标记的空间像进行扫描，确定所有空间像的实际成像位置，拟合得到畸变。该技术需要移动空间像传感器依次对每个测量标记的空间像的位置进行测量，每次测量时工件台的定位误差不相同，无法拟合计算畸变，为了可以拟合，通常假设每次测量时的工件台的定位误差相同，因此拟合得到的畸变不准确，该技术的精度受到工件台定位误差的影响。
6.在文献cn102540751a中提出了一种基于波前检测的畸变检测技术，方法是在掩模台上安装包含针孔阵列的掩模版，在工件台上安装hartmann传感器，光源通过针孔后产生理想波前，理想波前经过投影物镜后的待测波前携带像差，对被测波前由准直镜准直后由
hartmann传感器接收，hartmann传感器分别与每个针孔标记的空间像对准，测试其波前误差。根据hartmann传感器测得的波前误差的z2～z4项，可以计算得到针孔标记的实际成像点位置，拟合得到畸变。这种技术的畸变检测精度也受到工件台定位误差的影响。
7.以上的三种畸变检测技术的精度都受到工件台定位误差的影响，有的测量速度慢、测试步骤复杂、不能同时测量投影物镜的波像差和畸变，而且这些技术都不能测量工件台的定位误差。

技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种多通道物镜畸变和倍率的检测装置及方法，本发明技术方案如下：
9.第一方面，本发明提供一种多通道物镜畸变和倍率的检测装置，包括：
10.照明系统，用于提供光源；
11.掩模台，用于承载测试掩模版；
12.测试掩模版，包含a(a》＝1)组、每组g(g》＝3)个物面测试标记，每组的g个物面测试标记的间距p和空间分布都相同，按照间距p沿直线、折线、或者阵列排列，不同组之间的间距》＝p；
13.投影物镜，用于对物面测试标记成像；
14.多通道像面传感器，用于同时对多个物面测试标记经过投影物镜成像后的实际像点与名义像点的成像位置偏移量进行检测；包含与一组g个物面测试标记成共轭关系的一组g个像面测试标记及面阵探测器，沿光传输方向依次为像面测试标记和面阵探测器；g个像面测试标记的间隔距p’＝m
×
p，m为投影物镜的名义微缩倍率；面阵探测器与像面测试标记所在平面之间的发散光传输距离为q，发散光传输距离使得多通道像面传感器的面阵探测器上不同标记的光信号相互不干扰；
15.工件台，用于承载多通道像面传感器。
16.其中，多通道像面传感器是多通道点衍射干涉传感器、多通道shack-hartmann传感器或者多通道剪切干涉传感器。
17.多通道点衍射干涉传感器包含像面测试标记、准直透镜阵列及面阵探测器，物面测试标记包含两个针孔标记，像面测试标记包含一个针孔标记和一个光窗，准直透镜阵列包含g个准直透镜，准直透镜阵列的前焦面位于像面测试标记所在平面，面阵探测器为ccd，面阵探测器的光敏面位于准直透镜阵列的后焦面，g个准直透镜的焦距相等，焦距为f1，使得多通道像面传感器的面阵探测器上不同标记的光信号相互不干扰。
18.多通道shack-hartmann传感器包含像面测试标记、准直透镜阵列、微透镜阵列及面阵探测器，物面测试标记为针孔标记，像面测试标记为透光窗口，准直透镜阵列包含g个准直透镜，准直透镜阵列的前焦面位于与物面测试标记成共轭关系的平面，面阵探测器为cmos，微透镜阵列位于准直透镜阵列的后焦面，面阵探测器光敏面位于微透镜阵列的焦面，g个准直透镜的焦距相等，焦距为f2，使得多通道shack-hartmann传感器的面阵
探测器上不同标记的光信号相互不干扰。
19.多通道剪切干涉传感器包含像面测试标记和面阵探测器，物面测试标记包含2个正交方向的一维光栅，将这两个方向称作第一方向与第二方向，第一方向与第二方向的一维光栅分别用于测量x方向和y方向的成像位置偏移量，每个方向的光栅尺寸和光栅周期都相同，像面测试标记为棋盘光栅，棋盘光栅位于与物面测试标记成共轭关系的平面上，面阵探测器为ccd，位于棋盘光栅远离投影物镜的一侧，棋盘光栅所在平面与面阵探测器光敏面之间的距离使得多通道剪切干涉传感器的面阵探测器上不同标记的光信号相互不干扰。
20.第二方面，本发明还提供了一种多通道物镜畸变和倍率的测试方法，采用所述的多通道物镜畸变和倍率的检测装置进行测试，其特征在于包括下述步骤：
21.步骤1、将测试掩模版安装在掩模台上，将物面测试标记移动至投影物镜的视场内；
22.步骤2、将多通道像面传感器安装在工件台上，将多通道像面传感器移动至与物面测试标记成共轭关系的平面内；
23.步骤3、使用照明系统，对物面测试标记通过投影物镜成像，使用多通道像面传感器同时对第一组g个物面测试标记经过投影物镜成像后的成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝1，i＝1～g)进行检测，每次可以检测g通道的成像位置偏移量，移动视场，测量下一组视场点物面测试标记的成像位置偏移量，其中，移动视场有两种方式：a、改变照明系统的设置，使其发出的光源仅照亮第二组g个物面测试标记，移动工件台，使用多通道像面传感器同时对第二组g个物面测试标记经过投影物镜成像后的成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝2，i＝1～g)进行检测，依此类推，直至测完a组n个物面测试标记的成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝1～a，i＝1～g)；b、移动掩模台，改变物面测试标记所在视场点的位置，移动工件台，使得多通道像面传感器再次同时对第一组g个所述物面测试标记经过投影物镜成像后的成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝2，i＝1～g)进行检测，依此类推，直至测完所有视场点的物面测试标记的成像位置偏移量(δxi,δyi)；
24.步骤4、对(δxi,δyi)按式(1)进行最小二乘法拟合计算投影物镜的畸变与倍率误差:
[0025][0026]
，其中，t
ix
、t
iy
分别为使用所述多通道像面传感器(600)检测第i(i＝1，2
…
a)组所述物面测试标记(300)的x方向和y方向成像位置偏移量时工件台(900)的平移误差，θ
ix
、θ
iy
分别为使用所述多通道像面传感器(600)检测第i(i＝1，2
…
a)组所述物面测试标记(300)的x方向和y方向成像位置偏移量时工件台(900)的旋转误差，m
x
、my为所述投影物镜(500)在x方向和y方向的倍率，为第i个所述物面测试标记(300)的名义成像位置到像面坐标系中心的距离，k1为所述投影物镜(500)的三阶畸变系数，r
x
、ry为拟合残差，(xi，yi)为第i组第i(i＝1，2
…
g)个所述物面测试标记(300)的名义成像位置，公式如下：
[0027]
(xi,yi)＝(xxi,yyi)
·mꢀꢀ
(2)
[0028]
，其中，(xxi,yyi)为所述物面测试标记(300)在物面坐标系的位置。对于n个物面测试标记，则共有2n个方程，要求的未知数为a组多通道测量时的工件台误差(t
ix
、θ
ix
、t
iy
、θ
iy
)(i＝1～a)和一组投影物镜的三阶畸变和倍率误差(k1、m
x
、my)，设方程组(1)的未知数的个数为h，3a+3《＝h《＝4a+3，当所述方程组(1)的方程个数大于等于h的下限时，即满足式(6)时即可实现被测投影物镜的和三阶畸变系数和倍率误差参数的拟合:
[0029][0030]
，由于a》＝1，因此g》＝3。
[0031]
在步骤3中采用不同的多通道像面传感器，测试成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝1～a，i＝1～g)的步骤不同。
[0032]
采用多通道点衍射干涉传感器时的测试步骤为：照明光源通过物面测试掩模版上第一组的g个双针孔后产生2g个理想球面波，理想球面波被投影物镜成像后形成2g个被测波前，移动工件台，当多通道点衍射干涉传感器的g个像方针孔标记与g个物面针孔的名义成像位置对齐时,记录此时的硅片台位置[xi，yi，zi](i＝1)，2g个被测波前的一路(g个)被g个像面针孔标记衍射后形成理想球面波，作为参考光，一路(g个)通过光窗，作为测量光，所述g个测量光和g个参考光发生干涉，被g个准直透镜准直后，在所述ccd上呈现g个干涉条纹，对干涉条纹进行分析得到第一组g个视场点的波前误差，根据测得的g个波前误差的z2～z4项zernike系数，代入式(3)计算第一组g个针孔的对准位置偏差(δxi,δyi,δzi)：
[0033][0034]
其中，rsensor为ccd探测到的波前半径，f为多通道点衍射干涉传感器中的准直透镜的焦距，(δxi,δyi,δzi)为第一组每个针孔标记的实际像点与参考点(所述点衍射干涉传感器准直透镜的焦点)的位置偏差，计算(δxi,δyi,δzi)后，加上硅片台位置[xi，yi，zi](i＝1)，即为第一组每个针孔标记的实际成像点位置(x
ri
，y
ri
，z
ri
)，通过式(2)计算物面针孔标记的名义成像位置(xi，yi)，则第一组g个物面针孔标记的成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝1，i＝1～g)的计算式为式(4)：
[0035]
(δxi,δyi)＝(x
ri
,y
ri
)-(xi,yi)
ꢀꢀ
(4)
[0036]
移动视场，按照上述方法测量下一组物面针孔的成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝2，i＝1～g)，直至测得a组n个物面测试标记的成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝1～a，i＝1～g)。
[0037]
采用多通道shack-hartmann传感器的测试步骤为：照明系统发出的光经过第一组g个物面针孔后形成g个理想球面波，理想球面波被投影物镜成像后形成g个被测波前，移动多通道shack-hartmann传感器，直至g个准直透镜的前焦点与g个物面针孔的名义成像位置对齐，g个被测波前由多通道shack-hartmann波前传感器中的g个准直透镜准直，每个准直波前被微透镜阵列聚焦在cmos上形成像点阵列，通过对g个视场点的像点阵列坐标的分析
得到g个视场点的波前误差，根据测得的g个波前误差的z2～z4项zernike系数，与多通道点衍射干涉传感器的计算原理相同，根据式(2)～(4)记算第一组g个针孔的对准位置偏差(δxi,δyi,δzi)和成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝1，i＝1～g)，其中，式(3)中的f为多通道shack-hartmann波前传感器中的准直透镜的焦距，对准位置偏差为第一组每个针孔标记的实际像点与参考点(shack-hartmann波前传感器准直透镜的焦点)的位置偏差；按照上述方法测量下一组所述物面针孔的成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝2，i＝1～g)，直至测得a组n个物面测试标记的成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝1～a，i＝1～g)。
[0038]
采用多通道剪切干涉传感器的测试步骤为：
[0039]
(1)获得第一组g个物面测试标记的干涉图像(i＝1，i＝1～g)
[0040]
a、测试第一组g个第一方向的干涉图像获得差分波前
[0041]
移动工件台，使g个棋盘光栅与物面光栅中的第一组中的g个第一方向的一维光栅的名义成像位置对齐，记录此时的工件台位置[x
i1
，y
i1
，z
i1
](i＝1)。非相干光源均匀照明物面g个第一方向的一维光栅，一维光栅调制光场空间相干性，并使投影物镜的光瞳被均匀照明；像面棋盘光栅作为分光元件使各衍射级次互相平移错位，0级与其他奇数级次衍射光干涉后在ccd上形成g个第一方向的剪切干涉图像，其他衍射级次之间不发生干涉；采用相移算法求解第一组g个第一方向的干涉图像获得差分波前；
[0042]
b、测试第一组g个第二方向的干涉图像获得差分波前
[0043]
移动工件台，使g个棋盘光栅与第一组g个第二方向光栅的名义成像位置对齐，记录此时的工件台位置[x
i2
，y
i2
，z
i2
](i＝1)。在ccd上形成g个第二方向光栅的剪切干涉图像；采用相移算法求解第一组g个第二方向的干涉图像获得差分波前；
[0044]
(2)计算第一组g个物面测试标记的成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝1，i＝1～g)
[0045]
波前重建求得被测投影物镜的波像差，从z2～z3项zernike系数可以求出畸变，基于剪切干涉的对准位置偏差(δxi,δyi)(i＝1，i＝1～g)可用式(5)计算：
[0046][0047]
，对准位置偏差δxi、δyi分别为g个棋盘光栅的位置与第一组g个物面测试标记的实际成像位置的偏差，其中p为光栅周期，a2,a3为z2～z3项zernike系数，单位为波长λ，s为归一化剪切量，加上工件台位置[x
i1
，y
i1
](i＝1)和[x
i2
，y
i2
](i＝1)，即第一组g个物面测试标记的实际成成像位置(x
ri
，y
ri
)，根据(4)式计算第一组g个物面测试标记的成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝1，i＝1～g)；
[0048]
(3)计算第i(i＝2～a)组g个物面测试标记的成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝2～a，i＝1～g)
[0049]
按照(1)和(2)中的方法测量下一组物面测试标记的成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝2～a，i＝1～g)，直至测得a组n个物面测试标记的成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝1～a，i＝1～g)。
[0050]
根据下式对成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝1～a，i＝1～g)进行拟合：
[0051][0052]
，其中，t
ix
、θ
ix
、t
iy
、θ
iy
分别为使用棋盘光栅与第i组的g个第一方向一维光栅和第二方向一维光栅对准时工件台的平移和旋转误差。n个物面测试标记产生2n个方程，未知数的个数为4a+3个，当满足方程数大于等于未知数个数时，即
[0053][0054]
，可以实现拟合，由于a》＝1，因此g》＝3.5，因为g为整数，所以g》＝4。
[0055]
本发明的有益效果为：
[0056]
1、畸变检测的精度不受工件台定位误差的影响；
[0057]
2、测量速度快；
[0058]
3、测试步骤简单；
[0059]
4、可以同时测量投影物镜的波像差和畸变；
[0060]
5、可以测量工件台的定位误差。
附图说明
[0061]
图1是本发明涉及的多通道物镜畸变和倍率的检测装置的结构示意图；
[0062]
图2是实施例1中的基于多通道点衍射干涉传感器测量投影物镜畸变和倍率的装置示意图；
[0063]
图3是实施例1中的测试掩模版的示意图；
[0064]
图4是实施例1中的像面测试标记的示意图；
[0065]
图5是实施例2中的基于多通道shack-hartmann传感器检测投影物镜畸变和倍率的装置示意图；
[0066]
图6是实施例2中的掩模版的示意图；
[0067]
图7是实施例2中的多通道shack-hartmann传感器的示意图；
[0068]
图8是实施例3中的基于多通道剪切干涉波前传感器测量投影物镜畸变和倍率的装置示意图。
具体实施方式
[0069]
以下将结合一个较佳的实施例对本发明的多通道物镜畸变和倍率的检测方法作进一步的详细描述。
[0070]
图1为本发明提供的多通道物镜畸变和倍率的检测装置，如图1所示，包含了照明系统100、测试掩膜板200、掩模台400、投影物镜500、多通道像面传感器600及工件台900。其中，照明系统100用于提供光源，测试掩模版200安装在掩模台400上，测试掩模版200的下表面与掩模台400的上表面接触，测试掩模版200的下表面包含a＝1组，g＝3个物面测试标记300，间距为p，沿直线排列；投影物镜500用于对物面测试标记300成像，掩模台300与投影物镜500之间有一距离，投影物镜500与多通道像面传感器600之间有一距离，多通道像面传感器600安装在工件台900上，用于同时对多个物面测试标记300经过投影物镜500成像后的实
际像点与名义像点的成像位置偏移量进行检测，多通道像面传感器600包含3个与物面测试标记300共轭的像面测试标记700及1个面阵探测器800，沿光传输方向依次为像面测试标记700和面阵探测器800；像面测试标记700的间距p’＝p
×
m，面阵探测器800与像面测试标记700所在平面之间的发散光传输距离为q，发散光传输距离使得多通道像面传感器600的面阵探测器800上不同标记的光信号相互不干扰；工件台900用于承载多通道像面传感器600。
[0071]
实施例1
[0072]
图2为基于多通道点衍射干涉传感器600检测投影物镜畸变和倍率的装置示意图。采用的测试掩模版200如图3所示，测试掩模版200包括5
×
13个物面测试标记300，物面测试标记300为双针孔标记，包含针孔标记301和302。多通道点衍射干涉传感器600包含1
×
13个像面测试标记700，1
×
13个准直透镜601，和一个面阵探测器800，如图4所示，像面测试标记700包含一个针孔标记701和一个光窗702，准直透镜601阵列的前焦面位于像面测试标记700所在平面，面阵探测器800为ccd，面阵探测器800的光敏面位于准直透镜601阵列的后焦面，13个准直透镜601的焦距相等，焦距为f1，使得多通道像面传感器600的面阵探测器800上不同标记的光信号相互不干扰。
[0073]
采用多通道点衍射干涉传感器600测试物面测试标记300的成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝1～5，i＝1～13)的步骤为：
[0074]
对照明系统100进行设置，使其发出的光源通过测试掩模版200上的第一行13个双针孔标记300后产生26个理想球面波，理想球面波被投影物镜500成像后形成26个被测波前，移动工件台900，当多通道点衍射干涉传感器600的13个像面测试标记700中的针孔标记701与第一行13个双针孔标记300中的针孔标记302的名义成像位置对齐时,记录此时工件台900的位置[xi，yi，zi](i＝1)，26个被测波前的一路(13个)被13个针孔标记702衍射后形成理想球面波，作为参考光，一路(13个)通过光窗702，作为测量光，13束测量光和13束参考光发生干涉，被13个准直透镜601准直后，在ccd800上呈现13个干涉条纹，对干涉条纹进行分析得到13个视场点的波前误差，根据测得的13个波前误差的z2～z4项zernike系数，根据式(3)记算13个针孔302的对准位置偏差(δxi,δyi,δzi),
[0075][0076]
，其中，rsensor为ccd800探测到的波前半径，f为多通道点衍射干涉传感器600中的准直透镜601的焦距，对准位置偏差(δxi,δyi,δzi)为第一组13个针孔标记302的实际像点与参考点(点衍射干涉传感器600的准直透镜601的焦点)的位置偏差，计算(δxi,δyi,δzi)后，加上工件台900的位置[xi，yi，zi](i＝1)，即为第一行13个针孔标记302的实际成像点位置(x
ri
，y
ri
，z
ri
)，根据式(2)计算针孔标记302的名义成像位置(xi，yi)：
[0077]
(xi,yi)＝(xxi,yyi)
·mꢀꢀ
(2)
[0078]
，则根据式(4)计算第一行13个针孔标记302的成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝1，i＝1～13)：
[0079]
(δxi,δyi)＝(x
ri
,y
ri
)-(xi,yi)
ꢀꢀ
(4)
[0080]
，改变照明系统100的设置，使其发出的光源仅照亮第二行的13个双针孔标记300，移动工件台900，使用多通道点衍射干涉传感器600同时对第二行的13个双针孔标记300经过投影物镜500成像后的成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝2，i＝1～13)进行检测，依此类推，直至测完5行65个双针孔标记300的成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝1～5，i＝1～13)；根据下式拟合成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝1～5，i＝1～13)：
[0081][0082]
，其中，由于x方向和y方向的成像位置偏移量(δxi,δyi)同时测得，因此，工件台900的旋转误差θ1相同，方程组有130个方程，18个未知数：5组工件台900的定位误差t
ix
、t
iy
、θi(i＝1～5)，投影物镜500的畸变和x、y方向倍率误差：k1、m
x
、my，通过最小二乘法即可拟合得到未知数。
[0083]
实施例2
[0084]
图5为基于多通道shack-hartmann传感器600检测投影物镜500的畸变和倍率的装置示意图。采用的测试掩模版200如图6所示，测试掩模版200包括1
×
3个物面测试标记300，物面测试标记300为针孔标记。多通道shack-hartmann传感器600的示意图如图7所示，包括1
×
3个准直透镜601，1个微透镜阵列602，1个面阵探测器800，和3个像面测试标记700，像面测试标记700为透光窗口，位于准直透镜601阵列的前焦面处，且与物面测试标记300成共轭关系的平面，面阵探测器800为cmos，微透镜阵列602位于准直透镜601阵列的后焦面，面阵探测器800的光敏面位于微透镜阵列602的焦面，3个准直透镜601的焦距相等，焦距为f2，使得多通道shack-hartmann传感器600的面阵探测器800上不同标记的光信号相互不干扰。
[0085]
采用多通道shack-hartmann传感器600测试物面测试标记300的成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝1，i＝1～3)的步骤为：
[0086]
照明系统100发出的光经过3个针孔标记300后形成3个理想球面波，理想球面波被投影物镜500成像后形成3个被测波前，移动多通道shack-hartmann传感器600，直至3个像面测试标记700与3个针孔标记300的名义成像位置对齐，3个被测波前由3个准直透镜601准直，每个准直波前被微透镜阵列602聚焦在cmos800上形成像点阵列，通过对3个针孔标记300的像点阵列坐标的分析得到3个视场点的波前误差，根据测得的3个波前误差的z2～z4项zernike系数，根据式(2)～(4)计算3个针孔标记300的对准位置偏差(δxi,δyi,δzi)和成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝1，i＝1～3)，其中，式(3)中的f为多通道shack-hartmann波前传感器600中的准直透镜601的焦距，对准位置偏差为每个针孔标记300的实际像点与参考点(shack-hartmann波前传感器600的准直透镜601阵列的焦点)的位置偏差；对成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝1，i＝1～3)按照下式拟合，
[0087][0088]
，其中，由于x方向和y方向的成像位置偏移量(δxi,δyi)同时测得，因此，工件台900的旋转误差θ1相同，拟合式有6个方程，6个未知数：工件台900的定位误差t
ix
、t
iy
、θi，投影物镜500的畸变和x、y方向倍率误差：k1、m
x
、my，通过最小二乘法即可拟合得到未知数。
[0089]
实施例3
[0090]
图8为基于多通道剪切干涉传感器600检测投影物镜500的畸变和倍率的装置示意图。多通道剪切干涉传感器600包含1
×
4个像面测试标记700和面阵探测器800，测试掩膜板200上包含1
×
4个物面测试标记300，物面测试标记300包含2个正交方向的一维光栅303和304，将这两个方向称作第一方向与第二方向，第一方向与第二方向的一维光栅分别用于测量x方向和y方向的成像位置偏移量，每个方向的光栅尺寸和光栅周期都相同，像面测试标记700为棋盘光栅，棋盘光栅700位于与物面测试标记300成共轭关系的位置，面阵探测器800为ccd，沿光传输方向依次是像面测试标记700和面阵探测器800，像面测试标记700所在平面与面阵探测器800的光敏面之间的距离使得多通道剪切干涉传感器600的面阵探测器800上的不同标记的光信号相互不干扰。
[0091]
采用多通道剪切干涉波前传感器600测试成像位置偏移量的步骤是：
[0092]
a、测试4个第一方向的干涉图像获得差分波前
[0093]
移动工件台，使4个棋盘光栅700与4个物面测试标记300中的第一方向的一维光栅303的名义成像位置对齐，记录此时的工件台位置[x
i1
，y
i1
，z
i1
]。非相干光源均匀照明物面4个第一方向的一维光栅303，一维光栅300调制光场空间相干性，并使投影物镜500的光瞳被均匀照明；棋盘光栅700作为分光元件使各衍射级次互相平移错位，0级与其他奇数级次衍射光干涉后在ccd800上形成4个第一方向的剪切干涉图像，其他衍射级次之间不发生干涉；采用相移算法求解4个第一方向的干涉图像获得差分波前；
[0094]
b、测试4个第二方向的干涉图像获得差分波前
[0095]
移动工件台，使4个棋盘光栅与4个第二方向光栅304的名义成像位置对齐，记录此时的工件台位置[x
i2
，y
i2
，z
i2
]。在ccd800上形成4个第二方向的剪切干涉图像；采用相移算法求解4个第二方向的干涉图像获得差分波前；
[0096]
c、计算4个物面测试标记300的成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝1，i＝1～4)
[0097]
波前重建求得被测投影物镜500的波像差，从z2～z3项zernike系数可以求出畸变，基于剪切干涉的对准位置偏差(δxi,δyi)(i＝1，i＝1～4)可用式(5)计算：
[0098][0099]
，对准位置偏差δxi、δyi分别为4个棋盘光栅700的位置与4个物面测试标记300的实际成像位置的偏差，其中p为光栅周期，a2,a3为z2～z3项zernike系数，单位为波长λ，s为归一化剪切量，加上工件台位置[x
i1
，y
i1
](i＝1)和[x
i2
，y
i2
](i＝1)，即4个物面测试标记300的实际成成像位置(x
ri
，y
ri
)，根据(4)式计算4个物面测试标记300的成像位置偏移量(δxi,δ
yi)(i＝1，i＝1～4)；
[0100]
根据下式对成像位置偏移量(δxi,δyi)(i＝1，i＝1～4)进行拟合：
[0101][0102]
其中，t
ix
、t
iy
分别为使用4个棋盘光栅700与4个第一方向一维光栅301和第二方向一维光栅302对准时工件台900的平移误差,θ
ix
、θ
iy
分别为使用4个棋盘光栅700与4个第一方向一维光栅301和第二方向一维光栅302对准时工件台900的旋转误差。4个物面测试标记300产生8个方程，未知数的个数为7个，分别为：工件台定位误差：t
ix
、θ
ix
、t
iy
、θ
iy
和投影物镜500的畸变和x、y方向倍率误差：k1、m
x
、my，通过最小二乘法即可拟合得到未知数。
[0103]
本发明未尽事宜为公知技术。
[0104]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种多通道物镜畸变和倍率的检测装置，包含照明系统(100)、掩模台(400)、测试掩模版(200)、投影物镜(500)和传感器，所述的照明系统(100)，用于提供光源；所述的掩模台(400)，用于承载所述测试掩模版(200)；其特征在于：所述的测试掩模版(200)刻有a组、每组g个共n个物面测试标记，a>＝1，g>＝3，n>＝3，每组的g个物面测试标记的间距p和空间分布都相同，按照间距p沿直线、折线、或者阵列排列，不同组之间的间距>＝p，所述物面测试标记(300)均位于被测投影物镜(500)的物方视场内；所述的投影物镜(500)，用于对物面测试标记(300)成像；所述的传感器为多通道像面传感器(600)，用于同时对多个物面测试标记经过投影物镜成像后的实际像点与名义像点的成像位置偏移量进行检测；所述的多通道像面传感器(600)包含与一组g个物面测试标记成共轭关系的一组g个像面测试标记及一个面阵探测器(800)，每个像面测试标记的间隔距p’＝m
×
p，其中，m为投影物镜(500)的名义微缩倍率；所述的像面测试标记和面阵探测器沿光传输方向依次放置，且该面阵探测器的光敏面与像面测试标记所在平面之间的发散光传输距离q，使得多通道像面传感器的面阵探测器上不同标记的光信号相互不干扰。2.根据权利要求1所述的多通道物镜畸变和倍率的检测装置，其特征在于：每个物面测试标记(300)包含两个针孔标记(301、302)，所述多通道像面传感器(600)为多通道点衍射干涉传感器，包含g个像面测试标记(700)、准直透镜阵列及面阵探测器(800)，所述像面测试标记(700)包含一个针孔标记(701)和一个光窗(702)，所述准直透镜阵列包含g个准直透镜(601)，准直透镜阵列的前焦面位于所述像面测试标记(700)所在平面，所述面阵探测器(800)为ccd，面阵探测器(800)的光敏面位于所述准直透镜阵列的后焦面，所述的g个准直透镜(601)的焦距相等，焦距为f1，使得所述多通道像面传感器(600)的面阵探测器(800)上不同标记的光信号相互不干扰。3.根据权利要求1所述的多通道物镜畸变和倍率的检测装置，其特征在于：每个物面测试标记(300)为一个针孔标记；所述多通道像面传感器(600)为多通道shack-hartmann传感器，包含所述像面测试标记(700)、准直透镜阵列、微透镜阵列(602)及面阵探测器(800)，所述像面测试标记(700)为透光窗口，所述准直透镜阵列包含g个准直透镜(601)，所述准直透镜阵列的前焦面位于与所述物面测试标记(300)成共轭关系的平面，所述面阵探测器(800)为cmos，所述微透镜阵列(602)位于准直透镜阵列的后焦面，面阵探测器(800)光敏面位于微透镜阵列(602)的焦面；所述的g个准直透镜(601)的焦距相等，焦距为f2，使得所述多通道像面传感器(600)的面阵探测器(800)上不同标记的光信号相互不干扰。4.根据权利要求1所述的多通道物镜畸变和倍率的检测装置，其特征在于：所述物面测试标记(300)包含2个正交方向的一维光栅(303、304)，将这两个方向称作第一方向与第二方向，每个方向的光栅尺寸和光栅周期都相同；所述多通道像面传感器(600)为多通道剪切干涉传感器，包含像面测试标记(700)和面阵探测器(800)，所述像面测试标记(700)为棋盘光栅，位于与所述物面测试标记(300)成共轭关系的平面上，所述面阵探测器(800)为ccd，沿光传输方向依次为像面测试标记(700)和面阵探测器(800)，所述面阵探测器(800)的光
敏面与像面测试标记(700)所在平面之间的发散光传输距离使得所述多通道像面传感器(600)的面阵探测器(800)上不同标记的光信号相互不干扰。5.一种多通道物镜畸变和倍率的检测方法，其特征在于，采用上述权利要求1-4任一项所述的多通道物镜畸变和倍率的检测装置进行测试，其特征在于，包括：步骤1、将所述测试掩模版(200)安装在掩模台(400)上，将所述物面测试标记(300)移动至所述投影物镜(500)的视场内；步骤2、将所述多通道像面传感器(600)安装在工件台(900)上，并移动至与所述物面测试标记(300)成共轭关系的平面内；步骤3、使用所述照明系统(100)，对所述物面测试标记(300)通过所述投影物镜(500)成像，使用所述多通道像面传感器(600)同时对第一组g个所述物面测试标记(300)经过投影物镜(500)成像后的所述成像位置偏移量(δx
i
,δy
i
)进行检测，该组g个通道的成像位置偏移量测试完成后，改变测试视场点位置，直至测完a组所述物面测试标记(300)的成像位置偏移量(δx
i
,δy
i
)；步骤4、对(δx
i
,δy
i
)进行最小二乘法拟合计算投影物镜的畸变与倍率误差，拟合方程为：其中，t
ix
、t
iy
分别为使用所述多通道像面传感器(600)检测第i(i＝1，2
…
a)组所述物面测试标记(300)的x方向和y方向成像位置偏移量时工件台(900)的平移误差，θ
ix
、θ
iy
分别为使用所述多通道像面传感器(600)检测第i(i＝1，2
…
a)组所述物面测试标记(300)的x方向和y方向成像位置偏移量时工件台(900)的旋转误差，m
x
、m
y
为所述投影物镜(500)在x方向和y方向的倍率，为第i个所述物面测试标记(300)的名义成像位置到像面坐标系中心的距离，k1为所述投影物镜(500)的三阶畸变系数，r
x
、r
y
为拟合残差，(x
i
，y
i
)为第i组第i(i＝1，2
…
g)个所述物面测试标记(300)的名义成像位置，公式如下：(x
i
,y
i
)＝(xx
i
,yy
i
)
·
m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，(xx
i
,yy
i
)为所述物面测试标记(300)在物面坐标系的位置。6.按照权利要求5所述的多通道物镜畸变和倍率的检测方法，其特征在于：所述的步骤3中改变测试视场点位置，具体是：当所述测试掩膜板(200)上只包含一组g个所述物面测试标记(300)时，移动掩模台(400)，使照明系统(100)发出的光对g个所述物面测试标记(300)通过所述投影物镜(500)成像，移动工件台(900)，使所述多通道像面传感器(600)同时对g个所述物面测试标记(300)经过投影物镜(500)成像后的所述成像位置偏移量(δx
i
,δy
i
)进行检测；移动掩模台(400)，改变所述物面测试标记(300)所在视场点的位置，移动工件台(900)，使得所述多通道像面传感器(600)再次同时对g个所述物面测试标记(300)经过投影物镜(500)成像后的所述成像位置偏移量(δx
i
,δy
i
)进行检测；依此类推，直至测完所有视场点的所述物面测试标记(300)的成像位置偏移量(δx
i
,δy
i
)；当所述测试掩膜板(200)上包含a组、每组g个所述物面测试标记(300)时，对所述照明
系统(100)进行设置，使其发出的照明光仅照亮第一组g个所述物面测试标记(300)并通过所述投影物镜(500)对其成像，移动所述工件台(900)，使所述多通道像面传感器(600)同时对第一组g个所述物面测试标记(300)经过投影物镜(500)成像后的所述成像位置偏移量(δx
i
,δy
i
)进行检测；改变所述照明系统(100)的设置，使其发出的照明光仅照亮第二组g个所述物面测试标记(300)，移动所述工件台(900)，使所述多通道像面传感器(600)同时对第二组g个所述物面测试标记(300)经过投影物镜(500)成像后的所述成像位置偏移量(δx
i
,δy
i
)进行检测；依此类推，直至测完a组共n个所述物面测试标记(300)的成像位置偏移量(δx
i
,δy
i
)。7.按照权利要求5或6所述的多通道物镜畸变和倍率的检测方法，其特征在于：所述的物面测试标记(300)为双针孔标记，多通道像面传感器(600)是多通道点衍射干涉传感器，所述的步骤3中检测成像位置偏移量的方式为：照明光源(100)通过所述测试掩模版(200)上第一组的g个双针孔标记后产生2g个理想球面波，所述理想球面波被投影物镜(500)成像后形成2g个被测波前，移动所述工件台(900)，当所述多通道点衍射干涉传感器(900)的g个像方针孔标记(701)与g个物面针孔(302)的名义成像位置对齐时,记录此时的工件台(900)位置[x1，y1，z1]，所述2g个被测波前的一路(g个)被g个像面针孔标记(701)衍射后形成理想球面波，作为参考光，一路(g个)通过所述光窗(702)，作为测量光，所述g个测量光和g个参考光发生干涉，被g个准直透镜(601)准直后，在所述ccd(800)上呈现g个干涉条纹，对干涉条纹进行分析得到第一组g个视场点的波前误差，根据测得的g个波前误差的z2～z4项zernike系数，记算第一组g个针孔(302)的对准位置偏差(δx
i
,δy
i
,δz
i
),其中，rsensor为所述ccd(800)探测到的波前半径，f为所述多通道点衍射干涉传感器(600)中的准直透镜(601)的焦距，(δx
i
,δy
i
,δz
i
)为第一组每个所述针孔标记(302)的实际像点与参考点(所述点衍射干涉传感器准直透镜(601)的焦点)的位置偏差，计算(δx
i
,δy
i
,δz
i
)后，加上硅片台位置[x1，y1，y1]，即为每个所述针孔标记(302)的实际成像点位置(x
ri
，y
ri
，z
ri
)，通过式(2)计算所述物面针孔标记(300)的名义成像位置(x
i
，y
i
)，则第一组g个所述物面针孔标记(300)的成像位置偏移量(δx
i
,δy
i
)(i＝1，i＝1～g)的计算式为(δx
i
,δy
i
)＝(x
ri
,y
ri
)-(x
i
,y
i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)移动视场，按照上述方法测量下一组所述物面针孔(302)的成像位置偏移量(δx
i
,δy
i
)(i＝2，i＝1～g)，直至测得a组n个所述物面测试标记(300)的成像位置偏移量(δx
i
,δy
i
)(i＝1～a)。8.按照权利要求5或6所述的多通道物镜畸变和倍率的检测方法，其特征在于：所述的物面测试标记(300)为一个针孔标记，多通道像面传感器(600)是多通道shack-hartmann传感器，所述的步骤3中检测成像位置偏移量的方式为：所述照明系统(100)发出的光经过所述第一组g个物面测试标记(300)后形成g个理想
球面波，所述理想球面波被投影物镜(500)成像后形成g个被测波前，移动所述多通道shack-hartmann传感器，直至所述g个准直透镜(601)的前焦点与所述g个物面测试标记(300)的名义成像位置对齐，所述g个被测波前由所述多通道shack-hartmann波前传感器中的g个准直透镜(601)准直，每个所述准直波前被微透镜阵列(602)聚焦在cmos上形成像点阵列，通过对g个视场点的像点阵列坐标的分析得到g个视场点的波前误差，根据测得的g个波前误差的z2～z4项zernike系数，根据式(2)～(4)记算第一组g个针孔的对准位置偏差(δx
i
,δy
i
,δz
i
)和成像位置偏移量(δx
i
,δy
i
)(i＝1，i＝1～g)，其中，式(3)中的f为所述多通道shack-hartmann波前传感器中的准直透镜(601)的焦距，所述对准位置偏差为第一组每个所述针孔标记的实际像点与参考点(所述shack-hartmann波前传感器准直透镜(601)的焦点)的位置偏差；按照上述方法测量下一组所述物面测试标记(300)的成像位置偏移量(δx
i
,δy
i
)(i＝2，i＝1～g)，直至测得a组n个所述物面测试标记(300)的成像位置偏移量(δx
i
,δy
i
)(i＝1～a，i＝1～g)。9.按照权利要求5或6所述的多通道物镜畸变和倍率的检测方法，其特征在于：所述的物面测试标记(300)为一维光栅，多通道像面传感器(600)是多通道剪切干涉传感器，所述的步骤3中检测成像位置偏移量的方式为：移动所述工件台，使g个所述棋盘光栅(700)与所述物面光栅(300)中的第一组中的g个第一方向的一维光栅(301)的名义成像位置对齐，记录此时的工件台(900)位置[x
i1
，y
i1
](i＝1)，非相干光源均匀照明物面所述g个第一方向的一维光栅(301)阵列，所述一维光栅(300)调制光场空间相干性，并使所述投影物镜(500)的光瞳被均匀照明；像面所述棋盘光栅(700)作为分光元件使各衍射级次互相平移错位，0级与其他奇数级次衍射光干涉后在ccd(800)上形成g个第一方向的剪切干涉图像，其他衍射级次之间不发生干涉；移动所述工件台(900)，使g个所述棋盘光栅(700)与所述第一组g个第二方向光栅(302)的名义成像位置对齐，工件台(900)位置[x
i2
，y
i2
](i＝1)，在所述ccd(800)上形成g个第二方向光栅(302)的剪切干涉图像；采用相移算法求解第一组g个第一方向和g个第二方向的干涉图像获得差分波前，波前重建求得所述被测投影物镜(500)的波像差，从z2～z3项zernike系数求出畸变，基于所述剪切干涉的对准位置偏差用下式计算：所述对准位置偏差为所述g个棋盘光栅(700)的位置与第一组所述g个物面测试标记(300)的实际成像位置的偏差，其中p为光栅周期，a2,a3为z2～z3项zernike系数，单位为波长λ，s为归一化剪切量，加上工件台(900)位置[x
i1
，y
i1
](i＝1)和[y
i2
，y
i2
](i＝1)，即第一组所述g个物面测试标记(300)的实际成成像位置(x
ri
，y
ri
，z
ri
)，根据(4)式计算第一组g个所述物面测试标记(300)的成像位置偏移量(δx
i
,δy
i
)(i＝1，i＝1～g)；按照上述方法测量下一组所述物面测试标记(300)的成像位置偏移量(δx
i
,δy
i
)(i＝2，i＝1～g)，直至测得a组n个所述物面测试标记(300)的成像位置偏移量(δx
i
,δy
i
)(i＝1～a，i＝1～g)。

技术总结

本发明公开了一种多通道物镜畸变和倍率的检测装置及方法。所述多通道物镜畸变和倍率的检测装置包括照明系统、掩模台、测试掩模版、投影物镜、工件台、多通道像面传感器，多通道像面传感器同时对多个物面测试标记经过投影物镜成像后的实际像点与名义像点的成像位置偏移量进行检测，拟合计算物镜的畸变与倍率误差，缩短了检测时间，消除了工件台误差对检测精度的影响，提高了检测精度。提高了检测精度。提高了检测精度。