本發(fā)明涉及大口徑元件鍍膜檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用斐索干涉儀檢測大口徑元件膜厚均勻性的方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展為光刻技術(shù)提出了更高的需求，為了提高光刻系統(tǒng)的分辨率，曝光光源的波長不斷減小，同時投影物鏡的數(shù)值孔徑(NA)不斷增大。以目前主流的193nm ArF準(zhǔn)分子激光光刻為例，已經(jīng)連續(xù)突破90nm，65nm和45nm節(jié)點(diǎn)，使用二次曝光技術(shù)，可以實現(xiàn)32nm的分辨率。為了提高投影物鏡的數(shù)值孔徑，必須使用較多大口徑、大口徑/曲率半徑的球面和非球面元件，而為保障大口徑元件表面膜系的一致性，需在鍍膜過程中使用膜厚修正擋板，為實現(xiàn)元件表面接近100％的膜厚均勻性，需要多次實驗對膜厚擋板進(jìn)行修調(diào)。通常采用金屬夾具仿照真實元件的面形，在金屬夾具上若干個測試片，通過測量不同位置的測試片的厚度間接獲得元件表面的膜厚分布并參考該膜厚分布對膜厚擋板進(jìn)行修調(diào)，但該方法并不能完全準(zhǔn)確反映真實元件的情況，尤其對膜厚均勻性要求極高的元件，最后的膜厚均勻性還是需要對真實元件進(jìn)行測量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中對大口徑元件膜厚均勻性的檢測并不能完全準(zhǔn)確反映真實元件情況的技術(shù)問題，提供了一種利用斐索干涉儀檢測大口徑元件膜厚均勻性的方法，為進(jìn)一步提高元件膜厚均勻性提供了指導(dǎo)方向。

本發(fā)明的實施例提供了一種利用斐索干涉儀檢測大口徑元件膜厚均勻性的方法，包括以下步驟：

對所述大口徑元件進(jìn)行預(yù)處理，消除大口徑元件內(nèi)部殘余應(yīng)力；

靜置第一預(yù)設(shè)時間后，利用斐索干涉儀對大口徑元件進(jìn)行面形測量，并標(biāo)記為初始面形W1；

為大口徑元件進(jìn)行鍍膜；

靜置第二預(yù)設(shè)時間后，利用斐索干涉儀再次對鍍膜后的大口徑元件進(jìn)行面形測量，并標(biāo)記為測試面形W2；

利用公式ΔW＝W2-W1得到鍍膜引起的元件面形改變量ΔW，

利用面形改變量ΔW對膜厚修正擋板進(jìn)行優(yōu)化。

進(jìn)一步地，對所述大口徑元件進(jìn)行預(yù)處理，消除大口徑元件內(nèi)部殘余應(yīng)力的步驟，具體為：

采用超聲波清洗機(jī)對所述大口徑元件進(jìn)行清洗或采用加熱退火的方法對大口徑元件進(jìn)行處理以消除其內(nèi)部殘余應(yīng)力。

進(jìn)一步地，靜置第一預(yù)設(shè)時間后，利用斐索干涉儀對大口徑元件進(jìn)行面形測量，并標(biāo)記為初始面形W1的步驟具體包括：

當(dāng)?shù)谝活A(yù)設(shè)時間達(dá)到時，利用斐索干涉儀對大口徑元件進(jìn)行至少兩次面形測量；

比較至少兩次的面形測量結(jié)果是否一致，若是，則記錄為初始面形W1，若否，則重復(fù)上述步驟。

進(jìn)一步地，為大口徑元件進(jìn)行鍍膜的步驟具體包括：

采用具有行星轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的鍍膜機(jī)在所述大口徑元件表面鍍制膜系，；

進(jìn)一步地，在利用公式ΔW＝W2-W1得到鍍膜引起的元件面形改變量ΔW的步驟之后，利用面形改變量ΔW對膜厚修正擋板進(jìn)行優(yōu)化的步驟之前，還包括步驟：

根據(jù)實際采用的膜厚修正擋板計算真實元件的膜厚分布，并通過數(shù)值計算將膜厚分布轉(zhuǎn)化為面形數(shù)據(jù)Wt；

比較面形改變量ΔW與面形數(shù)據(jù)Wt的相關(guān)性。

進(jìn)一步地，靜置第二預(yù)設(shè)時間后，利用斐索干涉儀再次對鍍膜后的大口徑元件進(jìn)行面形測量，并標(biāo)記為測試面形W2的步驟具體包括：

當(dāng)?shù)诙A(yù)設(shè)時間達(dá)到時，利用斐索干涉儀對大口徑元件進(jìn)行至少兩次面形測量；

比較至少兩次的面形測量結(jié)果是否一致，若是，則記錄為測試面形W2，若否，則重復(fù)上述步驟。

進(jìn)一步地，利用公式ΔW＝W2-W1計算所述鍍膜引起的元件面形改變量ΔW之前，對準(zhǔn)所述初始面形與所述測試面形中的預(yù)設(shè)標(biāo)記點(diǎn)。

進(jìn)一步地，鍍膜時采用膜厚修正擋板將大口徑元件表面物理厚度調(diào)整至接近100％。

進(jìn)一步地，采用蒸發(fā)或者濺射方法為大口徑元件鍍膜。

進(jìn)一步地，所述第一預(yù)設(shè)時間及所述第二預(yù)設(shè)時間均不小于24h。

本發(fā)明的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：本發(fā)明利用斐索干涉儀檢測大口徑元件膜厚均勻性，通過鍍膜前后分別測量大口徑元件的表面面形，將元件兩次面形數(shù)據(jù)相減得到鍍膜引起的面形改變量，精確反映了元件的膜厚均勻性水平，為膜厚修正擋板的優(yōu)化提供了正確的方向。

附圖說明

圖1為本發(fā)明利用斐索干涉儀測量大口徑元件表面面形的原理；

圖2為本發(fā)明一種實施例的利用斐索干涉儀檢測大口徑元件膜厚均勻性的方法流程圖。

圖中，1-標(biāo)準(zhǔn)鏡組；2-標(biāo)準(zhǔn)參考面；3-被測球面。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步說明。

利用斐索干涉儀測量大口徑元件的表面面形，它是一種非接觸的測量方法，具有共光路的優(yōu)點(diǎn)，已成為元件面形檢測的重要手段。

如圖1所示，斐索干涉儀發(fā)出的平面波經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)鏡組1后形成球面波。該球面波一部分由標(biāo)準(zhǔn)參考面2原路反射回干涉儀，形成參考波面。另一部分射向被測球面3，調(diào)整被測球面3使其與參考面2同心，使被測球面反射的測試波面同樣能夠原路返回干涉儀與所述參考波面進(jìn)行干涉，由于測試波面攜帶了待測元件表面的面形信息，通過數(shù)據(jù)處理即可以得到元件的表面面形。

鍍膜過程對元件的影響表現(xiàn)在元件面形的改變，通過適當(dāng)?shù)腻兡すに嚳梢詫⑵渌蛩氐挠绊懴?，使膜厚均勻性為鍍膜前后面形變化的主要影響因素，因此通過測量元件面形的變化，即可得到元件表面的膜厚均勻性情況。

鍍膜過程引起的面形的改變包括元件應(yīng)力變化、膜厚均勻性及膜層應(yīng)力等的影響。鍍膜前預(yù)處理消除元件內(nèi)部應(yīng)力，而膜層應(yīng)力對元件面形的影響主要為離焦量，可以被補(bǔ)償，去除離焦量(Power)后其殘余像差很小，因此將鍍膜前后元件面形改變量主要對應(yīng)了元件的膜厚均勻性水平。

本發(fā)明實施例提供的利用斐索干涉儀檢測大口徑元件膜厚均勻性的方法，包括以下步驟：

步驟S100，對所述大口徑元件進(jìn)行預(yù)處理，消除大口徑元件內(nèi)部殘余應(yīng)力；

步驟S200，靜置第一預(yù)設(shè)時間后，利用斐索干涉儀對大口徑元件進(jìn)行面形測量，并標(biāo)記為初始面形W1；

步驟S300，為大口徑元件進(jìn)行鍍膜；

步驟S400，靜置第二預(yù)設(shè)時間后，利用斐索干涉儀再次對鍍膜后的大口徑元件進(jìn)行面形測量，并標(biāo)記為測試面形W2；

步驟S500，利用公式ΔW＝W2-W1得到鍍膜引起的元件面形改變量ΔW，

步驟S600，利用面形改變量ΔW對膜厚修正擋板進(jìn)行優(yōu)化。

在步驟S100中，優(yōu)選地，采用超聲波清洗機(jī)對所述大口徑元件進(jìn)行清洗并消除其內(nèi)部殘余應(yīng)力，本實施例中也可以采用加熱退火的方式來消除大口徑元件的內(nèi)部殘余應(yīng)力。

步驟S200中，當(dāng)?shù)谝活A(yù)設(shè)時間達(dá)到時，利用斐索干涉儀對大口徑元件進(jìn)行至少兩次面形測量；

比較至少兩次的面形測量結(jié)果是否一致，若是，表明大口徑元件靜置至面形不再發(fā)生變化，此時記錄為初始面形W1，若否，則表示大口徑元件內(nèi)部的殘余應(yīng)力還沒有完全消除，需要再進(jìn)行靜置后，重新進(jìn)行測量。

本實施例中，所述第一預(yù)設(shè)時間優(yōu)選為24小時。第一預(yù)設(shè)時間也可以大于24小時，具體可根據(jù)實際情況進(jìn)行確定。

在所述步驟S300中，為大口徑元件進(jìn)行鍍膜的步驟具體為：

采用具有行星轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的鍍膜機(jī)在所述大口徑元件表面鍍制減反膜系；

其中，膜系結(jié)構(gòu)為基底/LHL/空氣，L為低折射率材料MgF₂，H為高折射率材料LaF₃，鍍膜時基底溫度為300℃。

前期實驗測試結(jié)果表明該氟化物減反膜系的應(yīng)力在300-500MPa之間，取500Mpa作為膜層應(yīng)力輸入，將元件鍍膜時的工況作為約束條件，采用有限元分析，得到膜層應(yīng)力導(dǎo)致的元件面形改變量，經(jīng)過去除離焦量(Power)后其均方根值(RMS)改變很小，可以忽略不計。

因此，在所述步驟S400中，具體地：

當(dāng)?shù)诙A(yù)設(shè)時間達(dá)到時，利用斐索干涉儀對大口徑元件進(jìn)行至少兩次面形測量；

比較至少兩次的面形測量結(jié)果是否一致，若是，則記錄為測試面形W2，若否，則重復(fù)上述步驟。

這樣就可以有效保證膜層應(yīng)力導(dǎo)致的元件面形變形量可以忽略不計。本實施例中，所述第二預(yù)設(shè)時間也優(yōu)選為24h。第二預(yù)設(shè)時間也可以大于24小時，具體可根據(jù)實際情況進(jìn)行確定。

進(jìn)一步地，在所述步驟S500之后，步驟S600之前，還包括步驟S550：

根據(jù)實際采用的膜厚擋板計算真實元件的膜厚分布，并通過數(shù)值計算將膜厚分布轉(zhuǎn)化為面形數(shù)據(jù)Wt；

比較面形改變量ΔW與面形數(shù)據(jù)Wt的相關(guān)性。從而可以得到本發(fā)明技術(shù)方案對膜厚均勻性檢測的有效性。

上述實施例中，在利用公式ΔW＝W2-W1計算所述鍍膜引起的元件面形改變量ΔW之前，首先需要對準(zhǔn)所述初始面形與所述測試面形中的預(yù)設(shè)標(biāo)記點(diǎn)，以此保障相減后得到相同位置鍍膜前后的變化量。同時，鍍膜時采用膜厚修正擋板將大口徑元件表面物理厚度調(diào)整至接近100％。同時，優(yōu)選地，本實施例中，大口徑元件面形檢測的復(fù)現(xiàn)性(包含元件支撐引入的復(fù)現(xiàn)性)優(yōu)于0.3nm。

進(jìn)一步地，鍍膜時，采用蒸發(fā)或者濺射方法為大口徑元件鍍膜，有效保證制備的膜系在斐索干涉儀測量波長下反射率>1％；

下面以典型凸面元件口徑為252mm，曲率半徑為200mm的大口徑元件為例，來進(jìn)一步描述本發(fā)明的利用斐索干涉儀檢測大口徑元件膜厚均勻性的方法。

步驟一，采用超聲波清洗機(jī)對該大口徑元件進(jìn)行清洗并消除其內(nèi)部應(yīng)力，將元件靜置24h后采用斐索干涉儀測量其面形W1。

步驟二，設(shè)計針對該凸面元件的膜厚修正擋板，使元件表面膜厚均勻性優(yōu)于95％。

步驟三，采用具有行星轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的Leybold Syruspro1110鍍膜機(jī)該元件表面鍍制193nm減反膜系，膜系結(jié)構(gòu)為基底/LHL/空氣，L為低折射率材料MgF₂，H為高折射率材料LaF₃，膜層總厚度為98.1nm，鍍膜時基底溫度為300℃。

步驟四，鍍膜元件靜置24h后再次采用斐索干涉儀測量其面形W2，利用公式ΔW＝W2-W1得到鍍膜引起的元件面形改變量，相減時需將元件兩次面形數(shù)據(jù)的標(biāo)記點(diǎn)對準(zhǔn)，保障相減后得到相同位置鍍膜前后的變化量。

通過前期驗證得到氟化物減反膜系的應(yīng)力在300～500MPa之間，取500Mpa作為膜層應(yīng)力輸入，將元件鍍膜時的工況作為約束條件，采用有限元分析，得到膜層應(yīng)力導(dǎo)致的元件面形改變量為25.671nm，去除Power后其RMS改變僅為0.08nm，可以忽略不計。

步驟五，根據(jù)實際采用的膜厚擋板計算真實元件的膜厚分布，并通過數(shù)值計算將膜厚分布轉(zhuǎn)化為面形數(shù)據(jù)Wt，鍍膜后面形變化的實測結(jié)果RMS為0.440nm，而膜厚對面形影響的理論計算結(jié)果RMS為0.463nm，且Wt與ΔW結(jié)果具有極高的相似性，說明Wt與ΔW存在較強(qiáng)的相關(guān)性，同時證明了該方法驗證膜厚均勻性的有效性。

步驟六，利用面形改變量ΔW對膜厚修正擋板進(jìn)行優(yōu)化。

本發(fā)明的有益效果是：以上實施例的測量結(jié)果說明了鍍膜過程對真實元件面形的影響，并通過與理論計算結(jié)果對比，驗證了面形變化量與膜厚均勻性的緊密聯(lián)系，為膜厚修正擋板的優(yōu)化提供了正確的方向。

上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理和最佳實施例，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。