移相式点衍射干涉仪的几个关键技术

　　1　引　　言

　　极紫外光刻(EUVL)[1]技术是建立在传统光学光刻基础上的下一代光刻技术,它最大限度地继承了目前光学光刻的发展成果。EUVL的工作波长为13~14 nm的EUV波段,在光源技术、光学系统、EUV多层膜技术、反射式掩膜技术、超高精度控制技术、抗蚀剂技术、光学元件加工/检测技术等方面都与传统的光学光刻有重大的区别。EUVL为了达到衍射极限性能的分辨率,光学系统的RMS波像差应小于其工作波长的1/14,约为1 nm。在这种情况下,用一般的检测方法难以满足要求。

　　现代干涉技术是基于光电探测、图像处理、计算机技术而发展起来的。光学干涉测量技术作为一种高精度、高灵敏度、非接触性的光学测试技术,已经广泛应用在了表面形状及三维测量、应变及位移测量、速度及加速度测量等领域,并且由于其较高的灵敏度,通常被用在精度要求达到亚微米、纳米的应用领域中。基于干涉测量原理,发展了很多种干涉仪,常见的　　双光束干涉仪主要有[2]:泰曼2格林(Twyman Green)干涉仪、斐索(Fizeau)干涉仪、萨瓦(Savart)干涉仪、波面错位干涉仪等。

　　本文详细介绍了采用移相技术研制的移相点衍射干涉仪,该干涉仪广泛应用于下一代光刻技术22极紫外光刻技术中的光学系统波像差检测,简述其几个关键技术以及解决办法。

　　2　移相点衍射干涉仪组成及工作原理

　　点衍射干涉仪是1972年由Raymond N. Smartt　和J. Strong[3]发明的,它的主要特点是采用了带有针孔或不透明小圆盘的薄膜制成的点衍射分束器,如图1所示。被检测的会聚波前在点衍射板上形成弥散斑,针孔使一部分光线衍射产生参考球面波;另一部分直接透过膜片的光线,其波前形状不变而光振幅被膜片衰减,这部分波前保持原来被测波前的形状而作为测量光束,两束光在点衍射板的后方干涉形成干涉条纹

　　移相干涉术PSI(phase shifting interferometry)是由1974年Burning等人提出的[4],其基本原理是在两相干光的相位差之间引入有序的位移,当参考光程(或相位)变化时干涉条纹的位置也作相应的移动。在此过程中,光电探测器(CCD)采集到视频模拟信号,经图像采集卡数字化得到计算机能处理的数字信号。由计算机按照一定的数学模型根据光强的变化求得相位分布。　　传统的点衍射干涉仪属于共路干涉仪,参考光是通过被测光的一部分发生针孔衍射获得的,这样就不能在参考光中引入定量的相移,从而不能采用相移干涉法来提高测量精度。图2为极紫外光刻光学系统波像差测量中应用的移相式点衍射干涉仪示意图。图2(b)所示,设计方案中包含2个点衍射板,第1个点衍射板上只有一个很小的针孔,起到了空间滤波的作用;第2个点衍射板由一个针孔和一个较大的窗组成,针孔衍射形成参考光,窗对光波不产生影响,形成测试光。如图2(a)所示,由激光器发出的光束通过会聚透镜聚焦在第1个点衍射板的针孔上,形成理想的球面波,通过透射或者反射式的光栅进行分光,经过待测的光学系统后,在像面上形成了若干个衍射级;在像面上放置第2个点衍射板,让0级光通过针孔形成参考光,而+1级光通过窗形成测试光,