專利名稱：用于投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平傳感器與調(diào)焦調(diào)平技術(shù)，特別是一種具有投影光柵和探測光柵的調(diào)焦調(diào)平傳感器。
背景技術(shù)：
在集成電路制造設(shè)備中，用于光學光刻的投影光刻機是公知的。在投影光刻機中，曝光光束照明刻有集成電路圖形的掩模，掩模經(jīng)過投影物鏡成像在基板上，使涂覆在基板上的光刻膠被曝光，從而將掩膜圖樣復制到基板表面。
集成電路集成度的提高要求不斷縮小光刻特征尺寸，光刻特征尺寸的縮小依賴于投影光刻機光刻分辨率的提高?？s短曝光波長和增大投影物鏡的數(shù)值孔徑是提高光刻分辨率最有效的手段，但導致了投影物鏡的焦深急劇減小。投影物鏡焦深的減小使涂有光刻膠的基板表面處在有效焦深范圍之內(nèi)變得越來越困難。因此，必須利用調(diào)焦調(diào)平傳感器準確測量基板表面相對于投影物鏡最佳焦面的高度和傾斜度的偏離量，并通過調(diào)焦調(diào)平執(zhí)行器對該偏離量進行校正。
上世紀九十年代初，菲利浦公司的Van der werf等人發(fā)明了基于光柵計量技術(shù)的調(diào)焦調(diào)平傳感器(參見在先技術(shù)[1]van der werf et al，“imaging apparatus havinga focus-error and/or tilt detection device”US PATANT5191200)。所述調(diào)焦調(diào)平傳感器包括相互垂直的兩個分支，每個分支包括兩路測量光路和兩路參考光路。測量光路測量基板表面相對于投影物鏡最佳焦面的高度，參考光路測量投影物鏡下表面相對其最佳焦面的高度。引入?yún)⒖脊饴肥菫榱藴p小投影物鏡的機械漂移對測量精度的影響。因此，所述調(diào)焦調(diào)平傳感器共有四路測量光路和四路參考光路。所述傳感器的一路測量光路如圖1所示。光源33發(fā)出的白光經(jīng)過鏡組34后照明投影光柵35。投影光柵35經(jīng)成像鏡組36投影在基板37上。投影光柵像經(jīng)過基板37上表面的反射后通過成像鏡組38、起偏器39、剪切板40后在探測光柵41上再次成像并與探測光柵41形成光閘莫爾條紋。莫爾信號經(jīng)偏振調(diào)制器42調(diào)制后被光電探測器44接收。為了提高傳感器的穩(wěn)定性并使結(jié)構(gòu)更加緊湊，所述調(diào)焦調(diào)平傳感器每一個分支的四路光路共用成像鏡組36、38、43和偏振調(diào)制器42。每一分支的四個投影光柵35和四個探測光柵41分別制作在同一基板上，如圖2所示。ASML公司投影光刻機PAS5500系列的大部分機型采用該調(diào)焦調(diào)平傳感技術(shù)。
為了減小基板表面局域形貌對調(diào)焦調(diào)平的影響，M.A.van等人引入了逐場調(diào)焦調(diào)平技術(shù)。該技術(shù)利用在先技術(shù)[1]所述的傳感器對每一曝光視場進行測量，提高了調(diào)焦調(diào)平的精度(參考在先技術(shù)[2]M.A.van den Brink，B.A.Katz and S.Wittekoek，“new 0.54 aperture i-line wafer stepper with field by field leveling combined withglobal alignment”，SPIE Proceedings，Vol.1463)。光刻機發(fā)展到步進掃描階段，在先技術(shù)[1]和在先技術(shù)[2]所述的調(diào)焦調(diào)平傳感器和調(diào)焦調(diào)平技術(shù)仍然適用，只需要調(diào)整測量光斑以適應(yīng)曝光視場的形狀變化，提高采樣頻率以確保實時測量與校正。圖3是ASML公司PAS5500/500型步進掃描投影光刻機調(diào)焦調(diào)平傳感器投影在基板表面的測量光斑分布圖，圖中的實線框代表最大曝光視場，虛線框代表調(diào)焦調(diào)平傳感器一個分支的兩個測量光斑，點畫線框代表另一分支的兩個測量光斑。
基板邊緣一定區(qū)域內(nèi)沒有光刻膠，有光刻膠區(qū)域的邊緣因勻膠工藝以及其它工藝的影響，其表面局域形貌起伏較大。調(diào)焦調(diào)平傳感器的測量光斑即使是一部分位于這些區(qū)域，其對應(yīng)的測量值也不能真實地反映基板表面的高度，這部分區(qū)域為不可測量區(qū)域45，如圖4所示。不可測量區(qū)域45的形狀為一個環(huán)帶，不可測量區(qū)域45所包圍的區(qū)域為可測量區(qū)域46。在可測量區(qū)域46內(nèi)，調(diào)焦調(diào)平傳感器能準確地測量基板表面相對投影物鏡最佳焦面的高度偏離量?？蓽y量區(qū)域46和不可測量區(qū)域45可以用一個與基板同心的圓47來劃分，圓47稱為調(diào)焦調(diào)平測量圓47。同時，以最大曝光視場內(nèi)調(diào)焦調(diào)平傳感器測量光斑位于可測量區(qū)域46的個數(shù)作為判定標準，基板表面可分為內(nèi)場區(qū)域、交接場區(qū)域和外場區(qū)域。內(nèi)場區(qū)域為調(diào)焦調(diào)平傳感器四個測量光斑對應(yīng)的測量值都有效的區(qū)域。在該區(qū)域內(nèi)，基板表面相對于投影物鏡最佳焦面的高度和傾斜度都能由調(diào)焦調(diào)平傳感器測量，該區(qū)域的調(diào)焦調(diào)平模式為內(nèi)場模式。交接場區(qū)域為在最大曝光視場內(nèi)有一到三個測量光斑對應(yīng)的測量值有效的區(qū)域。在該區(qū)域內(nèi)，僅有基板表面相對于投影物鏡最佳焦面的高度能被調(diào)焦調(diào)平傳感器測量，該區(qū)域的調(diào)焦調(diào)平模式為交接場模式。外場區(qū)域為在最大曝光視場內(nèi)沒有一個測量光斑對應(yīng)的測量值有效的區(qū)域。在該區(qū)域內(nèi)，基板表面相對于投影物鏡最佳焦面的高度和傾斜度都不能被測量，該區(qū)域的調(diào)焦調(diào)平模式為外場模式。對于步進投影光刻機，曝光場和曝光視場大小相等。因此，內(nèi)場位于內(nèi)場區(qū)域，交接場位于交接場區(qū)域，外場位于外場區(qū)域。對于步進掃描投影光刻機，掃描曝光的最大曝光視場小于曝光場，其內(nèi)場仍然位于內(nèi)場區(qū)域，外場位于外場區(qū)域，但交接場可能既有一部分位于交接場區(qū)域，同時還有另一部分位于內(nèi)場區(qū)域和/或外場區(qū)域。在交接場區(qū)域和外場區(qū)域，需要利用LVDT(Linear Variable DifferentialTransformer)位置傳感器測量基板背面的傾斜度和/或高度，并參考鄰近內(nèi)場區(qū)域的傾斜度和/或高度得到該被測區(qū)域的傾斜度和/或高度。因此，基板表面形貌、承片臺表面形貌、大理石表面形貌與大理石相對投影物鏡最佳焦面的傾斜等因素都會影響這些區(qū)域的調(diào)焦調(diào)平精度。
在先技術(shù)[1]和在先技術(shù)[2]所述的調(diào)焦調(diào)平傳感器投影在基板表面的測量光斑的大小固定，且測量光斑有一部分位于最大曝光視場以外，導致整個基板表面有較大的交接場區(qū)域和外場區(qū)域。圖5為ASML PAS5500/500型步進掃描投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平傳感器在φ200mm基板上的不同調(diào)焦調(diào)平模式所在區(qū)域分布圖，其中標有1的區(qū)域為內(nèi)場區(qū)域，標有2的區(qū)域為交接場區(qū)域，標有3的區(qū)域為外場區(qū)域，各區(qū)域內(nèi)的每一個小矩形代表一個曝光場。在先技術(shù)[1]和在先技術(shù)[2]所述的調(diào)焦調(diào)平傳感器投影在基板表面的測量光斑大小固定，限制了可直接測量的曝光視場的大小，降低了芯片設(shè)計和生產(chǎn)的靈活性。例如圖6所示的曝光場，圖中的f曝光場為通用的曝光場，d曝光場為生產(chǎn)特殊芯片的曝光場，該曝光場比通用的曝光場窄。圖中的a、b、c三曝光場的灰色區(qū)域為分布有對準標記、測試圖形等的區(qū)域，在這些區(qū)域調(diào)焦調(diào)平傳感器不能準確測量。a、b、c三曝光場的白色區(qū)域為可以曝光的區(qū)域。由于在先技術(shù)[1]和在先技術(shù)[2]所述的調(diào)焦調(diào)平傳感器投影在基板表面的測量光斑大小固定，不能直接測量出圖6中的a、b、c、d曝光場中需要曝光區(qū)域的傾斜度和/或高度。在步進掃描投影光刻機中，在先技術(shù)[1]和在先技術(shù)[2]所述的調(diào)焦調(diào)平傳感器的測量光斑有較大的重疊區(qū)域，導致圖3中所示y方向(掃描方向)的兩個測量光斑的間距小，影響測量精度。

發(fā)明內(nèi)容
為克服在先技術(shù)[1]與在先技術(shù)[2]所述調(diào)焦調(diào)平傳感器所存在的缺點，本發(fā)明提出了一種用于投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平傳感器，它可以靈活地測量不同大小的曝光視場，提高了芯片設(shè)計和生產(chǎn)的靈活性。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種用于投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平傳感器，包括相互垂直的兩個分支，每分支包括兩路測量光路和兩路參考光路，測量光路測量基板表面相對投影物鏡最佳焦面的高度，參考光路測量投影物鏡下表面的高度，并且每一個分支的四路光路共用成像系統(tǒng)，其特征在于該測量光路中具有改變測量光斑的大小的可變光闌。
該調(diào)焦調(diào)平傳感器的一路測量光路包括入射單元和探測單元兩部分；入射單元包括白光光源，將白光光源發(fā)射的光束耦合準直的照明系統(tǒng)在經(jīng)照明系統(tǒng)準直的光束的前進方向上依次置有投影光柵、可變光闌、成像系統(tǒng)、反射棱鏡，光束經(jīng)反射棱鏡反射后再經(jīng)被測基板表面反射，入射到探測單元的分光棱鏡的分光面，該分光面反射的光束的前進方向上，依次置有成像系統(tǒng)、起偏器、剪切板、探測光柵、調(diào)制器、檢偏器和光電探測器，經(jīng)分光棱鏡的分光面透射的光束被CCD圖像傳感器接收；起偏器和剪切板將光柵的成像光束分為尋常光和非常光，尋常光和非常光形成的光柵像分別和探測光柵產(chǎn)生光閘莫爾條紋，莫爾信號經(jīng)調(diào)制器調(diào)制后被光電探測器接收，光電探測器接收的信號經(jīng)過解調(diào)后得到相應(yīng)測量點相對投影物鏡最佳焦面的高度值，調(diào)焦調(diào)平傳感器利用四個測量光路得到被測區(qū)域相對于投影物鏡最佳焦面的高度和傾斜度，該高度和傾斜度信息被輸入運動控制器；同時，利用激光干涉儀測量曝光視場中心點的水平位置，該位置信息也被輸入運動控制器，該運動控制器計算出工件臺下三個驅(qū)動器各自的驅(qū)動量并將其發(fā)送到工件臺運動控制板，運動控制板驅(qū)動三個驅(qū)動器調(diào)節(jié)基板表面的高度和傾斜，使基板表面位于投影物鏡的可用焦深范圍內(nèi)。
該白光光源為汞燈光源或多個激光器組成的混合光源，其波長遠離光刻機的曝光波長。
該照明系統(tǒng)包括將光源發(fā)出的光耦合進光纖的耦合鏡組、傳輸照明光束的光纖以及利用光纖出射光束均勻照明投影光柵的柯拉照明系統(tǒng)。
該投影光柵和探測光柵均為復合光柵，光柵的線空比為1∶1，可根據(jù)需要在60um～150um之間選擇光柵周期。
該可變光闌包括固定光闌和可移動遮光板。
該可變光闌的可移動遮光板與電機相連，在電機的驅(qū)動下平行于光柵刻線移動。
該遮光板與工件臺的同步運動關(guān)系在以基板中心為坐標原點，基板的刻槽與基板中心的連線為Y軸，該連線的垂線為X軸的坐標系下可以表示為，v2=(R2-(yij+y0+b2+vt)2-xij+a2t)sinθ]]>xij＜0，yij＞0v2=(R2-(yij+y0+b2+vt)2-xij+a2t)sinθ]]>xij＜0，yij＜0v2=(R2-(yij+y0+b2+vt)2-xij+a2t)sinθ]]>xij＞0，yij＞0v2=(R2-(yij+y0+b2+vt)2-xij+a2t)sinθ]]>xij＞0，yij＜0其中，R為調(diào)焦調(diào)平測量圓的半徑，xij，yij為曝光場中心點坐標，y0為在某一時刻t曝光視場中心點與曝光場中心點的Y向距離；a為曝光視場的X向長度，b為曝光視場的Y向?qū)挾?；θ為測量光路的光軸與基板表面的夾角；v為工件臺的掃描速度，v2為遮光板與工件臺同步運動的速度。
與在先技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有點1、本發(fā)明與在先技術(shù)相比，采用可變光闌改變所述調(diào)焦調(diào)平傳感器測量光斑的大小，增大了調(diào)焦調(diào)平傳感器在基板邊緣的測量區(qū)域，提高了這些區(qū)域的調(diào)焦調(diào)平精度。
2、本發(fā)明與在先技術(shù)相比，采用可變光闌改變所述調(diào)焦調(diào)平傳感器測量光斑大小，可以靈活地測量不同大小的曝光視場，提高了芯片設(shè)計和生產(chǎn)的靈活性。
3、本發(fā)明與在先技術(shù)相比，采用新型的投影光柵和探測光柵，減小了測量光斑相互交疊的區(qū)域，增大了測量光斑間Y向(掃描方向)的距離。


圖1是在先技術(shù)[1]所述調(diào)焦調(diào)平傳感器的一路測量光路示意圖。
圖2是在先技術(shù)[1]與在先技術(shù)[2]所述調(diào)焦調(diào)平傳感器的復合光柵結(jié)構(gòu)圖。
圖3是ASML公司PAS5500/500型步進掃描投影光刻機調(diào)焦調(diào)平傳感器投影在基板表面的測量光斑分布圖。
圖4是基板表面可測量區(qū)域與不可測量區(qū)域的劃分示意圖。
圖5是ASML PAS5500/500型步進掃描投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平傳感器在φ200mm基板上的調(diào)焦調(diào)平模式所在區(qū)域分布圖。
圖6是幾種特殊曝光場示意圖。
圖7是步進掃描投影光刻機結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是本發(fā)明調(diào)焦調(diào)平傳感器一路測量光路圖。
圖9是本發(fā)明所述調(diào)焦調(diào)平傳感器所采用的復合光柵結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10是本發(fā)明所述調(diào)焦調(diào)平傳感器投影在基板表面的測量光斑分布圖。
圖11是可變光闌結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12是可變光闌遮光板的運動控制框圖。
圖13本發(fā)明所述調(diào)焦調(diào)平傳感器在φ200mm基板上的調(diào)焦調(diào)平模式所在區(qū)域分布圖。
圖14是基板坐標系，坐標原點在基板中心，基板的刻槽與基板中心的連線為Y軸，該連線的垂線為X軸。
具體實施例方式本發(fā)明應(yīng)用在如圖7所示的投影光刻機中。該光刻機主要包括產(chǎn)生曝光光束的激光器1，含有控制曝光視場大小的可變窄縫3的照明系統(tǒng)2，將掩模圖形4成像在基板7上的投影物鏡6，承載掩模4并能精確定位的掩模臺5，承載基板7并能精確定位的工件臺8，測量基板表面相對投影物鏡最佳焦面的高度和傾斜度的調(diào)焦調(diào)平傳感器9。
圖7中的調(diào)焦調(diào)平傳感器9為本發(fā)明所述的調(diào)焦調(diào)平傳感器。所述調(diào)焦調(diào)平傳感器包括相互垂直的兩個分支，每分支包括兩路測量光路和兩路參考光路，測量光路測量基板表面相對投影物鏡最佳焦面的高度，參考光路測量投影物鏡下表面的高度，并且每一個分支的四路光路共用成像系統(tǒng)。因此，所述調(diào)焦調(diào)平傳感器共有四路測量光路和四路參考光路。該調(diào)焦調(diào)平傳感器的一路測量光路如圖8所示。它包括入射單元901和探測單元902兩部分。入射單元901包括白光光源10，將白光光源10發(fā)射的光束耦合準直的照明系統(tǒng)11。在經(jīng)照明系統(tǒng)11準直的光束的前進方向上依次置有投影光柵12、可變光闌13、成像系統(tǒng)14、反射棱鏡15。其中，可變光闌13緊靠投影光柵12。經(jīng)照明系統(tǒng)11準直的光束經(jīng)反射棱鏡15反射后再經(jīng)被測基板7表面反射，入射到探測單元902的分光棱鏡17的分光面。在經(jīng)分光棱鏡17的分光面反射的光束的前進方向上，依次置有成像系統(tǒng)18、起偏器19、剪切板20、探測光柵21、調(diào)制器28、檢偏器29和光電探測器30。經(jīng)分光棱鏡17的分光面透射的光束被CCD圖像傳感器26接收。
上述白光光源10發(fā)出的白光經(jīng)過照明系統(tǒng)11均勻照明投影光柵12。投影光柵12經(jīng)成像系統(tǒng)14投影在基板7上，反射棱鏡15被用來改變成像光束的方向?？勺児怅@13用來限制投影光柵12的成像區(qū)域，即控制基板7上的投影光斑人小。經(jīng)過基板7和分光棱鏡17的反射，投影光柵像由成像系統(tǒng)18成像到探測光柵21上。探測光柵21之前的起偏器19和剪切板20將光柵的成像光束分為尋常光(o光)和非常光(e光)，o光和e光形成的光柵像分別和探測光柵21產(chǎn)生光閘莫爾條紋，莫爾信號經(jīng)調(diào)制器28調(diào)制后被光電探測器30接收，光電探測器30接收的信號經(jīng)過解調(diào)后得到相應(yīng)測量點相對投影物鏡最佳焦面的高度值。調(diào)焦調(diào)平傳感器利用四個測量光路得到被測區(qū)域相對于投影物鏡最佳焦面的高度和傾斜度。該高度和傾斜度信息被輸入運動控制器27。同時，利用激光干涉儀25測量曝光視場中心點的水平位置，該位置信息也被輸入運動控制器27。運動控制器27計算得出工件臺下三個驅(qū)動器23各自的驅(qū)動量并將其發(fā)送到工件臺運動控制板24。運動控制板24驅(qū)動三個驅(qū)動器23調(diào)節(jié)基板表面相對于投影物鏡最佳焦面的高度和傾斜，使基板表面位于投影物鏡的可用焦深內(nèi)。
所述的白光光源10為汞燈光源或多個激光器組成的混合光源，其波長遠離光刻機的曝光波長。所述的照明系統(tǒng)11包括將光源發(fā)出的光耦合進光纖的耦合鏡組、傳輸照明光束的光纖以及利用光纖出射光束均勻照明投影光柵12的柯拉照明系統(tǒng)。所述的投影光柵12和探測光柵21均為復合光柵，其結(jié)構(gòu)如圖9所示。復合投影光柵包括兩個測量投影光柵和兩個參考投影光柵。光柵的線空比為1∶1，光柵周期，可根據(jù)需要在60um～150um之間選擇。圖10為投影光柵12投影在基板表面的測量光斑分布圖，圖中的實線框代表最大曝光視場區(qū)域，虛線框代表調(diào)焦調(diào)平一個測量分支的兩個測量光斑，點畫線代表另一個測量分支的兩個測量光斑。由于新型投影光柵的采用，增大了測量光斑間的y向距離。圖8中的成像光學系統(tǒng)14、18為4f系統(tǒng)。所述的剪切板20的剪切量為光柵周期的一半。所述的調(diào)制器28具有比測量光束光譜范圍更寬的光譜響應(yīng)范圍。
所述調(diào)焦調(diào)平傳感器的每一個分支有兩個可變光闌13，每一個可變光闌對應(yīng)于一個測量投影光柵12，并且兩個可變光闌構(gòu)成一個復合光闌，如圖11所示?？勺児怅@13包括固定光闌48和可移動遮光板49?？勺児怅@的可移動遮光板49與電機相連，在電機的驅(qū)動下平行于光柵刻線移動。遮光板的移動改變了光闌的大小，從而改變了測量光斑的大小。為了保證測量精度，測量光斑不能太小，最小測量光斑不能小于沒有可移動遮光板49時的測量光斑的一半。所述的驅(qū)動電機為步進電機，要求它能高精度地驅(qū)動遮光板移動。
在步進(掃描)投影光刻機進行步進(掃描)曝光以前，需要對基板表面的圖形分布進行合理的規(guī)劃，規(guī)劃完成后不同區(qū)域的調(diào)焦調(diào)平模式就被確定。相應(yīng)地，基板表面需要利用可變光闌改變測量光斑大小的區(qū)域，以及可變光闌運動的起點、終點(在基板坐標系中的坐標)等都被確定。
對步進投影光刻機，控制可變光闌改變測量光斑的大小，使測量光斑位于調(diào)焦調(diào)平測量圓內(nèi)比較容易。只需在工件臺步進過程中，控制可移動遮光板49運動到相應(yīng)位置，確保下一曝光場內(nèi)的測量光斑位于調(diào)焦調(diào)平測量圓內(nèi)即可。對步進掃描投影光刻機，控制可變光闌改變測量光斑的大小，使測量光斑位于調(diào)焦調(diào)平測量圓內(nèi)則較困難。當一個曝光場一部分位于內(nèi)場區(qū)域而另一部分位于交接場區(qū)域時，在內(nèi)場區(qū)域向交接場區(qū)域掃描曝光過程中，調(diào)焦調(diào)平傳感器投影在曝光視場內(nèi)的一個測量光斑位于調(diào)焦調(diào)平測量圓以外的部分會逐漸變大。因此，可變光闌的遮光板需要與工件臺同步運動以控制測量光斑位于調(diào)焦調(diào)平測量圓以內(nèi)。圖12為遮光板與工件臺同步運動的控制框圖。在上述的交接場掃描曝光過程中，激光干涉儀25測量曝光視場的位置，運動控制器27根據(jù)該位置信息發(fā)出相應(yīng)的指令給可變光闌運動控制板31，可變光闌運動控制板31通過控制驅(qū)動電機使遮光板與工件臺同步運動。遮光板遮擋掉投影光柵12投影到基板表面的部分投影光束，確保測量光斑位于調(diào)焦調(diào)平測量圓內(nèi)，從而消除了調(diào)焦調(diào)平傳感器從這些區(qū)域引入的測量誤差，保證了調(diào)焦調(diào)平傳感器的測量精度。在可變光闌與工件臺同步運動的同時，CCD圖像傳感器26監(jiān)測基板表面上的測量光斑，并將監(jiān)測結(jié)果反饋到運動控制器27，實現(xiàn)可變光闌移動的閉環(huán)控制，以保證可變光闌能準確控制測量光斑，使調(diào)焦調(diào)平傳感器投影到基板表面的測量光斑位于調(diào)焦調(diào)平測量圓內(nèi)。
遮光板與工件臺的同步運動關(guān)系在圖14所示，以基板中心為坐標原點，基板的刻槽與基板中心的連線為Y軸，該連線的垂線為X軸的坐標系下可以表示為，v2=(R2-(yij+y0+b2+vt)2-xij+a2t)sinθ]]>xij＜0，yij＞0v2=(R2-(yij+y0+b2+vt)2-xij+a2t)sinθ]]>xij＜0，yij＜0v2=(R2-(yij+y0+b2+vt)2-xij+a2t)sinθ]]>xij＞0，yij＞0v2=(R2-(yij+y0+b2+vt)2-xij+a2t)sinθ]]>xij＞0，yij＜0其中，R為調(diào)焦調(diào)平測量圓的半徑，xij，yij為曝光場中心點坐標，y0為在某一時刻t曝光視場中心點與曝光場中心點的Y向距離。a為曝光視場的X向長度，b為曝光視場的Y向?qū)挾?。θ為測量光路的光軸與基板表面的夾角。v為工件臺的掃描速度，v2為遮光板與工件臺同步運動的速度。
使用時，如圖8所示，白光光源10發(fā)出的白光經(jīng)過照明系統(tǒng)11均勻照明投影光柵12。投影光柵12經(jīng)成像系統(tǒng)14投影在基板7上，反射棱鏡15被用來改變成像光束的方向?？勺児怅@13用來限制投影光柵12的成像區(qū)域，即控制基板7上的投影光斑大小。經(jīng)過基板7和分光棱鏡17的反射，投影光柵12像由成像系統(tǒng)18成像到探測光柵21上。探測光柵21之前的起偏器19和剪切板20將光柵的成像光束分為尋常光(o光)和非常光(e光)，o光和e光形成的光柵像分別和探測光柵21產(chǎn)生光閘莫爾條紋，莫爾信號經(jīng)調(diào)制器28調(diào)制后被光電探測器30接收，光電探測器30接收的信號經(jīng)過解調(diào)后得到相應(yīng)測量點相對投影物鏡最佳焦面的高度值。調(diào)焦調(diào)平傳感器利用四個測量光路得到被測區(qū)域相對于投影物鏡最佳焦面的高度和傾斜度。該高度和傾斜度信息被輸入運動控制器27。同時，利用激光干涉儀25測量曝光視場中心點的水平位置，該位置信息也被輸入運動控制器27。運動控制器27計算出工件臺下三個驅(qū)動器23各自的驅(qū)動量并將其發(fā)送到工件臺運動控制板24。運動控制板24驅(qū)動三個驅(qū)動器23調(diào)節(jié)基板表面的高度和傾斜，使基板表面位于投影物鏡的可用焦深范圍內(nèi)。
圖13為本發(fā)明所述調(diào)焦調(diào)平傳感器在φ200mm基板上的調(diào)焦調(diào)平模式所在區(qū)域分布圖。為了便于比較，圖5和圖13中的曝光場大小相等，都等于最大曝光視場。圖中標1的區(qū)域為內(nèi)場區(qū)域，標2的區(qū)域為交接場區(qū)域，標3的區(qū)域為外場區(qū)域，各區(qū)域內(nèi)的每一個小矩形代表一個曝光場。在圖5中，內(nèi)場區(qū)域的曝光場有91個，交接場區(qū)域的曝光場有36個，外場區(qū)域的曝光場有20個。在圖13中，內(nèi)場區(qū)域的曝光場有125個，交接場區(qū)域的曝光場有14個，外場區(qū)域的曝光場有8個。可見，本發(fā)明所述調(diào)焦調(diào)平傳感器在φ200mm基板上的內(nèi)場區(qū)域比ASMLPAS5500/500型步進掃描投影光刻機所用的調(diào)焦調(diào)平傳感器在φ200mm基板上的內(nèi)場區(qū)域多34個曝光場，增加量大于30％。因此，采用本發(fā)明所述的調(diào)焦調(diào)平傳感器能較大的增加基板表面的直接測量區(qū)域，消除了間接測量所引入的誤差，從而提高了調(diào)焦調(diào)平傳感器在這些區(qū)域的測量精度。
權(quán)利要求
1.一種用于投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平傳感器，包括相互垂直的兩個分支，每分支包括兩路測量光路和兩路參考光路，測量光路測量基板表面相對投影物鏡最佳焦面的高度，參考光路測量投影物鏡下表面的高度，并且每一個分支的四路光路共用成像系統(tǒng)，其特征在于該測量光路中具有改變測量光斑的大小的可變光闌(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平傳感器，其特征在于該調(diào)焦調(diào)平傳感器的一路測量光路包括入射單元(901)和探測單元(902)兩部分；入射單元(901)包括白光光源(10)，將白光光源(10)發(fā)射的光束耦合準直的照明系統(tǒng)(11)，在經(jīng)照明系統(tǒng)(11)準直的光束的前進方向上依次置有投影光柵(12)、可變光闌(13)、成像系統(tǒng)(14)、反射棱鏡(15)，光束經(jīng)反射棱鏡(15)反射后再經(jīng)被測基板(7)表面反射，入射到探測單元(902)的分光棱鏡(17)的分光面，該分光面反射的光束的前進方向上，依次置有成像系統(tǒng)(18)、起偏器(19)、剪切板(20)、探測光柵(21)、調(diào)制器(28)、檢偏器(29)和光電探測器(30)，經(jīng)分光棱鏡(17)的分光面透射的光束被CCD圖像傳感器(26)接收；起偏器(19)和剪切板(20)將光柵的成像光束分為尋常光和非常光，尋常光和非常光形成的光柵像分別和探測光柵(21)產(chǎn)生光閘莫爾條紋，莫爾信號經(jīng)調(diào)制器(28)調(diào)制后被光電探測器(30)接收，光電探測器(30)接收的信號經(jīng)過解調(diào)后得到相應(yīng)測量點相對投影物鏡最佳焦面的高度值，調(diào)焦調(diào)平傳感器利用四個測量光路得到被測區(qū)域相對于投影物鏡最佳焦面的高度和傾斜度，該高度和傾斜度信息被輸入運動控制器(27)；同時，利用激光干涉儀(25)測量曝光視場中心點的水平位置，該位置信息也被輸入運動控制器(27)，該運動控制器(27)計算出工件臺下三個驅(qū)動器(23)各自的驅(qū)動量并將其發(fā)送到工件臺運動控制板(24)，運動控制板(24)驅(qū)動三個驅(qū)動器(23)調(diào)節(jié)基板表面的高度和傾斜，使基板表面位于投影物鏡的可用焦深范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平傳感器，其特征在于該白光光源(10)為汞燈光源或多個激光器組成的混合光源，其波長遠離光刻機的曝光波長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平傳感器，其特征在于該照明系統(tǒng)(11)包括將光源發(fā)出的光耦合進光纖的耦合鏡組、傳輸照明光束的光纖以及利用光纖出射光束均勻照明投影光柵(12)的柯拉照明系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的的用于投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平傳感器，其特征在于該投影光柵(12)和探測光柵(21)均為復合光柵，光柵的線空比為1∶1，光柵周期在60um～150um之間選擇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平傳感器，其特征在于該可變光闌(13)包括固定光闌(48)和可移動遮光板(49)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平傳感器，其特征在于該可變光闌(13)的可移動遮光板(49)與電機相連，在電機的驅(qū)動下平行于光柵刻線移動。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平傳感器，其特征在于該遮光板(49)與工件臺的同步運動關(guān)系在以基板中心為坐標原點，基板的刻槽與基板中心的連線為Y軸，該連線的垂線為X軸的坐標系下可以表示為，v2=(R2-(yij+y0+b2+vt)2-xij+a2t)sinθ---xij<0,yij>0]]>v2=(R2-(yij+y0-b2+vt)2-xij+a2t)sinθ---xij<0,yij<0]]>v2=(R2-(yij+y0+b2+vt)2-xij-a2t)sinθ---xij>0,yij>0]]>v2=(R2-(yij+y0-b2+vt)2-xij-a2t)sinθ---xij>0,yij<0]]>其中，R為調(diào)焦調(diào)平測量圓的半徑，xij，yij為曝光場中心點坐標，y0為在某一時刻t曝光視場中心點與曝光場中心點的Y向距離；a為曝光視場的X向長度，b為曝光視場的Y向?qū)挾?；θ為測量光路的光軸與基板表面的夾角；v為工件臺的掃描速度，v2為遮光板與工件臺同步運動的速度。
全文摘要
本發(fā)明涉及投影光刻機的調(diào)焦調(diào)平傳感器與調(diào)焦調(diào)平技術(shù)，特別是一種具有投影光柵和探測光柵的調(diào)焦調(diào)平傳感器。它包括相互垂直的兩個分支，每分支包括兩路測量光路和兩路參考光路，測量光路測量基板表面相對投影物鏡最佳焦面的高度，參考光路測量投影物鏡下表面的高度，并且每一個分支的四路光路共用成像系統(tǒng)，該測量光路中具有改變測量光斑的大小的可變光闌。本發(fā)明可以靈活地測量不同大小的曝光視場，增大了調(diào)焦調(diào)平傳感器的測量范圍，提高了芯片設(shè)計和生產(chǎn)的靈活性。
文檔編號G03F7/207GK1700101SQ20051002579
公開日2005年11月23日 申請日期2005年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月13日
發(fā)明者胡建明, 王向朝, 曾愛軍 申請人:上海微電子裝備有限公司