專利名稱：：相干成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于光刻
技術(shù)領(lǐng)域：
，特征涉及光刻對(duì)準(zhǔn)的相干成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：投影光刻裝置(投影光刻機(jī))是大規(guī)模集成電路生產(chǎn)的重要設(shè)備之一。投影光刻機(jī)可將攜模板上的圖形通過(guò)其投影物鏡按一定比例轉(zhuǎn)移到硅片上(本文中的硅片泛指所有被曝光對(duì)象，包括襯底、鍍膜和光刻膠等)。由于一般都要在硅片上的器件區(qū)曝多層圖形來(lái)最終形成特定的器件，因而就需要保證不同層圖形之間精確對(duì)準(zhǔn)，也就是我們常說(shuō)的不同層圖形之間的套刻，套刻精度是投影光刻機(jī)的三大重要指標(biāo)之一，而投影光刻機(jī)的套刻功能是由對(duì)準(zhǔn)分系統(tǒng)在其他分系統(tǒng)(如工件臺(tái)、整機(jī)控制和調(diào)焦調(diào)平分系統(tǒng))配合下完成的。隨著大規(guī)模集成電路的對(duì)集成度的需求不斷提高，光刻機(jī)的關(guān)鍵尺寸(CriticalDimension,CD)在不斷縮小，由此對(duì)光刻機(jī)的對(duì)準(zhǔn)精度的要求也越來(lái)越高，因此自從CD進(jìn)入亞微米領(lǐng)域特別是在大規(guī)模集成電路制造工藝中引入化學(xué)機(jī)械拋光(ChemicalMechanicalPolishing,CMP)工藝后，光刻機(jī)的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)就由原來(lái)的通過(guò)物鏡(ThroughTheLens,TTL)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)升級(jí)成TTL加上離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)(Off-axisAlignment,OA)的模式，如專利US.6，297,876Bl所描述的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)以及中國(guó)專利200710044152.1所描述的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)都是這種模式，離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)5在光刻機(jī)中的布置如圖所示，其中離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)5相對(duì)于投影物鏡4的位置固定并且離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)5的光軸要盡可.能的靠近投影物鏡4的光軸，離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)5要檢測(cè)的標(biāo)記位于硅片1或工件臺(tái)3上，在對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中硅片1或工件臺(tái)3上的標(biāo)記相對(duì)于離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)5掃描，從而可以得到被測(cè)標(biāo)記相對(duì)于離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)5(離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)5位置固定且相對(duì)于投影物鏡的距離為機(jī)器常數(shù))位置，結(jié)合同軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)后即可以得到掩模2的掩模版標(biāo)記相對(duì)于硅片1或工件臺(tái)3上標(biāo)記的相對(duì)位置關(guān)系。美國(guó)專利US.6,297,876Bl和中國(guó)專利200710044152.1所描述的離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)都是基于雙光柵檢測(cè)的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)離軸對(duì)準(zhǔn)的。而專利200710044152.1的基本原理是位于硅片或工件臺(tái)上的被測(cè)標(biāo)記是一個(gè)反射型的相位光柵，被離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)垂直照明后發(fā)生衍射，某些特定級(jí)次的衍射光被離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)所收集(在這里以土l級(jí)次光被收集為例進(jìn)行說(shuō)明)，通過(guò)離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的傅立葉透鏡后，相位光柵的士l級(jí)次光再次發(fā)生干涉，形成相位光柵的相應(yīng)級(jí)次的干涉像，并在干涉成像的位置處放置參考光is，則當(dāng)相位標(biāo)記相對(duì)離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的位置也即相對(duì)參考光柵的位置發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)參考光柵后面的總光強(qiáng)也相應(yīng)發(fā)生變化，在參考光柵后面放置探測(cè)模塊后，就可以通過(guò)首先探測(cè)光強(qiáng)變換進(jìn)而轉(zhuǎn)化為相位變化，最終可以探測(cè)出相位光柵標(biāo)記相對(duì)OA的位置關(guān)系。根據(jù)專利200710044152.1所給出的離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的原理可知其中最關(guān)鍵的光學(xué)器件是由傅立葉透鏡、偏振分束器、參考光柵以及空間濾波器等組成的相干成像系統(tǒng)，但具體的相干成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)并未提供。
發(fā)明內(nèi)容.本發(fā)明的目的在于，提供一種相干成像系統(tǒng)，本發(fā)明在于給出中國(guó)專利申請(qǐng)200710044152.1中的相干成像系統(tǒng)的具體光學(xué)設(shè)計(jì)，以具體實(shí)現(xiàn)其更大的入瞳直徑和角視場(chǎng)，并且結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單(沒(méi)有了美國(guó)專利US.6，297,876Bl中楔形板組)的發(fā)明目的。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案-一種相干成像系統(tǒng)，從物面開(kāi)始依次包括由傅立葉透鏡前組、將光路分成第一光路和第二光路的分束器，所述分束器包括一四分之一波片，所述第一光路上自所述分束器依次包括-第一空間濾波器、第一傅立葉透鏡后組、第一參考光柵；所述第二光路上自所述分束器依次包括第二空間濾波器、第二傅立葉透鏡后組、第二參考光柵；所述第一光路的像在所述第一參考光柵的后面；所述第二光路的像在所述第二參考光柵的后面。其中，所述傅立葉透鏡前組、第一傅立葉透鏡后組、第二傅立葉透鏡后組均由三片透鏡組成。進(jìn)一步地，所述第一光路和第二光路工作在兩個(gè)不同的波長(zhǎng)。進(jìn)一步地，所述第一空間濾波器與所述第「傅立葉透鏡后組之間設(shè)有第一支架和位于所述第一支架上的第一小反射棱鏡。進(jìn)一步地，所述第二空間濾波器與所述第二傅立葉透鏡后組之間設(shè)有第二支架和位于所述第二支架上的第二小反射棱鏡。進(jìn)一步地，所述相干成像系統(tǒng)的工作距離大于等于55ram且小于75im，其中，所述傅立葉透鏡前組的焦距大于65mra且小于120mra。進(jìn)一步地，所述相干成像系統(tǒng)的光程差大于0小于0.25波長(zhǎng)。進(jìn)一步地，所述相干成像系統(tǒng)的角視場(chǎng)對(duì)紅光大于等于18°，對(duì)綠光大于等于15°，所述相干成像系統(tǒng)的角放大倍率為-1且角放大倍率誤差小于0.5%。本發(fā)明是對(duì)中國(guó)專利申請(qǐng)200710044152.1中的相干成像系統(tǒng)的具體光學(xué)設(shè)計(jì)的細(xì)化，以5具體實(shí)現(xiàn)其更大的入瞳直徑和角視場(chǎng)，并且結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，并且沒(méi)有了美國(guó)專利US.6,297，876Bl中楔形板組。以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。圖l為離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)(OA)在光刻機(jī)中的位置示意圖2為本發(fā)明實(shí)施例中三周期光柵標(biāo)記離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)原理示意圖；圖3為紅光相干成像系統(tǒng)光學(xué)元件二維圖(0光)；圖4為紅光相干成像系統(tǒng)光學(xué)元件二維圖(E光)；圖5為紅光相干成像系統(tǒng)0PD(0光)；圖6為紅光相干成像系統(tǒng)0PD(E光)；圖7為綠光相干成像系統(tǒng)光學(xué)元件二維圖8為綠光相干成像系統(tǒng)的0PD。具體實(shí)施例方式根據(jù)申請(qǐng)?zhí)枮?00710044152.1的中國(guó)專利申請(qǐng)的原理和指標(biāo)分解，對(duì)其相干成像模塊的光學(xué)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)需求如下1)入瞳直徑不小于l.lram;2)紅光系統(tǒng)的角視場(chǎng)不得小于18°,綠光系統(tǒng)的角視場(chǎng)不得小于15°;3)角放大倍率為-1，且所有角視場(chǎng)的放大倍率誤差不得大于0.5%;4)從物方開(kāi)始最后兩個(gè)光學(xué)元件之間的中心間距不得小于30mm;5)傅立葉透鏡前后組的焦距不小于65ram;6)前工作具不小于55mm;7)所有光學(xué)元件的通光口徑不得大于52mm;8)傅立葉透鏡的前組的后焦面到偏振分束器的相應(yīng)光的出射面的距離不得小于5mm;9)整個(gè)相干成像模塊的光程差(0PD)不得大于0.25個(gè)波長(zhǎng)；10)所有選用的玻璃材料必須為常用的，且光學(xué)元件的個(gè)數(shù)要盡快能地少。根據(jù)以上設(shè)計(jì)需求，給出的相應(yīng)的光學(xué)設(shè)計(jì)如下所述。本實(shí)施例中的相干成像系統(tǒng)，位于圖2的離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)中，圖2中與相干成像系統(tǒng)無(wú)直接關(guān)系的現(xiàn)有離軸對(duì)準(zhǔn)部件被省略。在具體光學(xué)設(shè)計(jì)中，根據(jù)光學(xué)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，以下分別給出綠光的相干成像光學(xué)系統(tǒng)和紅光的相干成像系統(tǒng)，但這兩種相干成像系統(tǒng)中的傅立葉透鏡前組由于是共用的，所以是相同的。此外由于用到了偏振分光系統(tǒng)，所以對(duì)紅光的設(shè)計(jì)采用了在四分之一波片中的0光和E光兩個(gè)多重結(jié)構(gòu)進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)。在圖2中，本實(shí)施例采用了紅、綠光(波長(zhǎng)分別為632.8nm和532咖)兩種工作波長(zhǎng)，其目的在于提高整個(gè)離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)對(duì)硅片不同工藝條件下的適應(yīng)能力。圖2中紅綠兩種工作波長(zhǎng)共用傅立葉透鏡的前組12，而后經(jīng)過(guò)偏振分束器13(圖中的四分之一波片14是偏振分束器13的組成部分)后兩種波長(zhǎng)分開(kāi)，一路進(jìn)入第一傅立葉透鏡后組16、第一參考光柵31;另一路進(jìn)入第二傅立葉透鏡后組18、第二參考光柵32;與此同時(shí)綠激光在進(jìn)入第二傅立葉透鏡后組18之前有約1%的能量被分出進(jìn)入相機(jī)光學(xué)子模塊41，進(jìn)而進(jìn)入相機(jī)CCD及顯示組件42,形成離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的CCD相機(jī)分支。離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的CCD相機(jī)分支的作用在于用可視化的方式來(lái)尋找和捕捉位于硅片或工件臺(tái)上的標(biāo)記，主要用于離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的初始安裝和其他的人工捕獲標(biāo)記。本實(shí)施例中，所述傅立葉透鏡前組12、第一傅立葉透鏡后組16、第二傅立葉透鏡后組18，均由三片透鏡組成。，圖2中的第一空間濾波器15和第二空間濾波器17位于傅立葉透鏡前組12的后焦面上，即標(biāo)記光柵11關(guān)于傅立葉透鏡前組12的頻譜面上，其作用在于濾波，增加信'噪比。具體地，所述第一空間濾波器15位于所述第一傅立葉透鏡后組16與所述偏振分束器13之間，所述第二空間濾波器17位于所述第二傅立葉透鏡后組18與所述偏振分束器13之間。其中，如圖2所示，還包括第一光源子模塊51、紅光照明子模塊52、第一支架19和位于第一支架19上的第一小反射棱鏡20。所述第一光源子模塊51發(fā)出的光束(波長(zhǎng)為632.8nm)依次經(jīng)過(guò)紅光照明子模塊52、位于第一支架19上的第一小反射棱鏡20反射后進(jìn)入偏振分束器13,通過(guò)傅立葉透鏡前組12形成平行光照射在需要測(cè)量的標(biāo)記光柵11上。其中，如圖2所示，還包括第二光源子模塊53、綠光照明子模塊54、第二支架21和位于第二支架21上的第二小反射棱鏡22。所述i二光源子模塊53發(fā)出的光束(波長(zhǎng)為532nm)依次經(jīng)過(guò)綠光照明子模塊54、位于第二支架21上的第二小反射棱鏡22反射后進(jìn)入偏振分束器13，通過(guò)傅立葉透鏡前組12形成平行光照射在需要測(cè)量的標(biāo)記光柵11上。其中，所述第一小反射棱鏡20和第二小反射棱鏡22的尺寸都在5mm以下，它正好位于標(biāo)記光柵11衍射光中的0級(jí)衍射光要通過(guò)的地方，在離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的原理中是收集衍射光的±1衍射光或其他高級(jí)次的衍射光，而要濾掉0級(jí)光，所以所述第一小反射棱鏡20和第二小反射棱鏡22的位置安排是滿足離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的原理需求。其中，傅立葉透鏡的前組的后焦面到偏振分束器的相應(yīng)光的出射面的距離不得小于5mm。其中，第一傅立葉透鏡后組16和第二傅立葉透鏡后組18的最后一個(gè)面分別與所述第一參考光柵31和第二參考光柵32的第一個(gè)面之間的距離不小于30mm。其中，所述該系統(tǒng)的工作距離大于等于55鵬且小于75咖。其中，所述傅立葉透鏡前組12的焦距大于65咖且小于120mm。其中，該系統(tǒng)的角視場(chǎng)對(duì)紅光不小于18°對(duì)綠光不小于15。。其中，該系統(tǒng)的角放大倍率為-1且角放大倍率誤差小于0.5%。其中，該系統(tǒng)的光程差(OPD)大于0小于0.25波長(zhǎng)。下面為下面表格中所有面的具體參數(shù)。要說(shuō)明的是，圖2中的反射鏡由于是結(jié)構(gòu)布置的需要，其不影響本相干成像模塊的光學(xué)設(shè)計(jì)，所以不包含在光學(xué)具體參數(shù)設(shè)計(jì)中。如下表一和表二所示分別為0光和E光紅光(波長(zhǎng)為632.8nm)的相干成像系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)的光學(xué)元件的具體參數(shù)。表一為紅光(波長(zhǎng)為632.8nm)的相干成像系統(tǒng)光學(xué)元件具體參數(shù)(0光)表面曲率厚度(咖)玻璃材料半徑(咖)A0無(wú)限,IJ0B060.006420.55C-O.0066313.2ZK719.63045D-O.03333121.08177E-0.034044ZF620.91114F-0.017580.523.29812G0.001168.2ZK724.51227H-0.01222224.97087I0100ZK1124.93266J06QUARTZ25.25K010.2591625.25L0114.495224.46488M0.01409220ZF625.26051N-0.005150.523.0705200.0243197.55ZF620.234578<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表一其中表面A指工作臺(tái)或硅片表面。表面B指標(biāo)記光柵表面。表面C、表面D、表面E、表面F、表面G、表面H依次指傅立葉透鏡前組的三透鏡的表面。表面I指偏振分束器表面。表面J和表面K指四分之一玻片表面。表面L指空間濾波片表面。表面M、表面N、表面0、表面P、表面Q、表面R依次指第一傅立葉透鏡后組的三透鏡的表面。表面S指第一參考光柵31表面。厚度指該表面至緊鄰的下一表面的距離。表二為紅光(波長(zhǎng)為632.8nin)的相干成像系統(tǒng)光學(xué)元件具體參數(shù)(E光)。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表二如圖3和圖4所示，其分別為0光和E光的紅光相干成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果的光學(xué)系統(tǒng)二維圖。如圖5和圖6所示，分別為0光和E光的紅光相干成像系統(tǒng)的OPD圖，從圖中可以看出對(duì)于所有視場(chǎng)的0PD都是小于0.05波長(zhǎng)的。同時(shí)設(shè)計(jì)結(jié)果還表明該系統(tǒng)的角放大倍率為-1誤差最大值為0.348%。如下表三所示為綠光(波長(zhǎng)為532rai)的相干成像系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)的光學(xué)元件的具體參數(shù)。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>-0.004910.520.337090,0.024379.71ZF618.18444P,0.0124732.4115.24533Q,-O.0031214.35ZK1114.86069R'0.038737309.52697S,06.35SILICA1.726592表三如圖7所示，為綠光相干成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果的光學(xué)系統(tǒng)二維圖。如圖8所示，為綠光相干成像系統(tǒng)的OPDS，從圖中可以看出對(duì)于所有視場(chǎng)的OPD都是小于O.05波長(zhǎng)的。同時(shí)設(shè)計(jì)結(jié)果還表明該系統(tǒng)的角放大倍率為-1誤差最大值為0.41%。至此可以看出，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)完全滿足OA對(duì)該相干成像系統(tǒng)的需求。以上所述的實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點(diǎn)，其目的在使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，當(dāng)不能僅以本實(shí)施例來(lái)限定本發(fā)明的專利范圍，即凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍落在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。權(quán)利要求1、一種相干成像系統(tǒng)，其特征在于從物面開(kāi)始依次包括由傅立葉透鏡前組、將光路分成第一光路和第二光路的分束器，所述分束器包括一四分之一波片，所述第一光路上自所述分束器依次包括第一空間濾波器、第一傅立葉透鏡后組、第一參考光柵；所述第二光路上自所述分束器依次包括第二空間濾波器、第二傅立葉透鏡后組、第二參考光柵；所述第一光路的像在所述第一參考光柵的后面，所述第二光路的像在所述第二參考光柵的后面。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干成像系統(tǒng)，其特征在于所述傅立葉透鏡前組、第一傅立葉透鏡后組、第二傅立葉透鏡后組均由三片透鏡組成。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干成像系統(tǒng)，其特征在于所述第一光路和第二光路工作在兩個(gè)不同的波長(zhǎng)。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干成像系統(tǒng)，其特征在于所述第一空間濾波器與所述第一傅立葉透鏡后組之間設(shè)有第一支架和位于所述第一支架上的第一小反射棱鏡。'5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干成像系統(tǒng)，其特征在于所述第二空間濾波器與所述第二傅立葉透鏡后組之間設(shè)有第二支架和位于所述第二支架上的第二小反射棱鏡。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干成像系統(tǒng)，其特征在于所述相干成像系統(tǒng)的工作距離大于等于55咖且小于75mm,其中，所述傅立葉透鏡前組的焦距大于65咖且小于120mm。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干成像系統(tǒng)，其特征在于所述相干成像系統(tǒng)的光程差大于O小于O.25波長(zhǎng)。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干成像系統(tǒng)，.其特征在于所述相干成像系統(tǒng)的角視場(chǎng)對(duì)紅光大于等于18°,對(duì)綠光大于等于15°，所述相干成像系統(tǒng)的角放大倍率為-1且角放大倍率誤差小于0.5%。9、根據(jù)權(quán)利要求2所述的相干成像系統(tǒng)，其特征在于所述傅立葉透鏡前組的三片透鏡的六個(gè)表面表面C、表面D、表面E、表面F、表面G、表面H的參數(shù)為<table>tableseeoriginaldocumentpage2</column></row><table>10、根據(jù)權(quán)利要求2所述的相干成像系統(tǒng)，其特征在于所述第一傅立葉透鏡后組的三片透鏡的六個(gè)表面表面M、表面N、表面0、表面P、表面Q、表面R的參數(shù)為-<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>11、根據(jù)權(quán)利要求2所述的相干成像系統(tǒng)，其特征在于所述第二傅立葉透鏡后組的三片透鏡的六個(gè)表面表面M'、表面N'、表面O'、表面P'、表面Q'、表面R'的參數(shù)為<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>全文摘要相干成像系統(tǒng)，從物面開(kāi)始依次包括由傅立葉透鏡前組、將光路分成第一光路和第二光路的分束器，所述分束器包括一四分之一波片，所述第一光路上自所述分束器依次包括第一空間濾波器、第一傅立葉透鏡后組、第一參考光柵，像在所述第一參考光柵的后面；所述第二光路上自所述分束器依次包括第二空間濾波器、第二傅立葉透鏡后組、第二參考光柵，所述第一光路的像在所述第一參考光柵的后面；所述第二光路的像在所述第二參考光柵的后面，其中，所述傅立葉透鏡前組、第一傅立葉透鏡后組、第二傅立葉透鏡后組均由三片透鏡組成。本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)其更大的入瞳直徑和角視場(chǎng)，并且結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。文檔編號(hào)G02B27/46GK101551523SQ20091005040公開(kāi)日2009年10月7日申請(qǐng)日期2009年4月30日優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日發(fā)明者俊關(guān),宋海軍,徐榮偉,堯李,葛貴臣,韋學(xué)志申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司