專利名稱：一種用于投影光刻中焦面檢測的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)焦面檢測系統(tǒng)，是一種通過光學(xué)三角測量方法對(duì)成像面的位 置移動(dòng)進(jìn)行測量的技術(shù)。
背景技術(shù)：
光刻裝置(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 掩模板上的圖形通過成像曝光裝置按一定比例成像到要加工的對(duì)象上(如硅片等)，硅片 在這里泛指所有被曝光對(duì)象，包括襯底、鍍膜和光刻膠等。在曝光過程中，需要使加工對(duì)象 (如硅片等)的相應(yīng)表面保持在曝光裝置的焦深范圍之內(nèi)。為此，投影光刻機(jī)采用了用于測 量加工對(duì)象(如硅片等)的表面位置信息的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)(焦面檢測系統(tǒng))。調(diào)焦調(diào) 平測量系統(tǒng)可以和夾持加工對(duì)象(如硅片等)的加工臺(tái)一起使加工對(duì)象(如硅片等)的被 曝光區(qū)域一直處于投影光刻機(jī)曝光裝置的焦深之內(nèi)，從而使掩模板上的圖形理想地轉(zhuǎn)移到 加工對(duì)象(如硅片等)上。隨著投影光刻機(jī)分辨率的圖段提高和投影物鏡焦深的不斷減小，對(duì)光刻機(jī)的調(diào)焦 調(diào)平測量分系統(tǒng)的測量精度和能夠?qū)崟r(shí)測量曝光區(qū)域等性能的要求也越來越高。因此目 前步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)中所采用的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)通常為光電測量系統(tǒng)，如基于光柵 和四象限探測器的光電測量方法(美國專利US5191200)、基于狹縫和四象限探測器的光 電測量方法(美國專利US6765647B1)、基于PSD(位置敏感器件)的光電探測方法(中國 專利:200610117401)和基于光柵莫爾條紋的光電探測方法(中國專利200710171968)。 上述調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)的測量位置均為單一位置，即只能測試加工對(duì)象上某一點(diǎn)或某一微 小區(qū)域內(nèi)平均的位置信息。為實(shí)現(xiàn)投影光刻機(jī)所需的調(diào)焦和調(diào)平測量兩大功能，需要采用 若干套焦面檢測系統(tǒng)(如0verlay and field leveling in wafersteppers using an advanced metrology system, SPIE Vol. 1673)或在一個(gè)系統(tǒng)中采用若干個(gè)標(biāo)記(如美國 專利US5191200)，這樣使得整個(gè)調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)非常冗余。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述一套光學(xué)系統(tǒng)僅能進(jìn)行對(duì)某一點(diǎn)或某一微小區(qū)域進(jìn)行焦面檢測，要實(shí) 現(xiàn)投影光刻機(jī)所需的調(diào)焦調(diào)平兩大功能需要采用若干套焦面檢測系統(tǒng)，因而整個(gè)調(diào)焦調(diào)平 測量系統(tǒng)非常冗余的問題，本發(fā)明的目的是利用一套光學(xué)系統(tǒng)完成投影光刻中的焦面位置 和傾斜檢測，實(shí)現(xiàn)調(diào)焦、調(diào)平測量的功能。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供用于投影光刻中焦面檢測的光學(xué)系統(tǒng)，所述光 學(xué)系統(tǒng)解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括照明系統(tǒng)、檢焦標(biāo)記、投影成像系統(tǒng)、多次反 射棱鏡、被檢測面、反射鏡、檢焦標(biāo)記放大系統(tǒng)和探測器件；檢焦標(biāo)記和投影成像系統(tǒng)位于 照明系統(tǒng)和多次反射棱鏡之間，被檢測面位于多次反射棱鏡和反射鏡之間，檢焦標(biāo)記放大 系統(tǒng)位于反射鏡和探測器件之間；投影成像系統(tǒng)與照明系統(tǒng)匹配為照明檢焦標(biāo)記提供照明 光，多次反射棱鏡將照明系統(tǒng)的照明檢焦標(biāo)記的入射光分為兩束或兩束以上的探測光，并且每束探測光的位置不相同，檢焦標(biāo)記通過投影成像系統(tǒng)和多次反射棱鏡將每束探測光位 置的標(biāo)記成像到被檢測面表面上，經(jīng)過被檢測面反射后的檢測光，經(jīng)檢焦標(biāo)記放大系統(tǒng)放 大后入射到探測器件上，利用探測器件探測經(jīng)光學(xué)放大系統(tǒng)放大后的反射圖像位置，對(duì)光 刻投影物鏡的焦面位置和焦面傾斜進(jìn)行檢測。利用所述的用于投影光刻中焦面檢測的光學(xué)系統(tǒng)，還可以應(yīng)用到需要檢測成像物 鏡實(shí)際成像面與理想焦面位置差的其他場合、用于成像物鏡焦面檢測及還可以應(yīng)用到需要 精密位置檢測的場合。本發(fā)明的有益效果在本發(fā)明中，通過引入多次反射棱鏡，僅采用一套光學(xué)系統(tǒng)， 同時(shí)實(shí)現(xiàn)了焦面位置探測和焦面傾斜探測，不僅降低了系統(tǒng)復(fù)雜程度，還減少了誤差源，提 高了探測精度。本發(fā)明通過多個(gè)點(diǎn)的位置探測，就可以實(shí)現(xiàn)被探測面的傾斜探測。由于所 有的探測光都是由同一光源和同一檢測標(biāo)記發(fā)出，因此各個(gè)探測光嚴(yán)格一致，并且這些探 測光均通過同一光學(xué)系統(tǒng)，因此可以消除掉光學(xué)系統(tǒng)加工、裝調(diào)等因素產(chǎn)生的差異；綜合以 上優(yōu)點(diǎn)，這樣的結(jié)構(gòu)安排可以增加調(diào)平調(diào)焦探測的精度。


圖1為投影光刻機(jī)原理圖。圖2是圖1中的焦面檢測光學(xué)系統(tǒng)本發(fā)明投影光刻機(jī)中焦面檢測的光學(xué)系統(tǒng)的原理圖。圖3為多次反射原理圖。圖4為檢測光路的在被檢測面的反射光路示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1示出了投影光刻機(jī)的原理圖，投影光刻機(jī)含有光軸la、掩膜板加、光刻投影物 鏡3a、由多個(gè)焦面檢測光學(xué)系統(tǒng)組成的調(diào)平調(diào)焦檢測系統(tǒng)4a、加工對(duì)象fe和載物平臺(tái)6a。 掩膜板加置于光刻投影物鏡3a的物面，加工對(duì)象5a(如硅片等)置于載物平臺(tái)6a上。光 刻曝光時(shí)，需移動(dòng)載物平臺(tái)6a使得加工對(duì)象fe的曝光面處于光刻投影物鏡3a的焦面上。 為使得掩模板加上的圖像精確的轉(zhuǎn)移至加工對(duì)象fe上，需要對(duì)加工對(duì)象fe的曝光面與光 刻投影物鏡3a的相對(duì)位置(包括距離和傾斜)進(jìn)行精確的探測和調(diào)整，使得加工對(duì)象fe 的整個(gè)待曝光區(qū)域都處于光刻投影物鏡3a的焦深范圍內(nèi)。為達(dá)到這一目的，就需要由多個(gè) 焦面檢測光學(xué)系統(tǒng)組成的調(diào)平調(diào)焦檢測系統(tǒng)如對(duì)加工對(duì)象fe上的待曝光區(qū)域的位置進(jìn)行 精密檢測，并給予載物平臺(tái)6a的調(diào)焦調(diào)平執(zhí)行系統(tǒng)反饋。圖2示出的是對(duì)圖1中焦面檢測光學(xué)系統(tǒng)的改進(jìn)，本發(fā)明提供的投影光刻機(jī)中焦 面檢測的光學(xué)系統(tǒng)是利用三角測量方法，本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)包括照明系統(tǒng)1、檢焦標(biāo)記2、投 影成像系統(tǒng)3、多次反射棱鏡4、被檢測面5、反射鏡6、檢焦標(biāo)記放大系統(tǒng)7和探測器件8組 成，檢焦標(biāo)記2和投影成像系統(tǒng)3位于照明系統(tǒng)1和多次反射棱鏡4之間，被檢測面5位于 多次反射棱鏡4和反射鏡6之間，檢焦標(biāo)記放大系統(tǒng)7位于反射鏡6和探測器件8之間；投 影成像系統(tǒng)3與照明系統(tǒng)1匹配為照明檢焦標(biāo)記2提供照明光，多次反射棱鏡4將照明系
4統(tǒng)1的照明檢焦標(biāo)記2的入射光分為兩束或兩束以上的探測光，并且每束探測光的位置不 相同，檢焦標(biāo)記2通過投影成像系統(tǒng)3和多次反射棱鏡4將每束探測光位置的標(biāo)記成像到 被檢測面5表面上，經(jīng)過被檢測面5反射后的檢測光，經(jīng)檢焦標(biāo)記放大系統(tǒng)7放大后入射到 探測器件8上，利用探測器件8探測經(jīng)光學(xué)放大系統(tǒng)7放大后的反射圖像位置，對(duì)光刻投影 物鏡3a的焦面位置和焦面傾斜進(jìn)行檢測。照明系統(tǒng)1將光源發(fā)出的光整形后照亮檢焦標(biāo)記2 ；檢焦標(biāo)記2經(jīng)投影成像系統(tǒng) 3和多次反射棱鏡4后成像在被檢測面5上；多次反射棱鏡4的上表面具有分光特性，而多 次反射棱鏡4的下表面具有反射特性，因此入射光經(jīng)過多次反射棱鏡4反射后，將形成個(gè)反 射光線，即將檢焦標(biāo)記2形成多個(gè)具有復(fù)制特性的像，這些像不受檢焦標(biāo)記制作工藝影響 其形狀和位置關(guān)系是嚴(yán)格一致的；檢焦標(biāo)記2的像經(jīng)過被檢測面5及反射鏡6的反射后由 檢焦標(biāo)記放大系統(tǒng)7放大成像到探測器件8上，探測器件8得到的光信號(hào)將轉(zhuǎn)換為電信號(hào)， 由相應(yīng)的電路系統(tǒng)將檢測信號(hào)讀出。通過工藝實(shí)驗(yàn)得到光刻投影物鏡3a的理想成像焦面 位置并對(duì)焦面檢測系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，該焦面檢測系統(tǒng)在標(biāo)定以后可以實(shí)時(shí)測得光刻投影物鏡 3a實(shí)際成像面與理想焦面的位置差。所述的照明系統(tǒng)1采用寬帶或單色光源，包括鹵素?zé)?、氙燈、LED或激光器等工程 技術(shù)中常用的光源；所述的檢焦標(biāo)記2，是具有明暗形式的便于探測器件探測到標(biāo)記，其中明暗形式的 標(biāo)記是十字叉、直線、光柵、圓點(diǎn)和圓圈的一種。所述的多次反射棱鏡4的外反射介質(zhì)表面為分光面，根據(jù)實(shí)際需利用反射介質(zhì)表 面的部分反射或者通過鍍膜等方法使其達(dá)到一定的分光比，多次反射棱鏡4將入射的探測 光分為兩束探測光或兩束以上的探測光。所述多次反射棱鏡4的外反射表面的分光性質(zhì)可 以是分色分光、也可以是中性分光。所述多次反射棱鏡4經(jīng)外表面反射的主光線與經(jīng)內(nèi)表 面反射再經(jīng)外表面折射的主光線可以是平行的光線，也可以是成一角度的光線。所述被檢測面5是位于光刻投影物鏡Ia像面的具有鏡面反射、漫反射或散射性質(zhì) 的平面、曲面。所述探測器件8是不局限于CXD面陣探測器8，還可以是CMOS器件、兩象限探測 器、四象限探測器、位置探測器(PSD)及對(duì)光信號(hào)敏感的光電探測類器件中的一種。如圖3所示，當(dāng)光入射到多次反射棱鏡4以后，部分光通過多次反射棱鏡4的前表 面反射，部分光透過多次反射棱鏡4的前表面并由多次反射棱鏡4的后表面反射再經(jīng)前表 面出射。若合理設(shè)計(jì)多次反射棱鏡4前后表面的透過率和反射率，則可以使入射光分為兩 束或兩束以上的光。這些光線均由同一光源和同一檢焦標(biāo)記2發(fā)出，具有嚴(yán)格的復(fù)制特征。如圖4所示，由檢焦標(biāo)記2通過檢焦標(biāo)記投影成像系統(tǒng)3投影出的探測光分為兩 束或兩束以上后，分別入射到被檢測面5上。這些探測光沿水平方向有X的偏移，也就是說 被探測位置也有X的偏移，通過多個(gè)點(diǎn)的位置探測，就可以實(shí)現(xiàn)被檢測面的傾斜探測。由于 所有的探測光都是由同一光源和同一檢焦標(biāo)記2發(fā)出，因此各個(gè)探測光嚴(yán)格一致；并且這 些探測光均通過同一光學(xué)系統(tǒng)，因此可以消除掉光學(xué)系統(tǒng)加工、裝調(diào)等因素產(chǎn)生的差異；綜 合以上優(yōu)點(diǎn)，這樣的結(jié)構(gòu)安排可以增加調(diào)平調(diào)焦探測的精度。上述附圖和具體實(shí)施方式
僅為本發(fā)明的一實(shí)施例，在不背離本發(fā)明的發(fā)明精神和 權(quán)利要求書所界定的發(fā)明范圍前提下，本發(fā)明可以有各種增補(bǔ)、修改和替代。因此，上述實(shí)施例是用于說明例證本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍有權(quán)利要求及其合法同 等物來界定，而不限于此前之描述。權(quán)利要求書旨在涵蓋所有此類同等物。
權(quán)利要求
1.一種用于投影光刻中焦面檢測的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于由照明系統(tǒng)(1)、檢焦標(biāo)記 O)、投影成像系統(tǒng)(3)、多次反射棱鏡G)、被檢測面(5)、反射鏡(6)、檢焦標(biāo)記放大系統(tǒng) (7)和探測器件(8)組成；檢焦標(biāo)記(2)和投影成像系統(tǒng)(3)位于照明系統(tǒng)(1)和多次反射 棱鏡(4)之間，被檢測面(5)位于多次反射棱鏡(4)和反射鏡(6)之間，檢焦標(biāo)記放大系統(tǒng) (7)位于反射鏡(6)和探測器件⑶之間；投影成像系統(tǒng)(3)與照明系統(tǒng)⑴匹配為照明檢 焦標(biāo)記(2)提供照明光，多次反射棱鏡(4)將照明系統(tǒng)(1)的照明檢焦標(biāo)記O)的入射光 分為兩束或兩束以上的探測光，并且每束探測光的位置不相同，檢焦標(biāo)記( 通過投影成 像系統(tǒng)C3)和多次反射棱鏡(4)將每束探測光位置的標(biāo)記成像到被檢測面( 表面上，經(jīng) 過被檢測面( 反射后的檢測光，經(jīng)檢焦標(biāo)記放大系統(tǒng)(7)放大后入射到探測器件(8)上， 利用探測器件(8)探測經(jīng)光學(xué)放大系統(tǒng)(7)放大后的反射圖像位置，對(duì)光刻投影物鏡(3a) 的焦面位置和焦面傾斜進(jìn)行檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于投影光刻中焦面檢測的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述照 明系統(tǒng)(1)采用寬帶或單色光源，所述寬帶或單色光源包括鹵素?zé)?、氙燈、LED、激光器或工 程技術(shù)中常用的光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于投影光刻中焦面檢測的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述檢 焦標(biāo)記(2)具有明暗形式的便于探測器件探測的標(biāo)記，其中明暗形式的標(biāo)記是十字叉、直 線、光柵、圓點(diǎn)和圓圈中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于投影光刻中焦面檢測的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述多 次反射棱鏡的外反射表面為分光面，所述分光面是利用反射介質(zhì)表面的部分反射或者 通過鍍膜方法使分光面達(dá)到設(shè)定的分光比，多次反射棱鏡(4)將入射的探測光分為兩束或 兩束以上的探測光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于投影光刻中焦面檢測的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述多 次反射棱鏡的外反射表面的分光性質(zhì)可以是分色分光、也可以是中性分光。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于投影光刻中焦面檢測的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述多 次反射棱鏡(4)經(jīng)外表面反射的主光線與經(jīng)內(nèi)表面反射再經(jīng)外表面折射的主光線可以是 平行的光線，也可以是成一角度的光線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于投影光刻中焦面檢測的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述被 檢測面( 是位于光刻投影物鏡(Ia)像面的具有鏡面反射、漫反射或散射性質(zhì)的平面、曲
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于投影光刻中焦面檢測的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述探 測器件⑶不局限于CCD面陣探測器，還可以是CMOS器件、兩象限探測器、四象限探測器、 位置探測器及對(duì)光信號(hào)敏感的光電探測類器件中的一種。
9.利用權(quán)利要求1所述的用于投影光刻中焦面檢測的光學(xué)系統(tǒng)，還可以應(yīng)用到需要檢 測成像物鏡實(shí)際成像面與理想焦面位置差的其他場合、用于成像物鏡焦面檢測及還可以應(yīng) 用到需要精密位置檢測的場合。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于投影光刻中焦面檢測的光學(xué)系統(tǒng)，檢焦標(biāo)記和投影成像系統(tǒng)位于照明系統(tǒng)和多次反射棱鏡之間，被檢測面位于多次反射棱鏡和反射鏡之間，檢焦標(biāo)記放大系統(tǒng)位于反射鏡和探測器件之間；投影成像系統(tǒng)與照明系統(tǒng)匹配為照明檢焦標(biāo)記提供照明光，多次反射棱鏡將照明系統(tǒng)的照明檢焦標(biāo)記的入射光分為兩束或兩束以上的探測光，并且每束探測光的位置不相同，檢焦標(biāo)記通過投影成像系統(tǒng)和多次反射棱鏡將每束探測光位置的標(biāo)記成像到被檢測面表面上，經(jīng)過被檢測面反射后的檢測光，經(jīng)檢焦標(biāo)記放大系統(tǒng)放大后入射到探測器件上，利用探測器件探測經(jīng)光學(xué)放大系統(tǒng)放大后的反射圖像位置，對(duì)光刻投影物鏡的焦面位置和焦面傾斜進(jìn)行檢測。
文檔編號(hào)G03F9/00GK102087483SQ20101060551
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者李艷麗, 胡松, 陳銘勇 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所