專利名稱：一種測(cè)量系統(tǒng)及使用該測(cè)量系統(tǒng)的光刻設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻領(lǐng)域，尤其涉及光刻設(shè)備中硅片對(duì)準(zhǔn)和調(diào)焦調(diào)平的測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，將形成于各種掩模上的圖樣，用曝光光線照明，中間經(jīng)由成像光學(xué)系統(tǒng)將前述圖樣復(fù)制到涂布有光刻膠的晶片、玻璃基板等基板上的曝光裝置是公知的。目前的光刻設(shè)備主要分為兩類，一類是步進(jìn)光刻設(shè)備，掩模圖案一次曝光成像在硅片的一個(gè)曝光區(qū)域，隨后硅片相對(duì)于掩模移動(dòng)，將下一個(gè)曝光區(qū)域移動(dòng)到掩模圖案和投影物鏡下方， 再一次將掩模圖案曝光在硅片的另一曝光區(qū)域，重復(fù)這一過(guò)程直到硅片上所有曝光區(qū)域都擁有相應(yīng)掩模圖案的像。另一類是步進(jìn)掃描光刻設(shè)備，在上述過(guò)程中，掩模圖案不是一次曝光成像，而是通過(guò)投影光場(chǎng)的掃描移動(dòng)成像。在掩模圖案成像過(guò)程中，掩模與硅片同時(shí)相對(duì)于投影系統(tǒng)和投影光束移動(dòng)，完成硅片曝光。光刻設(shè)備中關(guān)鍵的步驟是將掩模與硅片對(duì)準(zhǔn)以及將硅片調(diào)焦調(diào)平。第一層掩模圖案在硅片上曝光后從設(shè)備中移走，在硅片進(jìn)行相關(guān)的工藝處理后，進(jìn)行第二層掩模圖案的曝光，但為確保第二層掩模圖案和隨后掩模圖案的像相對(duì)于硅片上已曝光掩模圖案像的精確定位，需要將掩模和硅片進(jìn)行精確對(duì)準(zhǔn)。由于光刻技術(shù)制造的IC器件需要多次曝光在硅片中形成多層電路，為此，光刻設(shè)備中要求實(shí)現(xiàn)掩模和硅片的精確對(duì)準(zhǔn)。由于硅片表面具有起伏，在投影光刻機(jī)中需要調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)測(cè)量硅片上表面的高度信息。調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)是光刻機(jī)的重要分系統(tǒng)之一，它負(fù)責(zé)測(cè)量硅片的表面位置信息，以便和夾持硅片的工件臺(tái)系統(tǒng)一起使硅片的被曝光區(qū)域一直處于光刻機(jī)物鏡系統(tǒng)的焦深之內(nèi)，而使掩模板上的圖形理想地轉(zhuǎn)移到硅片上。隨著投影光刻機(jī)的分辨率不斷提高焦深不斷減小，對(duì)對(duì)準(zhǔn)精度以及調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)的要求也變得更加嚴(yán)格?，F(xiàn)有技術(shù)有兩種對(duì)準(zhǔn)方案。一種是透過(guò)鏡頭的TTL對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，激光照明掩模上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記通過(guò)物鏡成像于硅片平面，移動(dòng)硅片臺(tái)，使硅片臺(tái)上的參考標(biāo)記掃描對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記所成的像，同時(shí)采樣所成像的光強(qiáng)，探測(cè)器輸出的最大光強(qiáng)位置即表示正確的對(duì)準(zhǔn)位置，該對(duì)準(zhǔn)位置為用于監(jiān)測(cè)硅片臺(tái)位置移動(dòng)的激光干涉儀的位置測(cè)量提供了零基準(zhǔn)。另一種是OA 離軸對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，通過(guò)離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)測(cè)量位于硅片臺(tái)上的多個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記以及硅片臺(tái)上基準(zhǔn)板的基準(zhǔn)標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)硅片對(duì)準(zhǔn)和硅片臺(tái)對(duì)準(zhǔn)；硅片臺(tái)上參考標(biāo)記與掩模對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)掩模對(duì)準(zhǔn)；由此可以得到掩模和硅片的位置關(guān)系，實(shí)現(xiàn)掩模和硅片對(duì)準(zhǔn)。目前，主流光刻設(shè)備大多所采用的對(duì)準(zhǔn)方式為光柵對(duì)準(zhǔn)。光柵對(duì)準(zhǔn)是指照明光束照射在光柵型對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記上發(fā)生衍射，衍射光攜帶有關(guān)于對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)的全部信息。多級(jí)次衍射光以不同角度從相位對(duì)準(zhǔn)光柵上散開(kāi)，通過(guò)空間濾波器濾掉零級(jí)光后，采集士 1級(jí)衍射光，或者隨著CD要求的提高，同時(shí)采集多級(jí)衍射光(包括高級(jí))在參考面干涉成像，利用像與相應(yīng)參考光柵在一定方向掃描，經(jīng)光電探測(cè)器探測(cè)和信號(hào)處理，確定對(duì)準(zhǔn)中心位置。一種現(xiàn)有技術(shù)的情況(中國(guó)發(fā)明專利CN1506768A，發(fā)明名稱用于光刻系統(tǒng)的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)和方法)，采用的一種4f系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，該對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)在光源部分采用紅光、綠光雙光源照射；并采用楔塊列陣或楔板組來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記多級(jí)衍射光的重疊和相干成像，并在像面上將成像空間分開(kāi)；紅光和綠光的對(duì)準(zhǔn)信號(hào)通過(guò)一個(gè)偏振分束棱鏡來(lái)分離； 通過(guò)探測(cè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記像透過(guò)參考光柵的透射光強(qiáng)，得到正弦輸出的對(duì)準(zhǔn)信號(hào)。該對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)通過(guò)探測(cè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的(包括高級(jí)次衍射光在內(nèi))多級(jí)次衍射光以減小對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記非對(duì)稱變形導(dǎo)致的對(duì)準(zhǔn)位置誤差。具體采用楔塊列陣或楔板組來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記多級(jí)衍射光的正、負(fù)級(jí)次光斑對(duì)應(yīng)重疊、相干成像，同時(shí)各級(jí)衍射光光束通過(guò)楔塊列陣或楔板組的偏折使得對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記用于X方向?qū)?zhǔn)的光柵各級(jí)光柵像在像面沿y方向排列成像；用于y方向?qū)?zhǔn)的光柵各級(jí)光柵像在像面沿χ方向排列成像，避免了對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記各級(jí)光柵像掃描對(duì)應(yīng)參考光柵時(shí)不同周期光柵像同時(shí)掃描一個(gè)參考光柵的情況，有效解決信號(hào)的串?dāng)_問(wèn)題。另一種現(xiàn)有技術(shù)的情況(中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)200710044152. 1，發(fā)明名稱一種用于光刻設(shè)備的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng))，該對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)采用具有粗細(xì)結(jié)合的三周期相位光柵，只利用這三個(gè)周期的一級(jí)衍射光作為對(duì)準(zhǔn)信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)大的捕獲范圍的同時(shí)獲得高的對(duì)準(zhǔn)精度，只使用各周期的一級(jí)衍射光，可以獲取較強(qiáng)的信號(hào)強(qiáng)度，提高系統(tǒng)信噪比，不需要借助楔板等調(diào)節(jié)裝置來(lái)分開(kāi)多路高級(jí)次衍射分量，簡(jiǎn)化光路設(shè)計(jì)和調(diào)試難度?，F(xiàn)有目前高精度的投影光刻機(jī)調(diào)焦系統(tǒng)均采用了三角法的測(cè)量原理測(cè)量硅片表面相對(duì)于最佳焦面的高度信息，并采用多個(gè)光斑測(cè)量硅片表面的方法測(cè)量硅片相對(duì)于最佳焦面的傾斜信息。美國(guó)專利U. S. 4，558，949公開(kāi)了一種調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置，該裝置共有兩套獨(dú)立的測(cè)量系統(tǒng)，分別用于硅片特定區(qū)域高度和傾斜度的測(cè)量。在高度測(cè)量系統(tǒng)中，使用投影狹縫和探測(cè)狹縫實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片高度的探測(cè)，同時(shí)使用掃描反射鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)信號(hào)的調(diào)制。在傾斜測(cè)量系統(tǒng)中，投影分支在硅片表面形成一個(gè)較大的測(cè)量光斑，經(jīng)硅片反射后，該光斑成像在一個(gè)四象限探測(cè)器上，根據(jù)探測(cè)器上每個(gè)象限探測(cè)的光強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片表面特定區(qū)域傾斜度的測(cè)量。為了滿足掃描投影光刻機(jī)的要求，該裝置的技術(shù)的得到進(jìn)一步的改進(jìn)(SPIE， 1996,2726 :767 779)。改進(jìn)后的技術(shù)采用了多點(diǎn)測(cè)量的方式，在硅片表面形成多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)硅片的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量?，F(xiàn)有光刻設(shè)備采用了兩套不同設(shè)備實(shí)現(xiàn)硅片對(duì)準(zhǔn)與調(diào)焦調(diào)平功能，從而提高了制造成本，降低了生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新的測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)能同時(shí)實(shí)現(xiàn)硅片對(duì)準(zhǔn)和調(diào)焦調(diào)平功能。本發(fā)明提出的測(cè)量系統(tǒng)，沿光傳播方向依序包括光源模塊，用于出射一光束；照明模塊，該光束入射該照明模塊后出射一照明光束照明一基底表面的標(biāo)記，該照明光束經(jīng)該標(biāo)記反射與衍射之后，形成多個(gè)衍射級(jí)次的光出射；成像模塊；以及探測(cè)模塊，包括探測(cè)光柵及光強(qiáng)探測(cè)器，該些多個(gè)衍射級(jí)次的光經(jīng)過(guò)該成像模塊后形成入射光入射該探測(cè)光柵，該探測(cè)光柵對(duì)對(duì)該入射光進(jìn)行二次衍射形成不同衍射級(jí)次的光束在該光強(qiáng)探測(cè)器上形成干涉圖樣；其特征在于，透過(guò)移動(dòng)該基底或探測(cè)光柵，對(duì)多個(gè)衍射級(jí)次的光進(jìn)行位相調(diào)制，以獲取多個(gè)衍射級(jí)次的光之間的相位差信息，進(jìn)而由該相位差信息獲取該基底三維位置信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)該基底對(duì)準(zhǔn)及調(diào)焦調(diào)平測(cè)量。其中，照明模塊使用柯拉照明(Kohler illumination)對(duì)該基底表面的標(biāo)記進(jìn)行照明。其中，探測(cè)模塊還包括準(zhǔn)直透鏡。其中，光強(qiáng)探測(cè)器為CXD或CMOS光強(qiáng)探測(cè)器。其中，該基底表面的標(biāo)記由一個(gè)二維光柵或由兩個(gè)方向的一維光柵構(gòu)成。其中，探測(cè)光柵由一維光柵或二維光柵構(gòu)成。其中，光源模塊為激光器或?qū)拵Ч庠?。其中，光源模塊采用多個(gè)不同波長(zhǎng)的光源進(jìn)行切換測(cè)量。其中，還包括一分束器，該照明模塊的出射光經(jīng)由該分束器反射至該基底的標(biāo)記上，該標(biāo)記產(chǎn)生的衍射光透射穿過(guò)該分束器后入射至該成像模塊。其中，該照明模塊包括一將光線反射至該標(biāo)記上的反射鏡，該成像模塊包括一將該標(biāo)記產(chǎn)生的衍射光反射進(jìn)入成像光路的反射鏡。其中，該基底沿著垂直于該基底表面的標(biāo)記方向移動(dòng)。其中，該探測(cè)光柵沿著垂直于該探測(cè)光柵方向移動(dòng)。其中，該標(biāo)記的周期與該探測(cè)光柵的周期匹配。利用上述系統(tǒng)進(jìn)行基底對(duì)準(zhǔn)以及調(diào)焦調(diào)平測(cè)量的方法，包括沿垂直該基底標(biāo)記的方向移動(dòng)基底或沿垂直于探測(cè)光柵的方向移動(dòng)該探測(cè)光柵， 對(duì)多個(gè)衍射級(jí)次的光的位相進(jìn)行調(diào)制；在光強(qiáng)探測(cè)器上接收多個(gè)衍射級(jí)次的光不同初始位相下的光強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)移相干涉； 以及分析該光強(qiáng)探測(cè)器上各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光瞳面上的相位信息，獲取該基底三維位置信息，以實(shí)現(xiàn)對(duì)該基底對(duì)準(zhǔn)及調(diào)焦調(diào)平測(cè)量。其中，通過(guò)至少兩個(gè)衍射方向的相位圖進(jìn)行zernike系數(shù)擬合，利用其中的低級(jí) Zernike系數(shù)計(jì)算該基底三維位置信息Δ χ = Ζ2/ΝΑAy = Ζ3//ΝΑ
Α 2χΖ4Δζ 二 -
I-Viu2其中Δχ、Ay、Δζ分別為X、y、Z方向上的位置誤差值，Ζ2 Ζ4為2 4級(jí)&111士1 5 系數(shù)，NA為所述成像模塊的數(shù)值孔徑。其中，利用Zernike系數(shù)計(jì)算得到的位置為光學(xué)坐標(biāo)系下位置，通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)光軸與光刻機(jī)之間的幾何位置關(guān)系，計(jì)算得到光刻機(jī)坐標(biāo)系下的標(biāo)記位置，光刻設(shè)備工作時(shí)， 通過(guò)測(cè)量硅片上不同位置處的標(biāo)記位置信息，計(jì)算得出硅片的6自由度的水平位置以及垂向位置，從而實(shí)現(xiàn)硅片對(duì)準(zhǔn)以及調(diào)焦調(diào)平測(cè)量。本發(fā)明還提出了一種光刻設(shè)備，具有前述的測(cè)量系統(tǒng)，該測(cè)量系統(tǒng)用于進(jìn)行基底對(duì)準(zhǔn)和基底的調(diào)焦調(diào)平。本發(fā)明的光刻設(shè)備采用同一測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行硅片對(duì)準(zhǔn)與硅片調(diào)焦調(diào)平，提高了生產(chǎn)效率降低了設(shè)備制造成本。


圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的光刻設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3所示為用于本發(fā)明的標(biāo)記的示意圖；圖4所示為用于本發(fā)明的標(biāo)記的示意圖；圖5所示為用于本發(fā)明的標(biāo)記的示意圖；圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8所示為利用本發(fā)明的光刻設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)的生產(chǎn)流程。
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。為了便于描述和突出顯示本發(fā)明，附圖中省略了現(xiàn)有技術(shù)中已有的相關(guān)部件，并將省略對(duì)這些公知部件的描述。圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的光刻設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。該光刻設(shè)備包括用于提供曝光光束的照明系統(tǒng)1 ；用于支承掩模版2的掩模支架和掩模臺(tái)3，掩模版2上有掩模圖案和具有周期性結(jié)構(gòu)的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記RM ；用于將掩模版2上的掩模圖案投影到基底(于本實(shí)施例中是以基底為硅片為例進(jìn)行圖示說(shuō)明，但并非以此限制本發(fā)明)6的投影光學(xué)系統(tǒng)4;用于支承硅片6的硅片支架和硅片臺(tái)7，硅片臺(tái)7上有刻有基準(zhǔn)標(biāo)記FM的基準(zhǔn)板8，硅片6上有周期性光學(xué)結(jié)構(gòu)的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記；用于硅片對(duì)準(zhǔn)和調(diào)焦調(diào)平的測(cè)量系統(tǒng)5 ；用于掩模臺(tái)3位置測(cè)量的第一反射鏡16和第一激光干涉儀15 ；用于硅片臺(tái)7位置測(cè)量的第二反射鏡10和第二激光干涉儀11 ；以及由主控制系統(tǒng)12控制的用于掩模臺(tái)3和硅片臺(tái)7位移的伺服系統(tǒng)13和第一驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)14、第二驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9。其中，照明系統(tǒng)1包括一個(gè)光源、一個(gè)使照明均勻化的透鏡系統(tǒng)、一個(gè)反射鏡、一個(gè)聚光鏡(圖中均未示出)。作為光源單元，可以采用KrF準(zhǔn)分子激光器(波長(zhǎng)M8nm) ,ArF 準(zhǔn)分子激光器(波長(zhǎng)193nm)、F2激光器(波長(zhǎng)157nm)、Kr2激光器(波長(zhǎng)146nm)、Ar2激光器(波長(zhǎng)126nm)、或者使用超高壓汞燈(g-線、i_線)等。照明系統(tǒng)1發(fā)出的均勻的曝光光束IL照射在掩模版2上，掩模版2上包含有掩模圖案和用于掩模對(duì)準(zhǔn)的周期性結(jié)構(gòu)的標(biāo)記RM。掩模臺(tái)3上設(shè)置有掩模支架(圖中未示出)，掩模版2固定在掩模支架上。掩模臺(tái)3可以在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)14的驅(qū)動(dòng)下在垂直于照明系統(tǒng)光軸(與投影物鏡的光軸AX重合)的 X-Y平面內(nèi)移動(dòng)，并且在預(yù)定的掃描方向(平行于X軸方向)以特定的掃描速度移動(dòng)。掩模臺(tái)3在移動(dòng)平面內(nèi)的位置通過(guò)位于掩模臺(tái)3上的第一反射鏡16由第一多普勒雙頻激光干涉儀15精密測(cè)得。掩模臺(tái)3的位置信息由激光干涉儀15經(jīng)伺服系統(tǒng)13發(fā)送到主控制系統(tǒng)12，主控制系統(tǒng)12根據(jù)掩模臺(tái)3的位置信息通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)14驅(qū)動(dòng)掩模臺(tái)3。投影光學(xué)系統(tǒng)4 (投影物鏡)位于圖1所示的掩模臺(tái)3下方，其光軸AX平行于Z 軸方向。由于采用雙遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)并具有預(yù)定的縮小比，例如1/5或1/4，的折射式或折反射式光學(xué)系統(tǒng)作為投影光學(xué)系統(tǒng)，所以當(dāng)照明系統(tǒng)1發(fā)射的曝光光束照射掩模版2上的掩模圖案時(shí)，電路掩模圖案經(jīng)過(guò)投影光學(xué)系統(tǒng)在涂覆有光刻膠的硅片6上成縮小的圖像。硅片臺(tái)7位于投影光學(xué)系統(tǒng)4的下方，硅片臺(tái)7上設(shè)置有一個(gè)硅片支架(圖中未示出)，硅片6固定在支架上。硅片臺(tái)7經(jīng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9驅(qū)動(dòng)可以在掃描方向(X方向)和垂直于掃描方向(Y方向)上運(yùn)動(dòng)，從而可以將硅片6的不同區(qū)域定位在曝光光場(chǎng)內(nèi)，并進(jìn)行步進(jìn)掃描操作。硅片臺(tái)7在X-Y平面內(nèi)的位置通過(guò)一個(gè)位于硅片臺(tái)上的第二反射鏡10由第二多普勒雙頻激光干涉儀11精密測(cè)得，硅片臺(tái)7的位置信息經(jīng)伺服系統(tǒng)13發(fā)送到主控制系統(tǒng)12，主控制系統(tǒng)12根據(jù)位置信息(或速度信息)通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9控制硅片臺(tái)7的運(yùn)動(dòng)。硅片6上設(shè)有周期性結(jié)構(gòu)的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，硅片臺(tái)7上有包含基準(zhǔn)標(biāo)記FM的基準(zhǔn)板8， 測(cè)量系統(tǒng)5分別通過(guò)硅片對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記和基準(zhǔn)標(biāo)記FM實(shí)現(xiàn)硅片6對(duì)準(zhǔn)和硅片臺(tái)7對(duì)準(zhǔn)與調(diào)焦調(diào)平。另外，一個(gè)同軸對(duì)準(zhǔn)單元(圖中未示出)將硅片臺(tái)上基準(zhǔn)板8的基準(zhǔn)標(biāo)記FM與掩模對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記RM對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)掩模對(duì)準(zhǔn)。測(cè)量系統(tǒng)5的對(duì)準(zhǔn)信息結(jié)合同軸對(duì)準(zhǔn)單元的對(duì)準(zhǔn)信息一起傳輸?shù)街骺刂葡到y(tǒng)12，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9驅(qū)動(dòng)硅片臺(tái)7移動(dòng)實(shí)現(xiàn)掩模和硅片6的對(duì)準(zhǔn)。圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該測(cè)量系統(tǒng)包括光源模塊、照明模塊、成像模塊、探測(cè)模塊。光源模塊511提供光輻射控制功能。照明模塊512 使用科拉照明硅片標(biāo)記。成像模塊包括前組透鏡513與后組透鏡514將硅片標(biāo)記成像于探測(cè)光柵515。探測(cè)模塊包括探測(cè)光柵515、準(zhǔn)直透鏡516以及二維光強(qiáng)探測(cè)器517。二維光強(qiáng)探測(cè)器可以為CMOS、CCD等光強(qiáng)探測(cè)元件。測(cè)量系統(tǒng)工作原理為光源模塊511發(fā)出的光束進(jìn)入照明模塊512，對(duì)硅片表面標(biāo)記產(chǎn)生科拉照明，照明光經(jīng)硅片標(biāo)記反射與衍射之后，形成多個(gè)衍射級(jí)次。不同衍射級(jí)次的光經(jīng)過(guò)成像模塊后成像于探測(cè)光柵515。探測(cè)光柵515對(duì)入射光進(jìn)行二次衍射，不同衍射級(jí)次的光束經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡516后在二維光強(qiáng)探測(cè)器517上形成干涉圖樣。執(zhí)行硅片標(biāo)記水平位置與垂向位置測(cè)量時(shí)，通過(guò)精確的沿垂直光柵方向移動(dòng)硅片標(biāo)記或探測(cè)光柵，可對(duì)不同級(jí)次的光的位相進(jìn)行調(diào)制，在二維光強(qiáng)探測(cè)器上可接收到不同初始位相下的光強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)移相干涉。通過(guò)移相干涉分析方法，分析二維光強(qiáng)探測(cè)器上各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光瞳面上的相位信息， 即1級(jí)，-1級(jí)，0級(jí)衍射級(jí)次之間的位相差。通過(guò)至少兩個(gè)衍射方向的相位圖進(jìn)行zernike 系數(shù)擬合，利用其中的低級(jí)krnike系數(shù)可計(jì)算得出該標(biāo)記的位置誤差。Δ χ = Ζ2/ΝΑAy = Ζ3/ΝΑ
Λ 2χΖ4Δζ =-
1-λ/1-Μ42其中Δχ、Ay、Δζ分別為X、y、Z方向上的位置誤差值，Ζ2 Ζ4為2 4級(jí)&111士1 5 系數(shù)，NA為所述成像模塊的數(shù)值孔徑。該位置為光學(xué)坐標(biāo)系下位置，通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)光軸與光刻機(jī)之間的幾何位置關(guān)系， 可計(jì)算得到光刻機(jī)坐標(biāo)系下的標(biāo)記位置。光刻設(shè)備工作時(shí)，測(cè)量硅片上不同位置處的標(biāo)記位置信息，即可計(jì)算得出硅片的6自由度的水平位置以及垂向位置，從而實(shí)現(xiàn)硅片對(duì)準(zhǔn)以及調(diào)焦調(diào)平測(cè)量。
本實(shí)施方式采用共路干涉原理，因此光源模塊511可以是激光器或者寬帶光源。 也可使用多個(gè)不同波長(zhǎng)的光源進(jìn)行切換，以消除硅片上的標(biāo)記深度對(duì)反射光強(qiáng)的影響，提高不同工藝條件下的測(cè)量精度。當(dāng)測(cè)量標(biāo)記與二維光強(qiáng)探測(cè)器之間的距離遠(yuǎn)大于探測(cè)光柵尺寸時(shí)，在滿足遠(yuǎn)場(chǎng)衍射條件的情況下，該測(cè)量系統(tǒng)可以不需要準(zhǔn)直透鏡516亦能實(shí)現(xiàn)相同功能。圖3所示為用于本發(fā)明的標(biāo)記的示意圖，該標(biāo)記分為垂直和水平兩個(gè)方向，其作用是分別測(cè)量X、Y兩個(gè)相互垂直的方向的干涉圖樣，形成兩個(gè)衍射方向的干涉圖。該標(biāo)記可同時(shí)用于硅片標(biāo)記與參考標(biāo)記，這樣使用不同參考標(biāo)記時(shí)，需要一個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)探測(cè)光柵515進(jìn)行切換。圖4所示為用于本發(fā)明的標(biāo)記的示意圖，該標(biāo)記為二維標(biāo)記，其作用是可使用同一標(biāo)記測(cè)量X、Y兩個(gè)垂直方向的干涉圖樣，形成兩個(gè)衍射方向的干涉圖。測(cè)量X方向干涉圖時(shí)，可使硅片臺(tái)沿Y方向掃描一個(gè)或多個(gè)周期，這樣Y方向的光柵信息將被平均。同樣地， 測(cè)量Y方向干涉圖時(shí)，可使硅片臺(tái)沿X方向掃描一個(gè)或多個(gè)周期，這樣X(jué)方向的光柵信息將被平均。該標(biāo)記可同時(shí)用于硅片標(biāo)記與參考標(biāo)記，這樣使用不同參考標(biāo)記時(shí)，無(wú)需運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)探測(cè)光柵515進(jìn)行切換。圖5所示為用于本發(fā)明的標(biāo)記的示意圖，標(biāo)記為二維標(biāo)記，其作用是可使用同一標(biāo)記測(cè)量X、Y兩個(gè)垂直方向的干涉圖樣，形成兩個(gè)衍射方向的干涉圖。測(cè)量X方向干涉圖時(shí)，可使硅片臺(tái)沿Y方向掃描一個(gè)或多個(gè)周期，這樣Y方向的光柵信息將被平均。同樣地， 測(cè)量Y方向干涉圖時(shí)，可使硅片臺(tái)沿X方向掃描一個(gè)或多個(gè)周期，這樣X(jué)方向的光柵信息將被平均。該標(biāo)記可同時(shí)用于硅片標(biāo)記與參考標(biāo)記，這樣使用不同參考標(biāo)記時(shí)，無(wú)需使用運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)探測(cè)光柵515進(jìn)行切換。圖3、圖4、圖5中的標(biāo)記可組合后分別用于硅片標(biāo)記與探測(cè)光柵，但必須保證探測(cè)光柵與硅片標(biāo)記周期一致。本測(cè)量系統(tǒng)如不用于光刻設(shè)備，配合運(yùn)動(dòng)態(tài)也可單獨(dú)實(shí)現(xiàn)標(biāo)記水平向以及垂向位置測(cè)量功能。圖6所示為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該測(cè)量系統(tǒng)具有光源模塊、照明模塊、成像模塊、探測(cè)模塊。光源模塊521提供光輻射控制功能。照明模塊 522以及分束器5 使用科拉照明對(duì)硅片標(biāo)記進(jìn)行照明。成像模塊包括前組透鏡523與后組透鏡524，將硅片標(biāo)記成像于探測(cè)光柵525。探測(cè)模塊包括探測(cè)光柵525、準(zhǔn)直透鏡5 以及二維光強(qiáng)探測(cè)器527。測(cè)量系統(tǒng)工作原理為光源模塊521發(fā)出的光束進(jìn)入照明模塊522，經(jīng)過(guò)分束器 5 后對(duì)硅片表面標(biāo)記產(chǎn)生科拉照明，照明光經(jīng)硅片標(biāo)記反射與衍射之后，形成多個(gè)衍射級(jí)次；不同衍射級(jí)次的光經(jīng)過(guò)成像模塊后成像于探測(cè)光柵525 ；探測(cè)光柵525對(duì)入射光進(jìn)行二次衍射，不同衍射級(jí)次之間光束經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡5 后在二維光強(qiáng)探測(cè)器5 上形生干涉圖樣；執(zhí)行硅片標(biāo)記水平位置與垂向位置測(cè)量時(shí)，通過(guò)精確的沿垂直光柵方向移動(dòng)硅片臺(tái)光柵或探測(cè)光柵，可對(duì)不同級(jí)次的光的位相進(jìn)行調(diào)制，在二維光強(qiáng)探測(cè)器上可接收到不同初始位相下的光強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)移相干涉；通過(guò)移相干涉分析方法，二維光強(qiáng)探測(cè)器上各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光瞳面上的相位信息，即1級(jí)，-1級(jí)，0級(jí)衍射級(jí)次之間的位相差；通過(guò)至少兩個(gè)衍射方向的相位圖進(jìn)行zernike系數(shù)擬合，利用其中的低級(jí)krnike系數(shù)可計(jì)算得出該標(biāo)記的位置誤差。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該測(cè)量系統(tǒng)包括光源模塊、照明模塊、成像模塊、探測(cè)模塊。光源模塊531提供光輻射控制功能。照明模塊532 以及反射鏡538使用科拉照明硅片標(biāo)記。成像模塊包括反射鏡539、前組透鏡533和后組透鏡534，將硅片標(biāo)記成像于探測(cè)光柵535。探測(cè)模塊包括探測(cè)光柵535、準(zhǔn)直透鏡536以及二維光強(qiáng)探測(cè)器537。測(cè)量系統(tǒng)的工作原理為光源模塊531發(fā)出的光束進(jìn)入照明模塊532，經(jīng)過(guò)反射鏡 538后對(duì)硅片表面標(biāo)記產(chǎn)生科拉照明，照明光經(jīng)硅片標(biāo)記反射與衍射之后，形成多個(gè)衍射級(jí)次；不同衍射級(jí)次的光經(jīng)過(guò)成像模塊后成像于探測(cè)光柵535 ；探測(cè)光柵535對(duì)入射光進(jìn)行二次衍射，不同衍射級(jí)次之間光束經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡536后在二維光強(qiáng)探測(cè)器538上形生干涉圖樣；執(zhí)行硅片標(biāo)記水平位置與垂向位置測(cè)量時(shí)，通過(guò)精確的沿垂直光柵方向移動(dòng)硅片臺(tái)光柵或探測(cè)光柵，可對(duì)不同級(jí)次的光的位相進(jìn)行調(diào)制，在二維光強(qiáng)探測(cè)器上可接收到不同初始位相下的光強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)移相干涉；通過(guò)移相干涉分析方法，二維光強(qiáng)探測(cè)器上各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光瞳面上的相位信息，即1級(jí)，-1級(jí)，0級(jí)衍射級(jí)次之間的位相差；通過(guò)至少兩個(gè)衍射方向的相位圖進(jìn)行zernike系數(shù)擬合，利用其中的低級(jí)krnike系數(shù)可計(jì)算得出該標(biāo)記的位置誤差。圖8所示為利用本發(fā)明的光刻設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)的生產(chǎn)流程。當(dāng)開(kāi)始生產(chǎn)一批硅片， 曝光一層圖形時(shí)，首先上載掩模進(jìn)行掩模對(duì)準(zhǔn)，確定掩模與硅片臺(tái)之間的位置關(guān)系。與此同時(shí)，可以上載硅片，并進(jìn)行硅片測(cè)量，通過(guò)上述方法可同時(shí)測(cè)量硅片上多個(gè)標(biāo)記相對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)的X、Y、Z三個(gè)自由度的位置。由于測(cè)量系統(tǒng)在設(shè)備中位置固定，即相對(duì)于干涉儀以及投影物鏡位置關(guān)系一定。因此，可以結(jié)合干涉儀出的工件臺(tái)6自由度位置，計(jì)算得出硅片相對(duì)于硅片臺(tái)的水平位置以及相對(duì)于投影物鏡的垂向位置關(guān)系。利用掩模對(duì)準(zhǔn)得到的掩模與硅片臺(tái)之間的位置關(guān)系以及硅片測(cè)量得到的硅片相對(duì)于硅片臺(tái)的水平位置，可獲得掩模與硅片的水平位置關(guān)系。利用掩模與硅片的水平位置關(guān)系以及硅片相對(duì)于投影物鏡的垂向位置關(guān)系，通過(guò)運(yùn)動(dòng)硅片臺(tái)可以將掩模上的圖像精確的成像在硅片表面的指定位置處。此時(shí)通過(guò)步進(jìn)曝光或掃描曝光的方法可以實(shí)現(xiàn)硅片的曝光，當(dāng)一批硅片無(wú)需更換圖像時(shí)，可重新上載硅片，此時(shí)無(wú)需進(jìn)行掩模對(duì)準(zhǔn)，僅進(jìn)行硅片測(cè)量即可進(jìn)行再次重復(fù)曝光過(guò)程。本說(shuō)明書(shū)中所述的只是本發(fā)明的幾種較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過(guò)邏輯分析、 推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量系統(tǒng)，沿光傳播方同依序包括光源模塊，用于出射一光束；照明模塊，該光束入射該照明模塊后出射一照明光束照明一基底表面的標(biāo)記，該照明光束經(jīng)該標(biāo)記反射與衍射之后，形成多個(gè)衍射級(jí)次的光出射；成像模塊；以及探測(cè)模塊，包括探測(cè)光柵及光強(qiáng)探測(cè)器，該些多個(gè)衍射級(jí)次的光經(jīng)過(guò)該成像模塊后形成入射光入射該探測(cè)光柵，該探測(cè)光柵對(duì)對(duì)該入射光進(jìn)行二次衍射形成不同衍射級(jí)次的光束在該光強(qiáng)探測(cè)器上形成干涉圖樣；其特征在于，透過(guò)移動(dòng)該基底或探測(cè)光柵，對(duì)多個(gè)衍射級(jí)次的光進(jìn)行位相調(diào)制，以獲取多個(gè)衍射級(jí)次的光之間的相位差信息，進(jìn)而由該相位差信息獲取該基底三維位置信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)該基底對(duì)準(zhǔn)及調(diào)焦調(diào)平測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量系統(tǒng)，其中，照明模塊使用柯拉照明(Kohler illumination)對(duì)該基底表面的標(biāo)記進(jìn)行照明。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量系統(tǒng)，其中，探測(cè)模塊還包括準(zhǔn)直透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量系統(tǒng)，其中，光強(qiáng)探測(cè)器為CCD或CMOS光強(qiáng)探測(cè)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量系統(tǒng)，其中，該基底表面的標(biāo)記由一個(gè)二維光柵或由兩個(gè)方向的一維光柵構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量系統(tǒng)，其中，探測(cè)光柵由一維光柵或二維光柵構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量系統(tǒng)，其中，光源模塊為激光器或?qū)拵Ч庠础?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量系統(tǒng)，其中，光源模塊采用多個(gè)不同波長(zhǎng)的光源進(jìn)行切換測(cè)量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量系統(tǒng)，還包括一分束器，該照明模塊的出射光經(jīng)由該分束器反射至該基底的標(biāo)記上，該標(biāo)記產(chǎn)生的衍射光透射穿過(guò)該分束器后入射至該成像模塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量系統(tǒng)，其中，該照明模塊包括一將光線反射至該標(biāo)記上的反射鏡，該成像模塊包括一將該標(biāo)記產(chǎn)生的衍射光反射進(jìn)入成像光路的反射鏡。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量系統(tǒng)，其中，該基底沿著垂直于該基底表面的標(biāo)記方向移動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量系統(tǒng)，其中，該探測(cè)光柵沿著垂直于該探測(cè)光柵方向移動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量系統(tǒng)，其中，該標(biāo)記的周期與該探測(cè)光柵的周期匹配。
14.利用權(quán)利要求1-13中任意一個(gè)進(jìn)行基底對(duì)準(zhǔn)以及調(diào)焦調(diào)平測(cè)量的方法，包括沿垂直該基底標(biāo)記的方向移動(dòng)基底或沿垂直于探測(cè)光柵的方向移動(dòng)該探測(cè)光柵，對(duì)多個(gè)衍射級(jí)次的光的位相進(jìn)行調(diào)制；在光強(qiáng)探測(cè)器上接收多個(gè)衍射級(jí)次的光不同初始位相下的光強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)移相干涉；以及分析該光強(qiáng)探測(cè)器上各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光瞳面上的相位信息，獲取該基底三維位置信息，以實(shí)現(xiàn)對(duì)該基底對(duì)準(zhǔn)及調(diào)焦調(diào)平測(cè)量。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，通過(guò)至少兩個(gè)衍射方向的相位圖進(jìn)行zernike 系數(shù)擬合，利用其中的低級(jí)krnike系數(shù)計(jì)算該基底三維位置信息
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，利用^rnike系數(shù)計(jì)算得到的位置為光學(xué)坐標(biāo)系下位置，通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)光軸與光刻機(jī)之間的幾何位置關(guān)系，計(jì)算得到光刻機(jī)坐標(biāo)系下的標(biāo)記位置，光刻設(shè)備工作時(shí)，通過(guò)測(cè)量硅片上不同位置處的標(biāo)記位置信息，計(jì)算得出硅片的 6自由度的水平位置以及垂向位置，從而實(shí)現(xiàn)硅片對(duì)準(zhǔn)以及調(diào)焦調(diào)平測(cè)量。
17.一種光刻設(shè)備，其特征在于，具有權(quán)利要求1-13中任意一個(gè)所述的測(cè)量系統(tǒng)，該測(cè)量系統(tǒng)用于進(jìn)行基底對(duì)準(zhǔn)和基底的調(diào)焦調(diào)平。
全文摘要
一種測(cè)量系統(tǒng)，沿光傳播方向依序包括光源模塊，用于出射一光束；照明模塊，該光束入射該照明模塊后出射一照明光束照明一基底表面的標(biāo)記，該照明光束經(jīng)該標(biāo)記反射與衍射之后，形成多個(gè)衍射級(jí)次的光出射；成像模塊；探測(cè)模塊，包括探測(cè)光柵及光強(qiáng)探測(cè)器，該些多個(gè)衍射級(jí)次的光經(jīng)過(guò)該成像模塊后形成入射光入射該探測(cè)光柵，該探測(cè)光柵對(duì)對(duì)該入射光進(jìn)行二次衍射形成不同衍射級(jí)次的光束在該光強(qiáng)探測(cè)器上形成干涉圖樣；其中，透過(guò)移動(dòng)該基底或探測(cè)光柵，對(duì)多個(gè)衍射級(jí)次的光進(jìn)行位相調(diào)制，以獲取多個(gè)衍射級(jí)次的光之間的相位差信息，進(jìn)而由該相位差信息獲取該基底三維位置信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)該基底對(duì)準(zhǔn)及調(diào)焦調(diào)平測(cè)量。
文檔編號(hào)G03F7/20GK102540778SQ20101060630
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者王帆, 馬明英 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司