專利名稱：一種用于投影光刻中球面或曲面的偏心及焦面位置的檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種球面或曲面的自動偏心及焦面檢測系統(tǒng)，是一種通過光學三角測 量方法對成像球面或曲面的位置移動(包括偏心和離焦)進行測量的技術(shù)。
背景技術(shù)：
光刻裝置(光刻機)是大規(guī)模集成電路生產(chǎn)的重要設(shè)備之一。投影光刻機可將 掩模板上的圖形通過成像曝光裝置按一定比例專利到要加工的對象上(如硅片等)，硅片 在這里泛指所有被曝光對象，包括襯底、鍍膜和光刻膠等。在曝光過程中，需要使加工對象 (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，投影光刻機采用了用于測 量加工對象(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)可以和夾持加工對象(如硅片等)的加工臺一起使加工對象(如硅片等)的被 曝光區(qū)域一直處于投影光刻機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 加工對象(如硅片等)上。隨著生物、機械、光學等學科對微細加工技術(shù)的需求日益增長，傳統(tǒng)用于大規(guī)模集 成電路生產(chǎn)的光刻裝置(光刻機)也根據(jù)實際需要，在功能上進行了大量的擴展，以適應(yīng)不 同領(lǐng)域的加工需要。如基于步進投影無掩模光刻的高階像差矯正鏡制作設(shè)備，其利用無掩 模光刻高分辨力的灰度光刻實現(xiàn)靈活高效的人眼高階像差矯正鏡制作，該設(shè)備能夠根據(jù)人 眼的個體差異來進行對應(yīng)的矯正鏡制作。但是該矯正鏡的曝光面為球面(曲面)，在利用步 進投影無掩模光刻的高階像差矯正鏡制作設(shè)備進行曝光時，就需要對曲面的進行偏心和焦 面檢測。目前光刻裝置(光刻機)的曝光面均為平面，因此其檢焦系統(tǒng)也是基于平面檢測 設(shè)計的，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廣電探測方法(中國專利 200710171968)。而為了在球面(曲面)上進行精確曝光，需要對被曝光的球面(曲面)的 偏心和焦面位置進行檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于投影光刻中球面或 曲面的偏心及焦面位置的檢測裝置，利用一套光學系統(tǒng)完成在球面或曲面上曝光時對球面 或曲面偏心和離焦量檢測。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種用于投影光刻中球面或曲面的偏心及焦面位置的檢 測裝置，包括照明系統(tǒng)、檢焦標記、檢焦標記投影成像系統(tǒng)、多次反射棱鏡、被檢測面、反射 鏡、檢測標記放大系統(tǒng)、光電探測器；照明系統(tǒng)將光源發(fā)出的光整形后照亮檢焦標記，檢焦 標記經(jīng)成像系統(tǒng)后入射到多次反射棱鏡上，多次反射棱鏡的上表面具有分光特性，多次反射棱鏡的下表面具有反射特性，入射光入射到多次反射棱鏡上時，部分光將通過多次反射 棱鏡上表面反射，部分光將透過多次反射棱鏡上表面并由多次反射棱鏡下表面反射再經(jīng)前 表面出射，設(shè)計多次反射棱鏡上下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測標記發(fā)出，具有嚴格的復(fù)制特征；入射光分 為兩束或兩束以上后，分別入射到被檢測面上，當被檢測面有上下方向的偏移時，入射光由 反射鏡反射并經(jīng)檢測標記放大系統(tǒng)放大成像后，在光電探測器上的像的位置會產(chǎn)生相應(yīng)的 偏移，通過檢測像偏移的大小實現(xiàn)檢測面的離焦量測量；當被檢測面是球面時，由多次反射 棱鏡產(chǎn)生的具有嚴格復(fù)制特征的兩束或兩束以上的檢測光經(jīng)被檢測面反射并由檢測標記 放大系統(tǒng)放大成像在光電探測器上的多個像的強度分布具有一定的特征，當被檢測面的球 心位置發(fā)生變化時，不僅這些像的位置會發(fā)生改變而且強度分布也會產(chǎn)生對應(yīng)的改變，由 此可以檢測出被檢測面的偏心(球心位置偏差)信息。所述照明系統(tǒng)采用寬帶或單色光源，包括鹵素燈、氙燈、LED。所述檢測標記具有明暗形式的便于探測器探測的標記，其中包括十字叉、直線、 光柵、圓點或圓圈。多次反射棱鏡的上反射表面為分光面，根據(jù)實際需利用反射介質(zhì)表面的部分反射 或者通過鍍膜方法使其達到一定的分光比，將入射的探測光分為兩束或兩束以上的探測 光，如當上反射表面反射率為50%，透射率為50%，下反射表面反射率為100%時，可以其 可以將光束分為能量分別為50^,25^,12.5 %等多束光。所述多次反射棱鏡上反射表面的分光特性是分色分光或中性分光。所述的多次反射棱鏡經(jīng)上表面反射的光線與經(jīng)下表面反射再經(jīng)上表面折射的光 線可以是平行的也可以成一定角度。所述被檢面具有鏡面反射、漫反射或散射性質(zhì)的球面或曲面。所述光電探測器為(XD、CMOS、兩象限探測器、四象限探測器或PSD。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于(1)在本發(fā)明中，通過引入多次反射棱鏡，將信號光分為多束，通過檢測被檢球面 反射光信號來同時獲得球面的偏心量和離焦量，實現(xiàn)采用一套光學系統(tǒng)即可以完成對被檢 面多個點的離焦量檢測。(2)本發(fā)明不僅可以實現(xiàn)對平面的檢測，當被檢測面是球面時，還可以對被檢測面 的偏心進行檢測。


圖1為在球面(曲面)上制作縮微圖形的投影光刻機原理圖；圖2為本發(fā)明的原 理圖；圖3為本發(fā)明的多次反射原理圖；圖4為本發(fā)明的檢測光路的在被測面的反射光路示意圖；圖5為本發(fā)明探測器8上探測到不同反射角度的反射光示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，給出了在球面(曲面)上制作縮微圖形的投影光刻機的原理圖。掩膜板Ia置于光刻投影物鏡3a的物面，加工對象fe(球面或曲面)置于載物平臺6a上。光刻 曝光時，需移動載物平臺6a使得加工對象fe (球面或曲面)的曝光面的曲面中心處于投影 物鏡3a的中心，并且整個曲面處于投影物鏡3a的焦面上。為使得在對象5a(球面或曲面) 上準確的位置(中心位置)精確的制作出所需圖形，需要對加工對象fe與物鏡的相對位置 (包括偏心和離焦)進行精確的探測和調(diào)整，使得加工對象5a(球面或曲面)處的中心與 光刻投影物鏡3a投影的曝光圖形中心對其，且加工對象fe (球面或曲面)位于光刻投影物 鏡的焦深范圍內(nèi)。為達到這一目的，就需要曲面偏心和焦面檢測系統(tǒng)如對加工對象fe (球 面或曲面)上的待曝光區(qū)域的位置進行精密檢測，并給予載物平臺的調(diào)焦調(diào)平執(zhí)行系統(tǒng)反 饋。圖2示出了本發(fā)明實施例光學系統(tǒng)。照明系統(tǒng)1將光源發(fā)出的光整形后照亮檢焦 標記2 ；檢焦標記經(jīng)成像系統(tǒng)3和多次反射棱鏡4后成像在被檢面5 (球面或曲面)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，將形成多條反射光線，即將檢焦標記2形成多個具有復(fù)制特 性的像，這些像不受檢焦標記制作工藝影響其形狀和位置關(guān)系是嚴格一致的；檢焦標記的 像經(jīng)過被檢面5反射(漫反射或散射)后由反射鏡6反射并經(jīng)檢焦標記放大系統(tǒng)7放大成 像到檢測CCD 8(或CMOS、兩象限探測器、四象限探測器、PSD等)上，檢測CCD8得到的光信 號將轉(zhuǎn)換為電信號，由相應(yīng)的電路系統(tǒng)將檢測信號讀出。如圖3所示，當光入射到多次反射棱鏡4以后，部分光通過棱鏡前表面反射，部分 光透過棱鏡前表面并由棱鏡后表面反射再經(jīng)前表面出射。若合理設(shè)計多次反射棱鏡前后表 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，如當其上反射表面反射 率為50%，透射率為50%，下反射表面反射率為100%時，可以其可以將光束分為能量分別 為50^,25^,12.5%等多束光。這些光線均由同一光源和同一檢測標記發(fā)出，具有嚴格的 復(fù)制特征。如圖4所示，探測光分為兩束或兩束以上后，分別入射到被檢測面5 (球面或曲面) 上。當被檢測面5有上下方向的偏移時，檢測光通過檢測標記放大系統(tǒng)7放大成像后，其在 檢測CXD 8上的像的位置會產(chǎn)生相應(yīng)的偏移，通過檢測像偏移的大小從而可以實現(xiàn)檢測面 5 (球面或曲面)的離焦量測量。由于被檢測面5為曲面，因此由被測面反射的光因入射位置不同而有不同的反射 角。受到檢測標記放大系統(tǒng)7孔徑的限制，有著不同反射角的探測光最終照射在檢測CCD 8 上的光強也將不同；如圖4、圖5所示，入射光Γ、2°、3°分別經(jīng)過反射、成像后在C⑶上 得到的圖像分別為1”、2”、3”，由于反射光1，、2，、3，的反射角不同，受測標記放大系統(tǒng)7孔 徑的影響，1”、2”、3”的光強將不相同。當被檢測面5(球面或曲面)左右平移或傾斜(偏 心)后，反射光1’、2’、3’的反射角度會產(chǎn)生變化，從而影響1”、2”、3”的光強分布，通過檢 測1”、2”、3”的光強分布情況，即可實現(xiàn)被檢測面5的偏心測量。本發(fā)明未詳細闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。上述附圖和具體實施方式
僅為本發(fā)明的特殊實施例，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、修改和替代。因此，上述 實施例系用于說明例證本發(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球面或曲面的偏心及焦面位置的檢測裝置，其特征在于包括 照明系統(tǒng)(1)、檢焦標記(2)、檢焦標記投影成像系統(tǒng)(3)、多次反射棱鏡(4)、被檢測面(5)、 反射鏡(6)、檢測標記放大系統(tǒng)(7)、光電探測器(8)；照明系統(tǒng)(1)將光源發(fā)出的光整形后 照亮檢焦標記O)，檢焦標記(2)經(jīng)成像系統(tǒng)(3)后入射到多次反射棱鏡(4)上，多次反射 棱鏡(4)的上表面具有分光特性，多次反射棱鏡(4)的下表面具有反射特性，入射光入射到 多次反射棱鏡(4)上時，部分光將通過多次反射棱鏡(4)上表面反射，部分光將透過多次反 射棱鏡(4)上表面并由多次反射棱鏡(4)下表面反射再經(jīng)上表面出射，設(shè)計多次反射棱鏡 (4)上下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 同一光源和同一檢測標記發(fā)出，具有嚴格的復(fù)制特征；入射光分為兩束或兩束以上后，分別 入射到被檢測面(5)上，當被檢測面(5)有上下方向的偏移時，入射光由反射鏡(6)反射并 經(jīng)檢測標記放大系統(tǒng)(7)放大成像后，在光電探測器⑶上的像的位置會產(chǎn)生相應(yīng)的偏移， 通過檢測像偏移的大小實現(xiàn)檢測面( 的離焦量測量；當被檢測面( 是球面時，由多次反 射棱鏡(4)產(chǎn)生的具有嚴格復(fù)制特征的兩束或兩束以上的檢測光經(jīng)被檢測面( 反射并由 檢測標記放大系統(tǒng)(7)放大成像在光電探測器上的多個像的強度分布具有一定的特征，當 被檢測面(5)的球心位置發(fā)生變化時，不僅這些像的位置會發(fā)生改變而且強度分布也會產(chǎn) 生對應(yīng)的改變，由此可以檢測出被檢測面(5)的偏心，即球心位置偏差信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于投影光刻中球面或曲面的偏心及焦面位置的檢測裝置， 其特征在于所述照明系統(tǒng)(1)采用寬帶或單色光源，包括鹵素燈、氙燈、LED。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于投影光刻中球面或曲面的偏心及焦面位置的檢測裝置， 其特征在于所述檢測標記( 具有明暗形式的便于探測器探測的標記，其中包括十字 叉、直線、光柵、圓點或圓圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于投影光刻中球面或曲面的偏心及焦面位置的檢測裝置， 其特征在于多次反射棱鏡的外反射表面為分光面，根據(jù)實際需利用反射介質(zhì)表面的 部分反射或者通過鍍膜方法使其達到一定的分光比，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1所述的用于投影光刻中球面或曲面的偏心及焦面位置的檢測裝置， 其特征在于所述多次反射棱鏡(4)上反射表面的分光特性是分色分光或中性分光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的用于投影光刻中球面或曲面的偏心及焦面位置的檢測裝 置，其特征在于所述的多次反射棱鏡(4)經(jīng)上表面反射的光線與經(jīng)下表面反射再經(jīng)上表 面折射的光線可以是平行的也可以成一定角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于投影光刻中球面或曲面的偏心及焦面位置的檢測裝置， 其特征在于所述被檢面(5)具有鏡面反射、漫反射或散射性質(zhì)的球面或曲面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于投影光刻中球面或曲面的偏心及焦面位置的檢測裝置， 其特征在于所述光電探測器(8)為(XD、CMOS、兩象限探測器、四象限探測器或PSD。
全文摘要
一種用于投影光刻中球面或曲面的偏心及焦面位置的檢測系統(tǒng)由照明系統(tǒng)、檢焦標記投影系統(tǒng)、檢焦標記檢測放大系統(tǒng)及CCD檢測系統(tǒng)組成。在本發(fā)明中，通過引入多次反射棱鏡，將信號光分為多束，通過檢測被檢球面反射光信號來同時獲得球面的偏心量和離焦量，實現(xiàn)球面曝光表面的焦面檢測。
文檔編號G03F7/20GK102096337SQ20101062389
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者李艷麗, 胡松, 陳銘勇 申請人:中國科學院光電技術(shù)研究所