專利名稱：掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光刻掩模的技術領域，尤其是涉及一種掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)。
背景技術：
隨著半導體投影光刻技術的發(fā)展，其對于投影光學系統(tǒng)的性能要求越來越高。在半導體光刻設備中，掩模版上的顆粒對測量是有一定的影響，當顆粒度大于100微米時，可以擦走，當顆粒度小于10微米時，對測量是沒有影響的，但是當顆粒度在10-100微米的時候，是擦不走的。因此為了能夠對檢測其掩模版上10-100微米顆粒，需要用一種激光掃描裝置進行檢測掩模版的顆粒。
激光掃描裝置常應用于激光打印、復印等設備中，其通常采用高速旋轉多面棱鏡， 經(jīng)過一組f- Θ透鏡，校正后聚焦于被掃描面形成行掃描，同時利用垂直于行掃描方向的機械運動，最終將圖像數(shù)據(jù)以激光點的形式在影像感光元件的感光表面恢復，再現(xiàn)原圖像。
如圖I所示，圖I為現(xiàn)有技術的一個激光掃描檢測系統(tǒng)的結構示意圖，該激光掃描裝置中的f- Θ透鏡1、2在X和y方向都采用了雙面均為非球面透鏡，其口徑比較大，而在實際有限空間中，口徑較大的透鏡限制了掃描寬度，光學設計難度比較大；像方為非遠心光路， 當多面棱鏡4旋轉時，激光入射點發(fā)生變化導致的光軸偏心，由于非遠心，偏心更厲害。 同時由于激光準直后，多面棱鏡4反射面與被掃描面不共軛，使得多面棱鏡4加工出現(xiàn)反射面傾斜時，以及電機帶動多面棱鏡4轉動時，存在軸的晃動等情況，從而導致光斑在副掃描方向上的偏離，這樣將影響到檢測信息的準確率，如果運用于顆粒度檢測則會導致偏離的地方檢測不到，則會造成掃描檢測遺漏了顆粒。發(fā)明內容
基于此，有必要提供一種掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)，其在有限的空間內掃描范圍較大、檢測信息準確率較高且結構簡單、加工成本較低。
一種掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)，包括依次設置的半導體激光器、激光準直組件、多面棱鏡、f_ Θ物鏡組件及接收探測組件，所述半導體激光器發(fā)出的激光光束經(jīng)過激光準直組件準直后由多面棱鏡轉動反射至f_ Θ物鏡組件，最后聚焦于掩模面進行掃描，掃描的檢測信息反射至并由所述接收探測組件接收。
進一步，在上述的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)中，所述激光準直組件包括依次設置的準直透鏡、可變光闌及柱面鏡LI。
進一步，在上述的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)中，所述多面棱鏡的反射鏡面與掩模面在副掃描方向共軛。
進一步，在上述的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)中，所述Θ物鏡組件包括柱面鏡L2、柱面鏡L3、柱面鏡L4、柱面鏡L5及L6、及反射鏡Ml、M2、M3 ;其中，所述f- Θ 物鏡組件中所有的柱面鏡均在X掃描方向有曲率，而在垂直該方向無曲率。
進一步，在上述 的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)中，所述f-θ物鏡焦距100mm < f ” < 150mmo進一步，在上述的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)中，所述接收探測組件包括柱面鏡L7、球面鏡L8及L9、反射鏡M4及光電倍增器。進一步，在上述的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)中，所述接收探測組件的物方孔徑角度大于Θ物鏡像方的孔徑角，而且其采用雙遠心結構。進一步，在上述的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)中，所述柱面鏡LI為凹面鏡，柱面鏡L2為凸面鏡、柱面鏡L3為四面鏡、柱面鏡L4為凸面鏡。進一步，在上述的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)中，其中，柱面鏡LI曲率彎向掃描鏡面方向，柱面鏡L3與柱面鏡L3的曲率彎向相反，而且柱面鏡L2的曲率與柱面鏡L3的曲率面背而置。進一步，在上述的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)中，n2 = I. 8051, n3 =
I.713,n4 = 1.8051, = 1.48，n6 = I. 713，其中，n2為柱面鏡L2的折射率，n3為柱面鏡L3的折射率，n4為柱面鏡L4的折射率，n5為柱面鏡L5的折射率，n6為柱面鏡L6的折射率。本發(fā)明的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)采用了該結構簡單的柱面鏡，達到相同像質情況下，降低了設計難度，且在有限空間里增大掃描范圍，體積減小且有利于光機裝校；可以補償多面棱鏡反射面與被掃描面的的不垂直度誤差。即避免由于多面棱鏡加工出現(xiàn)反射面傾斜時，以及電機帶動多面棱鏡轉動時，存在軸的晃動，從而導致光斑在副掃描方向上的偏離，遺漏的地方檢測不到；降低了多面棱鏡的精度從而降低加工成本，以及降低電機精度要求，同時降低f_ Θ的加工成本。

圖I為現(xiàn)有技術的激光掃描檢測系統(tǒng)的結構示意圖；圖2為本發(fā)明掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)的較佳實施例的光路結構示意圖；圖3a為圖I中f_ Θ物鏡組件補償鏡面的光路示意圖；圖3b為圖I中f_ Θ物鏡組件無補償鏡面的光路示意圖；圖4為圖I中f_ Θ物鏡組件的具體光路圖；圖5為本發(fā)明掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)的激光掃描入射點光路圖；圖6為本發(fā)明掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)的掩模版上線掃描示意圖。
具體實施方式下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明實施例的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)作進一步的詳細說明。請參見圖2，圖2為本發(fā)明掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)的較佳實施例的光路結構示意圖。本發(fā)明較佳實施例的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)100包括依次設置的半導體激光器10、激光準直組件20、多面棱鏡30、f- Θ物鏡組件40及接收探測組件50，所述半導體激光器10發(fā)出的激光光束經(jīng)過激光準直組件20準直后由多面棱鏡30轉動反射至Θ物鏡組件40，最后聚焦于掩模面進行掃描，掃描的檢測信息反射至并由所述接收探測組件50接收。
其中，所述激光準直組件20包括依次設置的準直透鏡202、可變光闌204及柱面鏡 LI ；
所述多面棱鏡30采用多面數(shù)棱鏡的掃描器，其由電機帶動轉動掃描；
所述Θ物鏡組件40包括柱面鏡L2、柱面鏡L3、柱面鏡L4、柱面鏡L5及L6、及反射鏡Ml、M2、M3 ;其中所述f_ Θ物鏡組件40中所有的柱面鏡均在x掃描方向有曲率，而在垂直該方向無曲率。
所述接收探測組件50包括柱面鏡L7、球面鏡L8及L9、反射鏡M4及光電倍增器 502。
本實施例激光掃描檢測系統(tǒng)用于掩模單面顆粒度線性，由于掩模版上無標記面對線條質量沒有影響，只影響暴光計量和照明均勻性，因此可以對掩膜版無標記的表面不進行測量，只對有標記的面進行測量，也可以通過設置兩組f_ Θ物鏡組件實現(xiàn)掩模版的雙面掃描，所述激光掃描檢測系統(tǒng)的結構參數(shù)與的掩模版上單個有標記面檢測裝置一致。
為了節(jié)省空間、減小棱鏡尺寸，且便于雙面掃描，上掃描光路和下掃描光路鏡頭參數(shù)相同，并共用柱面鏡L2及L3。由于光照射到顆粒上，發(fā)生雜散分布，這樣會導致探測器能探測的光能很弱，為了盡可能的接收到更多光能，同時又能很好的校正像差，接收方采用柱面鏡L7,曲率彎向掩模面掃描方向，使該方向全掃描面均被測到,球面鏡L8、L9米用標準球面鏡，利于優(yōu)化，提聞成像的像質。
所述接收探測組件50的物方孔徑角度大于Θ物鏡像方的孔徑角，而且其采用雙遠心結構。
請參閱圖3a及圖3b，柱面鏡LI和f- Θ物鏡組組合后，多面棱鏡30的反射鏡面與掩模面在副掃描方向K共軛。這是由于制造多面體工作面時，因常常不能與回轉軸嚴格平行，傾斜誤差會使副掃描方向光斑位置發(fā)生變化，見圖3a中的所示，變化量為 ▽y=2f’v a,從該式可知，要減小光斑位置跳動，可以減小焦距，根據(jù)公式y(tǒng) = f0可看出， 焦距減小會導致掃描角度增大，不僅帶來設計上的困難，而且角度增大后會迅速降低像面的相對照度(照度與視場的余弦4次方成正比)，導致邊緣光強與中心光強相差比較大，影響顆粒度大小檢測(由于該裝置主要通過光強的大小檢測顆粒度的大小)。
故柱面鏡LI和f- Θ物鏡組組合后，多面棱鏡30的反射鏡面與掩模面在副掃描方向共軛，可以加上補償透鏡反射面與被掃描面的的不垂直度誤差(也就是掃描反射面的傾斜)和旋轉軸的晃動，使▽ a<0.Imradl ,0.02mm< v y<0.03mm,要求0物鏡焦距 100mm < f”< 150mm，克服了現(xiàn)有技術中多面棱鏡加工出現(xiàn)反射面傾斜時，以及電機帶動多面棱鏡轉動時，存在軸的晃動等情況，從而導致光斑在副掃描方向上的偏離，影響到檢測信息的準確率的缺陷。
進一步，使用結構簡單柱面鏡，為了滿足一定的像質量要求，對多面棱鏡30的旋轉角度和尺寸大小有一定的要求。如圖4所示，設多面棱鏡30的棱邊的中心是P(x0，y0)， 到圓心的距離為a，則P點的運動軌跡為圓x2+y2 = a2，激光入射點為Q(x = _b)，QP直線方程Y-Y0 = K(X-XO)，對x2+y2 = a2求導得斜率K = Ι/tg Θ，QP直線方程與x = _b聯(lián)立求得Y = acos Θ+(asin Θ-b) tg Θ，該公式就是激光點入射的軌跡，Θ為入射角或者反射角。由此可見，當掃描棱鏡以Θ旋轉時，引起空間位置變化量不對稱，入射點越遠離中心P，引起的變化量L越大，對于一個固定光學系統(tǒng)來說，變化量L就是偏心量，該偏心量隨掃描角度的大小而變化，這樣會引起像質的惡化。因此，為了滿足一定的像質量要求，必須對Θ、a、b 有要求，230 < Θ < 660, L = f (450) -f (660) < O. 6，則 I. 03a_l· 24b < O. 6，而且滿足像方遠心要求。進一步，請一并參閱圖5，為滿足平場條件 終=Q Φ,、nk分別是透鏡的光焦度
和折射率，和線性條件q = (Y-f* Θ )/f* Θ ((0. 5%，其中Y為實際像高，f_ Θ物鏡光學結構 兩足柱面鏡LI為四面鏡，柱面鏡L2為凸面鏡、柱面鏡L3為四面鏡、柱面鏡L4為凸面鏡，其中，柱面鏡LI曲率彎向掃描鏡面方向，柱面鏡L3與柱面鏡L3的曲率彎向相反，而且柱面鏡L2的曲率與柱面鏡L3的曲率面背而置，且滿足n2 = 1.8051,n3 = I. 713, n4 = 1.8051，n5 = I. 48，n6 = I. 713 ;其中，n2為柱面鏡L2的折射率，n3為柱面鏡L3的折射率，n4為柱面鏡L4的折射率，n5為柱面鏡L5的折射率，n6為柱面鏡L6的折射率。本發(fā)明掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)的雙面掃描工作過程如下
半導體激光器10發(fā)出的兩束激光經(jīng)過激光準直組件20后得直徑為D的光斑，光斑經(jīng)過掃描多面棱鏡30的某一面反射經(jīng)f- Θ物鏡組件40會聚到掩模面上，在掩模面P上形成在掃描方向X為短軸，副掃描方向z為長軸的橢圓光斑。通過多面棱鏡30繞中心軸旋轉實現(xiàn)掃描，即當測量光斑在掩模表面移動時，進行掩膜版顆粒掃描。X方向的掃描通過激光光束在掩膜版上的掃描實現(xiàn)，Z向的掃描通過掩模移動單元在z向勻速運動實現(xiàn)。掩膜版掃描線條如圖6所示。當檢測掩模面上表面時，對應的下表面激光器關閉不工作，當檢測掩模面下表面時，對應的上表面激光器關閉不工作。綜上所述，本發(fā)明的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)當掃描棱鏡以Θ旋轉時，引起空間位置變化量不對稱，入射點越遠離中心P，引起的變化量L越大，對于一個固定光學系統(tǒng)來說，變化量L就是偏心量，該偏心量隨掃描角度的大小而變化，這樣會引起像質的惡化，而本發(fā)明采用了該結構簡單的柱面鏡，達到相同像質情況下，降低了設計難度。且在有限空間里增大掃描范圍，體積減小且有利于光機裝校；可以補償多面棱鏡反射面與被掃描面的的不垂直度誤差。即避免由于多面棱鏡加工出現(xiàn)反射面傾斜時，以及電機帶動多面棱鏡轉動時，存在軸的晃動，從而導致光斑在副掃描方向上的偏離，遺漏的地方檢測不到；降低了多面棱鏡的精度從而降低加工成本，以及降低電機精度要求，同時降低f_ Θ的加工成本。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括依次設置的半導體激光器、激光準直組件、多面棱鏡、f-θ物鏡組件及接收探測組件，所述半導體激光器發(fā)出的激光光束經(jīng)過激光準直組件準直后由多面棱鏡轉動反射至f-Θ物鏡組件，最后聚焦于掩模面進行掃描，掃描的檢測信息反射至并由所述接收探測組件接收。
2.根據(jù)權利要求I所述的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述激光準直組件包括依次設置的準直透鏡、可變光闌及柱面鏡LI。
3.根據(jù)權利要求I所述的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述多面棱鏡的反射鏡面與掩模面在副掃描方向共軛。
4.根據(jù)權利要求I所述的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述f- Θ物鏡組件包括柱面鏡L2、柱面鏡L3、柱面鏡L4、柱面鏡L5及L6、及反射鏡Ml、M2、M3 ；其中，所述f-θ物鏡組件中所有的柱面鏡均在X掃描方向有曲率，而在垂直該方向無曲率。
5.根據(jù)權利要求4所述的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述f- Θ 物鏡焦距 IOOmm < f” < 150mm。
6.根據(jù)權利要求I所述的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述接收探測組件包括柱面鏡L7、球面鏡L8及L9、反射鏡M4及光電倍增器。
7.根據(jù)權利要求6所述的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述接收探測組件的物方孔徑角度大于Θ物鏡像方的孔徑角，而且其采用雙遠心結構。
8.根據(jù)權利要求7所述的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述柱面鏡LI為凹面鏡，柱面鏡L2為凸面鏡、柱面鏡L3為凹面鏡、柱面鏡L4為凸面鏡。
9.根據(jù)權利要求8所述的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)，其特征在于，其中，柱面鏡LI曲率彎向掃描鏡面方向，柱面鏡L3與柱面鏡L3的曲率彎向相反，而且柱面鏡L2的曲率與柱面鏡L3的曲率面背而置。
10.根據(jù)權利要求1-9任一項所述的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)，其特征在于，n2 = I. 8051, n3 = I. 713, n4 = I. 8051, n5 = I. 48, n6 = I. 713，其中，n2 為柱面鏡 L2 的折射率，n3為柱面鏡L3的折射率，n4為柱面鏡L4的折射率，n5為柱面鏡L5的折射率，n6為柱面鏡L6的折射率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)，包括依次設置的半導體激光器、激光準直組件、多面棱鏡、f-θ物鏡組件及接收探測組件，所述半導體激光器發(fā)出的激光光束經(jīng)過激光準直組件準直后由多面棱鏡轉動反射至f-θ物鏡組件，最后聚焦于掩模面進行掃描，掃描的檢測信息反射至并由所述接收探測組件接收。本發(fā)明的掩模面顆粒度線性激光掃描檢測系統(tǒng)采用了該結構簡單的柱面鏡，達到相同像質情況下，降低了設計難度，且在有限空間里增大掃描范圍，體積減小且有利于光機裝校；可以補償多面棱鏡反射面與被掃描面的不垂直度誤差；降低了多面棱鏡的精度從而降低加工成本，以及降低電機精度要求，同時降低f-θ的加工成本。
文檔編號G01N15/02GK102928321SQ20111023176
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月12日 優(yōu)先權日2011年8月12日
發(fā)明者盧麗榮, 李志丹, 張沖 申請人:上海微電子裝備有限公司