CN102207694A - 成像调整单元及应用其的调焦调平控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种成像调整单元及应用其的调焦调平控制系统。调焦调平控制系统包括照明单元、标记板、投影成像单元、接收成像单元、探测器和控制器。照明单元产生光束，光束经过标记板上的多个标记形成多条入射光线，入射光线成像在硅片面上，形成多个标记投影。硅片面反射标记投影形成多条反射光线，反射光线成像于探测器。控制器根据探测器的探测结果控制工件台移动。成像调整单元包括位于入射光线光路中的第一成像调整单元和位于反射光线光路中的第二成像调整单元。第一成像调整单元调整入射光线的光程以同时聚焦在硅片面上。第二成像调整单元调整反射光线的光程以同时聚焦在探测器的探测面上。本发明的成像调整单元结构简单，安装方便。

Description

成像调整单元及应用其的调焦调平控制系统

技术领域

本发明涉及一种控制系统，且特别涉及一种调整光刻机中硅片的控制系统，该控制系统所包括的成像调整单元也一并涉及。

背景技术

投影光刻机是用以将掩模上的图案通过投影物镜投影到硅片表面的装置。在投影曝光设备中，必须有自动调焦调平控制系统把硅片的表面精确地设置到指定的曝光位置。

实现自动调焦调平控制功能有多种不同的技术方案。目前比较常用是非接触式光电测量技术，其中测量系统中光学部分都采用了满足倾斜成像的光学结构，主要目的是使得用以调焦的标记在硅片面上成像清晰，降低曝光图案对测量精度的影响。

在美国专利号为US5414515的公开专利中，其技术方案主要采用的是针对每个测量点设置一个补偿透镜的补偿方案，这种方案对补偿透镜的安装位置有着严格的要求，同时由于各补偿透镜的焦距不同，各补偿点的倍率也会发生变化，结构设计和安装难度较大。

发明内容

本发明提出一种成像调整单元及应用其的调焦调平控制系统，能够解决上述安装难度大的问题，并且能够在不改变成像精度的前提下，简化自身结构。

为了达到目的，本发明提出一种成像调整单元，用于光刻机中的调焦调平控制系统。调焦调平控制系统包括照明单元、标记板、投影成像单元、接收成像单元、探测器和控制器。照明单元产生光束，光束经过标记板上的多个标记形成带有不同标记信息的多条入射光线。投影成像单元将入射光线投射至硅片，使得入射光线在硅片的硅片面上成像，形成多个标记投影。硅片面反射多个标记投影形成多条反射光线，接收成像单元将反射光线投射至探测器的探测面，使得反射光线在探测面上成像。控制器与探测器电性连接，控制器根据探测器的探测结果控制承载硅片的工件台移动。成像调整单元包括位于入射光线光路中的第一成像调整单元和位于反射光线光路中的第二成像调整单元。第一成像调整单元包括多个第一调整棱镜，分别调整入射光线的光程，以将入射光线同时聚焦在硅片面上。第二成像调整单元包括多个第二调整棱镜，分别调整反射光线的光程，以将反射光线同时聚焦在探测器的探测面上。

可选的，其中第一成像调整单元位于标记板与投影成像单元之间，或者位于投影成像单元与硅片之间。

可选的，其中第二成像调整单元位于硅片与接收成像单元之间，或者位于接收成像单元与探测器之间。

可选的，其中第一调整棱镜或第二调整棱镜包括：

第一反射面，

第二反射面，平行于第一反射面，

其中第一调整棱镜或第二调整棱镜的入射和出射光线相互平行且具有一偏移值。

可选的，其中第一成像调整单元中的多个第一调整棱镜的偏移值相同，第二成像调整单元中的多个第二调整棱镜的偏移值相同。

本发明还提出一种应用上述成像调整单元的调焦调平控制系统。

本发明所提供的成像调整单元具有设计简单，安装方便，不改变成像系统性能和精度，且空间适应性强的特点。应用该成像调整单元的调焦调平控制系统能够将标记板上的多个标记同时精确成像，探测器探测精度高，误差率小。

附图说明

图1所示为本发明第一实施例的投影光刻机结构示意图。

图2所示为本发明第一实施例的投影标记至硅片的光路结构示意图。

图3所示为本发明第一实施例的探测标记投影的光路结构示意图。

图4a～4c所示为本发明第一实施例的第一/第二调整棱镜的结构示意图。

图5所示为本发明第二实施例的投影光刻机结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图示说明如下。

图1所示为本发明第一实施例的投影光刻机结构示意图。

请参考图1。投影光刻机100包括投影物镜1、硅片2和工件台11。投影物镜1沿第一光轴AX放置，用于对硅片2进行光刻。硅片2放置在工件台11上，硅片2的硅片面21与光轴AX垂直，硅片面21位于投影物镜1的最佳焦平面上。工件台11受工件台运动系统(图未示)带动，用以调整硅片2的位置。

投影光刻机100还包括调焦调平控制系统，用来调整硅片2的表面位于投影物镜1的最佳焦平面上。

调焦调平控制系统由照明单元、标记板4、第一成像调整单元5、投影成像单元、接收成像单元、第二成像调整单元8、探测器9和控制器10组成。

照明单元包括光源30和照明镜组31。光源30产生沿第二光轴BX射出的入射光，照明镜组31将入射光均匀化。

标记板4上包括多个标记41、42、43(如图2所示)，标记板4与第二光轴BX垂直。入射光穿过标记板4，带有标记信息。

第一成像调整单元5包括第一调整棱镜50～52，第一调整棱镜50～52调整入射光的光程，以调整标记41、42、43的成像位置。

投影成像单元包括投影成像系统60和投影反射镜61。投影成像系统60包括镜组60a、60b，以形成一双远心投影成像系统。双远心投影成像系统为投影成像常用系统，在此不再赘述。投影反射镜61反射入射光至硅片面21上，入射光在硅片面21上成像，形成标记投影41’、42’、43’(如图2所示)。由于硅片面21垂直于第一光轴AX，因此硅片面21的法线与入射光之间有一夹角θ。

接收成像单元包括接收反射镜71和探测投影成像系统70。入射光被硅片面21反射形成反射光，反射光被反射至接收反射镜71，由接收反射镜71进行反射使得反射光沿第三光轴CX进入探测投影成像系统70。探测投影成像系统70包括镜组70a、70b，以形成一双远心投影成像系统。

第二成像调整单元8包括第二调整棱镜80、81、82，第二调整棱镜80、81、82调整反射光的光程，以调整标记投影41’、42’、43’(如图2所示)的成像位置。

探测器9包括探测面90用以探测标记投影41’、42’、43’的成像位置。

控制器10电性连接至探测器9，根据探测器9的探测结果控制工件台11移动，以将硅片2置于投影物镜1的最佳焦平面上。

图2所示为本发明第一实施例的投影标记至硅片的光路结构示意图。

标记板4上具有三个标记41、42、43，光源30(如图1所示)发出的光束依次经照明镜组31、标记板4的三个标记41、42、43后，成为带有标记信息的入射光线6a、6b、6c。入射光线6a、6b、6c经过投影成像系统60和投影反射镜61(图2中未示)，入射至硅片面21，形成标记投影。

在图2中，并未示出投影成像系统60与硅片面21之间的投影反射镜61，本领域技术人员可知，投影反射镜61的设置并不改变标记41、42、43至硅片面21的光程。

由于硅片面21的法线与入射光线之间存在夹角θ，因此，若光程中不含有第一调整棱镜50、51、52，则含有标记信息的入射光线6a、6b、6c到达硅片面21的光程不同，例如标记43至硅片面21上的标记投影43’的光程比标记41至硅片面21上的标记投影41’的光程短X2，标记42至硅片面21上的标记投影42’的光程比标记41至硅片面21上的标记投影41’的光程短X1。这样，标记41～43无法同时在硅片面21上聚焦。

值得注意的是，入射光线6a、6b、6c分别进入第一调整棱镜52、51、50后，第一调整棱镜52、51、50调整入射光线6a、6b、6c的光程，例如：将经过标记42的入射光线6b的光程增加X1，将经过标记43的入射光线6c的光程增加X2。经过第一调整棱镜52、51、50的调整后，标记41、42、43的中心可以认为是位于位置4a、4b、4c处。第一调整棱镜52、51、50所调整的光程能够通过设置而确定，使得位置4a、4b、4c位于平面4L上，平面4L与硅片面21共轭，从而自位置4a、4b、4c至硅片面21的标记投影41’、42’、43’的光程相同，这样，标记41、42、43同时聚焦在硅片面21上，在硅片面21上成像清晰，降低硅片面与投影反射单元之间的夹角对于测量的影响。

图3所示为本发明第一实施例的探测标记投影的光路结构示意图。

硅片面21反射带有标记投影41’、42’、43’信息的光束至接收反射镜71，经探测投影成像系统70成像后，成为带有标记投影信息的反射光线7a、7b、7c。

如同入射光线6a、6b、6c的情形，由于硅片面21的法线与反射光线7a、7b、7c之间存在夹角θ，因此，若反射光路中不含有第二成像调整单元8，则含有标记投影信息的反射光线7a、7b、7c经过相同的光程，各个标记投影41’、42’、43’会成像在位置8a、8b、8c处，位置8a、8b、8c所形成的面8L与硅片面21共轭。由于探测面90垂直于经接收反射镜71反射后的反射光线，标记投影41’、42’、43’无法同时在探测面90上聚焦。经过标记投影41’的反射光线7a成像的位置8a与探测面90的距离为X3，经过标记投影42’的反射光线7b成像的位置8b与探测面90的距离为X4，经过标记投影43’的反射光线7c成像的位置8c与探测面90的距离为X5。

值得注意的是，反射光线7a、7b、7c分别由第二调整棱镜80、81、82调整光程。例如：第二调整棱镜80调整反射光线7a的光程增加X3、第二调整棱镜81调整反射光线7b的光程增加X4，第二调整棱镜82调整反射光线7c的光程增加X5。经过第二调整棱镜80、81、82的调整后，标记投影41’、42’、43’可以成像在位置41”、42”、43”处，位置41”、42”、43”位于探测面90上，从而自标记投影41’、42’、43’至探测面90的反射光线7a～7c的光程相同，这样，标记投影41’、42’、43’同时聚焦在探测面90上，在探测面90上成像清晰。第二调整棱镜80、81、82的设置能够增强系统信噪比，提高系统测量精度，降低对测量传感器的要求。

图4a～4c所示为本发明第一实施例的第一/第二调整棱镜的结构示意图。

此处以调整入射光线6a～6c为例，调整反射光线7a～7c的原理与之相类似。

第一调整棱镜50(第二调整棱镜80)具有第一反射面501和第二反射面502，第一反射面501和第二反射面502相互平行，第一反射面501接收入射光线6c。入射光线6c进入第一调整棱镜50之后，被第一反射面501反射至第二反射面502，第二反射面502再将入射光线6c反射出第一调整棱镜50。由于第一反射面501和第二反射面502相互平行，第一调整棱镜50的入射和出射光线相互平行，并且第一调整棱镜50的出射光线相对于入射光线具有一偏移值H0。如图4b和图4c所示，另外两个第一调整棱镜51、52的出射光线相对于入射光线同样具有偏移值H1、H2，本发明中同一成像调整单元中的调整棱镜偏移值相同。本发明中的成像调整单元的第一调整棱镜、第二调整棱镜可以采用如图4a、4b、4c中的任意一种。本领域技术人员可知，通过调整第一反射面501和第二反射面502的间距或者第一反射面501和第二反射面502的角度，能够保证偏移值固定。

第一调整棱镜50的折射率为n，假设入射光线6c通过整个第一调整棱镜50的光程为H，则入射光线6c在第一调整棱镜50中的行程为H/n，计算可得，第一调整棱镜50增加入射光线6c的光程H*(1-1/n)。可见，通过调整入射光线6c在第一调整棱镜50中的行程或者改变第一调整棱镜50的折射率n，可以得到所需调整的光程。调整入射光线6c在第一调整棱镜50中的行程可以通过增加第一调整棱镜50的厚度或者反射面的反射角度来达到。为达到调整光程的目的，可以灵活利用以上三种方式其中一种或多种。

图5所示为本发明第二实施例的投影光刻机结构示意图。

本发明第二实施例中的第一成像调整单元5置于投影成像单元的像方，即置于投影成像单元与硅片2之间。本实施例中的第二成像调整单元8置于接收成像单元的物方，即置于硅片2与接收成像单元之间。第二实施例中其余元件的结构和位置与第一实施例中相同，在此不再赘述。

同理，本领域技术人员能够想到，第一成像调整单元5可以选择性地位于标记板4与投影成像单元之间、或者位于投影成像单元与硅片2之间；同时，第二成像调整单元8可以选择性地位于接收成像单元与探测面90之间、或者位于硅片2与接收成像单元之间。本发明所揭露的调整单元的位置具有较大的灵活性，在空间上具有很强的适应能力。

本发明所举例的测量标记为3个，在其他实施例中，标记的个数并不受限制，以测量需要为准。

本发明所提供的成像调整单元具有设计简单，安装方便，不改变成像系统性能且空间适应性强的特点。

虽然本发明已以一些实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.一种成像调整单元，用于光刻机中的调焦调平控制系统，所述调焦调平控制系统包括照明单元、标记板、投影成像单元、接收成像单元、探测器和控制器，所述照明单元产生光束，所述光束经过标记板上的多个标记形成带有不同标记信息的多条入射光线，投影成像单元将所述入射光线投射至硅片，使得所述入射光线在硅片的硅片面上成像，形成多个标记投影，所述硅片面反射所述多个标记投影形成多条反射光线，接收成像单元将所述多条反射光线投射至所述探测器的探测面，使得所述多条反射光线在探测面上成像，所述控制器与所述探测器电性连接，所述控制器根据所述探测器的探测结果控制承载硅片的工件台移动，其特征是，所述成像调整单元包括：

第一成像调整单元，位于所述多条入射光线的光路中，包括：

多个第一调整棱镜，分别调整所述多条入射光线的光程，以将所述多条入射光线同时聚焦在所述硅片面上；以及

第二成像调整单元，位于所述多条反射光线的光路中，包括：

多个第二调整棱镜，分别调整所述多条反射光线的光程，以将所述多条反射光线同时聚焦在所述探测器的探测面上。

2.根据权利要求1所述的成像调整单元，其中第一成像调整单元位于所述标记板与所述投影成像单元之间，或者位于所述投影成像单元与所述硅片之间。

3.根据权利要求1所述的成像调整单元，其中第二成像调整单元位于所述硅片与所述接收成像单元之间，或者位于所述接收成像单元与所述探测器之间。

4.根据权利要求1所述的成像调整单元，其中第一调整棱镜或第二调整棱镜包括：

第一反射面，

第二反射面，平行于所述第一反射面，

其中所述第一调整棱镜或第二调整棱镜的入射和出射光线相互平行且具有一偏移值。

5.根据权利要求4所述的成像调整单元，其中第一成像调整单元中的所述多个第一调整棱镜的偏移值相同，第二成像调整单元中的所述多个第二调整棱镜的偏移值相同。

6.一种调焦调平控制系统，其用于调整光刻机中的硅片位置，其特征是，所述调焦调平控制系统包括：

照明单元，产生光束；

标记板，包括多个标记，所述光束经过标记板上的多个标记形成带有不同标记信息的多条入射光线；

投影成像单元，将所述入射光线投射至所述硅片，使得所述入射光线在硅片的硅片面上成像，形成多个标记投影；

接收成像单元；

探测器，所述硅片面反射所述多个标记投影形成多条反射光线，接收成像单元将所述多条反射光线投射至所述探测器的探测面，使得所述反射光线在探测面上成像；

控制器，与所述探测器电性连接，所述控制器根据所述探测器的探测结果控制承载硅片的工件台移动，

其中所述多条入射光线的光路中设置有第一成像调整单元，包括：

多个第一调整棱镜，分别调整所述多条入射光线的光程，以将所述多个标记同时聚焦在所述硅片面上；以及

所述多条反射光线的光路中设置有第二成像调整单元，包括：

多个第二调整棱镜，分别调整所述多条反射光线的光程，以将所述多个标记投影同时聚焦在所述探测器的探测面上。

7.根据权利要求6所述的成像调整单元，其中第一成像调整单元位于所述标记板与所述投影成像单元之间，或者位于所述投影成像单元与所述硅片之间。

8.根据权利要求6所述的成像调整单元，其中第二成像调整单元位于所述硅片与所述接收成像单元之间，或者位于所述接收成像单元与所述探测器之间。

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