CN102736428A - 一种调焦调平装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明在于公开一种调焦调平装置，包括光源、照射光路单元、探测光路单元以及信号处理单元，其特征在于，所述照射光路单元依次包括衍射光栅、第一透镜组、光阑和狭缝，所述探测光路单元依次包括探测狭缝、第一探测器、第二透镜组、参考光栅和第二探测器。本发明同时公开一种调焦调平方法。

Description

一种调焦调平装置及方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种光刻设备中所使用的调焦调平装置的以及调焦调平的方法。

背景技术

光刻技术或称光学刻蚀术，已经被广泛应用于集成电路制造工艺中。该技术通过光刻系统曝光，将设计的掩模图形转移到光刻胶上。由于最终决定集成电路的特征尺寸，光刻系统作为集成电路制造工艺中的重要设备，其精度要求对于光刻工艺的重要性不言自明。为获得最佳成像效果，在曝光时，涂有光刻胶的硅片被吸附于承片台上，且其上表面需置于最佳像面高度。

在光刻设备中，调焦调平装置(也常称之为调平调焦装置)称通常是指能够实现基底表面的垂向位置测量和倾斜度测量的单元或装置。当在在光刻设备中，为了达到理想的曝光成像效果，都需要调焦调平装置测量硅片上表面到投影物镜镜头的距离，从而保证在曝光过程中，硅片上的各曝光场都能处于投影物镜的最佳焦平面附近。

现有技术中主要的调焦调平技术有两类，一类是通过直接在镜头上安装若干传感器而检测硅片表面的高度信息；另一种方法基于结构光学投影测量技术，如将一组光栅图形斜侧投影到硅片表面，通过监测其反射像的位置变化来获得硅片表面的高度信息。

上述两种方法均存在一定的缺陷，第一种方法受硅片表面工艺特性影响严重，第二种方法要求投影物镜具有较大工作距，这就给投影物镜设计带来了难度，且测量传感器的布局会占用像方比较大的空间。

发明内容

本发明的目的在于提出一种光刻设备中所使用的调焦调平装置的以及调焦调平的方法，先利用十字狭缝测量对硅片位置进行粗定位，再利用衍射光束干涉像进行精密测量，从而提高测量精度。

为实现上述发明目的，本发明提供一种调焦调平装置，包括光源、照射光路单元、探测光路单元以及信号处理单元，该照射光路单元依次包括衍射光栅、第一透镜组、光阑和狭缝，该探测光路单元依次包括探测狭缝、第一探测器、第二透镜组、参考光栅和第二探测器。

更进一步地，该光源与该衍射光栅之间还包括照明光纤，该参考光栅与该第二探测器之间包括探测光栅。该第一、第二透镜组为4F透镜组(4f光学系统：符合严格傅里叶变换关系的光学系统，由两个傅里叶变换透镜组成。当平行光垂直照射物面，并发生衍射，在像面形成相干像。下称该光学系统为4f透镜组)。该该衍射光栅是透射式光栅。该参考光栅是透射式光栅。该参考光栅的周期是该衍射光栅周期的一半。该光阑上包括五个小孔，该五个小孔分别用于通过0级、X向+1级，X向-1级，Y向+1级，Y向-1级衍射光束。该狭缝和探测狭缝为对应所述光阑上包括五个小孔的十字型狭缝。该第一探测器用于测量通过探测狭缝的光强。该第二探测器用于探测通过参考光栅的光强。

本发明同时公开一种调焦调平方法，包括照明光束通过衍射光栅后成为五束衍射光束，将五束衍射光束以一定角度照射硅片表面，利用第一探测器获得通过探测狭缝的第一光强，利用第二探测器获得通过参考光栅的第二光强，根据该第一第二光强获得该硅片的最佳位置和倾斜。

更进一步地，该五束衍射光束分别是0级、X向+1级，X向-1级，Y向+1级，Y向-1级衍射光束。该狭缝和探测狭缝为对应所述光阑上包括五个小孔的十字型狭缝。该一定角度是大于或等于45度角。该衍射光栅是透射式光栅。该参考光栅是透射式光栅。该参考光栅的周期是该衍射光栅周期的一半。

与现有技术相比较，本发明所提供的调焦调平装置和方法利用十字狭缝测量对硅片位置进行粗定位，再利用衍射光束干涉像进行精密测量，从而提高测量精度。该调焦调平装置结构简单，测量精度高。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是本发明所涉及的调焦调平装置的结构示意图；

图2是本发明所涉及衍射光栅的结构示意图；

图3是本发明所涉及的光阑的结构示意图；

图4是本发明所涉及的十字狭缝的结构示意图；

图5是本发明所涉及的探测狭缝的结构示意图；

图6是本发明所涉及的参考光栅的结构示意图；

图7是本发明所涉及的第一探测器测量的信号图；

图8是本发明所涉及的第二探测器测量的信号图；

图9是本发明所涉及的调焦调平测试方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

本发明提供了一种调焦调平装置，如图1中所示，图1是该调焦调平装置的结构示意图。其中，该调焦调平装置包括光源单元、照射光路单元、探测光路单元及信号处理单元。图1中包括曝光物镜101，照明光源102，硅片108，硅片台109，照射光路单元包括：照明光纤103，衍射光栅104，透镜组105，光阑106，十字狭缝107。探测光路单元包括：探测狭缝110，第一探测器111，透镜组112，参考光栅113，探测光纤114，第二探测器115以及信号处理单元116。

照射光路单元中的照明光纤103将照明光源102发出的照明光传输至衍射光栅104进行照明，照明光纤103是本实施方式的可选择元件，也可以将照明光源102直接照射衍射光栅104。衍射光栅104产生的衍射光束(0级、+1级、-1级)被透镜组105改变为平行光束。该平行光束利用光阑106进行滤除杂散光。平行光束通过光阑106后，0级衍射光束照明十字狭缝107，五束衍射光束(0级，X向+1级，X向-1级，Y向+1级，Y向-1级)以45度角照射在硅片108表面。硅片108的高度和倾斜利用硅片台109进行调整。0级衍射光束照射在照射十字狭缝107后经硅片109反射至探测狭缝110上，并利用第一探测器111测量通过探测狭缝110的光强，初步确定硅片108的高度和倾斜量。与此同时，经过硅片108反射的衍射光束+1级和-1级通过透镜组112进行汇聚，将干涉调整产生在参考光栅113上，通过硅片台109带动硅片108进行高度方向或倾斜变化，从而将干涉条纹与参考光栅113进行扫描，透过参考光栅113的扫描光强经过探测光纤114传输至第二探测器115进行探测，经过信号处理系统116计算确定硅片108的最佳位置和倾斜。

在该实施方式中，为了使技术效果最佳，将透镜组105和透镜组112均设计为4F透镜组。同时，通常情况下该衍射光束以与水平面45度角入射硅片108表面，但是为了满足投影物镜101的工作距，可以将入射角设计为大于45度角。

图2是本发明所涉及衍射光栅的结构示意图。如图2中所示，该衍射光栅是透射式光栅，由Y向光栅201和X向光栅202组成。

图3是本发明所涉及的光阑的结构示意图。如图3中所示，该光阑上面包括5个小孔，其中每个孔分别用于通过相应的相应衍射光栅的0级，X向+1级，X向-1级，Y向+1级，Y向-1级。五个孔的位置根据衍射光束位置而确定。

图4是本发明所涉及的十字狭缝的结构示意图。如图4中所示，图4中提供了一种十字狭缝的结构示意图。该十字狭缝的结构是根据衍射光束位置而确定的，当光阑上开口的位置发生变化时，该十字狭缝的形状也会随之改变。

图5是本发明所涉及的探测狭缝的结构示意图。如图5中所示，图5是该探测狭缝的详细图，其形状大小和十字狭缝对应。根据实际测量需要，也可以是别的形状或大小。

图6是本发明所涉及的参考光栅的结构示意图。如图6中所示，该参考光栅与衍射光栅结构一致，同样是透射式光栅，由Y向光栅601和X向光栅602组成。该参考光栅的光栅周期为衍射光栅的一半。

图7是本发明所涉及的第一探测器测量的信号图。如图7中所示，纵坐标为探测器探测到的光强，横坐标为硅片108的高度或倾斜量，XY两个方向探测得到的信号形式相同。通过曲线拟合可以得到硅片108的最佳高度或倾斜粗略量。

图8是本发明所涉及的第二探测器测量的信号图。如图8中所示，纵坐标为探测器探测到的光强，横坐标为硅片108的高度或倾斜量，XY两个方向探测得到的信号形式相同。通过曲线拟合可以得到硅片108的最佳高度或倾斜精确量。这里需要说明的是，探测器111测量到的信号计算的精度需要落在探测器115探测信号的一个周期信号内，即完成硅片108的高度或倾斜的捕获功能。

图9是本发明所涉及的调焦调平测试方法的流程图。具体而言，该调焦调平测试方法包含以下多个步骤：

901-通过硅片台将硅片沿高度(或倾斜)方向进行扫描。在该步骤中确保硅片台沿垂向(即Z向)产生位移。

902-第一探测器获得信号。在硅片台带着硅片沿Z向发生位移改变的同时，第一探测器探测通过探测狭缝的光强，初步确定硅片的高度和倾斜量。

903-第二探测器获得信号。经过硅片反射的衍射光束+1级和-1级通过透镜组进行汇聚，将干涉调整产生在参考光栅上，通过硅片台带动硅片进行高度方向或倾斜变化，从而将干涉条纹与参考光栅进行扫描，透过参考光栅、的扫描光强经过探测光纤114传输至探测器115进行探测。

904-获得硅片最佳位置和倾斜。经过信号处理系统计算确定硅片的最佳位置和倾斜。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (19)

1.一种调焦调平装置，包括光源、照射光路单元、探测光路单元以及信号处理单元，其特征在于，所述照射光路单元依次包括衍射光栅、第一透镜组、光阑和狭缝，所述探测光路单元依次包括探测狭缝、第一探测器、第二透镜组、参考光栅和第二探测器。

2.如权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述光源与所述衍射光栅之间还包括照明光纤，所述参考光栅与所述第二探测器之间包括探测光栅。

3.如权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述第一、第二透镜组为4F透镜组。

4.如权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述衍射光栅是透射式光栅。

5.如权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述参考光栅是透射式光栅。

6.如权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述参考光栅的周期是所述衍射光栅周期的一半。

7.如权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述光阑上包括五个小孔，所述五个小孔分别用于通过0级、X向+1级，X向-1级，Y向+1级，Y向-1级衍射光束。

8.如权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述狭缝为十字形。

9.如权利要求8所述的调焦调平装置，其特征在于，所述探测狭缝为十字形。

10.如权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述第一探测器用于测量通过探测狭缝的光强。

11.如权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述第二探测器用于探测通过参考光栅的光强。

12.一种调焦调平方法，包括照明光束通过衍射光栅后成为五束衍射光束，将五束衍射光束以一定角度照射硅片表面，利用第一探测器获得通过探测狭缝的第一光强，利用第二探测器获得通过参考光栅的第二光强，根据所述第一第二光强获得所述硅片的最佳位置和倾斜。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述五束衍射光束分别是0级、X向+1级，X向-1级，Y向+1级，Y向-1级衍射光束。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述狭缝为十字形。

15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述探测狭缝为十字形。

16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述一定角度是大于或等于45度角。

17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述衍射光栅是透射式光栅。

18.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述参考光栅是透射式光栅。

19.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述参考光栅的周期是所述衍射光栅周期的一半。

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