CN104880832A - 一种用于调焦测量的光谱重构系统 - Google Patents

Abstract

一种光谱重构系统，包括：多种波段的光源系统，提供多个不同波段的光束；偏振分束系统，对不同波段的光束进行处理，以产生不同波段不同偏振态光束输出；偏振光强可调系统，根据不同工艺条件对不同波段不同偏振态光束的光强进行调整；合束系统，对经光强调整后的不同波段不同偏振态光束进行合束。该光谱重构系统可以根据不同工艺条件需求对各不同波段不同偏振态光束的光强进行配比，合束系统能够将不同波段不同偏振态的光束的偏振信息保留。将光谱重构系统应用于调焦调平系统可以起到大幅度减小调焦调平系统的测量误差，大幅度增强调焦调平系统的工艺适应性，大幅度提高调焦调平系统的测量精度的作用。

Description

一种用于调焦测量的光谱重构系统

技术领域

本发明涉及光刻领域，尤其涉及光刻机中用于调焦测量的光谱重构系统。

背景技术

由于目前尖端投影光刻机对调焦调平传感器的需求日益严苛，且其需求主要分为三大类：①测量过程中对光刻胶无损害 ②高产量即高测量速度③高测量精度。   

目前只有“测量光线以掠射角入射的光学类传感器”，才能满足苛刻的性能需求。而在光学类传感器中，对其测量误差来源的分析以及对测量误差的校正和补偿技术的研究显得尤为关键。现有集成电路光刻设备的调焦调平系统都会遇到下列情况：在对不同工艺条件下的硅片高度进行测量时，由于硅片表面存在薄膜效应，会导致反射光束相对于入射光束的相位发生变化，产生古斯-汉森光束位移，且该位移量级与硅片高度变化的量级一致，同时，不同入射角的反射光束的反射率不同，都会造成调焦调平系统存在一定测量误差，降低了调焦调平系统的工艺适应性，降低了调焦调平系统的测量精度。为了减小调焦调平系统的测量误差，增强调焦调平系统的工艺适应性，提高调焦调平系统的测量精度，研究和开发多波段偏振可调光源技术。现有技术方案是使用多个不同波段光源，产生宽光谱作为调焦调平系统的光源，例如美国专利US5162642的实施例1，这种方案在一定程度上可以适当减小因硅片表面不同工艺条件及薄膜结构引起的测量误差，但减小的程度有限，对于当今高端投影光刻机苛刻的测量精度的需求来说，仍然是不可接受的。

发明内容

为了减小调焦调平系统的测量误差，增强调焦调平系统的工艺适应性，提高调焦调平系统的测量精度，本发明提出了一种调焦调平系统光源光谱重构系统，包括：多种波段的光源系统，提供多个不同波段的光束；偏振分束系统，对不同波段的光束进行处理，以产生不同波段不同偏振态光束输出；偏振光强可调系统，根据不同工艺条件对不同波段不同偏振态光束的光强进行调整；合束系统，对经光强调整后的不同波段不同偏振态光束进行合束。

其中，该多波段光源系统包括多个光源。

其中，该多波段光源系统还包括与多个光源分别对应的准直透镜。

其中，该光源可以是LED、光子晶体LED、卤素灯、汞灯、钠灯、氙灯、激光或等离子驱动激光灯。

其中，该偏振分束系统包括多个第一偏振分光棱镜，用于分别将多个不同波段光束进行处理，使每一波段光束被分成偏振态不同的两束光。

其中，该偏振光强可调系统包括多个可变偏振分光镜组，用于对不同波段不同偏振态光束的光强进行调整。

其中，该合束系统包括多个耦合镜组、多个保偏光纤、一个光纤合束器以及合束光纤。

其中，该合束系统包括多个第二偏振分光棱镜、多个第一二向色镜、多个第二二向色镜、一个耦合镜组以及合束光纤。

其中，该光谱重构系统还包括驱动系统，对光源进行开关及光强输出控制。

其中，该光谱重构系统还包括散热系统，对光源进行散热。

本发明还提出一种调焦调平系统，包括上述的光谱重构系统。

根据本发明的光谱重构系统采用多路复用的宽光谱或窄光谱叠加光源，且将各波段测量光束分为不同的偏振态，并进行各波段及偏振态的光强配比，光源波长及偏振态的配比方法是基于大量的不同工艺条件下的实验，针对每一类工艺条件下得出测量误差最小时的最佳配比值，各独立波段及偏振态的光束经合束后同时对各工艺条件下硅片高度进行测量，并通过软硬件进行实时控制，合束光束的测量值即是硅片高度的实际测量值，从而起到大幅度减小调焦调平系统的测量误差，大幅度增强调焦调平系统的工艺适应性，大幅度提高调焦调平系统的测量精度的作用。

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得到进一步的了解。

图1所示为根据本发明的第一实施例的投影光刻机调焦调平系统原理图；

图2所示为一种用于调焦测量的光谱重构系统原理图；

图3所示为一种带有光谱重构系统进行调焦测量的光电系统原理图；

图4所示为根据本发明第一实施例的一种用于调焦测量的光纤合束光谱重构系统原理图；

图5所示为根据本发明第二实施例的一种用于调焦测量的棱镜合束光谱重构系统原理图。

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。

图1所示为根据本发明的第一实施例的投影光刻机调焦调平系统原理图，如图所示，测量光路分布于投影物镜20’光轴的两侧，包括依次以光路连接的照明单元、投影单元、探测单元及中继单元。

照明单元由照明光源1’、光纤2’及照明镜组3’等组成；光源的出射光经光纤传送之后，由照明镜组3’聚光至投影单元，为整个测量装置提供照明光源。

投影单元由投影狭缝4’、投影前组透镜组5’、反射镜组6’及投影后组透镜组7’等组成；通过投影狭缝的光源经过透镜和反射镜之后，在玻璃基板8’表面当前曝光区域内形成测量光斑。

探测单元由探测前组透镜组9’、反射镜组10’、探测后组透镜组11’等组成；经过探测单元之后，测量光斑被探测狭缝所接收。

中继单元：由中继反射镜12’、中继透镜组13’、探测器14’、运算单元15’，调焦控制器16’等组成，经过中继单元的光斑被探测器接收，形成带有被测物表面位置和倾斜信息的光强信号。

第一实施例：

图2所示为一种用于调焦测量的光谱重构系统原理图。如图所示，所述系统包括：多种波段的光源系统1，偏振分束系统2、偏振光强可调系统3、合束系统4、光纤5，多种波段的光源系统1出射的光束经过偏振分束系统2后分成不同波段不同偏振态的光束，经过偏振光强可调系统3使得不同波段不同偏振态光束的光强各自大小可调，经过合束系统4将不同波段不同偏振态光束进行合束后，进入光纤5并出射，偏振光强可调系统3可以通过手动方式调整光强也可以电动方式调整光强，更详而言之，是通过手动调节偏振光强可调系统3的可变偏振分光镜组（关于可变偏振分光镜组的详细说明参见下述实施例）的旋钮来实现（即手动方式）；或通过控制电机带动可变偏振分光镜组的旋钮来实现（即电动方式）；合束系统4能够将不同波段不同偏振态的光束的偏振信息保留。 

图3所示为一种带有光谱重构系统进行调焦测量的光电系统原理图。如图所示，所述系统包括：多种波段的光源系统1，例如光源可以是卤素灯，也可以是LED等、偏振分束系统2、偏振光强可调系统3、合束系统4、光纤5、照明系统6、狭缝7、第一成像系统（第一成像系统可以包括投影前组镜组8、投影反射镜9、投影后组镜组10等）、被测物体11、第二成像系统（第二成像系统可以包括探测前组镜组12、探测反射镜13、探测后组镜组14、中继反射镜15、中继镜组16等）、探测器17、运算单元18、调焦控制器19以及承载台20，多种波段的光源系统1出射的光束经过偏振分束系统2后分成不同波段不同偏振态的光束，经过偏振光强可调系统3使得不同波段不同偏振态光束的光强各自大小可调，经过合束系统4将不同波段不同偏振态光束进行合束后，耦合进入光纤5并出射，作为调焦测量光电系统的光源，经过照明系统6均匀照明狭缝7，再经过第一成像系统后将测量光斑投射在被测物体11的表面，经被测物体反射后传至第二成像系统，经过第二成像系统后被探测器17接收，运算单元18对探测器17收集到的各不同波段及偏振态的光束信息进行处理，将结果送至调焦控制器19实现对载有被测物体的承载台20进行实时调控。从而，所述系统可以根据不同工艺条件对各不同波段不同偏振态光束的光强进行配比；偏振光强可调系统3可以通过手动方式调整光强也可以电动方式调整光强；合束系统4能够将不同波段不同偏振态的光束的偏振信息保留。

图4所示为根据本发明第一实施例的一种用于调焦测量的光纤合束光谱重构系统原理图。如图所示，所述系统包括LED光源1a、1b、1c、1d、准直透镜2a、2b、2c、2d、偏振分光棱镜3a、3b、3c、3d、反射棱镜4a、4b、4c、4d、可变偏振分光镜组5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h、耦合镜组6a、6b、6c、6d、6e、6f、6g、6h、保偏光纤7a、7b、7c、7d、7e、7f、7g、7h、光纤合束器8、合束光纤9，散热系统10a、10b、10c、10d, 驱动系统11a、11b、11c、11d等；其中LED光源1a、1b、1c、1d可分别采用不同波段分布的光谱，例如，光谱范围400nm—1000nm中的不同波段，可变偏振分光镜组5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h由各自的半波片和偏振分光棱镜组成，分别用于调节各自偏振波段光束的光强；光束从LED光源1a、1b、1c、1d发出，经过准直透镜2a、2b、2c、2d准直后，传递至偏振分光棱镜3a、3b、3c、3d，偏振分光棱镜3a、3b、3c、3d将各波段光束分为P光和S光两路，上路P光束经过可变偏振分光镜组5a、5b、5c、5d后，被耦合镜组6a、6b、6c、6d收集，下路S光束经过反射棱镜4a、4b、4c、4d及可变偏振分光镜组5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h后，被耦合镜组6e、6f、6g、6h收集，经过耦合镜组6a、6b、6c、6d、6e、6f、6g、6h后，光束分别被耦合至保偏光纤7a、7b、7c、7d、7e、7f、7g、7h，随后经过各路光纤传递至光纤合束器8，将不同波段及偏振态的光束耦合进入合束光纤9中并出射，其中驱动系统11a、11b、11c、11d对LED进行开关及光强输出控制，散热系统10a、10b、10c、10d对LED进行散热。

第二实施例

图5所示为根据本发明第二实施例的一种用于调焦测量的棱镜合束光谱重构系统原理图。如图所示，所述系统包括LED光源1a、1b、1c、1d、准直透镜2a、2b、2c、2d、偏振分光棱镜3a、3b、3c、3d、反射棱镜4a、4b、4c、4d、可变偏振分光镜组5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h、偏振分光棱镜6a、6b、6c、6d二向色镜8a、8b、二向色镜9、反射棱镜10、耦合镜组11、合束光纤12，驱动系统13a、13b、13c、13d、散热系统14a、14b、14c、14d等，其中LED光源1a、1b、1c、1d分别采用不同波段分布的光谱，例如，光谱范围400nm—1000nm中的不同波段，可变偏振分光镜组5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h由各自的半波片和偏振分光棱镜组成，分别用于调节各自偏振波段光束的光强；光束从LED光源1a、1b、1c、1d发出，经过准直透镜2a、2b、2c、2d准直后，传递至偏振分光棱镜3a、3b、3c、3d，偏振分光棱镜3a、3b、3c、3d将各波段光束分为P光和S光两路，上路P光束经过可变偏振分光镜组5a、5b、5c、5d后，被偏振分光棱镜7a、7b、7c、7d合束收集，下路S光束经过反射棱镜4a、4b、4c、4d及可变偏振分光镜组5e、5f、5g、5h后，再经反射棱镜6a、6b、6c、6d后，被偏振分光棱镜7a、7b、7c、7d合束收集，随后各波段光束经过二向色镜8a、8b，分别将不同波段的光束合束成400nm—750nm以及750nm—1000nm两个波段，再经过二向色镜9后由反射棱镜10反射后被耦合镜组11收集，进入合束光纤12中并出射，其中驱动系统13a、13b、13c、13d对LED进行开关及光强输出控制，散热系统14a、14b、14c、14d对LED进行散热。

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 (11)

1.一种光谱重构系统，包括：

多种波段的光源系统，提供多个不同波段的光束；

偏振分束系统，对不同波段的光束进行处理，以产生不同波段不同偏振态光束输出；

偏振光强可调系统，根据不同工艺条件对不同波段不同偏振态光束的光强进行调整；

合束系统，对经光强调整后的不同波段不同偏振态光束进行合束。

2.根据权利要求1所述的光谱重构系统，其特征在于，该多波段光源系统包括多个光源。

3.根据权利要求2所述光谱重构系统，其特征在于，该多波段光源系统还包括与多个光源分别对应的准直透镜。

4.根据权利要求2所述的光谱重构系统，其特征在于，该光源可以是LED、光子晶体LED、卤素灯、汞灯、钠灯、氙灯、激光或等离子驱动激光灯。

5.根据权利要求1所述的光谱重构系统，其特征在于，该偏振分束系统包括多个第一偏振分光棱镜，用于分别将多个不同波段光束进行处理，使每一波段光束被分成偏振态不同的两束光。

6.根据权利要求5所述的光谱重构系统，其特征在于，该偏振光强可调系统包括多个可变偏振分光镜组，用于对不同波段不同偏振态光束的光强进行调整。

7.根据权利要求1所述的光谱重构系统，其特征在于，该合束系统包括多个耦合镜组、多个保偏光纤、一个光纤合束器以及合束光纤。

8.根据权利要求1所述的光谱重构系统，其特征在于，该合束系统包括多个第二偏振分光棱镜、多个第一二向色镜、多个第二二向色镜、一个耦合镜组以及合束光纤。

9.根据权利要求2所述的光谱重构系统，其特征在于，该光谱重构系统还包括驱动系统，对光源进行开关及光强输出控制。

10.根据权利要求2所述的光谱重构系统，其特征在于，该光谱重构系统还包括散热系统，对光源进行散热。

11.一种调焦调平系统，包括权利要求1-10中任意一个所述的光谱重构系统。