CN106842830B - 一种焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测装置，包括光源、竖直设在硅片侧面且与硅片垂直的定标板，以及设在光源和定标板之间且用于将光源产生的光线聚焦在定标板上的镜组，还包括用于探测定标板上光线焦点位置的探测器，以及与探测器连接且用于处理探测信号的控制器；利用具有较高精度的焦点探测方法，通过焦点检测硅片侧面的定标位置，将方便硅片的安放，减少因光刻胶吸收检测光产生的影响，并能够对硅片光刻焦面位置进行实时检测和校准，简单方便且精度较高。本发明还公开了一种与上述检测装置相适应的检测方法。

Description

一种焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测装置及方法

技术领域

本发明涉及硅片光刻焦面位置检测技术领域，特别是涉及一种焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测装置。此外，本发明还涉及一种使用上述检测装置检测硅片光刻焦面位置的方法。

背景技术

光刻系统是高科技产业可持续发展的中流砥柱，最终能影响电子产品商业竞争的成败。投影式光刻机是指将掩膜板上的图形通过成像曝光投影到电路板制作底片(如硅片)上的机器，投影物镜的有效焦深普遍较短，为了实现精确曝光，需要焦平面检测系统对硅片曝光面的位置进行实时监测，确保每次曝光都能够在同一焦平面上，从而掩膜板上的图形能够理想的转移到电路板制作底片上。

目前常用的光刻机焦平面检测都是在硅片的上表面或水平面进行的，这样的检测方法不利于硅片的安放，同时光刻胶会吸收检测光，造成探测光强减小，降低检测精度。且现有的光学检测技术有基于狭缝的、基于光栅的、基于反射镜面的、基于莫尔条纹的，但是这些光学检测方式有些检测精度不高，有些精度高，但是需要多种复杂的光学元件和高精度的成像光学设备，造成结构复杂、价格昂贵。

因此如何使硅片光刻焦面位置的检测简单方便、精度较高且成本低，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测装置，能够对硅片光刻焦面位置进行实时检测和校准，简单方便且精度较高。本发明的另一目的是提供一种焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测方法，能够对硅片光刻焦面位置进行实时检测和校准，简单方便且精度较高。

为解决上述技术问题，本发明提供一种焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测装置，包括光源、竖直设在硅片侧面且与所述硅片垂直的定标板，以及设在所述光源和所述定标板之间且用于将所述光源产生的光线聚焦在所述定标板上的镜组，还包括用于探测所述定标板上光线焦点位置的探测器，以及与所述探测器连接且用于处理探测信号的控制器。

优选地，还包括由所述控制器控制且用于竖直移动所述硅片的平台移动器，所述硅片水平安装在所述平台移动器的Z轴平台上。

优选地，所述定标板的板面上具有用于反射所述光线焦点的反射层，在所述光线焦点的反射光路上倾斜设有用于过滤并反射特定光线的二向色性镜，还包括设在所述二向色性镜的反射光路上且于聚焦反射光线的凸透镜，以及设在所述凸透镜的焦平面上且在所述凸透镜的焦点处开有针孔的检测板，所述探测器设在所述检测板后且通过所述针孔探测光强。

优选地，还包括与所述控制器连接且用于调节所述镜组的设置角度的驱动器。

优选地，还包括用于将所述光源产生的光线反射至所述镜组上的反射镜。

优选地，所述控制器为计算机，所述驱动器为压电陶瓷驱动器。

本发明还提供一种焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测方法，包括步骤，

S1：通过镜组将光线聚焦在设于硅片侧面的定标板上；

S2：通过探测器探测光线焦点在所述定标板上的位置；

S3：计算所述光线焦点至所述定标板上焦平面剖线的竖直距离，作为所述硅片需要竖直移动的距离；

S4：将所述硅片移动所述竖直距离。

优选地，在步骤S1和S2之间还包括，

S11：通过所述定标板反射聚焦光线；

S12：通过二向色性镜过滤经所述定标板反射的聚焦光线并反射其中的特定光线；

S13：通过凸透镜聚焦经所述二向色性镜反射的特定光线；

S14：通过探测器探测通过检测板上针孔的聚焦反射光线的光强；

S15：判断探测光强是否大于预设光强，若否，则调整所述镜组的设置角度，并返回S11。

优选地，所述计算所述光线焦点至所述定标板上焦平面剖线的竖直距离，具体为，

测量所述光线焦点与所述焦平面剖线上原点的距离，以及所述光线焦点和所述原点两者的连线与所述焦平面剖线之间的夹角；

根据极坐标的三角函数公式计算所述光线焦点至所述定标板上焦平面剖线的竖直距离。

本发明提供的焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测装置，利用焦点检测硅片侧面的定标位置，方便硅片的安放，减少光刻胶吸收检测光的影响，能够对硅片光刻焦面位置进行实时检测和校准，而焦点探测技术具有较高的精确度，能够确保焦面位置高精度的位于投影聚焦点，保证光刻图案的完整准确性。

本发明提供的检测方法，与上述检测装置相对应，是通过本发明提供的检测装置实现的检测方法，由于上述检测装置具有上述技术效果，上述检测方法也应具有同样的技术效果，在此不再详细介绍。

附图说明

图1为本发明所提供的焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测装置的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明所提供的定标板的正面示意图。

附图中标记如下：

光源1、反射镜2、镜组3、二向色性镜4、定标板5、硅片6、凸透镜7、检测板8、探测器9、控制器10、驱动器11、平台移动器12、Z轴平台13、光线焦点14、焦平面剖线15、原点16。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测装置，能够对硅片光刻焦面位置进行实时检测和校准，简单方便且精度较高。本发明的另一核心是提供一种焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测方法，能够对硅片光刻焦面位置进行实时检测和校准，简单方便且精度较高。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测装置的一种具体实施方式的结构示意图；图2为本发明所提供的定标板的正面示意图。

本发明具体实施方式提供的焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测装置，包括光源1、定标板5、镜组3、探测器9和与探测器9连接的控制器10，光源1用于发出光线，待测的硅片6通常水平放置，定标板5竖直设在硅片6侧面且与硅片6垂直设置，镜组3设在在光源1和定标板5之间，光源1发出的光线通过镜组3聚焦到定标板5上，另外镜组3还可以用于消色差，使得光线能够形成很小的光斑聚集在定标板5上，通过探测器9探测定标板5上的光线焦点14的位置，并通过控制器10处理探测信号。

其中镜组3可以为双胶合透镜或者由其他凹凸透镜组成，以实现聚焦和消除色差。定标板5上具有作为标准以用于水平定位的焦平面剖线15，即焦平面剖线15为投影物镜聚焦在硅片6侧面上的焦面的水平剖线，在焦平面剖线15上设有原点16，定标板5上通常横竖均匀分布有半径为1μm的点，以方便确定光线焦点14在定标板5上与焦平面剖线15及原点的位置关系；若光线焦点14刚好在焦平面剖线15上，则说明检测的硅片6处在设置的光刻焦面上；若光线焦点14位于焦平面剖线15的上方，则说明检测的硅片6位置在设置的光刻焦面下方，应该将硅片6竖直向上移动；若光线焦点14位于焦平面剖线15的下方，则说明检测的硅片6位置在设置的光刻焦面上方，应该将硅片6竖直向下移动。控制器10计算光线焦点14至定标板5上焦平面剖线15的竖直距离h，作为硅片6需要向上或向下竖直移动的距离，然后将硅片6向上或向下竖直移动h距离，从而实现硅片6焦面位置的检测和校准。

由于光线焦点14在定标板5上的位置采用极坐标，则计算光线焦点14至焦平面剖线15的竖直距离h时，先测量光线焦点14与焦平面剖线15上原点的距离r，以及光线焦点14和原点两者的连线与焦平面剖线15之间的夹角α，然后根据极坐标的三角函数公式可知，h＝r sinα。

综上所述，本发明提供的焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测装置，利用具有较高精度的焦点探测方法，通过焦点检测硅片6侧面的定标位置，将方便硅片6的安放，减少因光刻胶吸收检测光产生的影响，并能够对硅片6光刻焦面位置进行实时检测和校准，简单方便且精度较高。

进一步地，为方便硅片6位置的精确调整，本发明具体实施方式提供的焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测装置，还可以包括用于竖直移动硅片6的平台移动器12，硅片6可以水平安装在平台移动器12的Z轴平台13上，平台移动器12可以由控制器10控制，在计算好光线焦点14至定标板5上焦平面剖线15的竖直距离h后，控制器10控制平台移动器12带动硅片6竖直移动h，实现硅片6焦面位置的检测和校准，保证每次曝光都能够在同一焦面上，实现精确曝光。

在上述各具体实施方式的基础上，本发明具体实施方式提供的焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测装置，定标板5的板面上具有用于反射光线焦点14的反射层，还包括二向色性镜4、凸透镜7和开有针孔的检测板8，二向色性镜4倾斜设在光线焦点14的反射光路上，凸透镜7设在二向色性镜4的反射光路上，检测板8设在凸透镜7的焦平面上且针孔开在凸透镜7的焦点处，探测器9设在检测板8后，不仅能够探测定标板5上光线焦点14位置，还能够通过针孔探测光强。

检测时，聚焦在定标板5上的光线被反射层反射至二向色性镜4上，二向色性镜4对特定光线几乎完全反射，并将其他的光线过滤掉，以增大检测精度，被反射的特定光线通过凸透镜7聚集在检测板8的针孔处，并通过探测器9探测。

其中需要说明的是，由于探测器9的前方设有具有针孔的检测板8，当硅片6发生倾斜或定标板5离焦时，光路将发生改变，经凸透镜7聚集的反射光线将被检测板8阻挡，则探测器9通过针孔探测到的光强将极大的衰减。

探测器9探测通过检测板8上针孔的聚焦反射光线的光强，并由控制器10处理，若控制器10判断探测光强大于预设光强，则说明硅片6没有发生倾斜，光线焦点14位于定标板5上，则继续通过探测器9探测光线焦点14在定标板5上的位置信息并由控制器10处理；若控制器10判断探测光强小于预设光强，则说明硅片6发生倾斜，或定标板5离焦，则可以调节硅片6或对镜组3微调，以保证光线焦点14始终保持在定标板5上，保证探测到的光线焦点14位置信息正确无误。其中，预设光强为预先在控制器10内提前设置好的比较标准，预设光强的数值大于零且小于在光线焦点14保持在定标板5上时探测器9通过针孔探测的光强大小，其具体数值可以根据实验在上述范围内确定，本申请对此不作具体限定。

因此，本发明提供的焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测装置，还能够利用探测光强的大小情况来检测硅片6倾斜或定标板5离焦的情况，具有实时快速、灵敏精确的特点。

进一步地，为方便镜组3位置的精确调整，本发明具体实施方式提供的焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测装置，还可以包括用于调节镜组3的设置角度的驱动器11，驱动器11可以由控制器10控制，实现反馈调节，灵敏精确。

另外，本发明具体实施方式提供的焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测装置，还包括用于将光源1产生的光线反射至镜组3上的反射镜2，这样可以方便光源1的放置，并能够增加光强。当然，也可以不设置反射镜2，也在本发明的保护范围之内。

在上述各具体实施方式的基础上，本发明具体实施方式提供的焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测装置，控制器10具体可以为计算机，其既可以实现光线焦点14位置的计算，判断探测器9经针孔透过的光线光强的大小，还可以精确控制平台移动器12和驱动器11；另外，驱动器11具体可以为压电陶瓷驱动器11，精度较高，可以实现镜组3的准确微调。

本发明的具体实施方式还提供了与上述检测装置相适应的检测方法，包括步骤：

S1：通过镜组3将光线聚焦在设于硅片6侧面的定标板5上；

S2：通过探测器9探测光线焦点14在定标板5上的位置；

S3：计算光线焦点14至定标板5上焦平面剖线15的竖直距离，作为硅片6需要竖直移动的距离；

S4：将硅片6移动竖直距离。

本发明具体实施方式所提供的检测方法，利用具有较高精度的焦点探测方法，并通过焦点检测硅片6侧面的定标位置，方便硅片6的安放，减少光刻胶吸收检测光的影响，能够对硅片6光刻焦面位置进行实时检测和校准，简单方便且精度较高。

其中，在步骤S1和S2之间还可以包括，

S11：通过定标板5反射聚焦光线；

S12：通过二向色性镜过滤经定标板5反射的聚焦光线并反射其中的特定光线；

S13：通过凸透镜7聚焦经二向色性镜反射的特定光线；

S14：通过探测器9探测通过检测板8上针孔的聚焦反射光线的光强；

S15：判断探测光强是否大于预设光强，若否，则调整所述镜组3的设置角度，并返回S11。

在探测器9的前方设置具有针孔的检测板8，当硅片6发生倾斜或定标板5离焦时，光路将发生改变，经凸透镜7聚集的反射光线将被检测板8阻挡，则探测器9通过针孔探测到的光强将极大的衰减。

若判断探测光强大于预设光强，则说明硅片6没有发生倾斜，光线焦点14位于定标板5上，则继续步骤S2，即通过探测器9探测光线焦点14在定标板5上的位置信息并由控制器10处理；若控制器10判断探测光强小于预设光强，则说明硅片6发生倾斜，或定标板5离焦，则可以调节硅片6或对镜组3微调，以保证光线焦点14始终保持在定标板5上，保证探测到的光线焦点14位置信息正确无误。利用探测透过针孔的光强大小情况来检测硅片6倾斜或定标板5离焦的情况，具有实时快速、灵敏精确的特点。

在上述各具体实施方式的基础上，本发明具体实施方式提供的检测方法，由于光线焦点14在定标板5上的位置采用极坐标，则计算光线焦点14至焦平面剖线15的竖直距离h，具体可以为，

测量光线焦点14与焦平面剖线15上原点的距离r，以及光线焦点14和原点两者的连线与焦平面剖线15之间的夹角α；

根据极坐标的三角函数公式h＝rsinα，计算光线焦点14至定标板5上焦平面剖线15的竖直距离h。

综上所述，本发明提供的焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测方法，光源1发出的光线通过镜组3聚焦在定标板5上，聚焦在定标板5上的光线焦点14被定标板5上的反射层反射到二向色性镜4上，进行过滤和反射，经二向色性镜4反射的特定光线再通过凸透镜7聚集在检测板8的针孔处，被探测器9探测，探测器9探测到的光强信息由控制器10处理，控制器10判断探测光强是否小于预设光强，并根据判断结果控制驱动器11是否对镜组3微调，另外探测器9探测到的光线焦点14在定标板5上的位置信息被控制器10处理，控制器10计算硅片6需要竖直移动的距离，并通过控制平台移动器12带动硅片6竖直移动。

以上对本发明所提供的焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测装置及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测装置，其特征在于，包括光源、竖直设在硅片侧面且与所述硅片垂直的定标板，以及设在所述光源和所述定标板之间且用于将所述光源产生的光线聚焦在所述定标板上的镜组，还包括用于探测所述定标板上光线焦点位置的探测器，以及与所述探测器连接且用于处理探测信号的控制器。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括由所述控制器控制且用于竖直移动所述硅片的平台移动器，所述硅片水平安装在所述平台移动器的Z轴平台上。

3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，所述定标板的板面上具有用于反射所述光线焦点的反射层，在所述光线焦点的反射光路上倾斜设有用于过滤并反射特定光线的二向色性镜，还包括设在所述二向色性镜的反射光路上且于聚焦反射光线的凸透镜，以及设在所述凸透镜的焦平面上且在所述凸透镜的焦点处开有针孔的检测板，所述探测器设在所述检测板后且通过所述针孔探测光强。

4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，还包括与所述控制器连接且用于调节所述镜组的设置角度的驱动器。

5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，还包括用于将所述光源产生的光线反射至所述镜组上的反射镜。

6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述控制器为计算机，所述驱动器为压电陶瓷驱动器。

7.一种焦点探测侧面式光刻焦面位置的检测方法，其特征在于，包括步骤，

S1：通过镜组将光线聚焦在设于硅片侧面的定标板上；

S2：通过探测器探测光线焦点在所述定标板上的位置；

S3：计算所述光线焦点至所述定标板上焦平面剖线的竖直距离，作为所述硅片需要竖直移动的距离；

S4：将所述硅片移动所述竖直距离。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，在步骤S1和S2之间还包括，

S11：通过所述定标板反射聚焦光线；

S12：通过二向色性镜过滤经所述定标板反射的聚焦光线并反射其中的特定光线；

S13：通过凸透镜聚焦经所述二向色性镜反射的特定光线；

S14：通过探测器探测通过检测板上针孔的聚焦反射光线的光强；

S15：判断探测光强是否大于预设光强，若否，则调整所述镜组的设置角度，并返回S11。

9.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述计算所述光线焦点至所述定标板上焦平面剖线的竖直距离，具体为，

测量所述光线焦点与所述焦平面剖线上原点的距离，以及所述光线焦点和所述原点两者的连线与所述焦平面剖线之间的夹角；

根据极坐标的三角函数公式计算所述光线焦点至所述定标板上焦平面剖线的竖直距离。