CN113311665B - 定位系统、定位方法及干涉仪的验证方法 - Google Patents

定位系统、定位方法及干涉仪的验证方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种定位系统、定位方法和干涉仪的验证方法，所述定位系统包括：照明单元、遮光件、反光件、第一探测器和调焦调平单元。所述照明单元提供的光束经遮光件遮挡，在物镜的像面上形成一暗斑，所述暗斑中心位于物镜的中心光轴上，所述第一探测器检测暗斑中心的水平方向坐标以作为第一位置坐标。所述调焦调平单元的投影件发射出多个光斑，光斑投射于反光件上并经反光件反射形成反射光斑，所述第二探测器接收反射光斑并获取每一光斑的坐标以作为第二位置坐标，从而定位所述调焦调平单元。由此解决光刻机在曝光显影后的关键尺寸与垂向控制理论值存在偏差的问题，改善光刻机的垂向控制性能，提升前道光刻机的曝光成像效果，提高产品的良率。

Description

定位系统、定位方法及干涉仪的验证方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种定位系统、定位方法及干涉仪的验证方法。
背景技术
光刻机是一种应用于集成电路制造的装备，该装备的用途包括但不限于：集成电路制造光刻装置、液晶面板光刻装置、光掩模刻印装置、MEMS(微电子机械系统)/MOMS(微光机系统)光刻装置、先进封装光刻装置、印刷电路板光刻装置及印刷电路板加工装置等。投影光刻机是一种把掩模上的图案通过物镜投影到硅片上表面的装置。在投影曝光设备中，有调焦调平系统(FLS)把硅片面精确带入到指定的曝光位置，调焦调平系统位置的准确性直接影响到产品的良率，如果调焦调平系统的理论值与实际值偏差过大，不仅影响工艺效果，还会带来较大的经济损失。
因此，需要一种能够准确定位调焦调平系统位置的装置以及定位方法，以解决光刻机实际应用中曝光显影后的关键尺寸与垂向控制理论值存在偏差的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定位系统、定位方法及干涉仪的验证方法，以解决光刻机实际应用中曝光显影后的关键尺寸与垂向控制理论值存在偏差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种定位系统，所述定位系统包括：照明单元、遮光件、反光件、第一探测器以及调焦调平单元；其中，
所述照明单元用于提供光束，所述光束用于传输至一物镜中；
所述遮光件用于遮挡部分自所述照明单元向所述物镜传输的光束以在所述物镜的像面上形成一暗斑，所述暗斑的中心位于所述物镜的中心光轴上；
所述第一探测器用于检测所述暗斑的中心，并获得所述暗斑中心的水平方向坐标以作为第一位置坐标；
所述反光件设置于所述第一探测器上，且所述反光件上设有至少一个孔洞；
所述调焦调平单元包括投影件和第二探测器，所述投影件能够发射出呈阵列式排布的多个光斑，所述光斑投射于所述反光件上并经所述反光件反射形成反射光斑，所述第二探测器用于接收所述反射光斑并获取每一所述光斑的坐标以作为第二位置坐标，所有所述第二位置坐标用于拟合获得所述调焦调平单元相对于所述第一探测器垂直方向上的坐标；
其中，通过所述第一位置坐标与所述第二位置坐标以确定所述调焦调平单元相对于所述物镜的位置。
可选的，在所述定位系统中，所述反光件上的所述孔洞的直径等于所述调焦调平单元中所述发光器射出的所述光斑的直径。
可选的，在所述定位系统中，所述反光件上有且只有一个所述孔洞与所述第一探测器的中心重合。
可选的，在所述定位系统中，所述反光件上的所述孔洞形状为圆形或正多边形。
可选的，在所述定位系统中，所述反光件为圆形板体。
可选的，在所述定位系统中，所述反光件的厚度小于或等于0.5毫米。
可选的，在所述定位系统中，所述定位系统还包括基板，所述基板沿所述物镜轴向设置，且所述调焦调平单元设置于所述基板上。
可选的，在所述定位系统中，远离所述第一探测器的所述反光件的表面涂覆有反光材料。
可选的，在所述定位系统中，所述反光材料为铝膜。
可选的，在所述定位系统中，所述反光件通过多个固定件与所述第一探测器可拆卸连接。
可选的，在所述定位系统中，所述遮光件为圆形板件，所述遮光件的直径小于所述物镜的入光面的直径。
可选的，在所述定位系统中，所述第一探测器为点能量探测器。
基于同一发明构思，本发明还提供一种定位方法，所述定位方法包括：
步骤一：将所述遮光件放置于所述物镜上；
步骤二：启动所述照明单元，所述照明单元提供一光束，所述光束传输至所述物镜中，所述光束经所述遮光件后在所述物镜的成像面上形成一暗斑，所述第一探测器获得所述暗斑中心的水平方向坐标以作为第一位置坐标，关闭所述照明单元；
步骤三：将所述遮光件从所述物镜上移除，在所述第一探测器上加装所述反光件，将所述调焦调平单元设置于所述物镜与所述反光件之间；
步骤四：所述调焦调平单元中的所述投影件发射出多个呈阵列式排布的所述光斑至所述反光件上，部分所述光斑经所述反光件反射至所述第二探测器，所述第二探测器接收反射光斑，另一部分所述光斑进入所述孔洞中，所述第二探测器接收反射光斑失败，以使所述第二探测器获得进入所述孔洞的所述光斑位置坐标；
步骤五：移动所述第一探测器，以使每一所述光斑的坐标均被所述第二探测器获得以作为第二位置坐标，所有所述第二位置坐标经拟合获得所述调焦调平单元相对于所述第一探测器垂直方向上的坐标。
可选的，在所述定位方法中，相邻两个所述孔洞之间的间距等于所述投影件发射的相邻两个所述光斑之间的间距。
基于同一发明构思，本发明还提供一种干涉仪的验证方法，所述干涉仪用于移动工件台，所述定位系统的反光件上多有多个孔洞和多个参考孔洞，其中一个所述孔洞设置于所述反光件的中心位置作为中心孔洞，所述干涉仪的验证方法包括：
步骤一：将所述反光件固定于第一探测器上；
步骤二：移动所述工件台，使得位于调焦调平单元中心位置的光斑对准所述中心孔洞；
移动所述工件台，以使位于所述调焦调平单元中心位置的所述光斑分别对准所述孔洞和所述参考孔洞，
所述干涉仪记录每一次所述光斑对准所述孔洞或所述参考孔洞时的移动的位置坐标；
步骤三：根据所述坐标位置验证水平方向上所述干涉仪系数的准确性。
可选的，在所述干涉仪的验证方法中，所述采用如下公式验证水平方向上所述干涉仪系数的准确性：
Figure GDA0003882462400000041
其中：
Sx，Sy分别为水平第一方向和水平第二方向上的所述干涉仪比例系数；
ΔXw，ΔYw分别为相邻两个所述孔洞或相邻两个所述参考孔洞在水平第一方向和水平第二方向上的间隔距离；
ΔXm，ΔYm分别为所述干涉仪获取的位置坐标。
综上所述，本发明提供一种定位系统、定位方法以及干涉仪的验证方法，所述定位系统包括：照明单元、遮光件、反光件、第一探测器以及调焦调平单元。所述照明单元提供的所述光束传输至一物镜中，经所述遮光件遮挡，所述物镜的像面上形成一暗斑，所述暗斑的中心位于所述物镜的中心光轴上，所述第一探测器检测所述暗斑中心的水平方向坐标以作为第一位置坐标。所述调焦调平单元包括投影件和第二探测器，所述投影件能够发射出呈阵列式排布的多个光斑，所述光斑投射于所述反光件上并经所述反光件反射形成反射光斑，所述第二探测器用于接收所述反射光斑并获取每一所述光斑的坐标以作为第二位置坐标。通过所述第一位置坐标与所述第二位置坐标以确定所述调焦调平单元相对于所述物镜的位置。基于同一发明构思，本发明还提供一种干涉仪的验证方法，通过使用所述定位系统，来验证所述干涉仪的比例系数的准确性。因此，本发明提供的定位系统、定位方法以及干涉仪的验证方法的能够解决光刻机在曝光显影后的关键尺寸与垂向控制理论值存在偏差的问题，改善光刻机的垂向控制性能，提升前道光刻机的曝光成像效果，提高产品的良率。
附图说明
图1是本发明实施例的定位系统结构示意图；
图2是本发明实施例的物镜与遮光件位置关系示意图；
图3是本发明实施例的调焦调平单元结构示意图；
图4是本发明实施例的光斑分布示意图；
图5是本发明实施例的反光件与第一探测器位置关系示意图；
图6是本发明实施例的孔洞示意图；
图7是本发明实施例的定位方法步骤二中定位系统状态示意图；
图8是本发明实施例的调焦调平单元对准物镜中心光轴的示意图；
图9是本发明实施例的孔洞及参考孔洞分布图；
其中，附图标记说明：
10-照明单元；20-遮光件；30-反光件；40-第一探测器；50-调焦调平单元；60-物镜；70-固定件；80-基板；
301-孔洞；302-参照孔洞；
501-投影件；502-第二探测器；
S1-调焦调平单元的入射光；S2-调焦调平单元的反射光；T-物镜中心光轴。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的定位系统、定位方法及干涉仪的验证方法，作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
请参阅图1，本实施例提供一种定位系统，所述定位系统包括：照明单元10、遮光件20、反光件30、第一探测器40以及调焦调平单元50。其中，所述照明单元10用于提供光束，所述光束用于传输至一物镜60中。所述遮光件20为不透光的圆形板体，可为金属板或塑料板等。请参阅图2，所述遮光件20的直径小于所述物镜60的入光面的直径，以使所述遮光件20能够遮挡部分自所述照明单元10向所述物镜60传输的光束以在所述物镜60的像面上形成一暗斑，所述暗斑的中心位于所述物镜60的中心光轴上。所述第一探测器40能够检测所述暗斑的中心，并获得所述暗斑中心的水平方向坐标以作为第一位置坐标，所述第一位置坐标即为所述物镜60的中心光轴相对于所述第一探测器40的水平位置坐标。
所述反光件30设置于所述第一探测器40上，所述反光件30与所述第一探测器40为可拆卸连接，且所述反光件30上设有至少一个孔洞301，即可以为一个孔洞301或多个孔洞301。
请参阅图3，所述调焦调平单元50设置于所述基板80的底部，所述基板80沿所述物镜60轴向设置，并与所述物镜60的相对位置固定。所述调焦调平单元50包括投影件501和第二探测器502。经所述投影件501发出呈阵列式排布的多个光斑503，所述光斑503发射至所述反光件30上并反射形成反射光斑。所述光斑503分布情况，可以但不限于如图4所示的5行7列光斑503的多点光斑布局，在光刻机曝光视场内部布置5行3列光斑503，在光刻机曝光视场外部的左右两侧分别布置2列光斑503。
所述第二探测器502用于接收所述反射光斑。部分所述光斑经所述反光件30反射并形成反射光斑，所述第二探测器502接收所述反射光斑。另一部分所述光斑照射于所述反光件30上的所述孔洞301，另一所述光斑503无法形成反射光斑，所述第二探测器502则接收不到相应的反射光斑。由此，通过反射光斑的接收情况，所述第二探测器502能够获取每一所述光斑503的坐标以作为第二位置坐标。所有所述第二位置坐标用于拟合获得所述调焦调平单元50相对于所述第一探测器40垂直方向上的坐标，进而根据所述第一位置坐标与所述第二位置坐标以确定所述调焦调平单元50相对于所述物镜60的位置。
进一步的，所述照明单元10可为水银灯、氙灯或氘灯与卤素灯组成的混合光源，也可采用白光LED或等离子激发光源等。
进一步的，所述第一探测器40优选为点能量探测器，也可以为具有能量探测功能的传感器。
进一步的，请参阅图5，所述定位装置还包括多个固定件70，所述固定件70以使所述反光件30与所述第一探测器40连接，连接方式可以为卡扣，所述固定件的数量可以为4个、5个或8个及以上。
进一步的，所述反光件30的厚度小于或等于0.5毫米。所述反光件30能够贴合于所述第一探测器40上，远离所述第一探测器40的所述反光件30的端面上涂覆有反光材料。所述反光材料为具有高反光率的金属镀膜，可以为但不限于铝膜。所述金属镀膜的涂覆方法可以为蒸镀工艺或磁控溅射工艺。并且所述反光件30上的所述孔洞301有且只有一个与所述第一探测器40的中心位置重合。即所述第一探测器40的中心位置上在所述反光件30对应位置设有一所述孔洞301。进一步的，所述反光件30上的所述孔洞301的直径等于所述调焦调平单元50中所述投影件501发射出的所述光斑503的直径。即每一所述孔洞301仅能接收一个所述光斑503。
请参阅图6，进一步的，所述反光件30上的所述孔洞301形状为圆形或正多边形，例如正五边形301A、正六边形301B、正七边形301C或正八边形301D等等。
基于同一构思，本实施例还提供一种定位方法，所述定位方法包括：
步骤一：将所述遮光件20放置于所述物镜60上；
步骤二：启动所述照明单元10，所述照明单元10提供一光束，所述光束传输至所述物镜60中，所述光束经所述遮光件20后在所述物镜60的成像面上形成一暗斑，所述第一探测器40获得所述暗斑中心的水平方向坐标以作为第一位置坐标，关闭所述照明单元10；
步骤三：将所述遮光件20从所述物镜60上移除，在所述第一探测器40上加装所述反光件30，将所述调焦调平单元50设置于所述物镜60与所述反光件30之间；
步骤四：所述调焦调平单元10中的所述投影件501发射出多个呈阵列式排布的所述光斑503至所述反光件30上，部分所述光斑503经所述反光件30反射至所述第二探测器502，所述第二探测器502接收反射光斑，另一部分所述光斑503进入所述孔洞301中，所述第二探测器502接收反射光斑失败，以使所述第二探测器502获得进入所述孔洞301的所述光斑503位置坐标；
步骤五：移动工件台并带动所述第一探测器40，以使每一所述光斑503的坐标均被所述第二探测器502获得以作为第二位置坐标，所有所述第二位置坐标经拟合获得所述调焦调平单元50相对于所述第一探测器40垂直方向上的坐标。
请参阅图8，根据所述第一位置坐标和所述第二位置坐标能够定位所述调焦调平单元50，并使所述调焦调平单元50的入射光S1与反射光S2之间的法线与所述物镜60中心光轴T重合，从而使得所述调焦调平单元50与所述物镜60对准。
进一步的，在所述反光件30上设置多个孔洞301，因相邻两个所述孔洞301之间的间距等于所述投影件501发射的相邻两个所述光斑503之间的间距。当一个所述光斑503投射于一个所述孔洞301时，其他所述孔洞均能同时接收一个所述光斑503，当所任意一个所述光斑503相对于投射的所述孔洞301位置有偏差时，其他所述光斑503均与对应的所述孔洞301存在偏差，以此来判断所述光斑503在投射与所述孔洞301时，是否存在位置偏差。故设置多个所述孔洞301能够达到减少误差的效果。
所述定位系统在实际应用中不仅能获取所述调焦调平单元50相对于物镜60或者硅片的水平方向位置和竖直方向位置还能应用于验证干涉仪的比例系数，如下是所述定位系统的应用拓展。
在所述反光件30上加设至少一个参考孔洞302。所述反光件的中心位置设有一个中心孔洞301A，所述参考孔洞302与所述中心孔洞301A之间的间距为一设定距离。如图9所示，所述反光件30上设有3个所述孔洞301和2个所述参考孔洞302。所述参考孔洞302与所述中心孔洞301A之间的间距为2毫米。
待测对象为干涉仪，所述干涉仪用于准确移动工件台，并获取移动的位置坐标。所述第一探测器40置于所述工件台上，所述干涉仪位移能够带动所述第一探测器40位移，进而使得置于所述第一探测仪40上的所述孔洞301和所述参考孔洞302位移。验证方法如下：
步骤一：将所述反光件30固定于所述第一探测器40上；
步骤二：启动照明单元10，移动所述工件台，使得位于所述调焦调平单元50中心位置的所述光斑503分别对准所述中心孔洞301A；
移动所述工件台，以使位于所述调焦调平单元50中心位置的所述光斑503分别对准所述孔洞301和所述参考孔洞302，
所述干涉仪记录每一次所述光斑对准所述孔洞301或所述参考孔洞302时的移动的位置坐标；
步骤三：经计算验证水平方向上所述干涉仪系数的准确性。所述验证公式如下：
Figure GDA0003882462400000091
其中：
Sx，Sy分别为X轴方向上和Y轴方向上的所述干涉仪比例系数；
ΔXw，ΔYw分别为相邻两个所述孔洞301或相邻两个所述参考孔洞302在X轴方向上和Y轴方向上的间隔距离；
ΔXm，ΔYm分别为所述干涉仪获取位置坐标。
进一步的，相邻两个所述孔洞301和相邻两个所述参考孔洞302能够使得上述验证公式两边相等，即说明所述干涉仪的比例系数Sx，Sy准确。
综上，本实施例提供的一种定位系统、定位方法及干涉仪的验证方法，所述定位系统包括照明单元10、遮光件20、反光件30、第一探测器40以及调焦调平单元50。所述照明单元10提供的所述光束经至一物镜60传输至所述调焦调平单元50上。所述第一探测器40能够获得所述物镜60的中心光轴的位置坐标以作为第一位置坐标。所述调焦调平单元50包括投影件501和第二探测502，所述投影件501能够发射出呈阵列式排布的所述光斑503，所述光斑503经所述反光件30反射并形成反射光斑，所述第二探测器通过获取反射光斑来确定每一所述光斑503的位置坐标，以作为第二位置坐标。进而通过所述第一位置坐标与所述第二位置坐标以确定所述调焦调平单元相对于所述物镜的位置。
因此，所述定位系统及方法解决光刻机在曝光显影后的关键尺寸与垂向控制理论值存在偏差的问题，改善光刻机的垂向控制性能，提升前道光刻机的曝光成像效果，提高产品的良率。基于同一发明构思，本发明还提供一种干涉仪的验证方法，通过使用所述定位系统，来验证所述干涉仪的比例系数的准确性。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (16)

1.一种定位系统，其特征在于，所述定位系统包括：照明单元、遮光件、反光件、第一探测器以及调焦调平单元；其中，
所述照明单元用于提供光束，所述光束用于传输至一物镜中；
所述遮光件用于遮挡部分自所述照明单元向所述物镜传输的光束以在所述物镜的像面上形成一暗斑，所述暗斑的中心位于所述物镜的中心光轴上；
所述第一探测器用于检测所述暗斑的中心，并获得所述暗斑中心的水平方向坐标以作为第一位置坐标；
所述反光件设置于所述第一探测器上，且所述反光件上设有至少一个孔洞；
所述调焦调平单元包括投影件和第二探测器，所述投影件能够发射出呈阵列式排布的多个光斑，且部分所述光斑经所述反光件反射并形成反射光斑，另一部分所述光斑照射于所述反光件上的所述孔洞中，所述第二探测器用于接收所述反射光斑并获取进入所述孔洞的所述光斑的坐标，且经移动所述第一探测器，所述第二探测器能够获取每一所述光斑的坐标以作为第二位置坐标，所有所述第二位置坐标用于拟合获得所述调焦调平单元相对于所述第一探测器垂直方向上的坐标；
其中，通过所述第一位置坐标与所述第二位置坐标以确定所述调焦调平单元相对于所述物镜的位置。
2.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述反光件上的所述孔洞的直径等于所述调焦调平单元中所述投影件射出的所述光斑的直径。
3.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述反光件上有且只有一个所述孔洞与所述第一探测器的中心重合。
4.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述反光件上的所述孔洞形状为圆形或正多边形。
5.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述反光件为圆形板体。
6.如权利要求5所述的定位系统，其特征在于，所述反光件的厚度小于或等于0.5毫米。
7.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述定位系统还包括基板，所述基板沿所述物镜轴向设置，且所述调焦调平单元设置于所述基板上。
8.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于，远离所述第一探测器的所述反光件的表面涂覆有反光材料。
9.如权利要求8所述的定位系统，其特征在于，所述反光材料为铝膜。
10.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述反光件通过多个固定件与所述第一探测器可拆卸连接。
11.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述遮光件为圆形板件，所述遮光件的直径小于所述物镜的入光面的直径。
12.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述第一探测器为点能量探测器。
13.一种定位方法，其特征在于，使用如权利要求1～12中任意一项所述的定位系统，所述定位方法包括：
步骤一：将所述遮光件放置于所述物镜上；
步骤二：启动所述照明单元，所述照明单元提供一光束，所述光束传输至所述物镜中，所述光束经所述遮光件后在所述物镜的成像面上形成一暗斑，所述第一探测器获得所述暗斑中心的水平方向坐标以作为第一位置坐标，关闭所述照明单元；
步骤三：将所述遮光件从所述物镜上移除，在所述第一探测器上加装所述反光件，将所述调焦调平单元设置于所述物镜与所述反光件之间；
步骤四：所述调焦调平单元中的所述投影件发射出多个呈阵列式排布的所述光斑至所述反光件上，部分所述光斑经所述反光件反射至所述第二探测器，所述第二探测器接收反射光斑，另一部分所述光斑进入所述孔洞中，所述第二探测器接收反射光斑失败，从而所述第二探测器获得进入所述孔洞的所述光斑位置坐标；
步骤五：移动所述第一探测器，以使每一所述光斑的坐标均被所述第二探测器获得以作为第二位置坐标，所有所述第二位置坐标经拟合获得所述调焦调平单元相对于所述第一探测器垂直方向上的坐标。
14.如权利要求13所述的定位方法，其特征在于，相邻两个所述孔洞之间的间距等于所述投影件发射的相邻两个所述光斑之间的间距。
15.一种干涉仪的验证方法，所述干涉仪用于移动工件台，其特征在于，使用如权利要求1～12中任意一项所述的定位系统，所述定位系统的反光件上多有多个孔洞和多个参考孔洞，其中一个所述孔洞设置于所述反光件的中心位置作为中心孔洞，所述干涉仪的验证方法包括：
步骤一：将所述反光件固定于第一探测器上；
步骤二：移动所述工件台，使得位于调焦调平单元中心位置的光斑对准所述中心孔洞；
移动所述工件台，以使位于所述调焦调平单元中心位置的所述光斑分别对准所述孔洞和所述参考孔洞，
所述干涉仪记录每一次所述光斑对准所述孔洞或所述参考孔洞时的移动的位置坐标；
步骤三：根据所述坐标位置验证水平方向上所述干涉仪系数的准确性。
16.如权利要求15所述的干涉仪的验证方法，其特征在于，采用如下公式验证水平方向上所述干涉仪系数的准确性：
Figure FDA0004085379720000031
其中：
Sx，Sy分别为水平第一方向和水平第二方向上的所述干涉仪比例系数；
ΔXw，ΔYw分别为相邻两个所述孔洞或相邻两个所述参考孔洞在水平第一方向和水平第二方向上的间隔距离；
ΔXm，ΔYm分别为所述干涉仪获取的位置坐标。
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