光刻投影物镜最佳焦面检测装置及方法与流程

本发明属于光刻的技术领域，具体涉及光刻投影物镜最佳焦面检测装置及方法。

背景技术：

集成电路产业的发展与光刻技术的进步密切相关，光刻机作为集成电路生产过程中的关键设备，将掩模板上的电路结构缩印到硅片面光刻胶上，其成像质量直接决定了单个器件的物理尺寸。为了获得最佳曝光效果，覆盖有光刻胶的硅片需要与光刻投影物镜最佳焦面重合。因此，在光刻投影镜头系统集成后，需要精确探测其最佳焦面位置。

光刻投影物镜最佳焦面的检测，一类方法通过对特殊掩模图像在不同成像位置曝光，根据曝光线条清晰度进行判断，该方法比较复杂，曝光后需要对图形进行后处理，耗时比较长，实时性较差。另外，由于在检测过程中使用额外的硅片和曝光工艺材料，增加经济成本。

因此，还需进一步研发，以提供实时性更好，经济成本更低的光刻投影物镜最佳焦面检测装置及方法。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种光刻投影物镜最佳焦面检测装置及方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种光刻投影物镜最佳焦面检测装置，包括：照明装置，产生准直的光束；分光装置，透射所述照明装置的出射光束；透镜阵列，聚焦所述分光装置的出射光束；掩模板，所述透镜阵列的出射光束聚焦于所述掩模板并通过所述掩模板至光刻投影物镜；所述掩模板用于实现空间滤波；反射器件，反射通过光刻投影物镜的聚焦光束；所述反射器件反射出的反射光束于所述分光装置上反射；所述反射器件的反射光束通过所述透镜阵列准直；光电探测装置，探测所述反射器件反射光束经所述掩模板空间滤波后的光束强度并发出光束强度信号；控制器，与所述光电探测装置连接；所述控制器控制所述工件台运动和/或采集所述光电探测装置探测的光束强度信号。

在本公开的一些实施例中，还包括：物镜安装装置，用于固定光刻投影物镜；工件台，与所述控制器连接，用于调整所述反射器件的姿态与位置。

在本公开的一些实施例中，所述透镜阵列呈二维分布；所述透镜阵列中的透镜焦距一致；所述透镜阵列中的透镜为相同和/或不同。

在本公开的一些实施例中，所述掩模板上设有针孔阵列，所述针孔阵列分布形式与所述透镜阵列分布相一致。

在本公开的一些实施例中，所述反射器件的反射面为玻璃平面、硅片或其他镀膜平面中任一种。

在本公开的一些实施例中，所述光电探测装置包括：单个光电探测设备和/或呈阵列排布的多个光电探测设备。

在本公开的一些实施例中，所述工件台包括三个自由度，分别控制所述反射器的反射面与光刻投影物镜光轴相垂直和所述反射器件的轴向移动。

根据本公开的另一个方面，提供了一种光刻投影物镜最佳焦面检测方法，包括：

步骤1：调整照明装置出射光束方向与光刻投影物镜光轴方向平行，透镜阵列和掩模板与光轴方向垂直，掩模板与透镜阵列焦平面重合；

步骤2：调整反射器件的反射面与光刻投影物镜光轴垂直，反射器件的反射面与光刻投影物镜的距离为d，d与光刻投影物镜名义工作距离d0的偏差为δ，

δ＝d-d0

光电探测装置探测到顺次经过反射器件、光刻投影物镜、掩模板、透镜阵列和分光装置的反射光束信号；

步骤3：反射器件沿光刻投影物镜光轴方向运动，运动方向为|δ|减小方向，直到反射器件的反射面与光刻投影物镜的距离为d′，使d0介于d和d′之间，d′与光刻投影物镜名义工作距离d0偏差为δ′，

δ′＝d′-d0

反射器件运动过程中，控制器实时采集光电探测装置探测到的各个视场反射光束能量强度iij，建立各个视场反射器件与光刻投影物镜距离t和反射光束能量强度iij关系曲线gij，

iij＝gij(t)，t∈[d0+δ，d0+δ′]

其中，其中i和j为视场编号，根据透镜阵列上透镜分布形式确定；

步骤4：对于单个视场pij，反射光束能量强度iij最大时，反射器件与光刻投影物镜距离为该视场最佳焦点位置tij，

光刻投影物镜最佳焦面位置t为各视场最佳焦点位置tij均值，

其中，n为视场个数，即透镜阵列中透镜个数。

在本公开的一些实施例中，步骤1中所述掩模板上针孔阵列位置与透镜阵列聚焦光斑位置重合。

在本公开的一些实施例中，步骤1中光刻投影物镜于物镜安装装置相连；反射器件与工件台相连，工件台的运动通过控制器控制。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开光刻投影物镜最佳焦面检测装置及方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

本公开利用反射器件在光刻投影物镜光轴方向的移动，根据各个视场反射光强的变化，检测到光刻投影物镜最佳焦面的位置，实时性更好，经济成本更低。

附图说明

图1为本发明光刻投影物镜最佳焦面检测装置的结构示意图。

图2为本发明光刻投影物镜最佳焦面检测装置的工件台上各自由度示意图。

图3为本发明光刻投影物镜最佳焦面检测方法的方框示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1-照明装置；2-分光装置；

3-透镜阵列；4-掩模板；

5-光刻投影物镜；6-物镜固定装置；

7-反射器件；8-工件台；

9-光电探测装置；10-控制器。

具体实施方式

本公开提供了一种光刻投影物镜最佳焦面检测装置及方法，其装置包括：照明装置、分光装置、透镜阵列、掩模板、反射器件、光电探测装置和控制器；照明装置产生准直的光束，经分光装置透射，透镜阵列聚焦至掩模板进行空间滤波至光刻投影物镜，反射器件反射通过光刻投影物镜的聚焦光束；光电探测装置，探测所述反射器件反射光束经所述掩模板空间滤波后的光束强度并发出光束强度信号；控制器连接所述工件台和所述光电探测装置，控制所述工件台运动和/或采集所述光电探测装置探测的光束强度信号。本公开利用反射器件在光刻投影物镜光轴方向的移动，根据各个视场反射光强的变化，得到光刻投影物镜的最佳焦面位置。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种光刻投影物镜最佳焦面检测装置。图1为本发明光刻投影物镜最佳焦面检测装置的结构示意图。如图1所示，本公开光刻投影物镜最佳焦面检测装置包括：照明装置、分光装置、透镜阵列、掩模板、反射器件、光电探测装置和控制器；照明装置产生准直的光束，经分光装置透射，透镜阵列聚焦至掩模板进行空间滤波至光刻投影物镜，反射器件反射通过光刻投影物镜的聚焦光束；光电探测装置，探测所述反射器件反射光束经所述掩模板空间滤波后的光束强度并发出光束强度信号；控制器连接所述工件台和所述光电探测装置，控制所述工件台运动和/或采集所述光电探测装置探测的光束强度信号。

进一步地，光刻投影物镜5安装在物镜安装装置6上，照明装置1发出的准直光束经分光装置2和透镜阵列3后，聚焦到掩模板4；掩模板4上分布有针孔阵列，针孔位置与透镜焦点位置重合。针孔直径略大于透镜聚焦光斑直径，使聚焦光束能够穿过掩模板4到达光刻投影物镜5，每束聚焦光束对应于一个视场。

具体的，掩模板4与光刻投影物镜5的物面重合，聚焦光束穿过掩模板4后被光刻投影物镜5再次聚焦到反射器件7表面。光束经反射器件7反射，再次经过光刻投影物镜5、掩模板4和透镜阵列3，被分光装置2反射到光电探测装置9。光电探测装置9和工件台8与控制器10连接，受控制器10控制。

具体的，控制器10控制工件台8驱动反射器件7沿光刻投影物镜5光轴方向移动，并实时采集反射器件7位置信息和光电探测装置9信号强度，建立各个视场反射器件7位置和反射光强度的关系曲线，得到各个视场最佳焦点位置，进而计算出光刻投影物镜5最佳焦面位置。

可以选的，照明装置1可以是线偏振光源结合准直扩束系统，也可以是非偏振光源结合准直扩束系统。分光装置2可以是普通分光棱镜，也可以是起偏器、偏振分光棱镜和λ/2波片的组合。透镜阵列3可以是相同透镜的阵列组合，也可以是不同透镜的阵列组合，只要保持透镜焦距一致。透镜材料可以是玻璃，也可以是塑料等其他光学材料。掩模板4上有针孔阵列，针孔阵列分布形式与透镜阵列3分布形式一致，针孔直径略大于透镜聚焦光斑直径，针孔阵列以外区域不透光。掩模板4可以是由不透光基底材料制作，也可以由透光基底材料镀吸收膜制作。反射器件7的反射面可以是平面反射镜，也可以是硅片，或者其他能够将入射光束反射的平面基底。工件台8可以是三轴精密运动台，能够调整工件台8表面与光刻投影物镜5光轴的夹角，并能够沿光轴方向移动。工件台包括三个自由度，分别控制所述反射器的反射面与光刻投影物镜光轴相垂直和所述反射器件的轴向移动。图2为本发明光刻投影物镜最佳焦面检测装置的工件台上各自由度示意图。如图2所示，以光刻投影物镜5的光轴作为z轴建立坐标系，工件台8能够沿z轴上下移动，绕x轴和y轴旋转，得到工件台8的三个自由度。光电探测装置9可以是单个光电探测设备，如大面阵的ccd、大面阵cmos，也可以是多个能量探测器阵列。控制器10可以是单台计算机，也可以是实时通讯的多台计算机。

在本公开的一个示例性实施例中，还提供了一种光刻投影物镜最佳焦面检测方法。图3为本发明光刻投影物镜最佳焦面检测方法的方框示意图。如图3所示，包括以下步骤：

步骤1：将待测的光刻投影物镜安装在物镜安装装置上，保证照明装置出射光束方向与光刻投影物镜光轴方向平行，透镜阵列和掩模板平面与光轴方向垂直，掩模板与透镜阵列焦平面重合。进一步地，掩模板上针孔阵列位置与透镜阵列聚焦光斑位置重合。

步骤2：将反射器件安装在工件台上，使反射器件表面与光刻投影物镜光轴垂直，反射器件的反射面与光刻投影物镜的距离为d，d与光刻投影物镜的名义工作距离d0的偏差为δ，

δ＝d-d0

光电探测装置能够探测到经反射器件反射、光刻投影物镜透射、掩模板滤波、透镜阵列准直和分光装置反射后的反射光束信号。

这里应该理解的是光刻投影物镜由多个镜片组成，距离d为反射器件的反射面与最远一面镜片顶点的距离。名义工作距离d0为设计的最佳焦面与最远一面镜片顶点的距离。

步骤3：控制器控制工件台沿光刻投影物镜光轴方向运动，运动方向为|δ|减小方向，直到反射器件的反射面与光刻投影物镜的距离为d′，使d0介于d和d′之间，d′与光刻投影物镜工作距离d0偏差δ′，

δ′＝d′-d0

工件台运动过程中，控制器实时采集光电探测装置探测到的各个视场反射光束能量强度iij，其中i和j为视场编号，由透镜阵列上透镜分布形式决定。建立各个视场反射器件与光刻投影物镜距离t和反射光束能量强度iij关系曲线gij，

iij＝gij(t)，t∈[d0+δ，d0+δ′]

步骤4：对于单个视场pij，反射光束能量强度iij最大时，反射器件与光刻投影物镜距离为该视场最佳焦点位置tij，

光刻投影物镜最佳焦面位置t为各视场最佳焦点位置tij均值，

其中，n为视场个数，即透镜阵列中透镜个数。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开光刻投影物镜最佳焦面检测装置及方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供一种利用反射器件在光刻投影物镜光轴方向的移动，根据各个视场反射光强的变化，得到光刻投影物镜的最佳焦面位置的光刻投影物镜最佳焦面检测装置及方法。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。