用于光刻设备的调焦调平检测装置及方法

用于光刻设备的调焦调平检测装置及方法
【专利摘要】本发明公开一种用于光刻设备的调焦调平检控系统，包括：光源、调焦调平检测装置和调焦调平控制装置；该光源经光纤接口耦合进入该调焦调平检测装置；该调焦调平检测装置，用于检测对象的垂直位置和倾斜度；该调焦调平控制装置，用于根据该调焦调平检测装置所获得的探测信号，驱动控制该对象的承载器的垂向位置和倾斜度；该调焦调平检测装置在光刻设备的投影物镜的镜筒内部。
【专利说明】用于光刻设备的调焦调平检测装置及方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种用于光刻设备的调焦调平 检测装置及方法。

【背景技术】
[0002] 近年来，随着科学技术尤其是半导体技术的不断发展，对娃片复杂程度及成本价 格不断提高，对光刻工艺技术的要求也不断地提高，因而对调焦调平检测的精度要求和曝 光质量要求也大幅度提高，特别是在前道光刻工艺光刻机中，对精度和曝光质量的要求越 来越局。
[0003] 现有的调焦调平检测传感器主要有H种；一是气压式传感器；二是电容式传感 器，H是光电式H角测量传感器。该H种传感器各有其优缺点：气压式传感器可W直接测量 娃片面的物理表面、不受光刻胶W及娃片表面材料的影响、但是气压受环境影响大导致精 度不高、并且传感器距离娃片面较近而不能直接测量曝光场；电容式传感器实现比较简单、 但是受被测娃片特性影响比较大、也不能直接测量曝光场；光电式H角测量传感器能够测 量曝光场而且检测精度高、目前主要的调焦调平传感器、但是光机和控制结构复杂、并且精 度受娃片面反射率的影响比较大。
[0004] 现有技术中大多采用的调焦调平装置是光电式H角测量技术或者与气压式、电容 式混合使用，该些测量方式由于受材料的特性、环境条件和空间结构W及光斑不均匀性等 限制，造成其工艺适应性比较差。现有技术中所使用的调焦调平装置因空间结构限制，而导 致的调焦调平传感器光学设计受限制引起的机械设计受限制、安装困难等问题。


【发明内容】

[0005] 为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种基于共焦测量原理的调焦调平 检测传感器，能巧妙地解决最佳焦平面、调焦调平传感器零平面及娃片面之间的位置变化 关系，很好地确保了光刻机娃片的曝光质量稳定性。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于光刻设备的调焦调平检控系统，包 括；光源、调焦调平检测装置和调焦调平控制装置；该光源经光纤接口禪合进入该调焦调 平检测装置；该调焦调平检测装置，用于检测对象的垂直位置和倾斜度；该调焦调平控制 装置，用于根据该调焦调平检测装置所获得的探测信号，驱动控制该对象的承载器的垂向 位置和倾斜度该调焦调平检测装置在光刻设备的投影物镜的镜筒内部。
[0007] 更进一步地，该光源为非曝光光源。该调焦调平检测装置所获得的探测信号，经过 光纤、导线或无线方式传递给该调焦调平控制装置。
[0008] 更进一步地，该调焦调平检测装置包括：照明组件、梯度透镜组和探测组件；该照 明组件，用于将经该光纤接口禪合进入的光源，经该梯度透镜组成像至一对象表面形成一 聚焦光点，该聚焦光点反射后至该探测组件形成一成像光点，该聚焦光点与该成像光点形 成一共辆关系。该照明组件包括光纤、分光棱镜及聚焦棱镜，该光源发出的光束经该光纤形 成一点光源，依次经该分光棱镜及聚焦棱镜入射至该梯度透镜组。该梯度透镜组为一梯度 折射率透镜，该梯度折射率透镜与该光刻设备的投影物镜共用该光刻设备的投影物镜的至 少一个透镜。该探测组件包括探测滤波小孔、色散棱镜W及共焦测量探测器。该探测组件 包括探测滤波小孔、反射式光栅W及共焦测量探测器。
[0009] 更进一步地，该调焦调平控制装置包括；信号处理单元与控制单元；该信号处理 单元，根据该调焦调平检测装置所提供的探测信号，计算该对象表面的最佳焦距和倾斜度； 该控制单元，根据该信号处理单元计算所得的结果，驱动控制该对象承载器的垂向位置和 倾斜度。
[0010] 更进一步地，该调焦调平检测装置至少为一组。该调焦调平检测装置包括共焦测 量探测器，该共焦测量探测器为3个，且等距离共圆分布安置于该光刻设备的投影物镜的 内部。
[0011] 本发明同时公开一种用于光刻设备的调焦调平检控系统的使用方法，包括：在该 光刻设备的投影物镜内布置至少H组该调焦调平检测装置，该光源，经一梯度透镜组成像 至一对象表面形成一聚焦光点，该聚焦光点反射后形成一成像光点，该聚焦光点与该成像 光点形成一共辆关系，根据该成像光点的位置信息计算该基底表面的最佳焦距和倾斜度。
[0012] 更进一步地，该梯度透镜组为一梯度折射率透镜，该梯度折射率透镜与该光刻设 备的投影物镜共用该光刻设备的投影物镜的至少一个透镜。
[0013] 更进一步地，采用逐行扫描的方式对该对象的表面与事先设定的最佳曝光面的垂 向偏移量进行探测，从而转换为该对象表面起伏特征，通过图像拟合的方式，得到该对象表 面形貌特征的拟合数据。
[0014] 本发明设计的一种检测装置就是利用此种共焦测量装置的测量原理，将共焦测量 装置整合到光刻机的投影物镜物镜P0中合适的位置，并与物镜物镜P0共用一个透镜或者 某几个透镜，但彼此互不干涉，同时信号处理与控制系统将测量装置的探测端与光刻机的 工件台的传动装置连接在一起的，当探测器探测到娃片面有因位置偏移或倾斜造成轴向偏 移时，将信息反馈到信号处理与控制系统，而信号处理与控制系统根据探测到的信息分析 处理后，通过传动装置调节工件台，将娃片面恢复到最佳曝光面，达到调焦调平的目的。由 于是采用连续光谱的光源，其测量精度高；由于是利用不同波长的光在被测对象所处位置 不同得到不同的聚焦深度或者自身的空间位置信息，采用的是点测量，不受光斑不均匀性 等影响，所W其工艺适应性好；由于是光受环境温度、风等影响小，稳定性高；由于是将调 焦调平传感器整合到物镜P0里合理的空间位置，所W可W不受整机系统对调焦调平传感 器分系统的空间约束。

【专利附图】

【附图说明】
[0015] 关于本发明的优点与精神可W通过W下的发明详述及所附图式得到进一步的了 解。
[0016] 图1是共焦测量原理示意图； 图2是共焦测量原理探测信号图； 图3是被探测点有偏移时探测信号图； 图4是本发明所涉及的调焦调平传感器的测量原理图； 图5是本发明所涉及的调焦调平传感器组件结构图； 图6是本发明涉及的调焦调平传感器组件外加包络W及外部接口后的结构示意图； 图7是本发明涉及的调焦调平传感器在娃片面离焦时测量结构平面图； 图8是本发明涉及的外加包络W及外部接口后的调焦调平传感器在物镜中的布局示 意图； 图9是本发明涉及的传感器分布在投影镜筒投影在水平面上的位置图； 图10是本发明涉及的传感器用来检测被测对象的表面形貌特征图； 图11是本发明中传感器分布在投影镜筒投影在水平面上的位置图； 图12是本发明中传感器用来检测被测对象的表面形貌特征图。

【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。
[0018] 共焦测量装置的原理就是利用不同波长的光线在通过具有梯度折射率(不同波长 的光通过相同的透镜有各自不同的折射率）的透镜后，会产生不同的聚焦深度，也就是不同 波长的光线对应的焦距不一样，焦距与波长之间的关系计算公式：

【权利要求】
1. 一种用于光刻设备的调焦调平检控系统，包括：光源、调焦调平检测装置和调焦调 平控制装置；所述光源经光纤接口耦合进入所述调焦调平检测装置；所述调焦调平检测装置，用于检测对象的垂直位置和倾斜度；所述调焦调平控制装置，用于根据所述调焦调平检测装置所获得的探测信号，驱动控 制所述对象的承载器的垂向位置和倾斜度；其特征在于，所述调焦调平检测装置在光刻设备的投影物镜的镜筒内部。
2. 如权利要求1所述的一种用于光刻设备的调焦调平检控系统，其特征在于，所述光 源为非曝光光源。
3. 如权利要求1所述的一种用于光刻设备的调焦调平检控系统，其特征在于，所述调 焦调平检测装置所获得的探测信号，经过光纤方式传递给所述调焦调平控制装置。
4. 如权利要求1所述的一种用于光刻设备的调焦调平检控系统，其特征在于，所述调 焦调平检测装置所获得的探测信号，经过导线方式传递给所述调焦调平控制装置。
5. 如权利要求1所述的一种用于光刻设备的调焦调平检控系统，其特征在于，所述调 焦调平检测装置所获得的探测信号，经过无线方式传递给所述调焦调平控制装置。
6. 如权利要求1所述的一种用于光刻设备的调焦调平检控系统，其特征在于， 所述调焦调平检测装置包括：照明组件、梯度透镜组和探测组件；所述照明组件，用于将经所述光纤接口耦合进入的光源，经所述梯度透镜组成像至一 对象表面形成一聚焦光点，所述聚焦光点反射后至所述探测组件形成一成像光点，所述聚 焦光点与所述成像光点形成一共轭关系。
7. 如权利要求6所述的一种用于光刻设备的调焦调平检控系统，其特征在于，所述照 明组件包括光纤、分光棱镜及聚焦棱镜，所述光源发出的光束经所述光纤形成一点光源，依 次经所述分光棱镜及聚焦棱镜入射至所述梯度透镜组。
8. 如权利要求6所述的一种用于光刻设备的调焦调平检控系统，其特征在于，所述梯 度透镜组为一梯度折射率透镜，所述梯度折射率透镜与所述光刻设备的投影物镜共用所述 光刻设备的投影物镜的至少一个透镜。
9. 如权利要求6所述的用于光刻设备的调焦调平检控系统，其特征在于，所述探测组 件包括探测滤波小孔、色散棱镜以及共焦测量探测器。
10. 如权利要求6所述的用于光刻设备的调焦调平检控系统，其特征在于，所述探测组 件包括探测滤波小孔、反射式光栅以及共焦测量探测器。
11. 如权利要求1所述的一种用于光刻设备的调焦调平检控系统，其特征在于， 所述调焦调平控制装置包括：信号处理单元与控制单元；所述信号处理单元，根据所述调焦调平检测装置所提供的探测信号，计算所述对象表 面的最佳焦距和倾斜度；所述控制单元，根据所述信号处理单元计算所得的结果，驱动控制所述对象承载器的 垂向位置和倾斜度。
12. 如权利要求1至11中任一所述的一种用于光刻设备的调焦调平检控系统，其特征 在于，所述调焦调平检测装置至少为一组。
13. 如权利要求12所述的一种用于光刻设备的调焦调平检控系统，其特征在于，所述 调焦调平检测装置包括共焦测量探测器，所述共焦测量探测器为3个，且等距离共圆分布 安置于所述光刻设备的投影物镜的内部。
14. 如权利要求1所述的一种用于光刻设备的调焦调平检控系统的使用方法，其特征 在于，包括：在所述光刻设备的投影物镜内布置至少三组所述调焦调平检测装置，所述光 源，经一梯度透镜组成像至一对象表面形成一聚焦光点，所述聚焦光点反射后形成一成像 光点，所述聚焦光点与所述成像光点形成一共轭关系，根据所述成像光点的位置信息计算 所述基底表面的最佳焦距和倾斜度。
15. 如权利要求14所述的一种用于光刻设备的调焦调平检控系统的使用方法，其特征 在于，所述梯度透镜组为一梯度折射率透镜，所述梯度折射率透镜与所述光刻设备的投影 物镜共用所述光刻设备的投影物镜的至少一个透镜。
16. 如权利要求14所述的一种用于光刻设备的调焦调平检控系统的使用方法，其特征 在于，采用逐行扫描的方式对所述对象的表面与事先设定的最佳曝光面的垂向偏移量进行 探测，从而转换为所述对象表面起伏特征，通过图像拟合的方式，得到所述对象表面形貌特 征的拟合数据。
【文档编号】G01M11/02GK104375383SQ201310349765
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年8月13日 优先权日:2013年8月13日
【发明者】唐平玉, 陈飞彪, 徐荣伟, 刁雷 申请人:上海微电子装备有限公司