[發(fā)明專利]用于光刻設(shè)備的調(diào)焦調(diào)平檢測裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310349765.1
• 申請日: 2013-08-13
• 公開（公告）號: CN104375383B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐平玉;陳飛彪;徐榮偉;刁雷
• 申請（專利權(quán)）人: 上海微電子裝備有限公司
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G03F9/00;G01M11/02;G01B11/26
• 代理公司: 上海思微知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)31237
• 代理人: 屈蘅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種集成電路裝備制造領(lǐng)域，尤其涉及一種用于光刻設(shè)備的調(diào)焦調(diào)平檢測裝置及方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)尤其是半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，對硅片復(fù)雜程度及成本價(jià)格不斷提高，對光刻工藝技術(shù)的要求也不斷地提高，因而對調(diào)焦調(diào)平檢測的精度要求和曝光質(zhì)量要求也大幅度提高，特別是在前道光刻工藝光刻機(jī)中，對精度和曝光質(zhì)量的要求越來越高。

現(xiàn)有的調(diào)焦調(diào)平檢測傳感器主要有三種：一是氣壓式傳感器；二是電容式傳感器，三是光電式三角測量傳感器。這三種傳感器各有其優(yōu)缺點(diǎn)：氣壓式傳感器可以直接測量硅片面的物理表面、不受光刻膠以及硅片表面材料的影響、但是氣壓受環(huán)境影響大導(dǎo)致精度不高、并且傳感器距離硅片面較近而不能直接測量曝光場；電容式傳感器實(shí)現(xiàn)比較簡單、但是受被測硅片特性影響比較大、也不能直接測量曝光場；光電式三角測量傳感器能夠測量曝光場而且檢測精度高、目前主要的調(diào)焦調(diào)平傳感器、但是光機(jī)和控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜、并且精度受硅片面反射率的影響比較大。

現(xiàn)有技術(shù)中大多采用的調(diào)焦調(diào)平裝置是光電式三角測量技術(shù)或者與氣壓式、電容式混合使用，這些測量方式由于受材料的特性、環(huán)境條件和空間結(jié)構(gòu)以及光斑不均勻性等限制，造成其工藝適應(yīng)性比較差?，F(xiàn)有技術(shù)中所使用的調(diào)焦調(diào)平裝置因空間結(jié)構(gòu)限制，而導(dǎo)致的調(diào)焦調(diào)平傳感器光學(xué)設(shè)計(jì)受限制引起的機(jī)械設(shè)計(jì)受限制、安裝困難等問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種基于共焦測量原理的調(diào)焦調(diào)平檢測傳感器，能巧妙地解決最佳焦平面、調(diào)焦調(diào)平傳感器零平面及硅片面之間的位置變化關(guān)系，很好地確保了光刻機(jī)硅片的曝光質(zhì)量穩(wěn)定性。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開一種用于光刻設(shè)備的調(diào)焦調(diào)平檢控系統(tǒng)，包括：光源、調(diào)焦調(diào)平檢測裝置和調(diào)焦調(diào)平控制裝置；該光源經(jīng)光纖接口耦合進(jìn)入該調(diào)焦調(diào)平檢測裝置；該調(diào)焦調(diào)平檢測裝置，用于檢測對象的垂直位置和傾斜度；該調(diào)焦調(diào)平控制裝置，用于根據(jù)該調(diào)焦調(diào)平檢測裝置所獲得的探測信號，驅(qū)動(dòng)控制該對象的承載器的垂向位置和傾斜度該調(diào)焦調(diào)平檢測裝置在光刻設(shè)備的投影物鏡的鏡筒內(nèi)部。

更進(jìn)一步地，該光源為非曝光光源。該調(diào)焦調(diào)平檢測裝置所獲得的探測信號，經(jīng)過光纖、導(dǎo)線或無線方式傳遞給該調(diào)焦調(diào)平控制裝置。

更進(jìn)一步地，該調(diào)焦調(diào)平檢測裝置包括：照明組件、梯度透鏡組和探測組件；該照明組件，用于將經(jīng)該光纖接口耦合進(jìn)入的光源，經(jīng)該梯度透鏡組成像至一對象表面形成一聚焦光點(diǎn)，該聚焦光點(diǎn)反射后至該探測組件形成一成像光點(diǎn)，該聚焦光點(diǎn)與該成像光點(diǎn)形成一共軛關(guān)系。該照明組件包括光纖、分光棱鏡及聚焦棱鏡，該光源發(fā)出的光束經(jīng)該光纖形成一點(diǎn)光源，依次經(jīng)該分光棱鏡及聚焦棱鏡入射至該梯度透鏡組。該梯度透鏡組為一梯度折射率透鏡，該梯度折射率透鏡與該光刻設(shè)備的投影物鏡共用該光刻設(shè)備的投影物鏡的至少一個(gè)透鏡。該探測組件包括探測濾波小孔、色散棱鏡以及共焦測量探測器。該探測組件包括探測濾波小孔、反射式光柵以及共焦測量探測器。

更進(jìn)一步地，該調(diào)焦調(diào)平控制裝置包括：信號處理單元與控制單元；該信號處理單元，根據(jù)該調(diào)焦調(diào)平檢測裝置所提供的探測信號，計(jì)算該對象表面的最佳焦距和傾斜度；該控制單元，根據(jù)該信號處理單元計(jì)算所得的結(jié)果，驅(qū)動(dòng)控制該對象承載器的垂向位置和傾斜度。

更進(jìn)一步地，該調(diào)焦調(diào)平檢測裝置至少為一組。該調(diào)焦調(diào)平檢測裝置包括共焦測量探測器，該共焦測量探測器為3個(gè)，且等距離共圓分布安置于該光刻設(shè)備的投影物鏡的內(nèi)部。

本發(fā)明同時(shí)公開一種用于光刻設(shè)備的調(diào)焦調(diào)平檢控系統(tǒng)的使用方法，包括：在該光刻設(shè)備的投影物鏡內(nèi)布置至少三組該調(diào)焦調(diào)平檢測裝置，該光源，經(jīng)一梯度透鏡組成像至一對象表面形成一聚焦光點(diǎn)，該聚焦光點(diǎn)反射后形成一成像光點(diǎn)，該聚焦光點(diǎn)與該成像光點(diǎn)形成一共軛關(guān)系，根據(jù)該成像光點(diǎn)的位置信息計(jì)算該基底表面的最佳焦距和傾斜度。

更進(jìn)一步地，該梯度透鏡組為一梯度折射率透鏡，該梯度折射率透鏡與該光刻設(shè)備的投影物鏡共用該光刻設(shè)備的投影物鏡的至少一個(gè)透鏡。

更進(jìn)一步地，采用逐行掃描的方式對該對象的表面與事先設(shè)定的最佳曝光面的垂向偏移量進(jìn)行探測，從而轉(zhuǎn)換為該對象表面起伏特征，通過圖像擬合的方式，得到該對象表面形貌特征的擬合數(shù)據(jù)。