[發明專利]一種光柵式垂向位置測量系統

有效

• 申請號: 201511025509.2
• 申請日: 2015-12-30
• 公開（公告）號: CN106931876B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 王福亮;徐榮偉;孫建超
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備(集團)股份有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 31237 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 屈蘅;李時云

本發明提出一種光柵式垂向位置測量系統，沿光路傳播方向，依次包括照明單元、成像單元和中繼單元，所述成像單元包括投影分支和探測分支，所述投影分支具有投影狹縫，所述探測分支具有探測狹縫，其中該光柵式垂向位置測量系統還包括隨機噪聲產生裝置，其設置于所述成像單元中。本發明提出一種光柵式垂向位置測量系統，降低測量結果對底層的工藝圖形的依賴性，提高測量精度，從而提高垂向測量裝置的工藝適應性。

技術領域

本發明涉及半導體及集成電路制造領域，且特別涉及一種光柵式垂向位置測量系統。

背景技術

光學位置測量的技術被越來越廣泛應用于各種精加工設備中，相對于其他測量方法，光學測量有著非接觸、高精度等諸多優點。作為精加工設備中核心設備的光刻機，更是把光學測量作為其所有位置測量的核心工具。

用于承載硅片和掩膜的工件臺，一般來說其水平方向精度的要求要高于垂向精度的要求。但是隨著工藝要求的日益提升，近年來也逐步要求工件臺的垂向位置能夠快速而精確地得到測量。

隨著投影物鏡工作波長不斷減小、數值孔徑不斷增大，其焦深也愈來愈小，這就需要不斷提高對工件表面垂向位置的測量精度。目前用于工件表面垂向位置測量的傳感器大多采用光電測量：投影分支將按一定規律排列的測量狹縫成像在被測工件表面，形成測量光斑；測量光斑經待測物體表面反射后被探測光學系統二次成像到探測狹縫面；工件的垂向位置變化導致探測狹縫面上測量光斑相對于探測狹縫移動，透過探測狹縫的光強也隨之線性變化；根據光強的變化可以反算出工件的垂向位置。

圖1所示為現有技術中垂向位置測量系統結構示意圖。如圖1所示，待測工件表面通常涂有光刻膠，垂向測量裝置需要測量光刻膠上表面的形貌，但光刻膠底層下面通常有高空間頻率的工藝圖形層，能夠使入射到工藝圖形層的光會發生衍射。圖2所示為現有技術中工藝圖層像與投影狹縫像的疊加示意圖。如圖2所示，工藝圖形層借助直接反射光和衍射光成像到探測狹縫面，疊加到投影狹縫在探測狹縫面所成的像上，從而導致最終的測量光斑均勻性變差，破壞垂向位置與所探測到的光強之間的線性關系，導致測量結果強烈地依賴于底層的工藝圖形，嚴重影響測量精度與重復性。

發明內容

本發明提出一種光柵式垂向位置測量系統，降低測量結果對底層的工藝圖形的依賴性，提高測量精度，從而提高垂向測量裝置的工藝適應性。

為了達到上述目的，本發明提出一種光柵式垂向位置測量系統，沿光路傳播方向，依次包括照明單元、成像單元和中繼單元，所述成像單元包括投影分支和探測分支，所述投影分支具有投影狹縫，所述探測分支具有探測狹縫，其中該光柵式垂向位置測量系統還包括隨機噪聲產生裝置，設置于所述成像單元中；

所述投影狹縫被所述照明單元均勻照明后產生測量光和非測量光，其中

所述測量光被所述投影分支成像到待測工件表面，之后經所述待測工件表面反射后，被所述探測分支成像在所述探測狹縫面，形成投影狹縫像，所述投影狹縫像經過所述中繼單元投射到光電探測器上；

所述非測量光經過所述隨機噪聲產生裝置，不同角譜分量之間產生隨機的復振幅，彼此之間無任何關聯，由于不同角度衍射光復振幅不具有相關性，所述待測工件的底層工藝圖形層在所述探測狹縫面所成的像對比度衰減，從而減弱或消除所述底層工藝圖形層對所述投影狹縫在所述探測狹縫面所成像的照明均勻性的不利影響，進而減弱或消除測量結果對所述底層工藝圖形的依賴。

進一步的，所述隨機噪聲產生裝置設置于所述投影分支中，所述非測量光經過位于所述投影分支的頻譜面的所述隨機噪聲產生裝置，不同角譜分量之間產生隨機的復振幅，彼此之間無任何關聯，之后到達所述待測工件的光刻膠底層下面的所述底層工藝圖形層，被所述底層工藝圖形層衍射，由于不同角度衍射光復振幅不具有相關性，所述底層工藝圖形層在所述探測狹縫面所成的像對比度衰減，從而減弱或消除所述底層工藝圖形層對所述投影狹縫在所述探測狹縫面所成像的照明均勻性的不利影響，進而減弱或消除測量結果對所述底層工藝圖形層的依賴。