[發明專利]一種兼顧調焦調平和精密對準的測量系統及其測量方法

有效

• 申請號: 202010355166.0
• 申請日: 2020-04-29
• 公開（公告）號: CN111381460B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 羅先剛;劉明剛;高平;蒲明博;馬曉亮;李雄
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G03F9/00
• 分類號: G03F9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種兼顧調焦調平和精密對準的測量系統及其測量方法。該系統的特點在于將暗場莫爾條紋對準偏差檢測功能和啁啾光柵間隙檢測功能集成到一組探測單元中。所述兼顧對準和調焦調平的測量系統實現了垂向測量系統和水平向測量系統的一體化結構，減少了光刻機整機系統的空間需求，節約了光刻機的空間占用率。所述兼顧對準和調焦調平的測量系統的測量方法，實現對基片的調焦調平及對準，提高了光刻機工作效率。

技術領域

本發明涉及光刻機領域，特別涉及一種兼顧調焦調平和精密對準的測量系統及其測量方法，以及以該測量系統及其測量方法為基礎的光刻機。

背景技術

在半導體芯片的生產過程中，為了達到期望的精度指標，需要精確建立光刻機各個坐標系間的關系，使掩模、物鏡、承片臺等能夠建立統一的位置關系。通常這些設備會配置一套或多套垂向檢測系統，用于在實現掩模與基片對準前將被測基片進行調焦調平，一方面，確保基片處于掩模圖形的成像焦面上；另一方面，以便基片曝光時，被測標記或特征處于基片對準系統的檢測范圍內，減少因離焦傾斜而引起的測量誤差。現有設備中多是采用配置獨立的垂向、水平向檢測系統，在工作流程中，先進行垂向測量，將被測工件調焦調平后，再進行工件對準。如此順序執行，勢必占用一定的生產時間，對產率的提升產生影響；另外，特別的工藝情況下，需要進行逐場調焦調平，將會耗費更多時間。

本發明的兼顧對準和調焦調平的測量系統，及其測量方法。使用同一組檢測系統即實現了光刻工藝中的水平向對準偏差測量，又實現了垂向的間隙值測量。通過暗場衍射成像技術，兼顧了基片與掩模間的納米量級的在線對準檢測和納米量級的在線間隙檢測。另外，針對近場光刻系統，比如SP光刻系統與納米壓印系統等，采用本發明可以大大的減少整機空間需求。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是：提供了一種兼顧調焦調平和精密對準的測量系統及其測量方法，用以解決現有光刻機中配置獨立的垂向、水平向檢測系統造成的光刻機空間占用率高的問題，本發明還提供了一種測量方法，用以解決現有光刻機先行垂向測量，將被測工件調焦調平后，再進行工件對準造成的生產時間長，光刻機產率低的問題。

為了解決該問題，本發明的方案如下：一種兼顧調焦調平和精密對準的測量系統，設置在掩模和照明光源之間，所述兼顧對準和調焦調平的測量系統其中一組6自由度鏡頭姿態調整機構和離軸探測成像光路包括X軸和Y軸位移臺、傾斜轉接板、Z軸位移臺、Rx/Ry旋轉臺、Tz軸旋轉臺、鏡頭安裝板、鏡頭夾持架、CCD、遠心鏡頭、準直器套件、光纖頭、激光光源、晶振。通過調節X軸位移臺、Y軸位移臺、Z軸位移臺、Rx/Ry旋轉臺、Tz軸旋轉臺，可以調節遠心鏡頭與掩模對準圖形區和間隙測量圖形區的位置和角度關系；通過調節X軸位移臺和Z軸位移臺，可以對遠心鏡頭進行調焦；通過旋轉臺，可以調節入射激光的入射角度，滿足與遠心鏡頭的角度關系。

根據方案，所述的掩模板上設有啁啾光柵標定標記和周期光柵對準標記。所述的基片上設有周期光柵反射對準標記。所述激光光源模塊發出激光光束，該光束經晶體振蕩器消除相干性，接著該光束經過準直鏡頭準直，然后該光束經導光口而引入遠心鏡頭，以一定的角度傾斜照射到掩模的對準標記和啁啾光柵區。光束經過對準標記光柵和啁啾光柵的衍射，最后照射到基片的對準標記區，經反射后，衍射光束按原路返回進入遠心鏡頭，并被遠心鏡頭的成像物鏡將衍射圖像成像到與遠心鏡頭相連接的CCD相機像面處。

本發明所述一種兼顧調焦調平和精密對準的測量系統實現了垂向測量系統和水平向測量系統的一體化系統，減少了光刻機整機系統的空間需求。

本發明還提供了采用一種兼顧調焦調平和精密對準的測量系統對工件進行測量的方法，包括如下步驟：

步驟一：通過6自由度運動臺調整遠心鏡頭成像光路，使得掩模上的啁啾光柵標記和對準標記同時正好處于成像光路中心區域；

步驟二：調整CCD鏡頭進行聚焦，采集啁啾光柵的衍射圖像，計算出待測基片與掩模下表面的垂向間隙值；同時，采集經掩模對準標記與基片對準標記衍射形成的莫爾條紋圖形，計算出掩模與待測基片的水平向對準偏差值；