專利名稱：一種光閘莫爾條紋焦面檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光間莫爾條紋焦面檢測方法，實現(xiàn)投影光刻機物鏡和硅片之間距離的實時在線測量，該方法是一種非接觸的快速光學(xué)測量手段，具有結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高的特點。自九十年代中期以來，隨著微細加工光刻技術(shù)的不斷發(fā)展，以集成電路為核心的現(xiàn)代微電子技術(shù)呈加速發(fā)展態(tài)勢，向著更高集成度和超細微化方向發(fā)展，各種超高密度、高速度的微電子器件不斷出現(xiàn)，促進了當(dāng)代數(shù)字技術(shù)革命。投影光刻以其生產(chǎn)率高、易實現(xiàn)高的對準(zhǔn)和套刻精度、掩摸制作相對簡單、工藝條件容易掌握及良好的繼承性，在微電子光刻專用設(shè)備中成為主導(dǎo)。早期的投影光刻機由于光刻分辨力低、所使用的曝光波長較長、數(shù)值孔徑小，因此焦深長，但近年來，采用更大數(shù)值孔徑的光刻物鏡和進一步縮短曝光波長并結(jié)合各種超分辨力增強技術(shù)，已經(jīng)使得光學(xué)光刻技術(shù)的分辨力提高到甚至超過波長的水平。另外，為了降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，硅片尺寸已經(jīng)從傳統(tǒng)的2英寸、4英寸過渡到8英寸，12英寸。分辨力的提高直接導(dǎo)致有效焦距的急劇下降，見公式1 (R是分辨力，DOF是焦深，Ic1 是工藝系數(shù)因子，1 是焦深工藝因子，λ為曝光波長，NA為投影光刻物鏡數(shù)值孔徑)；另外， 硅片尺寸的增大又帶來了曝光面積的大幅增加，從而導(dǎo)致離焦量的進一步惡化(整個超大曝光視場局部傾斜造成的離焦，工件臺運動過程中偏擺帶來的局部傾斜影響)；同時，其他離焦誤差源(硅片的翹曲，襯底的地形，抗蝕劑自身的厚度等)并未減小，這都使得調(diào)焦裕量大幅度萎縮，更是對檢焦系統(tǒng)提出納米量級高精度檢測的苛刻要求。因此，如果不實現(xiàn)納米檢焦和控制，勢必造成某些曝光區(qū)域產(chǎn)生較大范圍的離焦誤差，這些都將嚴重影響了曝光線條質(zhì)量和集成電路成品率。目前光刻機上常用的檢焦方法有狹縫光度式和基于光彈調(diào)制的檢焦方法，狹縫光度式結(jié)構(gòu)簡單，但精度目前只能到達微米量級，適合用于粗檢焦；基于光彈調(diào)制的檢焦方法，精度很高，是目前高端投影光刻機主流的精檢焦方案，但是需要多種復(fù)雜光學(xué)元件和精密成像光學(xué)系統(tǒng)，并需結(jié)合光彈調(diào)制器、像剪切器、高頻率響應(yīng)的光電探測器，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴，在中、低端投影光刻機上并不常用。為了綜合解決背景技術(shù)中所述的技術(shù)問題和成本問題，本發(fā)明的目的是提出一種光閘莫爾條紋焦面檢測方法，實現(xiàn)一種結(jié)構(gòu)簡單、非接觸、較高精度的投影光刻機焦面在線檢測系統(tǒng)。為了實現(xiàn)所述的目的，本發(fā)明提供一種光閘莫爾條紋焦面檢測系統(tǒng)，其解決技術(shù)
背景技術(shù)：
發(fā)明內(nèi)容問題所采用的技術(shù)方案是所述檢測系統(tǒng)采用掠入射，形成三角測量的光學(xué)結(jié)構(gòu)，由照明光源、擴束準(zhǔn)直鏡組、第一光柵、第一遠心成像鏡組、第二遠心成像鏡組、第二光柵、聚光鏡、光電檢測單元和硅片組成；所述的系統(tǒng)采用掠入射，整個光學(xué)系統(tǒng)形成三角測量結(jié)構(gòu)，其中照明光源發(fā)出的寬譜光線上設(shè)有擴束準(zhǔn)直鏡組、第一光柵、第一遠心成像鏡組和硅片，照明光源發(fā)出的寬譜光通過擴束準(zhǔn)直鏡組均勻照明第一光柵，第一光柵通過遠心成像鏡組成像于硅片，在硅片的反射光線上設(shè)有第二遠心成像鏡組、第二光柵、聚光鏡、光電檢測系統(tǒng)，由于硅片是鏡面反射，大部分反射光通過第二遠心成像鏡組收集，在第二光柵表面形成第一光柵的像，第一光柵的像被第二光柵調(diào)制后，調(diào)制光通過聚光鏡會聚到光電檢測單元進行光電轉(zhuǎn)換和電學(xué)信號處理，所有光學(xué)元件共光軸。其中，所述的照明光源采用寬光譜波段，用于抑制由于硅片光刻膠工藝膜層對焦面檢測的影響。原因是檢焦光學(xué)系統(tǒng)采用掠入射時，硅片表面工藝層會產(chǎn)生薄膜干涉，從而影響檢焦精度，寬光譜可以有效抑制干涉對光電檢測單元的影響。其中，所述第一光柵采用黑白光柵或幅值光柵，所述黑白光柵的黑白比為1 ；第二光柵采用黑白光柵或幅值光柵，所述黑白光柵的黑白比為1 ；第一光柵和第二光柵的光柵周期相等。其中，所述第一光柵和第二光柵的柵線垂直于光軸，并且第一光柵和第二光柵的柵線相互平行。其中，采用聚光鏡將所有被第二光柵調(diào)制后的光會聚于光電檢測單元進行光電轉(zhuǎn)換和電學(xué)信號處理。其中，所述的第一遠心成像鏡組、第二遠心成像鏡組均采用遠心成像結(jié)構(gòu)，并耦合保證第一光柵較好的線性度成像到第二光柵表面。本發(fā)明有益效果本發(fā)明實現(xiàn)投影光刻機物鏡和硅片之間距離的實時在線測量， 本發(fā)明是一種非接觸的快速光學(xué)測量手段，具有結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高及低成本特點的在線檢焦檢測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)采用三角測量的基本原理，利用雙光柵光閘莫爾條紋的光強調(diào)制機理，并結(jié)合光電檢測單元，構(gòu)建單個光柵周期內(nèi)，焦面位移量和光能量線性關(guān)系，為投影光刻高精度實時焦面檢測提供有效手段。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖；圖2光柵結(jié)構(gòu)；圖3光閘莫爾條紋三角波形的光強檢測。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。一種光間莫爾條紋焦面檢測方法主要原理是利用兩光柵的遮光透光率隨其相對位置的變化而產(chǎn)生莫爾條紋，通過檢測最終的光強來計算兩光柵的相對位置關(guān)系。在實際測量技術(shù)中，利用遠離曝光波長的寬譜光照明第一光柵3，并通過第一遠心成像鏡組4將第一光柵3成像到硅片9，硅片9發(fā)生鏡面反射，通過第二遠心成像鏡組5將其會聚為第一光柵像3’，在第二遠心成像鏡組5的像面上放置測量光柵即第二光柵6，則硅片9的高度信息轉(zhuǎn)化為第一光柵像3’和第二光柵6的相對位置信息，通過檢測相對位置信息就可以得出硅片9面的高度信息。其基本技術(shù)方案的光路原理如圖1所示的光閘莫爾條紋焦面檢測系統(tǒng)，所述檢測系統(tǒng)采用掠入射，形成三角測量的光學(xué)結(jié)構(gòu)，由照明光源1、擴束準(zhǔn)直鏡組2、第一光柵3、第一遠心成像鏡組4、第二遠心成像鏡組5、第二光柵6、聚光鏡7、光電檢測單元8和硅片9組成，照明光源1發(fā)出的寬譜光線上設(shè)有擴束準(zhǔn)直鏡組2、第一光柵3、第一遠心成像鏡組4和硅片9，照明光源1發(fā)出的寬譜光通過擴束準(zhǔn)直鏡組2均勻照明第一光柵3，第一光柵3通過第一遠心成像鏡組4成像于硅片9，在硅片9的反射光線上依序設(shè)有第二遠心成像鏡組 5、第二光柵6、聚光鏡7、光電檢測單元8，硅片9是鏡面反射，大部分反射光通過第二遠心成像鏡組5收集，而成像于第二光柵6，在第二光柵(6)表面形成第一光柵的像3’，并被第二光柵6調(diào)制生成調(diào)制光，調(diào)制光通過聚光鏡7會聚到光電檢測單元8進行光電轉(zhuǎn)換和電學(xué)信號處理。照明光源1采用寬光譜，用于抑制由于硅片9光刻膠工藝膜層對焦面檢測的影響。 原因是檢測系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)采用掠入射時，硅片表面工藝層會產(chǎn)生薄膜干涉，從而影響檢焦精度，寬光譜可以有效抑制干涉對光電檢測單元的影響。第一光柵3采用黑白光柵或幅值光柵，所述黑白光柵的黑白比為1 ；第二光柵6采用黑白光柵或幅值光柵，所述黑白光柵的黑白比為1 ；第一光柵3和第二光柵6的光柵周期相等。第一光柵3和第二光柵6的柵線垂直于光軸10，并且第一光柵3和第二光柵6的柵線相互平行。所述的檢測系統(tǒng)采用掠入射，整個光學(xué)系統(tǒng)形成三角測量結(jié)構(gòu)，硅片9位置移動量，會反映在第一光柵3的像在垂軸方向的位移量。采用聚光鏡7將所有被第二光柵6調(diào)制后的光會聚于光電檢測單元8進行光電轉(zhuǎn)換和電學(xué)信號處理。所述的第一遠心成像鏡組4、第二遠心成像鏡組5均采用遠心成像結(jié)構(gòu)，并耦合保證第一光柵3較好的線性度成像到第二光柵6表面。照明光源采用鹵素?zé)?其譜線寬度主要范圍在eOOnm-llOOnm，峰值波長為 850nm)，所述第一光柵3和第二光柵6均采用ρ =加=沘=50 μ m。如圖1所示的系統(tǒng)原理圖中，光軸10與硅片9表面的夾角為γ = 10°，硅片9的位移量Δ ζ和第一光柵像3’的位移量Δ χ的關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種光間莫爾條紋焦面檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測系統(tǒng)采用掠入射，形成三角測量光學(xué)結(jié)構(gòu)，其是由照明光源(1)、擴束準(zhǔn)直鏡組O)、第一光柵(3)、第一遠心成像鏡組 (4)、第二遠心成像鏡組(5)、第二光柵(6)、聚光鏡(7)、光電檢測單元(8)和硅片(9)組成， 照明光源(1)發(fā)出的寬譜光線上設(shè)有擴束準(zhǔn)直鏡組O)、第一光柵(3)、第一遠心成像鏡組 (4)和硅片(9)，照明光源(1)發(fā)出的寬譜光通過擴束準(zhǔn)直鏡組(2)均勻照明第一光柵(3)， 第一光柵C3)通過遠心成像鏡組(4)成像于硅片(9)，在硅片(9)的反射光線上設(shè)有第二遠心成像鏡組(5)、第二光柵(6)、聚光鏡(7)、光電檢測系統(tǒng)(8)，硅片(9)是鏡面反射，大部分反射光通過第二遠心成像鏡組( 收集，而成像于第二光柵(6)，在第二光柵(6)表面形成第一光柵(3)的像(3’)，第一光柵(3)的像(3’)被第二光柵(6)調(diào)制生成調(diào)制光，調(diào)制光通過聚光鏡(7)會聚到光電檢測單元(8)進行光電轉(zhuǎn)換和電學(xué)信號處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光閘莫爾條紋焦面檢測系統(tǒng)，其特征在于照明光源(1)采用寬光譜，用于抑制由于硅片(9)光刻膠工藝膜層對焦面檢測的影響。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光閘莫爾條紋焦面檢測系統(tǒng)，其特征在于第一光柵(3)采用黑白光柵或幅值光柵，所述黑白光柵的黑白比為1 ；第二光柵(6)采用黑白光柵或幅值光柵，所述黑白光柵的黑白比為1 ；第一光柵C3)和第二光柵(6)的光柵周期相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光間莫爾條紋焦面檢測裝置，其特征在于第一光柵(3)和第二光柵(6)的柵線垂直于光軸(10)，并且第一光柵(3)和第二光柵(6)的柵線相互平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光閘莫爾條紋焦面檢測系統(tǒng)，其特征在于采用聚光鏡(7) 將所有被第二光柵(6)調(diào)制后的光會聚于光電檢測單元(8)進行光電轉(zhuǎn)換和電學(xué)信號處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光間莫爾條紋焦面檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的第一遠心成像鏡組G)、第二遠心成像鏡組( 均采用遠心成像結(jié)構(gòu)，并耦合保證第一光柵C3)較好的線性度成像到第二光柵(6)表面。
全文摘要
本發(fā)明是一種光閘莫爾條紋焦面檢測系統(tǒng)，用于投影光刻機非接觸快速焦面檢測，該裝置包括照明光源、擴束準(zhǔn)直鏡組、第一光柵、第一遠心成像鏡組、第二遠心成像鏡組、第二光柵、聚光鏡、光電檢測單元和硅片組成，該系統(tǒng)基于三角測量的基本原理，利用雙光柵光閘莫爾條紋的光強調(diào)制特性，構(gòu)建單個光柵周期內(nèi)，焦面位移量和光能量線性關(guān)系。該系統(tǒng)是一種非接觸、快速的光學(xué)測量手段，為投影光刻高精度實時焦面檢測提供有效手段。
文檔編號G03F7/20GK102231046SQ20111016915
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者嚴偉, 李艷麗, 楊勇, 王建, 邸成良, 陳銘勇 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所