CN102087483B - 一种用于投影光刻中焦面检测的光学*** - Google Patents

一种用于投影光刻中焦面检测的光学*** Download PDF

Info

Publication number
CN102087483B
CN102087483B CN 201010605515 CN201010605515A CN102087483B CN 102087483 B CN102087483 B CN 102087483B CN 201010605515 CN201010605515 CN 201010605515 CN 201010605515 A CN201010605515 A CN 201010605515A CN 102087483 B CN102087483 B CN 102087483B
Authority
CN
China
Prior art keywords
focal plane
light
projection
reflection prism
optical system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN 201010605515
Other languages
English (en)
Other versions
CN102087483A (zh
Inventor
陈铭勇
胡松
李艳丽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Optics and Electronics of CAS
Original Assignee
Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Optics and Electronics of CAS filed Critical Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority to CN 201010605515 priority Critical patent/CN102087483B/zh
Publication of CN102087483A publication Critical patent/CN102087483A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102087483B publication Critical patent/CN102087483B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

本发明是一种用于投影光刻中焦面检测的光学***，检焦标记和投影成像***位于照明***和多次反射棱镜之间，被检测面位于多次反射棱镜和反射镜之间，检焦标记放大***位于反射镜和探测器件之间；投影成像***与照明***匹配为照明检焦标记提供照明光，多次反射棱镜将照明***的照明检焦标记的入射光分为两束或两束以上的探测光，并且每束探测光的位置不相同，检焦标记通过投影成像***和多次反射棱镜将每束探测光位置的标记成像到被检测面表面上，经过被检测面反射后的检测光，经检焦标记放大***放大后入射到探测器件上，利用探测器件探测经光学放大***放大后的反射图像位置，对光刻投影物镜的焦面位置和焦面倾斜进行检测。

Description

一种用于投影光刻中焦面检测的光学***
技术领域
本发明涉及一种自动焦面检测***，是一种通过光学三角测量方法对成像面的位置移动进行测量的技术。
背景技术
光刻装置(光刻机)是大规模集成电路生产的重要设备之一。投影光刻机可将掩模板上的图形通过成像曝光装置按一定比例成像到要加工的对象上(如硅片等)，硅片在这里泛指所有被曝光对象，包括衬底、镀膜和光刻胶等。在曝光过程中，需要使加工对象(如硅片等)的相应表面保持在曝光装置的焦深范围之内。为此，投影光刻机采用了用于测量加工对象(如硅片等)的表面位置信息的调焦调平测量***(焦面检测***)。调焦调平测量***可以和夹持加工对象(如硅片等)的加工台一起使加工对象(如硅片等)的被曝光区域一直处于投影光刻机曝光装置的焦深之内，从而使掩模板上的图形理想地转移到加工对象(如硅片等)上。
随着投影光刻机分辨率的图段提高和投影物镜焦深的不断减小，对光刻机的调焦调平测量分***的测量精度和能够实时测量曝光区域等性能的要求也越来越高。因此目前步进扫描投影光刻机中所采用的调焦调平测量***通常为光电测量***，如：基于光栅和四象限探测器的光电测量方法(美国专利US5191200)、基于狭缝和四象限探测器的光电测量方法(美国专利US6765647B1)、基于PSD(位置敏感器件)的光电探测方法(中国专利：200610117401)和基于光栅莫尔条纹的光电探测方法(中国专利：200710171968)。上述调焦调平测量***的测量位置均为单一位置，即只能测试加工对象上某一点或某一微小区域内平均的位置信息。为实现投影光刻机所需的调焦和调平测量两大功能，需要采用若干套焦面检测***(如：Overlay and field leveling in wafersteppers using an advanced metrology system，SPIE Vol.1673)或在一个***中采用若干个标记(如美国专利：US5191200)，这样使得整个调焦调平测量***非常冗余。
发明内容
为解决上述一套光学***仅能进行对某一点或某一微小区域进行焦面检测，要实现投影光刻机所需的调焦调平两大功能需要采用若干套焦面检测***，因而整个调焦调平测量***非常冗余的问题，本发明的目的是利用一套光学***完成投影光刻中的焦面位置和倾斜检测，实现调焦、调平测量的功能。
为实现本发明的目的，本发明提供用于投影光刻中焦面检测的光学***，所述光学***解决技术问题所采用的技术方案包括：照明***、检焦标记、投影成像***、多次反射棱镜、被检测面、反射镜、检焦标记放大***和探测器件；检焦标记和投影成像***位于照明***和多次反射棱镜之间，被检测面位于多次反射棱镜和反射镜之间，检焦标记放大***位于反射镜和探测器件之间；投影成像***与照明***匹配为照明检焦标记提供照明光，多次反射棱镜将照明***的照明检焦标记的入射光分为两束或两束以上的探测光，并且每束探测光的位置不相同，检焦标记通过投影成像***和多次反射棱镜将每束探测光位置的标记成像到被检测面表面上，经过被检测面反射后的检测光，经检焦标记放大***放大后入射到探测器件上，利用探测器件探测经光学放大***放大后的反射图像位置，对光刻投影物镜的焦面位置和焦面倾斜进行检测。
利用所述的用于投影光刻中焦面检测的光学***，还可以应用到需要检测成像物镜实际成像面与理想焦面位置差的其他场合、用于成像物镜焦面检测及还可以应用到需要精密位置检测的场合。
本发明的有益效果：在本发明中，通过引入多次反射棱镜，仅采用一套光学***，同时实现了焦面位置探测和焦面倾斜探测，不仅降低了***复杂程度，还减少了误差源，提高了探测精度。本发明通过多个点的位置探测，就可以实现被探测面的倾斜探测。由于所有的探测光都是由同一光源和同一检测标记发出，因此各个探测光严格一致，并且这些探测光均通过同一光学***，因此可以消除掉光学***加工、装调等因素产生的差异；综合以上优点，这样的结构安排可以增加调平调焦探测的精度。
附图说明
图1为投影光刻机原理图。
图2是图1中的焦面检测光学***本发明投影光刻机中焦面检测的光学***的原理图。
图3为多次反射原理图。
图4为检测光路的在被检测面的反射光路示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1示出了投影光刻机的原理图，投影光刻机含有光轴1a、掩膜板2a、光刻投影物镜3a、由多个焦面检测光学***组成的调平调焦检测***4a、加工对象5a和载物平台6a。掩膜板2a置于光刻投影物镜3a的物面，加工对象5a(如硅片等)置于载物平台6a上。光刻曝光时，需移动载物平台6a使得加工对象5a的曝光面处于光刻投影物镜3a的焦面上。为使得掩模板2a上的图像精确的转移至加工对象5a上，需要对加工对象5a的曝光面与光刻投影物镜3a的相对位置(包括距离和倾斜)进行精确的探测和调整，使得加工对象5a的整个待曝光区域都处于光刻投影物镜3a的焦深范围内。为达到这一目的，就需要由多个焦面检测光学***组成的调平调焦检测***4a对加工对象5a上的待曝光区域的位置进行精密检测，并给予载物平台6a的调焦调平执行***反馈。
图2示出的是对图1中焦面检测光学***的改进，本发明提供的投影光刻机中焦面检测的光学***是利用三角测量方法，本发明光学***包括：照明***1、检焦标记2、投影成像***3、多次反射棱镜4、被检测面5、反射镜6、检焦标记放大***7和探测器件8组成，检焦标记2和投影成像***3位于照明***1和多次反射棱镜4之间，被检测面5位于多次反射棱镜4和反射镜6之间，检焦标记放大***7位于反射镜6和探测器件8之间；投影成像***3与照明***1匹配为照明检焦标记2提供照明光，多次反射棱镜4将照明***1的照明检焦标记2的入射光分为两束或两束以上的探测光，并且每束探测光的位置不相同，检焦标记2通过投影成像***3和多次反射棱镜4将每束探测光位置的标记成像到被检测面5表面上，经过被检测面5反射后的检测光，经检焦标记放大***7放大后入射到探测器件8上，利用探测器件8探测经光学放大***7放大后的反射图像位置，对光刻投影物镜3a的焦面位置和焦面倾斜进行检测。
照明***1将光源发出的光整形后照亮检焦标记2；检焦标记2经投影成像***3和多次反射棱镜4后成像在被检测面5上；多次反射棱镜4的上表面具有分光特性，而多次反射棱镜4的下表面具有反射特性，因此入射光经过多次反射棱镜4反射后，将形成个反射光线，即将检焦标记2形成多个具有复制特性的像，这些像不受检焦标记制作工艺影响其形状和位置关系是严格一致的；检焦标记2的像经过被检测面5及反射镜6的反射后由检焦标记放大***7放大成像到探测器件8上，探测器件8得到的光信号将转换为电信号，由相应的电路***将检测信号读出。通过工艺实验得到光刻投影物镜3a的理想成像焦面位置并对焦面检测***进行标定，该焦面检测***在标定以后可以实时测得光刻投影物镜3a实际成像面与理想焦面的位置差。
所述的照明***1采用宽带或单色光源，包括卤素灯、氙灯、LED或激光器等工程技术中常用的光源；
所述的检焦标记2，是具有明暗形式的便于探测器件探测到标记，其中明暗形式的标记是：十字叉、直线、光栅、圆点和圆圈的一种。
所述的多次反射棱镜4的外反射介质表面为分光面，根据实际需利用反射介质表面的部分反射或者通过镀膜等方法使其达到一定的分光比，多次反射棱镜4将入射的探测光分为两束探测光或两束以上的探测光。所述多次反射棱镜4的外反射表面的分光性质可以是分色分光、也可以是中性分光。所述多次反射棱镜4经外表面反射的主光线与经内表面反射再经外表面折射的主光线可以是平行的光线，也可以是成一角度的光线。
所述被检测面5是位于光刻投影物镜1a像面的具有镜面反射、漫反射或散射性质的平面、曲面。
所述探测器件8是不局限于CCD面阵探测器8，还可以是CMOS器件、两象限探测器、四象限探测器、位置探测器(PSD)及对光信号敏感的光电探测类器件中的一种。
如图3所示，当光入射到多次反射棱镜4以后，部分光通过多次反射棱镜4的前表面反射，部分光透过多次反射棱镜4的前表面并由多次反射棱镜4的后表面反射再经前表面出射。若合理设计多次反射棱镜4前后表面的透过率和反射率，则可以使入射光分为两束或两束以上的光。这些光线均由同一光源和同一检焦标记2发出，具有严格的复制特征。
如图4所示，由检焦标记2通过检焦标记投影成像***3投影出的探测光分为两束或两束以上后，分别入射到被检测面5上。这些探测光沿水平方向有X的偏移，也就是说被探测位置也有X的偏移，通过多个点的位置探测，就可以实现被检测面的倾斜探测。由于所有的探测光都是由同一光源和同一检焦标记2发出，因此各个探测光严格一致；并且这些探测光均通过同一光学***，因此可以消除掉光学***加工、装调等因素产生的差异；综合以上优点，这样的结构安排可以增加调平调焦探测的精度。
上述附图和具体实施方式仅为本发明的一实施例，在不背离本发明的发明精神和权利要求书所界定的发明范围前提下，本发明可以有各种增补、修改和替代。因此，上述实施例是用于说明例证本发明而非限制本发明的范围，本发明的范围有权利要求及其合法同等物来界定，而不限于此前之描述。权利要求书旨在涵盖所有此类同等物。

Claims (8)

1.一种用于投影光刻中焦面检测的光学***，其特征在于：由照明***(1)、检焦标记(2)、投影成像***(3)、多次反射棱镜(4)、被检测面(5)、反射镜(6)、检焦标记放大***(7)和探测器件(8)组成；检焦标记(2)和投影成像***(3)位于照明***(1)和多次反射棱镜(4)之间，被检测面(5)位于多次反射棱镜(4)和反射镜(6)之间，检焦标记放大***(7)位于反射镜(6)和探测器件(8)之间；投影成像***(3)与照明***(1)匹配为照明检焦标记(2)提供照明光，多次反射棱镜(4)将照明***(1)的照明检焦标记(2)的入射光分为两束或两束以上的探测光，并且每束探测光的位置不相同，检焦标记(2)通过投影成像***(3)和多次反射棱镜(4)将每束探测光位置的标记成像到被检测面(5)表面上，经过被检测面(5)反射后的检测光，经检焦标记放大***(7)放大后入射到探测器件(8)上，利用探测器件(8)探测经检焦标记放大***(7)放大后的反射图像位置，对光刻投影物镜(3a)的焦面位置和焦面倾斜进行检测；所述多次反射棱镜(4)的外反射表面为分光面，所述分光面是利用反射介质表面的部分反射或者通过镀膜方法使分光面达到设定的分光比，多次反射棱镜(4)将入射的探测光分为两束或两束以上的探测光。
2.根据权利要求1所述的用于投影光刻中焦面检测的光学***，其特征在于：所述照明***(1)采用宽带或单色光源，所述宽带或单色光源包括卤素灯、氙灯、LED或激光器。
3.根据权利要求1所述的用于投影光刻中焦面检测的光学***，其特征在于：所述检焦标记(2)具有明暗形式的便于探测器件探测的标记，其中明暗形式的标记是十字叉、直线、光栅、圆点和圆圈中的一种。
4.根据权利要求1所述的用于投影光刻中焦面检测的光学***，其特征在于：所述多次反射棱镜(4)的外反射表面的分光性质可以是分色分光、也可以是中性分光。
5.根据权利要求1所述的用于投影光刻中焦面检测的光学***，其特征在于：所述多次反射棱镜(4)经外表面反射的主光线与经内表面反射再经外表面折射的主光线可以是平行的光线，也可以是成一角度的光线。
6.根据权利要求1所述的用于投影光刻中焦面检测的光学***，其特征在于：所述被检测面(5)是位于光刻投影物镜(3a)像面的具有镜面反射、漫反射或散射性质的平面、曲面。
7.根据权利要求1所述的用于投影光刻中焦面检测的光学***，其特征在于：所述探测器件(8)不局限于CCD面阵探测器，还可以是CMOS器件、两象限探测器、四象限探测器中的一种。
8.利用权利要求1所述的用于投影光刻中焦面检测的光学***，还可以应用到需要检测成像物镜实际成像面与理想焦面位置差的其他场合、用于成像物镜焦面检测及还可以应用到需要精密位置检测的场合。
CN 201010605515 2010-12-27 2010-12-27 一种用于投影光刻中焦面检测的光学*** Expired - Fee Related CN102087483B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010605515 CN102087483B (zh) 2010-12-27 2010-12-27 一种用于投影光刻中焦面检测的光学***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010605515 CN102087483B (zh) 2010-12-27 2010-12-27 一种用于投影光刻中焦面检测的光学***

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102087483A CN102087483A (zh) 2011-06-08
CN102087483B true CN102087483B (zh) 2013-04-03

Family

ID=44099336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201010605515 Expired - Fee Related CN102087483B (zh) 2010-12-27 2010-12-27 一种用于投影光刻中焦面检测的光学***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102087483B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102236270B (zh) * 2011-07-29 2012-12-19 中国科学院光电技术研究所 一种适用于双工件台投影光刻机的检焦装置
CN102243138A (zh) * 2011-08-05 2011-11-16 中国科学院光电技术研究所 一种用于投影光刻中的焦面检测装置
CN103744269B (zh) * 2014-01-03 2015-07-29 中国科学院上海光学精密机械研究所 光刻投影物镜波像差和成像最佳焦面的检测方法
CN105807570B (zh) * 2014-12-31 2018-03-02 上海微电子装备（集团）股份有限公司 自适应沟槽的调焦调平装置及其方法
CN105807579B (zh) 2014-12-31 2018-10-16 上海微电子装备（集团）股份有限公司 一种硅片和基板预对准测量装置和方法
CN107450287B (zh) * 2016-05-31 2019-10-25 上海微电子装备（集团）股份有限公司 调焦调平测量装置及方法
JP7137363B2 (ja) * 2018-06-11 2022-09-14 キヤノン株式会社 露光方法、露光装置、物品の製造方法及び計測方法
CN109443210A (zh) * 2018-12-13 2019-03-08 苏州亿拓光电科技有限公司 光学位置检测装置和方法
CN112846485B (zh) * 2020-12-31 2022-11-04 武汉华工激光工程有限责任公司 激光加工的监测方法、装置及激光加工设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2352976Y (zh) * 1998-09-03 1999-12-08 中国科学院光电技术研究所 亚微米光刻机的调焦装置
CN101201546A (zh) * 2007-11-28 2008-06-18 上海微电子装备有限公司 一种自动调焦调平装置
CN101403866A (zh) * 2008-11-18 2009-04-08 上海微电子装备有限公司 物***置测量装置及方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH097915A (ja) * 1995-06-15 1997-01-10 Nikon Corp 面傾斜検出装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2352976Y (zh) * 1998-09-03 1999-12-08 中国科学院光电技术研究所 亚微米光刻机的调焦装置
CN101201546A (zh) * 2007-11-28 2008-06-18 上海微电子装备有限公司 一种自动调焦调平装置
CN101403866A (zh) * 2008-11-18 2009-04-08 上海微电子装备有限公司 物***置测量装置及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开平9-7915A 1997.01.10
唐圣彪 等.激光同步扫描三角测距成像***的理论分析.《光电子·激光》.2001,第12卷(第6期), *

Also Published As

Publication number Publication date
CN102087483A (zh) 2011-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102087483B (zh) 一种用于投影光刻中焦面检测的光学***
US6862097B2 (en) Three-dimensional shape measuring method, and three-dimensional shape measuring apparatus
TW391035B (en) Proximity exposure device provided with gap setting mechanism
CN101169601B (zh) 一种调焦调平测量***
US8902430B2 (en) Measuring apparatus and exposure device
US8593615B2 (en) Height measurement apparatus, exposure apparatus, and device fabrication method
CN106933071B (zh) 调焦调平装置及方法
CN101114134A (zh) 用于投影扫描光刻机的对准方法及微器件制造方法
JP2009264799A (ja) 測定装置、露光装置およびデバイス製造方法
JP2006189389A (ja) 光学式厚さ測定方法および装置
CN1971426A (zh) 一种调焦调平传感装置的光学***
US7684050B2 (en) Shape measuring apparatus, shape measuring method, and exposure apparatus
JP4884615B2 (ja) 並列処理光学距離計
CN102096337B (zh) 一种用于投影光刻中球面或曲面的偏心及焦面位置的检测装置
CN102243138A (zh) 一种用于投影光刻中的焦面检测装置
JP2006105835A (ja) 形状測定方法及び形状測定装置
TWI358529B (en) Shape measuring apparatus, shape measuring method,
JP2010085395A (ja) 光学式位置角度検出装置
TWI658289B (zh) 調焦調平裝置
CN102749808B (zh) 一种调焦调平测量装置
CN106814547B (zh) 一种测校装置及测校方法
US5170037A (en) Scanning device for optically scanning a surface along a line
JP2000156337A (ja) 位置検出方法、位置検出装置、投影露光方法、投影露光装置、およびデバイスの製造方法
CN105807571A (zh) 一种光刻机用调焦调平***及其调焦调平方法
JP3143514B2 (ja) 面位置検出装置及びこれを有する露光装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130403

Termination date: 20141227

EXPY Termination of patent right or utility model