CN106647174A - 一种调焦调平装置及调焦调平方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调焦调平装置及调焦调平方法，该调焦调平装置包括依光路排列的照明单元、投影单元、探测单元及中继单元，其中照明单元和投影单元设于投影物镜一侧，探测单元和中继单元设于投影物镜另一侧，投影单元包括投影标记板，所述投影标记板上还设有若干光栅，若干所述光栅的光栅格数量和宽度均不同。通过在投影标记板上设置若干光栅参数不同的光栅，使照明单元的出射光经过投影标记板后可以产生具有不同形状的子光斑的测量光束，通过探测单元对不同的子光斑进行探测，最终由中继单元对不同子光斑进行成像，从而得到硅片表面的高度信息，避免因子光斑打在硅片沟槽内丢失时导致检测不能进行或误差增大，大大提高了***的稳定性和可靠性。

Description

一种调焦调平装置及调焦调平方法

技术领域

本发明涉及光刻机技术领域，具体涉及一种调焦调平装置及调焦调平方法。

背景技术

投影光刻机是一种把掩模上的图案通过投影物镜投影到硅片表面的设备。在光刻机的曝光过程中，如果硅片相对于物镜焦平面的离焦或倾斜使曝光视场内某些区域处于有效焦深之外，将严重影响光刻质量，因此必须采用调焦调平***进行精确控制。现有的调焦调平***的一般工作原理是：首先获得整个曝光场内硅片表面高度与倾斜信息，以此来判断自动调焦调平***是否正确调焦调平，并根据这些信息作相应调节，以精确控制硅片位置。

然而光刻机中使用的硅片通常需要经过多道硅通孔(through silicon via，TSV)技术处理，TSV技术是指通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术，具有封装尺寸小、信号传输快、功耗低等优点。标准硅片在经过各道TSV工艺后，硅片边缘会出现诸多问题，主要体现在：键合不一致/不同心，边缘有磨损，有沟槽，硅片表面有溅射金属或者绝缘胶，硅片有翘曲，特别是当硅片表面存在沟槽时，将会对其表面高度与倾斜信息的测量带来很大影响。

目前，最常见的调焦调平检测装置及其调焦调平方法，如图1所示，包括分布于投影物镜光轴两侧的测量光路，包括依光路依次连接的照明单元1’、投影单元2’、探测单元3’及中继单元4’。照明单元1’提供的光源出射光经透镜组聚光之后，由光纤传送至投影单元2’，为整个测量装置提供照明光源，接着通过投影单元2’之后，在硅片表面当前曝光区域内形成测量光斑，接着，探测单元3’探测硅片上的测量光斑，最终通过中继单元4’中的探测器接收，形成带有被测物表面高度信息的光强信号，以获得硅片表面的高度信息。该三角测量方法要求被测物的表面是平整的，而针对表面存在沟槽的硅片，测量精度将会大大降低。

针对以上问题，现有技术中又提出了一种调焦调平的方法，主要的技术方案为：控制照明支路光纤的数值孔径(NA)应大于等于投影支路光纤的数值孔径(NA)与其放大倍率的乘积，大于等于探测支路光纤的数值孔径(NA)与被测物倾斜量之和，以减小被测物表面凹凸不平导致成像阴影，从而引起测量偏差。通常情况下，硅片面上的图案及布线是纵横交错的，因此反射光线会在各个方向上产生偏移量，该技术其中一实施例将投影孔径光阑11’做成十字形状，如图2所示，以保证探测光束12’的顺利接收，从而减小测量误差。该方案虽然能在一定程度上减小被测物表面凹凸不平时产生的测量误差，然而在遇到较大沟槽时，可能导致测量无法进行，影响***的可靠性和稳定性。

发明内容

本发明为了克服以上不足，提供了一种有效提高***稳定性和可靠性的调焦调平装置及调焦调平方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种调焦调平装置，包括依光路排列的照明单元、投影单元、探测单元及中继单元，其中所述照明单元和所述投影单元设于投影物镜一侧，所述探测单元和所述中继单元设于所述投影物镜另一侧，所述投影单元包括投影标记板，其特征在于，所述投影标记板上还设有若干光栅，若干所述光栅的光栅格数量和宽度均不同。

进一步的，所述光栅的数量至少为3个。

进一步的，每个所述光栅的光栅格宽度和间距均大于所述中继单元中CCD的分辨率。

进一步的，所述照明单元为宽波段光源。

进一步的，所述投影单元还包括依次排列的准直扩束镜、投影前组透镜组、第一反射镜组及投影后组透镜组，所述投影标记板位于所述准直扩束镜和所述投影前组透镜组之间。

进一步的，所述探测单元包括依次排列的探测前组透镜组、第二反射镜组和探测后组透镜组。

进一步的，所述中继单元包括依次排列的中继反射镜、中继透镜组、探测器、运算单元和调焦控制器。

本发明还提供一种调焦调平方法，包括以下步骤：

S1：设置照明单元、投影单元、探测单元及中继单元，并依照光路进行安装，所述投影单元包括投影标记板，将若干光栅置于所述投影标记板表面，并对各个光栅进行编号；

S2：使所述照明单元提供的出射光经过所述投影单元后形成具有不同子光斑的测量光束，投射到硅片的表面；

S3：所述探测单元对具有所述不同子光斑的测量光束进行探测形成具有不同子光斑的探测光斑束；

S4：中继单元接收所述具有不同子光斑的探测光斑束，对不同的子光斑进行成像，形成带有所述硅片的表面的高度信息的光强信号，并计算得到硅片表面的高度信息，最终根据所述高度信息对所述硅片进行调焦调平。

进一步的，所述步骤S2中，所述照明单元提供的出射光经过投影标记板之后，形成具有不同形状的子光斑，每个所述子光斑对应相应编号的光栅。

进一步的，所述步骤S4中形成的带有硅片表面高度信息的光强信号中，每个所述子光斑的信号上升沿对应所述硅片表面的高度不同。

本发明提供的调焦调平装置及调焦调平方法，通过在投影标记板上设置若干光栅参数不同的光栅，使照明单元的出射光经过投影标记板后可以产生具有不同形状的子光斑的测量光束，通过探测单元对不同的子光斑进行探测，最终由中继单元对不同子光斑进行成像，形成带有硅片表面高度信息的光强信号，从而得到硅片表面的高度信息，由于不同形状子光斑的信号上升沿对应的硅片表面高度不同，因此根据获得的相应编号的子光斑便可以准确获得硅片表面的高度，避免因子光斑打在硅片沟槽内丢失时导致检测不能进行或误差增大，大大提高了***的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是现有技术中调焦调平装置的结构示意图；

图2是现有技术中调焦调平方法一实施例投影孔径光阑和探测光束的相对位置图；

图3是本发明调焦调平装置的结构示意图；

图4是本发明调焦调平装置光栅的结构示意图；

图5是本发明调焦调平装置硅片上子光斑的结构示意图；

图6是本发明调焦调平装置具有沟槽的硅片中测量光束和探测光束示意图；

图7是本发明调焦调平装置不同子光斑对应的信号图；

图8a-8c是本发明调焦调平装置只探测到一个子光斑的示意图；

图9是本发明调焦调平方法流程图。

图1-2：1’、照明单元；2’、投影单元；3’、探测单元；4’、中继单元；11’、孔径光阑；12’、探测光束；

图3～9中所示：1、照明单元；101、测量光束；102、探测光束；2、投影单元；21、准直扩束镜；22、投影标记板；23、光栅；24、投影前组透镜组；25、第一反射镜组；26、投影后组透镜组；3、探测单元；31、探测前组透镜组；32、第二反射镜组；33、探测后组透镜组；4、中继单元；41、中继反射镜；42、中继透镜组；43、探测器；44、运算单元；45、调焦控制器；5、投影物镜；6、硅片；P1～P3、子光斑。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

如图3所示，本发明提供了一种调焦调平装置，包括依光路排列的照明单元1、投影单元2、探测单元3及中继单元4，其中照明单元1和投影单元2设于投影物镜5一侧，探测单元3和中继单元4设于投影物镜5另一侧，投影单元2包括投影标记板22，投影标记板22上还设有若干光栅23，若干光栅23的光栅格数量和宽度均不同。

如图4所示，光栅23的数量至少为3个，本实施例中，选择光栅23的数量为3个，分别编号为231、232、233，每个光栅23的光栅格宽度和间距均大于所述中继单元4中CCD的分辨率，且位于投影标记板22的不同位置上。

请继续参照图3，照明单元1为宽波段光源，波长范围可覆盖紫外、可见光和近红外波段。优选的宽波段光源为LED光源、氙灯或卤素灯，为***提供照明出射光。投影单元2还包括依次排列的准直扩束镜21、投影前组透镜组24、第一反射镜组25及投影后组透镜组26，投影标记板22位于准直扩束镜21和投影前组透镜组24之间，照明单元1的出射光经过投影标记板22之后，形成具有不同形状的子光斑P1、P2、P3，如图5所示，每个子光斑P1、P2、P3对应相应编号的光栅23，即子光斑P1对应光栅231，子光斑P2对应光栅232，子光斑P3对应光栅233；不同形状的子光斑P1、P2、P3汇聚成测量光束101，依次经过投影前组透镜组24、第一反射镜组25及投影后组透镜组26后投射到硅片6表面。

优选的，探测单元3包括依次排列的探测前组透镜组31、第二反射镜组32和探测后组透镜组33，探测单元3对硅片6上不同形状的子光斑P1、P2、P3进行探测，接收被硅片6表面正常反射或衍射的子光斑P1、P2、P3，形成探测光束。具体的，如图6所示，当硅片6表面存在沟槽时，由于子光斑P1、P2、P3落入沟槽内而导致反射或衍射后的子光斑P1、P2、P3无法通过探测单元3到达中继单元4，通过对不同形状的子光斑P1、P2、P3进行编号，探测单元3形成的探测光束102中也具有探测到的子光斑P1、P2、P3的编号信息。

优选的，中继单元4包括依次排列的中继反射镜41、中继透镜组42、探测器43、运算单元44和调焦控制器45，探测器43用于对接收到具有不同形状子光斑P1、P2、P3的探测光斑束进行成像，形成带有硅片表面高度信息的光强信号，如图7所示，接着通过运算单元44进行计算得到硅片6表面的高度信息，最终利用调焦控制器45对硅片6进行调焦调平。具体的，在探测器43形成的带有硅片表面高度信息的光强信号中，每个子光斑P1、P2、P3的信号上升沿对应硅片6的表面高度不同，本实施例中子光斑的数量为3个，当探测器43获得全部2个以上子光斑时，首先获得该2个/3个子光斑对应的硅片6的表面高度数据，接着对该2个/3个高度数据进行加权或求平均，获得硅片6的表面高度；当探测器43只获得其中任何一个子光斑时(即此时其他两个子光斑都落入沟槽内)，如图8a-8c所示，只要获得该子光斑P1、P2、P3对应的硅片6的表面高度数据，便可得到该硅片6表面的高度，因此，避免了因子光斑P1、P2、P3打在硅片6沟槽内丢失时导致检测不能进行或误差增大。

本发明还提供一种调焦调平方法，如图9所示，包括以下步骤：

S1：设置照明单元1、投影单元2、探测单元3及中继单元4，并依照光路进行安装，所述投影单元2包括投影标记板22，将若干光栅23置于投影标记板22表面，并对各个光栅23进行编号，具体的，光栅的数量为3个，分别编号为231、232、233，每个光栅23置于投影标记板22的不同位置上。

S2：使照明单元1提供的出射光经过投影单元2后形成具有不同子光斑P1、P2、P3的测量光束101，投射到硅片6的表面，具体的，照明单元1的出射光经过投影标记板22之后，形成具有不同形状的子光斑P1、P2、P3，每个子光斑P1、P2、P3对应相应编号的光栅23，即子光斑P1对应光栅231，子光斑P2对应光栅232，子光斑P3对应光栅233；不同形状的子光斑P1、P2、P3汇聚成测量光束101，依次经过投影前组透镜组24、第一反射镜组25及投影后组透镜组26后投射到硅片6表面。

S3：探测单元3对具有不同子光斑P1、P2、P3的测量光束101进行探测形成具有不同子光斑P1、P2、P3的探测光斑束102，当硅片6表面存在沟槽时，由于子光斑P1、P2、P3落入沟槽内而导致反射或衍射后的子光斑P1、P2、P3无法通过探测单元3到达中继单元4，通过对不同形状的子光斑P1、P2、P3进行编号，探测单元3形成的探测光束102中也具有探测到的子光斑P1、P2、P3的编号信息。

S4：中继单元4接收具有不同子光斑P1、P2、P3的探测光斑束，对不同的子光斑P1、P2、P3进行成像，形成带有硅片6的表面的高度信息的光强信号，并计算得到硅片6表面的高度信息，最终根据获得的高度信息对硅片6进行调焦调平；具体的，在探测器43形成的带有硅片6表面高度信息的光强信号中，每个子光斑P1、P2、P3的信号上升沿对应硅片6的表面高度不同，本实施例中全部子光斑的数量为3个，当探测器43获得全部2个以上子光斑时，首先获得该2个/3个子光斑对应的硅片6的表面高度数据，接着对该2个/3个高度数据进行加权或求平均，获得硅片6的表面高度；当探测器43只获得其中任何一个子光斑时(即此时其他两个子光斑都落入沟槽内)，只要获得该子光斑P1、P2、P3对应的硅片6的表面高度数据，便可得到该硅片6表面的高度，因此，避免了因子光斑P1、P2、P3打在硅片6沟槽内丢失时导致检测不能进行或误差增大。

综上所述，本发明提供的调焦调平装置及调焦调平方法，通过在投影标记板22上设置若干光栅参数不同的光栅23，使照明单元1的出射光经过投影标记板后22可以产生具有不同形状的子光斑P1、P2、P3的测量光束101，通过探测单元3对不同的子光斑P1、P2、P3进行探测，最终由中继单元4对不同子光斑P1、P2、P3进行成像，形成带有硅片6表面高度信息的光强信号，从而得到硅片6表面的高度信息，由于不同形状子光斑P1、P2、P3的信号上升沿对应的硅片6表面高度不同，因此根据获得的相应编号的子光斑P1、P2、P3便可以准确获得硅片6表面的高度，避免因子光斑P1、P2、P3打在硅片6沟槽内丢失时导致检测不能进行或误差增大，大大提高了***的稳定性和可靠性。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种调焦调平装置，包括依光路排列的照明单元、投影单元、探测单元及中继单元，其中所述照明单元和所述投影单元设于投影物镜一侧，所述探测单元和所述中继单元设于所述投影物镜另一侧，所述投影单元包括投影标记板，其特征在于，所述投影标记板上还设有若干光栅，若干所述光栅的光栅格数量和宽度均不同。

2.根据权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述光栅的数量至少为3个。

3.根据权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，每个所述光栅的光栅格宽度和间距均大于所述中继单元中CCD的分辨率。

4.根据权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述照明单元为宽波段光源。

5.根据权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述投影单元还包括依次排列的准直扩束镜、投影前组透镜组、第一反射镜组及投影后组透镜组，所述投影标记板位于所述准直扩束镜和所述投影前组透镜组之间。

6.根据权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述探测单元包括依次排列的探测前组透镜组、第二反射镜组和探测后组透镜组。

7.根据权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述中继单元包括依次排列的中继反射镜、中继透镜组、探测器、运算单元和调焦控制器。

8.一种调焦调平方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：设置照明单元、投影单元、探测单元及中继单元，并依照光路进行安装，所述投影单元包括投影标记板，将若干光栅置于所述投影标记板表面，并对各个光栅进行编号；

S2：使所述照明单元提供的出射光经过所述投影单元后形成具有不同子光斑的测量光束，投射到硅片的表面；

S3：所述探测单元对所述具有不同子光斑的测量光束进行探测形成具有不同子光斑的探测光斑束；

S4：所述中继单元接收所述具有不同子光斑的探测光斑束，对不同的子光斑进行成像，形成带有所述硅片的表面的高度信息的光强信号，并计算得到硅片表面的高度信息，最终根据所述高度信息对所述硅片进行调焦调平。

9.根据权利要求8所述的调焦调平方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述照明单元提供的出射光经过所述投影标记板之后，形成具有不同形状的子光斑，每个所述子光斑对应相应编号的光栅。

10.根据权利要求8所述的调焦调平方法，其特征在于，所述步骤S4中形成的带有硅片表面高度信息的光强信号中，每个所述子光斑上升沿对应所述硅片表面的高度不同。