專利名稱：一種基于雙光柵莫爾條紋的檢焦裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于雙光柵莫爾條紋的檢焦裝置，用于測量硅片在垂直方向上的離焦量，屬于高精度光學測量領域。
背景技術：
從微電子工業發展的早期階段起，光學光刻就成為了量產集成電路的主流技術。光學分辨力已從微米級，發展到亞微米級、深亞微米級，并且預測可以達到32nm乃至22nm節點。但依靠縮短波長和增大數值孔徑的光學光刻方法面臨著技術上的極大難點和成本的劇增，尤其是32nm節點下光刻設備所需的巨額成本已經成為該領域的巨大難題。而且通過縮短曝光波長和增大數值孔徑提高分辨力的同時總是以犧牲焦深為代價的，從焦深公式可以看出，隨著曝光波長的縮短和數值孔徑的提高，投影物鏡的焦深在逐漸地縮短。這種縮短的趨勢雖然通過增大工藝因子k2而得以緩解，但是在生產線上進行曝光的硅片通常需經過很多次工藝處理，因此工藝因子k2的增加也是有限的。近幾年國際上最先進的投影光刻機的焦深大約在數百納米的量級。故只有通過調平調焦來充分利用焦深。光刻系統對調平調焦系統的調焦重復性精度的要求一般在有效焦深的1/10，即數十納米，因而檢焦靈敏度應在納米量級。在納米光刻中，CD (Critic (a) I Dimension)的一致性是一項極為重要的性能指標1它直接影響到套刻成功率和電子產品的成品率。尤其是32nm以及以下節點的光學光刻中，離焦量控制以及離焦量的高精度、高實時性的檢測無疑成為光刻測量中的重中之重。受限于國內光刻機分辨力低的狀況，其光學投影曝光光刻機上的檢焦技術主要采用的是狹縫投影視頻圖像技術。檢焦入射光束通過狹縫經硅片反射成像放大到C⑶上，再對狹縫像進行處理獲得硅片相對于投影物鏡的高度位置，其檢焦精度達到200nm。和國外的檢焦技術相比有很大的 差距。因此迫切需要研制新的檢焦裝置以實現高精度納米級檢焦。
發明內容
本發明技術解決問題:克服現有技術的不足，提供一種基于雙光柵莫爾條紋的檢焦裝置，實現高精度、非接觸測量硅片的離焦量測量。本發明技術解決方案:一種基于雙光柵莫爾條紋的檢焦裝置，為實現高精度、非接觸測量硅片的離焦量，基于雙光柵莫爾條紋的檢焦裝置采用反射式的三角形測量法。入射光束以較大的入射角照射被硅片表面，在另一側以探測器接收。依據探測器采集到的光柵條紋信息可以計算出硅片在垂直方向的離焦量；具體包括:入射光源101、擴束透鏡102、物光柵103、一對楔形板104、第一 4f投影系統105、第二 4f投影系統105’、斜方棱鏡106、檢測光柵103’和探測器107 ;入射光源101出射為寬光譜光，該光束經過擴束透鏡(102)垂直入射在物光柵(103)上，一對楔形板(104)垂直于入射光光軸放置，用于補償物光柵103與入射光束101之間的非垂直入射角；物光柵103位于第一個4f投影系統105的前焦面上，物光柵103的像被4f投影物鏡105經過斜方棱鏡106偏折投影在硅片202表面，斜方棱鏡106可使光軸平移，但并不改變光軸方向；第二個4f投影物鏡105’將硅片202上的物光柵103像投影在檢測光柵103’所在平面內；當硅片202在Z向發生移動時物光柵103的像將與檢測光柵103’發生相對移動形成莫爾條紋，探測器107采集雙光柵相對移動所產生的莫爾條紋圖像，通過解析圖像獲得硅片在Z向的離焦量。所述物光柵103和檢測光柵103’采用周期接近的振幅型光柵，利用莫爾條紋的光學放大效應進行焦面探測。本發明與現有的技術相比的有益效果在于:(1)本發明采用周期相近的物光柵和檢測光柵相疊加形成莫爾條紋，利用莫爾條紋這一光學放大作用檢測硅片在Z向上的離焦量，實現了高精度、非接觸測量。(2)本發明還引入了一對楔形板用于補償物光柵像和檢測光柵疊加后的夾角問題，使得測量更加準確。(3)本發明此外還利用斜方棱鏡進行光束平移，這種棱鏡不改變光束的傳播方向，使得其裝調更加簡便，增強了對環境擾動，機械結構震動的抗干擾能力。
圖1為本發明雙光柵檢焦裝置示意圖；圖2(a)為本發明中分別為楔形板的側視圖和俯視圖；圖2(b)為本發明中分別為經過180°旋轉后的雙楔形板104側視圖和俯視圖；圖3為本發明所使用的斜方棱鏡示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、結構方案和有益效果更加清晰明了，以下結合附圖對本發明做進一步詳細說明。如圖1所示，本發明雙光柵莫爾條紋檢焦裝置采用三角入射的方法，入射光源101出射為寬光譜光，該光束以能夠保證全反射的大角度(本發明采用84° )入射在硅片202表面上，經過物光柵103和檢測光柵103’的調制被探測器107接收，探測器107接收的莫爾條紋包含硅片202在Z向的離焦量。整個裝置由入射光源101、擴束透鏡102、物光柵103、楔形板104、4f投影系統105和105’、斜方棱鏡106、檢測光柵103’和探測器107組成。入射光源101采用遠離光刻機曝光光源波長的寬光譜光源，利用擴束透鏡102擴束后均勻照明在物光柵103上。投影系統105的前焦面位于物光柵103所在平面，后焦面位于硅片202表面，投影系統105’的前焦面位于硅片202表面，后焦面位于檢測光柵103’所在平面。當硅片存在垂直方向(Z向)離焦時，物光柵103的像相對于檢測光柵103’會發生位移。相對位移ΛΖ和離焦量ΛΧ的關系為AZ=sin2(90° -0)/sin(9O° - θ )* ΛX。物光柵103和檢測光柵103’周期不同疊加會產生莫爾條紋，探測器107采集莫爾條紋的條紋圖像，經過處理可以得到ΛΖ，進而計算離焦量ΑΧ。在圖2(a)、圖2(b)中描述的是楔形板104改變光束方向原理圖，圖2 (a)中分別為楔形板104側視圖和俯視圖，且兩個楔形板104疊加后對入射光源101方向無改變,僅在水平方向有一個偏移量。圖2(b)中分別為經過180°旋轉后的雙楔形板104側視圖和俯視圖，且兩個楔形板104疊加后使得入射光束101方向偏折2 Θ角度。通過旋轉兩個楔形板104可以使光束偏折角度在O 2 Θ之間自由切換，補償了物光柵103像與檢測光柵103’之間的夾角，避免了物光柵103像和檢測光柵103’存在夾角時導致的莫爾條紋周期變化，使得測量的莫爾條紋圖像更加準確。圖3所描述的是使得入射光源101平移的裝置斜方棱鏡106。當環境擾動或者機械結構震動引起斜方棱鏡106的旋轉時出射光101”與斜方棱鏡106沒有旋轉時的出射光源101’方向相同。本發明增強了檢焦裝置的抗干擾能力同時在組建系統時裝調斜方棱鏡106也很方便 。
權利要求
1.一種基于雙光柵莫爾條紋的檢焦裝置，其特征在于包括:入射光源(101)、擴束透鏡(102)、物光柵(103)、一對楔形板(104)、第一 4f投影系統(105)、第二 4f投影系統(105，)、斜方棱鏡(106)、檢測光柵(103’ )和探測器(107);入射光源(101)出射為寬光譜光，該光束經過擴束透鏡(102)垂直入射在物光柵(103)上，一對楔形板(104)垂直于入射光光軸放置，用于補償物光柵(103)與入射光束(101)之間的非垂直入射角；物光柵(103)位于第一個4f投影系統(105)的前焦面上，物光柵(103)的像被4f投影物鏡(105)經過斜方棱鏡(106)偏折投影在娃片(202)表面，斜方棱鏡(106)可使光軸平移,但并不改變光軸方向；第二個4f投影物鏡(105’)將硅片(202)上的物光柵(103)像投影在檢測光柵(103’)所在平面內；當硅片(202)在Z向發生移動時物光柵(103)的像將與檢測光柵(103’ )發生相對移動形成莫 爾條紋，探測器(107)采集雙光柵相對移動所產生的莫爾條紋圖像，通過解析圖像獲得硅片在Z向的離焦量。
2.根據權利要求1所述的一種基于雙光柵莫爾條紋的檢焦裝置，其特征在于:所述物光柵(103)和檢測光柵(103’)采用周期接近的振幅型光柵，利用莫爾條紋的光學放大效應進行焦面探測。
全文摘要
本發明涉及一種基于雙光柵莫爾條紋的檢焦裝置，包括入射光束、擴束透鏡、物光柵、楔形板、4f投影系統、斜方棱鏡、檢測光柵和探測器。入射光經過擴束透鏡垂直投射到物光柵上，4f系統將物光柵像與檢測光柵耦合在一起形成莫爾條紋，通過檢測莫爾條紋的移動可以得到硅片的高度。其中雙楔形鏡配合可以補償兩個光柵成像時的傾斜。本發明實現了高精度、非接觸測量硅片的離焦量測量。
文檔編號G01B11/14GK103217873SQ20131016259
公開日2013年7月24日 申請日期2013年5月6日 優先權日2013年5月6日
發明者邸成良, 嚴偉, 胡松, 朱江平, 王楠, 蔣薇 申請人:中國科學院光電技術研究所