專利名稱：一種調(diào)焦調(diào)平傳感裝置的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及光學(xué)器件設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種調(diào)焦調(diào)平傳感裝置的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光刻機(jī)是將掩模上的圖形以一定的比例轉(zhuǎn)移到要加工的對象上(如硅片等)的曝光裝置，如圖1所示。在這種曝光裝置中，需要使被曝光對象的相應(yīng)表面(這里假定是上表面)保持在曝光裝置中的投影物鏡的焦深范圍之內(nèi)；這就需要有一個(gè)測量系統(tǒng)來測量硅片(這里泛指被加工對象，下同)上表面相對于投影物鏡最佳焦平面的相對位置。這一測量系統(tǒng)就稱為調(diào)焦調(diào)平傳感裝置。隨著集成電路的集成度的急劇增加，要曝光的線條也越來越細(xì)越來越密，投影物鏡的分辨率不斷提高，焦深也在不斷減少，要想讓曝光對象保持在焦深內(nèi)，對調(diào)焦調(diào)平傳感裝置的測量精度和穩(wěn)定性也提出了越來越高的要求。
由于現(xiàn)代高端光刻機(jī)對調(diào)焦調(diào)平傳感裝置的測量精度以及測量區(qū)域與在硅片水平上投影物鏡的曝光區(qū)域重合(對于單工件臺光刻機(jī)來說)等都有嚴(yán)格要求?，F(xiàn)在調(diào)焦調(diào)平傳感裝置主要采用光電測量系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。如ASML采用基于光柵的摩爾條紋和四象限探測器的光電測量方法(美國專利US5191200)；Nikon則采用基于狹縫和四象限探測器的光電探測方法(見其近期的相關(guān)美國專利US6765647B1)；而Canon近期的調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)主要采用基于針孔和面陣CCD的光電探測系統(tǒng)(美國專利US6081614)。
上述第一種光電測量方法，是差分測量系統(tǒng)，有很高穩(wěn)定性，但由于它的光學(xué)系統(tǒng)沒能很好的消除寬帶光的色差問題，以及它的各個(gè)光斑點(diǎn)的像不是全都與投影物鏡的最佳焦平面重合，所以其光學(xué)系統(tǒng)有較大的系統(tǒng)誤差，給后續(xù)的信號處理施加了相對大的壓力。而后兩種的光電測量方法，除了具有相似的問題之外，而且還由于不是差分測量系統(tǒng)，穩(wěn)定性較差，以及由于他們只是測量硅片的絕對位置，而不是測量相對于投影物鏡的相對位置關(guān)系，所以這類的測量方法是無法補(bǔ)償投影物鏡的位置漂移引起的調(diào)焦調(diào)平傳感器的測量誤差等問題。
對于此類光電測量系統(tǒng)而言，打到硅片上表面的探測光由于光刻膠上下表面形成的平板干涉效應(yīng)會影響調(diào)焦調(diào)平傳感裝置的測量性能，為了消除這一平板干涉效應(yīng)，調(diào)焦調(diào)平傳感裝置打到硅片上的測量光一般都會采用寬帶光。但實(shí)踐證明，由于采用寬帶光而引起的色差；以及各光斑點(diǎn)的像相對于處于理想位置即投影物鏡的最佳焦平面處的硅片上表面的離焦量不同；這兩者是光學(xué)系統(tǒng)中引起測量誤差的主要來源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種調(diào)焦調(diào)平傳感裝置的光學(xué)系統(tǒng)，其可以消除現(xiàn)有調(diào)焦調(diào)平光學(xué)系統(tǒng)由于色差和各采樣光斑點(diǎn)之間相對于理想位置處的離焦量不同引起的系統(tǒng)測量誤差問題。
本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種調(diào)焦調(diào)平裝置的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括沿光路傳播方向依次設(shè)置的光源模塊、照明模塊、投影成像模塊、探測成像模塊以及探測器模塊。
所述光源模塊包括兩種交替調(diào)制的窄帶光模塊、寬帶光模塊、耦合模塊和傳輸光纜；所述窄帶光模塊依次包括窄帶光光源、耦合模塊；所述寬帶光模塊依次包括寬帶光光源、聚光鏡和光源光束整形分系統(tǒng)；所述窄帶光模塊發(fā)出的光以及寬帶光模塊發(fā)出的光均被耦合模塊耦合到傳輸光纜中。
所述照明模塊包括沿光路依次設(shè)置的積分棒、整形分系統(tǒng)、光斑掩模、轉(zhuǎn)像系統(tǒng)和第一階梯反射鏡。
所述投影成像模塊依次包括根據(jù)結(jié)構(gòu)需要而被采用的反射鏡、第一遠(yuǎn)心成像分系統(tǒng)、波長分束器以及設(shè)置在分束器與投影物鏡的下表面之間的第一偏置平板；所述探測成像模塊依次包括設(shè)置在合束器與投影物鏡的下表面之間的第二偏置平板、合束器、第二遠(yuǎn)心成像分系統(tǒng)和能量分束器，以及根據(jù)結(jié)構(gòu)需要而被采用的反射鏡；所述第一偏置平板和第二偏置平板、波長分束器和合束器、第一遠(yuǎn)心成像分系統(tǒng)和第二遠(yuǎn)心成像分系統(tǒng)分別以投影物鏡光軸為對稱中心對稱布置。
所述探測器模塊包括粗測模塊和精測模塊，所述粗測模塊依次包括粗測掩模和粗測位置敏感傳感器；所述精測模塊依次包括第二階梯反射鏡、放大分系統(tǒng)、柱面鏡、柱面鏡陣列和精測位置敏感傳感器。
由以上公開的技術(shù)方案可知，本發(fā)明與上述現(xiàn)有的各種調(diào)焦調(diào)平的光學(xué)系統(tǒng)相比，在該調(diào)焦調(diào)平光學(xué)系統(tǒng)中1.采用了反射系統(tǒng)，消除了寬帶光(如700-1100nm)的色差影響。
2.采用了獨(dú)特的階梯反射鏡使每個(gè)光斑點(diǎn)的像的中心處在處于理想位置的硅片的上表面上。減小了系統(tǒng)測量誤差，提高了測量精度。
采用了測量投影物鏡下表面和硅片上表面相對位置差分測量的方法，而且在分束器、合束器之外的光學(xué)系統(tǒng)中，都是測量投影物鏡下表面的參考光和測硅片上表面的測量光合在一起通過相同的光學(xué)系統(tǒng)，所有的這些作法可以使調(diào)焦調(diào)平傳感器測量出的硅片上表面相對于投影物鏡的最佳焦平面的位置信息，而不受投影物鏡的機(jī)械位置漂移或震動的影響，此外還會使調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)的測量精度不受整個(gè)調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)震動和位置漂移的影響，這也就提高了其測量的重復(fù)性和穩(wěn)定性。
通過采用反射式光學(xué)系統(tǒng)，完全消除了由于采用寬帶光的色差問題而導(dǎo)致的測量誤差問題；通過采用階梯反射鏡，使各光斑點(diǎn)的像的中心都在設(shè)計(jì)中的調(diào)焦調(diào)平的零平面即投影物鏡的最佳焦平面上，也是調(diào)焦調(diào)平傳感器的零平面上，各光斑點(diǎn)都是理想成像而沒有離焦，對于采用零位傳感器工作方式的調(diào)焦調(diào)平傳感器來說，當(dāng)然也都沒有離焦引起的系統(tǒng)誤差，從而可以使該調(diào)焦調(diào)平傳感器在其零平面處有更高的測量精度，然后又在探測器之前再次利用階梯反射鏡使個(gè)光斑點(diǎn)的像平面恢復(fù)到?jīng)]有采用階梯反射鏡之前的狀態(tài)，即所有的光斑點(diǎn)的像面在一個(gè)垂直于光束傳播方向的平面內(nèi)，而有利于處在一個(gè)平面的各個(gè)探測器進(jìn)行探測。這樣就消除了由于各光斑點(diǎn)的像相對于投影物鏡的最佳焦平面的不同離焦量而導(dǎo)致的測量誤差問題；由實(shí)踐可知這兩種誤差是調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)光學(xué)分系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差的主要來源，消除或降低了這兩種誤差，從而也就從該調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)的光學(xué)分系統(tǒng)的角度降低了整個(gè)調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差，提高了其整體測量性能，最終也會體現(xiàn)在提高整個(gè)光刻機(jī)的生產(chǎn)性能上。


圖1為光刻機(jī)的簡單示意圖，用來簡要說明調(diào)焦調(diào)平裝置在整個(gè)光刻機(jī)中的作用；圖2為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)的光源模塊示意圖；圖3為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)的照明模塊示意圖；圖4為第一階梯反射鏡成像狀態(tài)示意圖；圖5a為加第一階梯反射鏡前各光斑點(diǎn)的像面與處于理想位置的硅片上表面的位置關(guān)系；圖5b為加第一階梯反射鏡后各光斑點(diǎn)的像面與處于理想位置的硅片上表面的位置關(guān)系；圖6為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)的投影和探測成像模塊；圖7為偏置平板作用效果示意圖；
圖8為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)的探測模塊示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
如圖1所示，為光刻機(jī)簡單結(jié)構(gòu)示意圖，圖中標(biāo)號為50處為調(diào)焦調(diào)平傳感裝置。本發(fā)明調(diào)焦調(diào)平裝置的光學(xué)系統(tǒng)，包括沿光路傳播方向依次設(shè)置的光源模塊、照明模塊、投影成像模塊、探測成像模塊以及探測器模塊；以下依次結(jié)合附圖逐一說明本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)的各個(gè)組成模塊。
如圖2所示，所述光源模塊包括兩種交替調(diào)制的窄帶光模塊、寬帶光模塊、耦合模塊5和傳輸光纜9；所述窄帶光模塊依次包括窄帶光光源1、耦合模塊4；所述寬帶光模塊依次包括寬帶光光源2、聚光鏡3和光源光束整形分系統(tǒng)6，8以及調(diào)制器7；所述窄帶光模塊發(fā)出的光以及寬帶光模塊發(fā)出的光均被耦合鏡5耦合到傳輸光纜9中；窄帶光光源1，可以為如紅光或近紅外的激光二極管或發(fā)光二極管；寬帶光光源2，可以為如鹵鎢燈等經(jīng)過濾波后選取一定波段的光，一般是紅光和近紅外，如700nm～1100nm。光源波長的選擇遵循兩個(gè)原則一個(gè)是遠(yuǎn)離曝光波段，也就是說選取光刻膠不響應(yīng)的波段作為調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)的光源；另一個(gè)是，打到硅片上的探測光要為寬帶光，以消除光刻膠上下表面形成的平板干涉效應(yīng)。寬帶光光源2發(fā)出的光被球面或非球面聚光鏡3收集后通過由第一透鏡6、第二透鏡8組成的光束整形分系統(tǒng)。在這里聚光鏡3同時(shí)具有濾波器的功能，它反射有用的波段而透射掉其他的波段。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)，需要對窄帶光光源1和寬帶光光源2發(fā)出的光進(jìn)行調(diào)制，該調(diào)制同時(shí)也可以提高信噪比，窄帶光光源1的調(diào)制可以通過激勵(lì)電源的電流調(diào)制直接實(shí)現(xiàn)；而寬帶光光源2的調(diào)制是通過放在第一透鏡6、第二透鏡8之間的斬波器7來實(shí)現(xiàn)的。窄帶光光源1和寬帶光光源2的調(diào)制經(jīng)過主控系統(tǒng)同步成交替發(fā)射光脈沖的狀態(tài)，也就是說窄帶光光源1和寬帶光光源2的光脈沖交替通過后續(xù)的光學(xué)系統(tǒng)后交替打到最終的探測器上，由探測器分別提取出窄帶光光源1的信號和寬帶光光源2的信號，由于窄帶光光源1是打到投影物鏡的下表面，而寬帶光光源2是打到硅片的上表面上的，所以最終可以得到硅片上表面相對于投影物鏡下表面的信息。由于在這里假設(shè)投影物鏡的最佳焦平面相對于投影物鏡下表面是固定的，所以就可以得到硅片上表面相對于投影物鏡最佳焦平面的位置信息。
窄帶光光源1發(fā)出的光經(jīng)過其耦合模塊4以及寬帶光光源2發(fā)出的光經(jīng)過其耦合系統(tǒng)后，都被耦合鏡5耦合到傳輸光纜9中。在這里耦合鏡5的一面對窄帶光光源1的波長全反，同時(shí)其兩面對選擇后的寬帶光光源2的波段全透。
由于光刻機(jī)的曝光區(qū)域?qū)τ跍囟鹊葪l件有嚴(yán)格的要求，而調(diào)焦調(diào)平傳感裝置的光源模塊會產(chǎn)生一定量的熱，所以為了避免這部分熱對曝光的影響，采用了使調(diào)焦調(diào)平傳感裝置的光源模塊遠(yuǎn)離曝光區(qū)的做法，光源模塊發(fā)出的光通過傳輸光纜9傳輸?shù)轿挥谕队拔镧R周圍的調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)其余模塊。
光源模塊的光經(jīng)過傳輸光纜9后到達(dá)調(diào)焦調(diào)平光學(xué)系統(tǒng)的照明模塊，如圖3所示。在照明模塊中，從傳輸光纜9中出射的光被直接耦合到積分棒10中，積分棒的作用是為了使光束的能量分布更均勻。從積分棒10出來的光經(jīng)過由球面反射鏡11、13組成的整形分系統(tǒng)后照明光斑掩模15產(chǎn)生設(shè)定的光斑，光斑掩模的設(shè)計(jì)是根據(jù)最終打到硅片上表面上設(shè)定的光斑形狀、個(gè)數(shù)、布置等信息來設(shè)計(jì)的。被光斑掩模15空間調(diào)制后的光束經(jīng)過由16、17兩個(gè)球面反射鏡組成的1∶1轉(zhuǎn)像系統(tǒng)后投射到第一階梯反射鏡19上。
根據(jù)該調(diào)焦調(diào)平的數(shù)學(xué)模型以及實(shí)踐可知，在測量對象表面上各采樣光斑之間的離焦量不同是這種零位傳感系統(tǒng)的重要系統(tǒng)測量誤差之一。為了消除這一系統(tǒng)誤差，我們在光學(xué)系統(tǒng)中采用了，階梯反射鏡19，如圖4所示為階梯反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)從光斑掩模15出來的各個(gè)光斑的位置關(guān)系，可以設(shè)計(jì)出使每個(gè)光斑分別打到階梯反射鏡19的各個(gè)反射面上，由于階梯反射鏡19上各個(gè)階梯的高度不同，所以經(jīng)過階梯反射鏡19反射后各個(gè)光斑點(diǎn)的像面就發(fā)生了改變。如圖4所示，沒有經(jīng)過階梯反射鏡19之前各個(gè)光斑的像面是垂直于光束傳輸方向的一個(gè)平面(圖4中虛線光線所示)，經(jīng)過階梯反射鏡19后各個(gè)光斑的像面就分別在不同的平面上(圖4中實(shí)線光線所示)。由于位置空間和提高反射率的需要，調(diào)焦調(diào)平傳感裝置的測量光束一般都是以大角度掠射到硅片或投影物鏡下表面上的。如圖5a所示，在沒有采用階梯反射鏡19之前，掠入射到硅片上的各個(gè)光斑的像面與硅片只有一個(gè)交線，也就是說，在硅片處于任何位置時(shí)，只有一個(gè)或幾個(gè)光斑沒有離焦，而其他光斑都會離焦，而光斑的離焦會降低整個(gè)測量裝置的測量精度。而如圖5b所示，經(jīng)過階梯反射鏡19后可以使各光斑的像的中心在一個(gè)平面上，而通過初始安裝可以使各光斑像的中心所組成的平面與被測理想位置上(即在投影物鏡的最佳焦平面上)的硅片上表面重合，即使這三個(gè)面重合，也就是說，在這一位置所有的光斑都是理想成像而沒有離焦。對于以最佳焦平面為零位的零位調(diào)焦調(diào)平傳感測量裝置來說，這樣可以提高其工作性能。
圖3中的反射鏡12、14、18都是根據(jù)布置和結(jié)構(gòu)的需要而被采用的。
從照明模塊出射的光束到達(dá)投影和探測成像模塊，如圖6所示，所述投影成像模塊依次包括第一遠(yuǎn)心成像分系統(tǒng)(21，22)、波長分束器24以及設(shè)置在波長分束器24與投影物鏡的下表面26之間的第一偏置平板25。在探測成像模塊中，光束被反射鏡20反射后經(jīng)過由球面反射鏡21、22組成的1∶1成像的第一遠(yuǎn)心成像分系統(tǒng)；而從反射鏡21、22出射的光束被波長分束器24分開，這樣窄帶光光源1所發(fā)出的窄帶光被打到投影物鏡下表面26上，而由寬帶光光源2發(fā)出的寬帶光照射到硅片的上表面27上。由于在分束器24和投影物鏡的下表面26之間放置了第一偏置平板25，也就是說打到投影物鏡的下表面26上的參考測量光經(jīng)過了第一偏置平板25。
所述探測成像模塊依次包括設(shè)置在合束器29與投影物鏡的下表面26之間的第二偏置平板28、合束器29、第二遠(yuǎn)心成像分系統(tǒng)(31，32)和能量分束器33；所述第一偏置平板25和第二偏置平板28、分束器24和合束器29、第一遠(yuǎn)心成像分系統(tǒng)和第二遠(yuǎn)心成像分系統(tǒng)分別以投影物鏡光軸為對稱中心對稱設(shè)置。第二偏置平板28和合束器29、偏置平板25和分束器24與第一二遠(yuǎn)心成像分系統(tǒng)分別是結(jié)構(gòu)相同而被鏡像使用的。合束器29的作用在這里是把投影物鏡的下表面26和硅片的上表面27反射的光束再次耦合到一起而通過后續(xù)的光學(xué)系統(tǒng)。
如圖7所示為偏置平板的示意圖，它的作用主要就是在一定范圍內(nèi)使光束產(chǎn)生垂直于其傳播方向的位移，這樣在初始安裝時(shí)可以調(diào)節(jié)第一偏置平板25以及與其對稱使用的第二偏置平板28而使調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)的零平面與投影物鏡的最佳焦平面重合。而且在調(diào)焦調(diào)平的使用過程中調(diào)節(jié)偏置平板可以使整個(gè)調(diào)焦調(diào)平裝置的測量范圍在一定的范圍內(nèi)沿投影物鏡的光軸方向上滑動，以達(dá)到事實(shí)上增加調(diào)焦調(diào)平的測量范圍的目的。此外，通過設(shè)計(jì)該第一偏置平板25還可以補(bǔ)償一部分由于分束器24引入的打到投影物鏡的下表面26上的參考光束與打到硅片的上表面27上的測量光束之間的光程差。
同樣圖6中的反射鏡20、23、30、34、35都是由于結(jié)構(gòu)布置的需要而被采用的。如圖6所示，沿投影物鏡光軸的方向被定義為Z軸，其正向自下向上；垂直于Z軸的面為XOY面。由于投影物鏡的最佳焦平面認(rèn)為是某一Z向位置的垂直于Z軸的平面，則硅片上表面相對于投影物最佳焦平面的三維位置信息為Z、RX、RY，其中RX、RY分別為繞X軸和Y軸的旋轉(zhuǎn)信息。則硅片的Z、RX、RY信息也是調(diào)焦調(diào)平所需要測量的三維位置信息。
從合束器29出射的光束被反射鏡30反射后，經(jīng)過由球面反射鏡31、32組成的1∶1成像的第二遠(yuǎn)心成像分系統(tǒng)。同時(shí)31、32也是與21、22結(jié)構(gòu)相同而被鏡像布置。從第二成像分系統(tǒng)31、32出射的光束被能量分束器33分成兩束光，進(jìn)入探測器模塊，一束(如原總能量的10％)被用作粗測進(jìn)入粗測模塊；另一束(如原總能量的90％)被用作精測進(jìn)入精測?？?。
如圖8所示，所述探測器模塊包括粗測模塊和精測模塊，所述粗測模塊依次包括粗測掩模43和粗測位置敏感傳感器45；所述精測模塊依次包括第二階梯反射鏡38、放大分系統(tǒng)(40，41)、柱面鏡42、柱面鏡陣列44和精測位置敏感傳感器47。
如圖8所示。被反射鏡37反射的為粗測光束，粗測光束經(jīng)過粗測掩模43后直接被粗測探測器即粗測位置敏感傳感器45探測。粗測掩模43主要是用來選擇光斑點(diǎn)的，由于粗測的精度要求相對較低，而且根據(jù)工藝的需要，有可能只需要粗測提供硅片的Z向信息，所以只需要選擇一個(gè)或部分點(diǎn)就可以滿足設(shè)計(jì)的要求了，所采用粗測掩模用來選擇一個(gè)或幾個(gè)光斑點(diǎn)用作粗測。位置敏感傳感器45可以探測出光斑在其探測面上位置的變化信息，由于每個(gè)光斑點(diǎn)只需要探測硅片的Z向位置信息，硅片的RX，RY信息是靠多個(gè)光斑點(diǎn)的測量信息計(jì)算出來的，也就是說探測器只需要探測一維的位置信息，所以在這里所有的位置敏感傳感器都是一維的。
從能量分束器33分得的另一份光束作為精測光束，精測光束被反射鏡36反射后打到另外一個(gè)階梯反射鏡38上。階梯反射鏡38的作用為恢復(fù)階梯反射鏡19的產(chǎn)生的效應(yīng)，使各光斑點(diǎn)的像面再次恢復(fù)到一個(gè)平面上，這樣可以使各光斑同時(shí)成像到處在一個(gè)平面上的各個(gè)精測位置敏感傳感器47上。被階梯反射鏡38恢復(fù)像面位置后的各個(gè)光斑點(diǎn)被由球面反射鏡40、41組成的放大分系統(tǒng)放大，如果該放大分系統(tǒng)的放大倍率為10，則理論的探測精度就將提高10倍，當(dāng)然在位置敏感傳感器的探測面積一定的情況下，其探測范圍將相應(yīng)地減小。這樣，粗測由于沒有被放大，所以其有相對較低測量精度和相對較大的測量范圍；而經(jīng)過放大的精測路會有相對較高的測量精度和較小的測量范圍，兩者合成就會得到有較大測量范圍和較高測量精度的調(diào)焦調(diào)平傳感裝置。
被球面反射鏡40、41放大后的光束通過柱面鏡42，和柱面鏡陣列44后打到折疊反射鏡46上。在這里柱面鏡42的作用是用來使精測光學(xué)模塊具有遠(yuǎn)心特性，這樣可以減小探測器位置變化而引起的測量誤差，提高測量精度。而柱面鏡陣列44則是用來對每個(gè)光斑進(jìn)行一維聚焦。折疊反射鏡主要是結(jié)構(gòu)上的布置需要，借助46可以使每個(gè)光斑點(diǎn)打到相應(yīng)的精測位置敏感傳感器47上，每個(gè)光斑對應(yīng)一個(gè)一維的精測位置敏感傳感器。在這里，相對于粗測的位置敏感傳感器來說，精測的位置敏感傳感器需要有更低的噪聲水平，更低的非線性等更高的測量性能，以滿足對調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)精測性能的要求。
在圖8中反射鏡36、37、39、46同樣是由于結(jié)構(gòu)和布置的需要而被采用的。
該調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)主要應(yīng)用在光刻裝置中，調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)是光刻機(jī)的一個(gè)分系統(tǒng)，它主要用來測量硅片相對于光刻裝置投影物鏡最佳焦平面的相對位置，從而和執(zhí)行結(jié)構(gòu)一起使加工對象的表面保持在投影物鏡的最佳焦平面內(nèi)，這樣可以使掩模板上的圖形理想地轉(zhuǎn)移到加工對象上。
由于對于硅片的測量是采用光探針，而且不能影響投影物鏡的工作，所以該調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)的主體部分被布置在光刻機(jī)中投影物鏡的周圍。而調(diào)焦調(diào)調(diào)平傳感裝置的光源部分，由于發(fā)熱問題，它被放在遠(yuǎn)離曝光區(qū)的位置。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)焦調(diào)平裝置的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括沿光路傳播方向依次設(shè)置的光源模塊、照明模塊、投影成像模塊、探測成像模塊以及探測器模塊。
2.如權(quán)利要求1所述調(diào)焦調(diào)平裝置的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光源模塊包括兩種交替調(diào)制的窄帶光模塊、寬帶光模塊、耦合模塊(5)和傳輸光纜(9)；所述窄帶光模塊依次包括窄帶光光源(1)、耦合模塊(4)；所述寬帶光模塊依次包括寬帶光光源(2)、聚光鏡(3)、光源光束整形分系統(tǒng)以及調(diào)制器(7)；所述窄帶光模塊發(fā)出的光以及寬帶光模塊發(fā)出的光均被耦合模塊(5)耦合到傳輸光纜(9)中。
3.如權(quán)利要求1所述調(diào)焦調(diào)平裝置的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述照明模塊包括沿光路依次設(shè)置的積分棒(10)、整形分系統(tǒng)、光斑掩模(15)、轉(zhuǎn)像系統(tǒng)和第一階梯反射鏡(19)。
4.如權(quán)利要求1所述調(diào)焦調(diào)平裝置的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述投影成像模塊依次包括第一遠(yuǎn)心成像分系統(tǒng)、波長分束器(24)以及設(shè)置在分束器(24)與投影物鏡的下表面(26)之間的第一偏置平板(25)；所述探測成像模塊依次包括設(shè)置在合束器(29)與投影物鏡的下表面(26)之間的第二偏置平板(28)、合束器(29)、第二遠(yuǎn)心成像分系統(tǒng)和能量分束器(33)；所述第一偏置平板(25)和第二偏置平板(28)、分束器(24)和合束器(29)、第一二遠(yuǎn)心成像分系統(tǒng)分別以投影物鏡光軸為對稱中心對稱布置。
5.如權(quán)利要求1所述調(diào)焦調(diào)平裝置的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述探測器模塊包括粗測模塊和精測模塊，所述粗測模塊依次包括粗測掩模(43)和粗測位置敏感傳感器(45)；所述精測模塊依次包括第二階梯反射鏡(38)、放大分系統(tǒng)、柱面鏡(42)、柱面鏡陣列(44)和精測位置敏感傳感器47。
6.如權(quán)利要求1所述調(diào)焦調(diào)平裝置的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述窄帶光光源(1)通過激勵(lì)電源的電流調(diào)制實(shí)現(xiàn)；所述光源光束整形分系統(tǒng)包括設(shè)置在聚光鏡光線傳播方向上的第一透鏡(6)和第二透鏡(8)，所述寬帶光光源(2)的調(diào)制是通過設(shè)置在第一透鏡(6)和第二透鏡(8)之間的斬波器(7)實(shí)現(xiàn)。
7.如權(quán)利要求1所述調(diào)焦調(diào)平裝置的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所說的耦合鏡(5)的一面對窄帶光光源(1)的波長全反，其兩面對選擇后的寬帶光光源(2)的波長全透。
8.如權(quán)利要求1所述調(diào)焦調(diào)平裝置的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一階梯反射鏡和第二階梯反射鏡均為反射面呈階梯狀排列的反射鏡，且其階梯的數(shù)量以及階梯的高度相同。
9.如權(quán)利要求1所述調(diào)焦調(diào)平裝置的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，窄帶光源和寬帶光源之間通過主控系統(tǒng)進(jìn)行交替調(diào)制，在一定的時(shí)序時(shí)間段內(nèi)，只有一種光束發(fā)射，另一光束處于關(guān)閉狀態(tài)，兩束光不能同時(shí)處于發(fā)射狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種調(diào)焦調(diào)平傳感裝置的光學(xué)系統(tǒng)，其包括沿光路傳播方向依次設(shè)置的光源模塊、照明模塊、投影成像模塊、探測成像模塊以及探測器模塊。本發(fā)明采用了反射系統(tǒng)，消除了寬帶光的色差影響；采用了獨(dú)特的階梯反射鏡使每個(gè)光斑點(diǎn)的像的中心處在處于理想位置的硅片的上表面上，減小了系統(tǒng)測量誤差，提高了測量精度。
文檔編號H01L21/00GK1971426SQ20061011902
公開日2007年5月30日 申請日期2006年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月1日
發(fā)明者關(guān)俊, 李小平, 李志丹, 田湍, 金小兵 申請人:上海微電子裝備有限公司