[发明专利]一种确定光刻机最佳焦面位置的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光刻装置，具体的说，是一种确定光刻装置的最佳焦面位置的装置及方 法。

背景技术

光刻装置主要用于集成电路IC或其他微型器件的制造。通过光刻装置，可以将掩模 图形成像于涂覆有光刻胶的晶片上，例如半导体晶片或LCD板。光刻装置通过投影物镜 曝光，将涉及的掩模图形转移到光刻胶上。投影物镜是光刻装置的核心元件，它的成像 质量是影响光刻分辨力的关键因素。

为了获得最佳成像效果，在曝光时刻，涂有光刻胶的晶片上表面需置于最佳焦面高 度。因此，在系统集成阶段，需精确地确定物镜最佳焦面位置。

一般公认的确定物镜最佳焦面的方法是通过机械工装方式保证像面的精度。例如， 美国第20030211411号专利申请中介绍了通过设计特殊的掩模确定像面的位置。类似地， 美国第20040241558和20060103836以及20060250598号专利申请还公布了更多的通过 曝光的方法确定最佳焦面位置的相关信息。然而，机械安装精度一般是微米量级，为提 高精度则会大大增加加工复杂度，同时也大幅增加制造成本。利用曝光的方法通过一定 的范围内步进搜索可得成像质量相对较佳的像面位置。但是通过曝光的方法过程复杂， 并且耗时比较长。更为重要的是，机械方法或曝光方法测量的实时性都比较差。特别对 于像面位置变动比较频繁的情况。不仅大大降低了生产效率，还对光刻装置成像质量造 成较大的影响。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种确定光刻机最佳焦面位置的装置及方法，通过干涉 仪精确定位工作台的位置，分别用波像差传感器测量不同离焦位置处的波像差，根据不 同离焦位置处的波像差和系统最佳焦面位置之间的关系通过解方程的方法计算光学系统 最佳焦面位置，不经过曝光刻蚀过程，大大缩短了工作时间。

本发明的技术解决方案：：一种光刻机光学系统最佳焦面位置检测装置，包括光源、 照明系统、放置掩膜的掩模台、掩模、固定在工件台上的硅片、用于支撑并固定硅片的 工件台、光学成像系统、位于工件台上的用于测量系统波像差的波像差传感器以及用于 精确定位工件台位置的干涉仪；光源产生光束的经过照明系统整形后照射到放置在掩膜 台上的掩膜上，掩膜选择性的透过一部分光线，这部分光线经成像光学系统把掩膜上的 图形成像在工件台上的波像差传感器上。沿光轴方向移动工件台，并通过干涉仪对工件 台精确定位，用波像差传感器并分别测量工件台处于不同位置时如(Z1，Z2，Z3)的波像 差，然后根据干涉仪对工件台处于这些位置时的定位数据以及波像差传感器在这些位置 时测量到的波像差结果通过如下数学计算可以得到系统某个视场的最佳焦面位置。

利用干涉仪对波像差传感器进行精确定位，并记录下位置三个位置Z1，Z2，Z3，对 这些位置的系统波像差进测量，测量结果记为w_d1，w_d2，w_d3；并计算两两位置之间的 距离ΔZ21＝Z2-Z1，ΔZ32＝Z3-Z2，ΔZ31＝Z3-Z1；以及不同位置的波像差之差： w_d21＝w_d2-w_d1，w_d32＝w_d3-w_d2，w_d31＝w_d1-w_d1；

根据下式计算在位置为Z1，Z2，Z3时由于离焦引入的像差的泽尼克多项式系数 C1′，C2′，C3′：