[发明专利]一种用于投影光刻中焦面检测的光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动焦面检测系统，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系统(焦面检测系统)。调焦调平测量系统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系统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系统通常为光电测量系统，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)。上述调焦调平测量系统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系统(如：Overlay and field leveling in wafersteppers using an advanced metrology system，SPIE Vol.1673)或在一个系统中采用若干个标记(如美国专利：US5191200)，这样使得整个调焦调平测量系统非常冗余。

发明内容

为解决上述一套光学系统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系统，因而整个调焦调平测量系统非常冗余的问题，本发明的目的是利用一套光学系统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系统，所述光学系统解决技术问题所采用的技术方案包括：照明系统、检焦标记、投影成像系统、多次反射棱镜、被检测面、反射镜、检焦标记放大系统和探测器件；检焦标记和投影成像系统位于照明系统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，检焦标记放大系统位于反射镜和探测器件之间；投影成像系统与照明系统匹配为照明检焦标记提供照明光，多次反射棱镜将照明系统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系统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，经检焦标记放大系统放大后入射到探测器件上，利用探测器件探测经光学放大系统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系统，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，仅采用一套光学系统，同时实现了焦面位置探测和焦面倾斜探测，不仅降低了系统复杂程度，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系统，因此可以消除掉光学系统加工、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中的焦面检测光学系统本发明投影光刻机中焦面检测的光学系统的原理图。

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。