專利名稱：成像調(diào)整單元及應(yīng)用其的調(diào)焦調(diào)平控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)，且特別涉及一種調(diào)整光刻機中硅片的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)所包括的成像調(diào)整單元也一并涉及。
背景技術(shù)：
投影光刻機是用以將掩模上的圖案通過投影物鏡投影到硅片表面的裝置。在投影曝光設(shè)備中，必須有自動調(diào)焦調(diào)平控制系統(tǒng)把硅片的表面精確地設(shè)置到指定的曝光位置。實現(xiàn)自動調(diào)焦調(diào)平控制功能有多種不同的技術(shù)方案。目前比較常用是非接觸式光電測量技術(shù)，其中測量系統(tǒng)中光學(xué)部分都采用了滿足傾斜成像的光學(xué)結(jié)構(gòu)，主要目的是使得用以調(diào)焦的標(biāo)記在硅片面上成像清晰，降低曝光圖案對測量精度的影響。在美國專利號為USM14515的公開專利中，其技術(shù)方案主要采用的是針對每個測量點設(shè)置一個補償透鏡的補償方案，這種方案對補償透鏡的安裝位置有著嚴(yán)格的要求，同時由于各補償透鏡的焦距不同，各補償點的倍率也會發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)設(shè)計和安裝難度較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種成像調(diào)整單元及應(yīng)用其的調(diào)焦調(diào)平控制系統(tǒng)，能夠解決上述安裝難度大的問題，并且能夠在不改變成像精度的前提下，簡化自身結(jié)構(gòu)。為了達(dá)到目的，本發(fā)明提出一種成像調(diào)整單元，用于光刻機中的調(diào)焦調(diào)平控制系統(tǒng)。調(diào)焦調(diào)平控制系統(tǒng)包括照明單元、標(biāo)記板、投影成像單元、接收成像單元、探測器和控制器。照明單元產(chǎn)生光束，光束經(jīng)過標(biāo)記板上的多個標(biāo)記形成帶有不同標(biāo)記信息的多條入射光線。投影成像單元將入射光線投射至硅片，使得入射光線在硅片的硅片面上成像，形成多個標(biāo)記投影。硅片面反射多個標(biāo)記投影形成多條反射光線，接收成像單元將反射光線投射至探測器的探測面，使得反射光線在探測面上成像?？刂破髋c探測器電性連接，控制器根據(jù)探測器的探測結(jié)果控制承載硅片的工件臺移動。成像調(diào)整單元包括位于入射光線光路中的第一成像調(diào)整單元和位于反射光線光路中的第二成像調(diào)整單元。第一成像調(diào)整單元包括多個第一調(diào)整棱鏡，分別調(diào)整入射光線的光程，以將入射光線同時聚焦在硅片面上。第二成像調(diào)整單元包括多個第二調(diào)整棱鏡，分別調(diào)整反射光線的光程，以將反射光線同時聚焦在探測器的探測面上?？蛇x的，其中第一成像調(diào)整單元位于標(biāo)記板與投影成像單元之間，或者位于投影成像單元與硅片之間?？蛇x的，其中第二成像調(diào)整單元位于硅片與接收成像單元之間，或者位于接收成像單元與探測器之間?？蛇x的，其中第一調(diào)整棱鏡或第二調(diào)整棱鏡包括第一反射面，第二反射面，平行于第一反射面，其中第一調(diào)整棱鏡或第二調(diào)整棱鏡的入射和出射光線相互平行且具有一偏移值。
可選的，其中第一成像調(diào)整單元中的多個第一調(diào)整棱鏡的偏移值相同，第二成像調(diào)整單元中的多個第二調(diào)整棱鏡的偏移值相同。本發(fā)明還提出一種應(yīng)用上述成像調(diào)整單元的調(diào)焦調(diào)平控制系統(tǒng)。本發(fā)明所提供的成像調(diào)整單元具有設(shè)計簡單，安裝方便，不改變成像系統(tǒng)性能和精度，且空間適應(yīng)性強的特點。應(yīng)用該成像調(diào)整單元的調(diào)焦調(diào)平控制系統(tǒng)能夠?qū)?biāo)記板上的多個標(biāo)記同時精確成像，探測器探測精度高，誤差率小。


圖1所示為本發(fā)明第一實施例的投影光刻機結(jié)構(gòu)示意圖。圖2所示為本發(fā)明第一實施例的投影標(biāo)記至硅片的光路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3所示為本發(fā)明第一實施例的探測標(biāo)記投影的光路結(jié)構(gòu)示意圖。圖如 如所示為本發(fā)明第一實施例的第一 /第二調(diào)整棱鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5所示為本發(fā)明第二實施例的投影光刻機結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖示說明如下。圖1所示為本發(fā)明第一實施例的投影光刻機結(jié)構(gòu)示意圖。請參考圖1。投影光刻機100包括投影物鏡1、硅片2和工件臺11。投影物鏡1沿第一光軸AX放置，用于對硅片2進(jìn)行光刻。硅片2放置在工件臺11上，硅片2的硅片面21 與光軸AX垂直，硅片面21位于投影物鏡1的最佳焦平面上。工件臺11受工件臺運動系統(tǒng) (圖未示)帶動，用以調(diào)整硅片2的位置。投影光刻機100還包括調(diào)焦調(diào)平控制系統(tǒng)，用來調(diào)整硅片2的表面位于投影物鏡 1的最佳焦平面上。調(diào)焦調(diào)平控制系統(tǒng)由照明單元、標(biāo)記板4、第一成像調(diào)整單元5、投影成像單元、接收成像單元、第二成像調(diào)整單元8、探測器9和控制器10組成。照明單元包括光源30和照明鏡組31。光源30產(chǎn)生沿第二光軸BX射出的入射光， 照明鏡組31將入射光均勻化。標(biāo)記板4上包括多個標(biāo)記41、42、43 (如圖2所示)，標(biāo)記板4與第二光軸BX垂直。 入射光穿過標(biāo)記板4，帶有標(biāo)記信息。第一成像調(diào)整單元5包括第一調(diào)整棱鏡50 52，第一調(diào)整棱鏡50 52調(diào)整入射光的光程，以調(diào)整標(biāo)記41、42、43的成像位置。投影成像單元包括投影成像系統(tǒng)60和投影反射鏡61。投影成像系統(tǒng)60包括鏡組60a、60b，以形成一雙遠(yuǎn)心投影成像系統(tǒng)。雙遠(yuǎn)心投影成像系統(tǒng)為投影成像常用系統(tǒng)，在此不再贅述。投影反射鏡61反射入射光至硅片面21上，入射光在硅片面21上成像，形成標(biāo)記投影41’、42’、43’(如圖2所示)。由于硅片面21垂直于第一光軸AX，因此硅片面21 的法線與入射光之間有一夾角θ。接收成像單元包括接收反射鏡71和探測投影成像系統(tǒng)70。入射光被硅片面21反射形成反射光，反射光被反射至接收反射鏡71，由接收反射鏡71進(jìn)行反射使得反射光沿第三光軸CX進(jìn)入探測投影成像系統(tǒng)70。探測投影成像系統(tǒng)70包括鏡組70a、70b，以形成一雙遠(yuǎn)心投影成像系統(tǒng)。第二成像調(diào)整單元8包括第二調(diào)整棱鏡80、81、82，第二調(diào)整棱鏡80、81、82調(diào)整反射光的光程，以調(diào)整標(biāo)記投影41’、42’、43’(如圖2所示)的成像位置。探測器9包括探測面90用以探測標(biāo)記投影41，、42，、43，的成像位置?？刂破?0電性連接至探測器9，根據(jù)探測器9的探測結(jié)果控制工件臺11移動，以將硅片2置于投影物鏡1的最佳焦平面上。圖2所示為本發(fā)明第一實施例的投影標(biāo)記至硅片的光路結(jié)構(gòu)示意圖。標(biāo)記板4上具有三個標(biāo)記41、42、43，光源30 (如圖1所示)發(fā)出的光束依次經(jīng)照明鏡組31、標(biāo)記板4的三個標(biāo)記41、42、43后，成為帶有標(biāo)記信息的入射光線6a、6b、6c。入射光線6a、6b、6c經(jīng)過投影成像系統(tǒng)60和投影反射鏡61 (圖2中未示)，入射至硅片面21， 形成標(biāo)記投影。在圖2中，并未示出投影成像系統(tǒng)60與硅片面21之間的投影反射鏡61，本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，投影反射鏡61的設(shè)置并不改變標(biāo)記41、42、43至硅片面21的光程。由于硅片面21的法線與入射光線之間存在夾角θ，因此，若光程中不含有第一調(diào)整棱鏡50、51、52，則含有標(biāo)記信息的入射光線6a、6b、6c到達(dá)硅片面21的光程不同，例如標(biāo)記43至硅片面21上的標(biāo)記投影43’的光程比標(biāo)記41至硅片面21上的標(biāo)記投影41’的光程短X2，標(biāo)記42至硅片面21上的標(biāo)記投影42，的光程比標(biāo)記41至硅片面21上的標(biāo)記投影41，的光程短XI。這樣，標(biāo)記41 43無法同時在硅片面21上聚焦。值得注意的是，入射光線6a、6b、6c分別進(jìn)入第一調(diào)整棱鏡52、51、50后，第一調(diào)整棱鏡52、51、50調(diào)整入射光線6a、6b、6c的光程，例如將經(jīng)過標(biāo)記42的入射光線6b的光程增加XI，將經(jīng)過標(biāo)記43的入射光線6c的光程增加X2。經(jīng)過第一調(diào)整棱鏡52、51、50的調(diào)整后，標(biāo)記41、42、43的中心可以認(rèn)為是位于位置^、4b3c處。第一調(diào)整棱鏡52、51、50所調(diào)整的光程能夠通過設(shè)置而確定，使得位置^、4b、k位于平面4L上，平面4L與硅片面21 共軛，從而自位置如、4b、k至硅片面21的標(biāo)記投影41’、42’、43’的光程相同，這樣，標(biāo)記 41、42、43同時聚焦在硅片面21上，在硅片面21上成像清晰，降低硅片面與投影反射單元之間的夾角對于測量的影響。圖3所示為本發(fā)明第一實施例的探測標(biāo)記投影的光路結(jié)構(gòu)示意圖。硅片面21反射帶有標(biāo)記投影41’、42’、43’信息的光束至接收反射鏡71，經(jīng)探測投影成像系統(tǒng)70成像后，成為帶有標(biāo)記投影信息的反射光線7a、7b、7c。如同入射光線6a、6b、6c的情形，由于硅片面21的法線與反射光線7a、7b、7c之間存在夾角θ，因此，若反射光路中不含有第二成像調(diào)整單元8，則含有標(biāo)記投影信息的反射光線7a、7b、7c經(jīng)過相同的光程，各個標(biāo)記投影41’、42’、43’會成像在位置8a、8b、8c處，位置8a、8b、8c所形成的面8L與硅片面21共軛。由于探測面90垂直于經(jīng)接收反射鏡71反射后的反射光線，標(biāo)記投影41’、42’、43’無法同時在探測面90上聚焦。經(jīng)過標(biāo)記投影41’ 的反射光線7a成像的位置8a與探測面90的距離為X3，經(jīng)過標(biāo)記投影42’的反射光線7b 成像的位置8b與探測面90的距離為X4，經(jīng)過標(biāo)記投影43’的反射光線7c成像的位置8c 與探測面90的距離為)(5。值得注意的是，反射光線7a、7b、7c分別由第二調(diào)整棱鏡80、81、82調(diào)整光程。例如第二調(diào)整棱鏡80調(diào)整反射光線7a的光程增加X3、第二調(diào)整棱鏡81調(diào)整反射光線7b的光程增加X4，第二調(diào)整棱鏡82調(diào)整反射光線7c的光程增加)(5。經(jīng)過第二調(diào)整棱鏡80、81、 82的調(diào)整后，標(biāo)記投影41，、42，、43，可以成像在位置41”、42”、43”處，位置41”、42”、43”位于探測面90上，從而自標(biāo)記投影41，、42，、43，至探測面90的反射光線7a 7c的光程相同，這樣，標(biāo)記投影41，、42，、43，同時聚焦在探測面90上，在探測面90上成像清晰。第二調(diào)整棱鏡80、81、82的設(shè)置能夠增強系統(tǒng)信噪比，提高系統(tǒng)測量精度，降低對測量傳感器的要求。圖如 如所示為本發(fā)明第一實施例的第一 /第二調(diào)整棱鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。此處以調(diào)整入射光線6a 6c為例，調(diào)整反射光線7a 7c的原理與之相類似。第一調(diào)整棱鏡50 (第二調(diào)整棱鏡80)具有第一反射面501和第二反射面502，第一反射面501和第二反射面502相互平行，第一反射面501接收入射光線6c。入射光線6c 進(jìn)入第一調(diào)整棱鏡50之后，被第一反射面501反射至第二反射面502，第二反射面502再將入射光線6c反射出第一調(diào)整棱鏡50。由于第一反射面501和第二反射面502相互平行，第一調(diào)整棱鏡50的入射和出射光線相互平行，并且第一調(diào)整棱鏡50的出射光線相對于入射光線具有一偏移值H0。如圖4b和圖如所示，另外兩個第一調(diào)整棱鏡51、52的出射光線相對于入射光線同樣具有偏移值HI、H2，本發(fā)明中同一成像調(diào)整單元中的調(diào)整棱鏡偏移值相同。本發(fā)明中的成像調(diào)整單元的第一調(diào)整棱鏡、第二調(diào)整棱鏡可以采用如圖如、4b、k中的任意一種。本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，通過調(diào)整第一反射面501和第二反射面502的間距或者第一反射面501和第二反射面502的角度，能夠保證偏移值固定。第一調(diào)整棱鏡50的折射率為n，假設(shè)入射光線6c通過整個第一調(diào)整棱鏡50的光程為H，則入射光線6c在第一調(diào)整棱鏡50中的行程為H/n，計算可得，第一調(diào)整棱鏡50增加入射光線6c的光程H*(l-l/n)。可見，通過調(diào)整入射光線6c在第一調(diào)整棱鏡50中的行程或者改變第一調(diào)整棱鏡50的折射率n，可以得到所需調(diào)整的光程。調(diào)整入射光線6c在第一調(diào)整棱鏡50中的行程可以通過增加第一調(diào)整棱鏡50的厚度或者反射面的反射角度來達(dá)到。為達(dá)到調(diào)整光程的目的，可以靈活利用以上三種方式其中一種或多種。圖5所示為本發(fā)明第二實施例的投影光刻機結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明第二實施例中的第一成像調(diào)整單元5置于投影成像單元的像方，即置于投影成像單元與硅片2之間。本實施例中的第二成像調(diào)整單元8置于接收成像單元的物方， 即置于硅片2與接收成像單元之間。第二實施例中其余元件的結(jié)構(gòu)和位置與第一實施例中相同，在此不再贅述。同理，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到，第一成像調(diào)整單元5可以選擇性地位于標(biāo)記板4 與投影成像單元之間、或者位于投影成像單元與硅片2之間；同時，第二成像調(diào)整單元8可以選擇性地位于接收成像單元與探測面90之間、或者位于硅片2與接收成像單元之間。本發(fā)明所揭露的調(diào)整單元的位置具有較大的靈活性，在空間上具有很強的適應(yīng)能力。本發(fā)明所舉例的測量標(biāo)記為3個，在其他實施例中，標(biāo)記的個數(shù)并不受限制，以測量需要為準(zhǔn)。本發(fā)明所提供的成像調(diào)整單元具有設(shè)計簡單，安裝方便，不改變成像系統(tǒng)性能且空間適應(yīng)性強的特點。雖然本發(fā)明已以一些實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種成像調(diào)整單元，用于光刻機中的調(diào)焦調(diào)平控制系統(tǒng)，所述調(diào)焦調(diào)平控制系統(tǒng)包括照明單元、標(biāo)記板、投影成像單元、接收成像單元、探測器和控制器，所述照明單元產(chǎn)生光束，所述光束經(jīng)過標(biāo)記板上的多個標(biāo)記形成帶有不同標(biāo)記信息的多條入射光線，投影成像單元將所述入射光線投射至硅片，使得所述入射光線在硅片的硅片面上成像，形成多個標(biāo)記投影，所述硅片面反射所述多個標(biāo)記投影形成多條反射光線，接收成像單元將所述多條反射光線投射至所述探測器的探測面，使得所述多條反射光線在探測面上成像，所述控制器與所述探測器電性連接，所述控制器根據(jù)所述探測器的探測結(jié)果控制承載硅片的工件臺移動，其特征是，所述成像調(diào)整單元包括第一成像調(diào)整單元，位于所述多條入射光線的光路中，包括多個第一調(diào)整棱鏡，分別調(diào)整所述多條入射光線的光程，以將所述多條入射光線同時聚焦在所述硅片面上；以及第二成像調(diào)整單元，位于所述多條反射光線的光路中，包括多個第二調(diào)整棱鏡，分別調(diào)整所述多條反射光線的光程，以將所述多條反射光線同時聚焦在所述探測器的探測面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像調(diào)整單元，其中第一成像調(diào)整單元位于所述標(biāo)記板與所述投影成像單元之間，或者位于所述投影成像單元與所述硅片之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像調(diào)整單元，其中第二成像調(diào)整單元位于所述硅片與所述接收成像單元之間，或者位于所述接收成像單元與所述探測器之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像調(diào)整單元，其中第一調(diào)整棱鏡或第二調(diào)整棱鏡包括第一反射面，第二反射面，平行于所述第一反射面，其中所述第一調(diào)整棱鏡或第二調(diào)整棱鏡的入射和出射光線相互平行且具有一偏移值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的成像調(diào)整單元，其中第一成像調(diào)整單元中的所述多個第一調(diào)整棱鏡的偏移值相同，第二成像調(diào)整單元中的所述多個第二調(diào)整棱鏡的偏移值相同。
6.一種調(diào)焦調(diào)平控制系統(tǒng)，其用于調(diào)整光刻機中的硅片位置，其特征是，所述調(diào)焦調(diào)平控制系統(tǒng)包括照明單元，產(chǎn)生光束；標(biāo)記板，包括多個標(biāo)記，所述光束經(jīng)過標(biāo)記板上的多個標(biāo)記形成帶有不同標(biāo)記信息的多條入射光線；投影成像單元，將所述入射光線投射至所述硅片，使得所述入射光線在硅片的硅片面上成像，形成多個標(biāo)記投影；接收成像單元；探測器，所述硅片面反射所述多個標(biāo)記投影形成多條反射光線，接收成像單元將所述多條反射光線投射至所述探測器的探測面，使得所述反射光線在探測面上成像；控制器，與所述探測器電性連接，所述控制器根據(jù)所述探測器的探測結(jié)果控制承載硅片的工件臺移動，其中所述多條入射光線的光路中設(shè)置有第一成像調(diào)整單元，包括多個第一調(diào)整棱鏡，分別調(diào)整所述多條入射光線的光程，以將所述多個標(biāo)記同時聚焦在所述硅片面上；以及所述多條反射光線的光路中設(shè)置有第二成像調(diào)整單元，包括 多個第二調(diào)整棱鏡，分別調(diào)整所述多條反射光線的光程，以將所述多個標(biāo)記投影同時聚焦在所述探測器的探測面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的成像調(diào)整單元，其中第一成像調(diào)整單元位于所述標(biāo)記板與所述投影成像單元之間，或者位于所述投影成像單元與所述硅片之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的成像調(diào)整單元，其中第二成像調(diào)整單元位于所述硅片與所述接收成像單元之間，或者位于所述接收成像單元與所述探測器之間。
全文摘要
本發(fā)明提出一種成像調(diào)整單元及應(yīng)用其的調(diào)焦調(diào)平控制系統(tǒng)。調(diào)焦調(diào)平控制系統(tǒng)包括照明單元、標(biāo)記板、投影成像單元、接收成像單元、探測器和控制器。照明單元產(chǎn)生光束，光束經(jīng)過標(biāo)記板上的多個標(biāo)記形成多條入射光線，入射光線成像在硅片面上，形成多個標(biāo)記投影。硅片面反射標(biāo)記投影形成多條反射光線，反射光線成像于探測器?？刂破鞲鶕?jù)探測器的探測結(jié)果控制工件臺移動。成像調(diào)整單元包括位于入射光線光路中的第一成像調(diào)整單元和位于反射光線光路中的第二成像調(diào)整單元。第一成像調(diào)整單元調(diào)整入射光線的光程以同時聚焦在硅片面上。第二成像調(diào)整單元調(diào)整反射光線的光程以同時聚焦在探測器的探測面上。本發(fā)明的成像調(diào)整單元結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。
文檔編號G03F9/00GK102207694SQ20101013722
公開日2011年10月5日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者張沖, 李志丹, 陳飛彪 申請人:上海微電子裝備有限公司