一種基于光束波前調(diào)制的同軸檢焦裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公布了一種基于光束波前調(diào)制的同軸檢焦裝置。該裝置包括檢焦光源、聚焦透鏡、針孔濾波器、光束準(zhǔn)直透鏡、分光棱鏡、反射鏡、投影物鏡和成像CCD。檢焦光束經(jīng)過(guò)擴(kuò)束準(zhǔn)直后，分為兩束，其中參考光經(jīng)過(guò)反射鏡折回到達(dá)CCD表面；測(cè)量光穿過(guò)投影物鏡經(jīng)硅片反射到達(dá)CCD靶面。當(dāng)硅片處于離焦位置時(shí)，參考光和測(cè)量光干涉形成與的干涉條紋。通過(guò)對(duì)條紋進(jìn)行解析相位可以得到硅片的離焦量。本發(fā)明具有高精度、和實(shí)時(shí)測(cè)量，并可以直接根據(jù)條紋形態(tài)判斷硅片是否離焦的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于光束波前調(diào)制的同軸檢焦裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于光束波前調(diào)制的同軸檢焦裝置，用于檢測(cè)硅片在垂直方向上的離焦量。屬于高精度光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]從微電子工業(yè)發(fā)展的早期階段起，光學(xué)光刻就一直作為制作亞微米尺度圖形和器件的主流技術(shù)。其中最熱門(mén)的光刻方法是基于投影物鏡的光學(xué)投影曝光光刻技術(shù)。目前非浸沒(méi)式的光刻物鏡的數(shù)值孔徑已經(jīng)增大到0.85，接近物理極限。曝光波長(zhǎng)已經(jīng)縮短到193nm，如果采用更短的曝光波長(zhǎng)，則需要非常復(fù)雜的短波長(zhǎng)光源系統(tǒng)，相應(yīng)的光刻物鏡需要昂貴的純石英和氟化鈣等材料，代價(jià)十分巨大。因此為了在不改變光刻機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的前提下提高分辨力，科研人員采用了 一系列的新技術(shù)來(lái)提高光刻分辨力，這些技術(shù)被稱(chēng)之為波前工程或者分辨力增強(qiáng)技術(shù)。分辨力增強(qiáng)技術(shù)主要有離軸照明技術(shù)、相移掩模技術(shù)、光學(xué)臨近效應(yīng)校正技術(shù)、光瞳濾波技術(shù)和偏振成像控制技術(shù)。當(dāng)光刻線寬進(jìn)一步縮短后，這些分辨力增強(qiáng)技術(shù)將變得十分復(fù)雜隨之而來(lái)的是成本劇增。理論上講即使利用最先進(jìn)的分辨力增強(qiáng)技術(shù)也很難使得光刻線寬達(dá)到1/4個(gè)照明波長(zhǎng)以下。基于此，各國(guó)科技工作者開(kāi)始將目光轉(zhuǎn)移至浸沒(méi)式光刻，即在投影物鏡和被曝光的硅片之間填充高折射率的液體，使得曝光等效波長(zhǎng)變得更短，借此提高光刻分辨力。其浸沒(méi)液涉及到從去離子水到各種有機(jī)無(wú)機(jī)液體多種材料。目前在半導(dǎo)體制造廠商在高端器件制作方面已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用商用浸沒(méi)式光刻機(jī)，如(TWINSCAN NXT1950I, NSR-S621D)。
[0003]投影光刻由干式光刻逐步發(fā)展為浸沒(méi)式光刻的過(guò)程中，固有的趨勢(shì)是曝光波長(zhǎng)逐步縮短和數(shù)值孔徑的穩(wěn)步提高，借此實(shí)現(xiàn)光刻分辨力的增強(qiáng)。然而通過(guò)縮短曝光波長(zhǎng)和增大數(shù)值孔徑提高分辨力的同時(shí)總是以犧牲焦深(Depth of Focus)為代價(jià)的，從焦深公式DOF = k2 λ / (NA)2可以看出，隨著曝光波長(zhǎng)的縮短和數(shù)值孔徑的提高，投影物鏡的焦深在逐漸地縮短。
[0004]離焦量控制主要影響特征(⑶Critical Dimension)尺寸的一致性,進(jìn)而直接影響到套刻成功率和電子產(chǎn)品的成品率。在CD誤差的各種貢獻(xiàn)因素中，離焦量控制是其中最突出的一項(xiàng)。在多重曝光盛行的今天，尤其是32nm以及以下節(jié)點(diǎn)的光學(xué)光刻中，離焦量控制以及離焦量的高精度、高實(shí)時(shí)性的檢測(cè)無(wú)疑成為光刻測(cè)量中的重中之重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明技術(shù)解決問(wèn)題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于光束波前調(diào)制的同軸檢焦裝置，具有高精度、和實(shí)時(shí)測(cè)量，并可以直接根據(jù)條紋形態(tài)判斷硅片是否離焦的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明技術(shù)解決方案:基于光束波前調(diào)制的同軸檢焦裝置采用測(cè)量光束與光軸“同軸”的方法進(jìn)行檢焦，將硅片的離焦量調(diào)制為測(cè)量光束的波前變化，最終在成像CCD表面形成干涉條紋。對(duì)干涉條紋進(jìn)行相位解析可以得到硅片在ζ軸的離焦量。
[0007]所述檢焦裝置包括檢焦光源、聚焦透鏡、針孔濾波器、光束準(zhǔn)直透鏡、分光棱鏡、反射鏡、投影物鏡和成像CXD ;檢焦光源采用632.8nm的HE-NE激光器，經(jīng)過(guò)聚焦透鏡將檢焦光束匯聚到其焦點(diǎn)位置，而后聚焦透鏡焦面位置直徑為5 μ m針孔濾波器對(duì)光束進(jìn)行濾波，光束以點(diǎn)光源發(fā)光形式被光束準(zhǔn)直透鏡調(diào)制為平面波，該平面波被分光棱鏡分為兩束，即參考光束和測(cè)量光束，其中參考光束穿過(guò)分光棱鏡被傾斜的反射鏡反射以平面波的形式到達(dá)成像C⑶靶面，反射鏡的鏡面與χοζ面垂直，與ζ軸夾角Θ =0.01 — 0.02rad ;而測(cè)量光束則被分光棱鏡反射后穿過(guò)投影物鏡到達(dá)硅片表面，再被硅片反射透過(guò)投影物鏡直達(dá)成像CCD靶面；當(dāng)硅片處于離焦位置時(shí)，被硅片反射的測(cè)量光束被調(diào)制為發(fā)散或匯聚的球面波，最終在成像CCD表面，參考光束和測(cè)量光束發(fā)生干涉形成包含離焦量α信息的干涉條紋，通過(guò)對(duì)干涉條紋進(jìn)行相位解析得到硅片在ζ軸方向的離焦量。
[0008]所述硅片在ζ軸方向的離焦量被調(diào)制到干涉條紋中，離焦量大小直接表現(xiàn)為干涉條紋的相位變換，其中在理想焦面位置，條紋呈現(xiàn)一維正弦條紋，在正反方向離焦時(shí)條紋發(fā)生彎曲，彎曲程度和形態(tài)與硅片的離焦量相關(guān)。
[0009]所述通過(guò)對(duì)干涉條紋進(jìn)行相位解析得到硅片在ζ軸方向的離焦量是通過(guò)直接觀測(cè)干涉條紋彎曲與否來(lái)確定，避免了傳統(tǒng)的三角檢焦方法中需測(cè)量硅片的高度間接判斷硅片是否離焦。
[0010]通過(guò)傅里葉變換或者小波變換對(duì)干涉條紋進(jìn)行相位解析，獲取條紋的相位圖，從而得到硅片在Z軸方向的離焦量。
[0011]本發(fā)明原理:該裝置由檢焦光源、聚焦透鏡、針孔濾波器、光束準(zhǔn)直透鏡、分光棱鏡、反射鏡、投影物鏡和成像CXD組成。檢焦光源為632.8nm的激光，經(jīng)過(guò)聚焦擴(kuò)束準(zhǔn)直后以平面波的形式照射在分光棱鏡上。分光棱鏡將該平面波分為兩束平面波，即參考光束和測(cè)量光束。參考光束透過(guò)分光棱鏡被傾斜的平面反射鏡反射折回到達(dá)成像CCD表面，其傳輸方向是傾斜的，但波前仍為平面波。測(cè)量光束經(jīng)分光棱鏡反射穿過(guò)投影物鏡到達(dá)硅片表面并反射，當(dāng)硅片處于離焦時(shí)，測(cè)量光束被調(diào)制為發(fā)散或匯聚的球面波。平面波與球面波相遇，在CCD表面發(fā)生干涉形成干涉條紋。不同的離焦量對(duì)測(cè)量光束波前的調(diào)制程度不同，因此也造成了干涉條紋在不同離焦位置的不同形態(tài)。但一個(gè)特定的離焦量總對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的條紋分布。通過(guò)傅里葉變換或者小波變換對(duì)干涉條紋進(jìn)行相位解析，可以獲取條紋的相位圖。結(jié)合干涉成像原理可以推算硅片的離焦量。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比的有益效果在于:傳統(tǒng)的檢焦方法多采用三角式反射測(cè)量方法，測(cè)量硅片的高度，間接判斷硅片在ζ方向上是否處于離焦。本發(fā)明采用一種測(cè)量光束與光軸“同軸”的方式進(jìn)行檢焦。利用離焦硅片對(duì)測(cè)量光束波前的調(diào)制作用將離焦量轉(zhuǎn)化為干涉條紋的相位變化，其優(yōu)點(diǎn)在于高精度、和實(shí)時(shí)測(cè)量，并可以直接根據(jù)條紋形態(tài)判斷硅片是否離焦。此外，傳統(tǒng)三角法測(cè)量相比，同軸檢焦方法不受投影物鏡(107)與硅片(108)之間的狹小工作距影響，并可應(yīng)用于硅片(108)與投影物鏡(107)之間存在浸沒(méi)液的浸沒(méi)式光刻設(shè)備的檢焦，不受浸沒(méi)液影響，避免了三角法中檢焦光束無(wú)法按照既定光路穿過(guò)浸沒(méi)液的缺陷。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明光束波前調(diào)制的同軸檢焦裝置示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明檢焦裝置的數(shù)學(xué)符號(hào)標(biāo)注圖；[0015]圖3為本發(fā)明干涉條紋在不同離焦量時(shí)的形態(tài)圖；(a)為離焦量為-40 μ m的干涉圖；(b)為離焦量為-5 μ m的干涉圖；(c)為離焦量為O μ m的干涉圖；(d)為離焦量為40 μ m的干涉圖。
[0016]圖4為本發(fā)明干涉條紋在不同離焦量時(shí)的相位分布圖；(a)為離焦量為_(kāi)40μπι的相位分布圖；(b)為離焦量為-5 μ m的相位分布圖；(c)為離焦量為O μ m的相位分布圖；(d)為離焦量為40 μ m的相位分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為使本發(fā)明的目的、結(jié)構(gòu)方案和有益效果更加清晰明了，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]如圖1所示，基于光束波前調(diào)制的同軸檢焦裝置，該裝置由檢焦光源101、聚焦透鏡102、針孔濾波器103、光束準(zhǔn)直透鏡104、分光棱鏡105、反射鏡106、投影物鏡107和成像(XD109組成。其中聚焦透鏡102、針孔濾波器103和光束準(zhǔn)直透鏡104組合成一個(gè)擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)，將檢焦光源的光束整形成一束平面波。該平面波而后被分光棱鏡105分成兩束，SP參考光束201和測(cè)量光束202。參考光束201被平面反射鏡106反射，以平面波形式入射到成像(XD109靶面；測(cè)量光束202透過(guò)投影物鏡107經(jīng)離焦的硅片108反射，以球面波的形式入射到成像(XD109靶面。最終兩束光發(fā)生干涉，形成如圖3所示的干涉條紋。
[0019]如圖2所示:圖2對(duì)圖1的裝置示意圖進(jìn)行了數(shù)學(xué)標(biāo)注。
[0020]參考光束201在成像(XD109靶面形成的傾斜平面波復(fù)振幅可以用下式表示。
[0021]E1(Xj) = Cexp (jkKx) exp (jkZ) (I)
[0022]C代表參考光束201的振幅，k代表波矢，K代表平面反射鏡106的傾斜因子，Z代表成像CXD109在Z軸的坐標(biāo)值。
[0023]對(duì)于測(cè)量光束202，其穿過(guò)投影物鏡107到達(dá)硅片108表面，當(dāng)硅片108偏離理想焦面的離焦量為α?xí)r,測(cè)量光束202將會(huì)相遇與A點(diǎn)，如圖2所示。測(cè)量光束202可以看作是由A點(diǎn)發(fā)出投影到A'點(diǎn)的球面波。其復(fù)振幅可以表示為:
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種基于光束波前調(diào)制的同軸檢焦裝置，其特征在于:所述檢焦裝置包括檢焦光源(101)、聚焦透鏡(102)、針孔濾波器(103)、光束準(zhǔn)直透鏡(104)、分光棱鏡(105)、反射鏡(106)、投影物鏡(107)和成像CXD (109);檢焦光源(101)采用632.8nm的HE-NE激光器，經(jīng)過(guò)聚焦透鏡(102)將檢焦光束匯聚到其焦點(diǎn)位置，而后聚焦透鏡(102)焦面位置采用直徑為5μm針孔濾波器(103)對(duì)光束進(jìn)行濾波，光束以點(diǎn)光源發(fā)光形式被光束準(zhǔn)直透鏡(104)調(diào)制為平面波，該平面波被分光棱鏡(105)分為兩束，即參考光束(201)和測(cè)量光束(202)，其中參考光束(201)穿過(guò)分光棱鏡(105)被傾斜的反射鏡(106)反射以平面波的形式到達(dá)成像CXD (109)靶面，反射鏡(106)的鏡面與χοz面垂直，與z軸夾角Θ =0.01-0.02rad ；而測(cè)量光束(202)則被分光棱鏡(105)反射后穿過(guò)投影物鏡(107)到達(dá)硅片(108)表面，再被硅片(108)反射透過(guò)投影物鏡(107)直達(dá)成像(XD(109)靶面；當(dāng)硅片處于離焦位置(108’ )時(shí)，被硅片(108)反射的測(cè)量光束(202)被調(diào)制為發(fā)散或匯聚的球面波，最終在成像CCD (109)表面，參考光束(201)和測(cè)量光束(202)發(fā)生干涉形成包含離焦量α信息的干涉條紋，通過(guò)對(duì)干涉條紋進(jìn)行相位解析得到硅片(108)在z軸方向的離焦量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光束波前調(diào)制的同軸檢焦裝置，其特征在于:所述硅片(108)在ζ軸方向的離焦量被調(diào)制到干涉條紋中，離焦量大小直接表現(xiàn)為干涉條紋的相位變換，其中在理想焦面位置，條紋呈現(xiàn)一維正弦條紋，在正反方向離焦時(shí)條紋發(fā)生彎曲，彎曲程度和形態(tài)與硅片(108)的離焦量相關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光束波前調(diào)制的同軸檢焦裝置，其特征在于:所述通過(guò)對(duì)干涉條紋進(jìn)行相位解析得到硅片(108)在z軸方向的離焦量是通過(guò)直接觀測(cè)干涉條紋彎曲與否來(lái)確定，避免了傳統(tǒng)的三角檢焦方法中需測(cè)量硅片的高度間接判斷硅片是否離焦。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光束波前調(diào)制的同軸檢焦裝置，其特征在于:所述通過(guò)對(duì)干涉條紋進(jìn)行相位解析得到硅片(108)在z軸方向的離焦量時(shí)采用傅里葉變換或者小波變換方法，即通過(guò)對(duì)該條紋圖像進(jìn)行相位解析，得到相位分布圖，再根據(jù)公式⑶得出離焦量α:
【文檔編號(hào)】G03F7/20GK103913961SQ201410155018
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】邸成良, 嚴(yán)偉, 胡松, 李光 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所