一種焦面探測單元以及自動調焦的對準系統的製作方法

2023-09-17 23:44:40 2

本發明涉及一種探測單元和對準系統，尤其涉及一種焦面探測單元和自動調焦的對準系統。

背景技術：

在半導體器件製造過程中，一個完整的晶片通常需要經過多次光刻曝光才能製作完成。除了第一次光刻外，其餘層次的光刻在曝光前都要將該層次的圖形與以前層次曝光留下的圖形進行精確定位，這樣才能保證每一層圖形之間有正確的相對位置，即套刻精度。通常情況下，套刻精度為光刻機解析度指標的1/3～1/5，對於100納米的光刻機而言，套刻精度指標要求小於35nm。套刻精度是投影光刻機的主要技術指標之一，而掩模與矽片之間的對準精度是影響套刻精度的關鍵因素。當特徵尺寸要求更小時，對套刻精度的要求以及由此產生的對準精度的要求變得更加嚴格，如90nm的特徵尺寸要求10nm或更小的對準精度，這就要求對準系統在工作過程中提高對焦面的控制精度，以減小離焦差生的誤差。

又如在TFT(Thin Film Transistor薄膜場效應電晶體)工藝製程中，隨著相關電子消費類產品的發展，對TFT的尺寸要求越來越大，現在五代以上的TFT曝光視場都在17英寸以上，大面積器件的變形產生的離焦效應對對準的影響尤為明顯。

在光刻機中，一般由對準系統來控制光刻機中的對準精度，從而提高光刻機的套刻精度，傳統的對準系統主要通過人工調焦來調整對準精度。但目前，人工調焦已逐漸被精密複雜的機電系統自動調焦慢慢替代，一般需要標定最佳焦面，並通過數據分析使得機電系統探測到最佳焦面後作移動，並最終實現自動調焦。但現有技術中的自動調焦系統使用過於複雜，對整個曝光系統精密性要求較高，且由於步驟繁瑣使得自動調焦產生滯後性，因此需要發明一種操作簡單方便，能夠實時進行自動調焦的曝光對準系統。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明提出了一種焦面探測單元和自動調焦的對準系統，焦面探測單元可以計算出入射光束的離焦量，並根據焦面探測單元的計算數據，控制工件臺的移動，實現實時、簡單、準確地自動調焦。

為達到上述目的，本發明提供一種焦面探測單元，位於光刻機中的對準系統中，所述焦面探測單元依次包括形成光路連接的視場光闌、調焦透鏡以及探測器，其特徵在於，所述調焦透鏡在垂向上偏離所述視場光闌光軸放置，偏離距離為D，入射光束的離焦量Δ可表示為：

其中yN是所述對準系統設定的最佳焦面在所述探測器上標定的垂向高度，yM是所述入射光束顯示在所述探測器上實際的垂向高度，β是所述視場光闌與所述探測器共軛面之間的光學放大倍率，Δy為離焦量Δ對應在所述視場光闌上的位移，L為所述調焦透鏡與所述視場光闌之間的水平距離。

作為優選，所述焦面探測單元為一維焦面探測單元，對應所述調焦透鏡為 單透鏡或者對稱排列的雙透鏡。

作為優選，所述焦面探測單元為二維焦面探測單元，對應所述調焦透鏡為三角排列的三透鏡或者二維排列的四透鏡或者陣列排布的多透鏡。

作為優選，所述調焦透鏡為柱頭鏡或者柱面菲涅爾透鏡或者球面透鏡或者球面菲涅爾透鏡。

作為優選，所述探測器為線陣列或者面陣列或者單點能量探測器。

本發明還提供一種自動調焦的對準系統，包括：

具有對準標記的待測對象；

光源：用於提供照明；

照明組件：用於設置照明的方式，提供照明；

成像探測器：用於將成像光強信號轉化成圖像的電信號；

成像組件：用於提供一定的倍率，將所述對準標記成像到成像探測器上；

上述的焦面探測單元：用於確定出入射光的離焦量和離焦方向；

控制單元：與所述焦面探測單元、所述成像傳感器電路連接，接收由所述焦面探測單元發送的數據信號；

分光組件：用於將聚焦光束分別分到所述焦面探測單元和所述成像探測器所在的成像光路上；

工件臺：與所述控制單元電路連接，並由所述控制單元控制移動以形成自動調焦。

作為優選，所述待測對象為掩模版。

作為優選，還包括有具有基準標記的基準板和投影物鏡。

作為優選，所述光源、所述照明組件、所述掩模版、所述投影物鏡、所述 基準板、所述成像組件、所述分光組件依次形成光路連接，所述分光組件分別與所述焦面探測單元和所述成像傳感器形成光路連接，所述基準板、所述成像組件、所述分光組件、所述成像傳感器與所述焦面探測單元設置在所述工件臺上。

作為優選，所述成像組件與所述分光組件位置互換，並由所述成像組件與所述成像傳感器光路連接，所述視場光闌放置在所述基準板上，並且與所述基準板表面重合。

作為優選，所述待測對象為工件。

作為優選，所述成像組件分為第一成像組件和第二成像組件，所述分光組件分為第一分光組件和第二分光組件。

作為優選，所述光源、所述照明組件、所述第一分光組件、所述第二分光組件、第一成像組件以及工件依次形成光路連接，所述工件放置於所述工件臺上，所述第一分光組件、所述第二成像組件與所述成像傳感器依次形成光路連接，所述第二分光組件與所述焦面探測單元光路連接。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明提供的焦面探測單元，通過視場光闌、調焦透鏡與探測器順序排列放置，將透過視場光闌的入射光束通過調焦透鏡折射到探測器上，由探測器顯示出入射光束的投射在探測器上的坐標，並加以計算。因此這種焦面探測單元能夠及時、簡便地計算出入射光束的離焦量。而在對準系統中的分光組件旁設置焦面探測單元，這樣掩模或者工件上反射或者折射的光線進入焦面探測單元的視場光闌後，由調焦透鏡折射至探測器上，探測器計算出該光線與設定的最佳焦面光線之間的距離，根據公式計算出離焦量，並輸送至控制單元，由控制單元控制工件臺的移動，直至焦面探 測單元計算出的離焦量為0，成像傳感器上呈現出清晰的對準標記像，完成了自動調焦。因此這種自動調焦對準系統具有及時、準確、操作簡單的特點。

附圖說明

圖1為本發明實施例一的焦面探測單元結構圖；

圖2為本發明實施例一的探測器自動調焦位置信號示意圖；

圖3為本發明實施例一的對準系統結構示意圖；

圖4為本發明實施例一的對準系統自動調焦方法示意圖；

圖5為本發明實施例二中對準系統結構示意圖；

圖6為本發明實施例三中對準系統結構示意圖；

圖7為本發明實施例四中焦面探測單元的系統結構示意圖；

圖8為本發明實施例五中焦面探測單元的系統結構示意圖；

圖9為本發明實施例六中焦面探測單元的系統結構示意圖；

圖10為本發明實施例七中焦面探測單元的系統結構示意圖；

圖11為本發明實施例八中焦面探測單元的系統結構示意圖；

圖12為本發明實施例九中焦面探測單元的系統結構示意圖；

圖13本發明實施例十中焦面探測單元的系統結構示意圖。

圖中：001-第一入射光線，002-第二入射光線，003-視場光闌，004-調焦透鏡，005-探測器，006-焦面探測單元，007-照明組件，008-掩模版，009-投射物鏡，010-基準板，011-成像組件，012-分光組件，013-成像傳感器，014-工件臺，015-工件，016-光源，017-控制單元，018-第一成像組件，019-第二分光組件，020-第一分光組件，021-第二成像組件。

具體實施方式

為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。

實施例一

圖1為本發明所提供的焦面探測單元006的結構示意圖，所述焦面探測單元探測方案為一維焦面探測。在半導體光刻機中，焦面探測單元006位於對準系統中，請參照圖1，視場光闌003、調焦透鏡004與探測器005依次排列形成光路連接，調焦透鏡004偏離所述視場光闌003光軸放置，偏離距離為D，入射光束的離焦量Δ可表示為：

其中yN是最佳焦面在所述探測器005上標定的垂向高度，最佳焦面是對準系統在光刻時標定，yM是入射光束在所述探測器005上實際的垂向高度，β是所述視場光闌003與所述探測器005共軛面之間的光學放大倍率，Δy為離焦量Δ對應在所述視場光闌003上的位移，L為所述調焦透鏡004與所述視場光闌003之間的水平距離。請繼續參照圖1與圖2，最佳焦面在所述探測器005上標定的垂向高度為y2，當入射光束為第一入射光線001時，此時第一入射光線001在所述探測器005上顯示出來的實際垂向高度為y1，則此時第一入射光線001的離焦量Δ可表示為：

當入射光束為第二入射光束002時，此時第二入射光線002在所述探測器005上顯示出來的實際垂向高度為y3，則此時第二入射光線002的離焦量Δ可表示為：

較佳地，所述探測器005為線陣列或者面陣列或者單點能量探測器。

圖3為本發明所提供的自動調焦對準系統的結構示意圖，待測對象為掩模版，如圖中所示，所述的自動調焦對準系統依次包括：形成光路連接的光源016、照明組件007、掩模版008、投影物鏡009、基準板010、成像組件011、分光組件012、成像傳感器013，所述成像傳感器013與控制單元017形成電路連接，所述控制單元017還與工件臺014電路連接，所述基準板010、所述成像組件011以及所述成像傳感器013均設置在所述工件臺014上，其中所述控制單元017還與焦面探測單元006電路連接，所述分光組件012與所述焦面探測單元006光路連接，所述焦面探測單元006用於計算所述掩模版008上對準標記的離焦量。

較佳地，所述光源016為紫外光源或者可見光源或者紅外光源。

較佳地，所述照明組件007照明方式為透射式照明或者反射式照明。

請參照圖4，上述自動調焦對準系統的掩模對準方法，具體包括以下步驟:

步驟1:所述光源016提供的照明光經由所述照明組件007形成透射式照明或者反射式照明後，投射至所述掩模版010；

步驟2:透過所述掩模版010的中透明圖案部分的照明光經過所述投影物鏡009折射，到達所述基準板010，然後經由所述成像組件011匯聚成成像光束後，將成像光束投射至所述分光組件012；

步驟3:所述分光組件012將成像光束分成兩束，一束投射至所述焦面探測單元006，經由所述焦面探測單元006計算出所述掩模版010上對準標記的離焦量，另一束投射至所述成像傳感器013，並在所述成像傳感器013上顯示出所述 對準標記與所述基準板上010的基準標記的像；

步驟4:所述焦面探測單元006將所述對準標記的離焦量輸送至所述控制單元017，所述控制單元017根據所述離焦量控制所述工件臺014進行移動，直至所述焦面探測單元006輸送的離焦量為0，則此時所述成像傳感器013上呈現的所述對準標記與所述基準標記的像變為清晰，自動調焦完成。

本實施例中系統自動標定最佳焦面在所述基準板表面，因此當所述成像組件011匯聚的掩模版008與基準板010的成像光束經由所述分光組件012投射至所述焦面探測單元006內時，所述基準板010折射的光線在所述探測器005中顯示的高度即為最佳焦面在探測器005中的高度，自此計算出由所述掩模版008折射的光線與基準板010之間的距離即可。

實施例二

本實施例與實施例一的區別在於，所述分光組件012位於所述基準板010與所述成像組件011之間，且所述視場光闌003位於所述基準板010上，且與所述基準板010表面重合。請參照圖5，所述成像組件011與所述分光組件012位置互換，光線經過所述視場光闌003和基準板010後到達所述分光組件012，被分束後到達所述焦面探測單元006中。

請參照圖5，本實施例的掩模對準方法與實施例一的區別在於，光線經由所述基準板010和所述掩模版008並未經過所述成像組件011匯聚成成像光束，而是直接投射至焦面探測單元006，因此本實施例對成像組件011的成像功能要求較低，且所述焦面探測單元接收的是未經匯聚的光束，使得調焦更加精確。

實施例三

請參照圖6，本實施例待測對象為工件，系統構成依次包括：形成光路連接 的光源016、照明組件007、第一分光組件020、第二分光組件019、第一成像組件018、工件015以及用於放置工件015的工件臺014，所述第一分光組件020還光路連接有第二成像組件021、成像傳感器013，所述成像傳感器013與所述工件臺014皆與控制單元017電路連接，其中，所述第二分光組件019還光路連接有焦面探測單元006，並且所述焦面探測單元006與所述控制單元017電路連接，所述焦面探測單元006用於計算所述工件015對準標記的離焦量。

請參照圖4，本發明還提供一種上述的自動調焦的工件對準系統的工件對準方法，具體包括如下步驟：

步驟1:所述光源016提供的照明光經由所述照明組件007形成透射式照明或者反射式照明後，投射至所述第一分光組件020，並經過所述第二分光組件019、所述第一成像組件018到達所述工件015；

步驟2:所述工件015反射照明光至所述第一成像組件018後形成成像光束，並將成像光束投射至所述第二分光組件019；

步驟3:所述第二分光組件019將成像光束分成兩束，一束投射至所述焦面探測單元006，並且由焦面探測單元006計算出所述工件015對準標記的離焦量，另一束投射至所述第一分光組件020，並經由所述第二成像組件021投射至所述成像傳感器成像013；

步驟4:所述焦面探測單元006將計算出的離焦量輸送至所述控制單元017，並且由控制單元017處理後控制所述工件臺014進行移動，直至所述焦面探測單元006輸送的離焦量為0，此時所述成像傳感器013上所述工件015對準標記的像變為清晰，則工件015自動調焦完成。

實施例四

請參照圖7，本實施例與實施例一的區別在於所述焦面探測單元006中調焦透鏡004的透鏡個數為兩個，並且兩個透鏡並排呈對稱排列，如此可以獲得入射光線的更多位置數據，如場曲，使得調焦更加精確。

實施例五

請參照圖8，本實施例與實施例一的區別在所述焦面探測單元006為二維焦面探測單元，對應調焦透鏡004的透鏡個數為三個，並且三面透鏡呈平面等邊三角形排列，如此除了可以獲得場曲和對準標記離焦的數據以外，還可以獲得二維焦面數據，如象散，相比於一維焦面探測方案，二維焦面探測單元的自動調焦更加精確。

實施例六

請參照圖9，本實施例與實施例一的區別所述焦面探測單元006為二維焦面探測單元，所述調焦透鏡004的透鏡個數為四個，呈平面四邊形排列。

實施例七

請參照圖10，本實施例與實施例一的區別所述焦面探測單元006中的調焦透鏡004的透鏡個數為兩個，並排對稱排列，所述調焦透鏡004為柱面透鏡。

實施例八

請參照圖11，本實施例與實施例一的區別所述焦面探測單元006中的調焦透鏡004的透鏡個數為兩個，並排對稱排列，所述調焦透鏡004為柱面菲涅耳透鏡。

實施例九

請參照圖12，本實施例與實施例一的區別所述焦面探測單元006中的調焦透鏡004的透鏡個數為兩個，並排對稱排列，所述調焦透鏡004為球面透鏡。

實施例十

請參照圖13，本實施例與實施例一的區別所述焦面探測單元006中的調焦透鏡004的透鏡個數為兩個，並排對稱排列，所述調焦透鏡004為球面菲涅耳透鏡。

本發明對上述實施例進行了描述，但本發明不僅限於上述實施例，如焦面探測單元006中的調焦透鏡004中透鏡的個數為多個，透鏡也可以根據實際功能需要設置不同的透鏡。顯然本領域的技術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。