相干成像系統的製作方法

2023-06-09 09:21:46 1

專利名稱：：相干成像系統的製作方法
技術領域：
：本發明屬於光刻
技術領域：
，特徵涉及光刻對準的相干成像系統。
背景技術：
：投影光刻裝置(投影光刻機)是大規模集成電路生產的重要設備之一。投影光刻機可將攜模板上的圖形通過其投影物鏡按一定比例轉移到矽片上(本文中的矽片泛指所有被曝光對象，包括襯底、鍍膜和光刻膠等)。由於一般都要在矽片上的器件區曝多層圖形來最終形成特定的器件，因而就需要保證不同層圖形之間精確對準，也就是我們常說的不同層圖形之間的套刻，套刻精度是投影光刻機的三大重要指標之一，而投影光刻機的套刻功能是由對準分系統在其他分系統(如工件臺、整機控制和調焦調平分系統)配合下完成的。隨著大規模集成電路的對集成度的需求不斷提高，光刻機的關鍵尺寸(CriticalDimension,CD)在不斷縮小，由此對光刻機的對準精度的要求也越來越高，因此自從CD進入亞微米領域特別是在大規模集成電路製造工藝中引入化學機械拋光(ChemicalMechanicalPolishing,CMP)工藝後，光刻機的對準系統就由原來的通過物鏡(ThroughTheLens,TTL)對準系統升級成TTL加上離軸對準系統(Off-axisAlignment,OA)的模式，如專利US.6，297,876Bl所描述的對準系統以及中國專利200710044152.1所描述的對準系統都是這種模式，離軸對準系統5在光刻機中的布置如圖所示，其中離軸對準系統5相對於投影物鏡4的位置固定並且離軸對準系統5的光軸要盡可.能的靠近投影物鏡4的光軸，離軸對準系統5要檢測的標記位於矽片1或工件臺3上，在對準過程中矽片1或工件臺3上的標記相對於離軸對準系統5掃描，從而可以得到被測標記相對於離軸對準系統5(離軸對準系統5位置固定且相對於投影物鏡的距離為機器常數)位置，結合同軸對準系統後即可以得到掩模2的掩模版標記相對於矽片1或工件臺3上標記的相對位置關係。美國專利US.6,297,876Bl和中國專利200710044152.1所描述的離軸對準系統都是基於雙光柵檢測的模式來實現離軸對準的。而專利200710044152.1的基本原理是位於矽片或工件臺上的被測標記是一個反射型的相位光柵，被離軸對準系統垂直照明後發生衍射，某些特定級次的衍射光被離軸對準系統所收集(在這裡以土l級次光被收集為例進行說明)，通過離軸對準系統的傅立葉透鏡後，相位光柵的士l級次光再次發生幹涉，形成相位光柵的相應級次的幹涉像，並在幹涉成像的位置處放置參考光is，則當相位標記相對離軸對準系統的位置也即相對參考光柵的位置發生變化時，通過參考光柵後面的總光強也相應發生變化，在參考光柵後面放置探測模塊後，就可以通過首先探測光強變換進而轉化為相位變化，最終可以探測出相位光柵標記相對OA的位置關係。根據專利200710044152.1所給出的離軸對準系統的原理可知其中最關鍵的光學器件是由傅立葉透鏡、偏振分束器、參考光柵以及空間濾波器等組成的相干成像系統，但具體的相干成像系統設計並未提供。
發明內容.本發明的目的在於，提供一種相干成像系統，本發明在於給出中國專利申請200710044152.1中的相干成像系統的具體光學設計，以具體實現其更大的入瞳直徑和角視場，並且結構更加簡單(沒有了美國專利US.6，297,876Bl中楔形板組)的發明目的。本發明採用如下技術方案-一種相干成像系統，從物面開始依次包括由傅立葉透鏡前組、將光路分成第一光路和第二光路的分束器，所述分束器包括一四分之一波片，所述第一光路上自所述分束器依次包括-第一空間濾波器、第一傅立葉透鏡後組、第一參考光柵；所述第二光路上自所述分束器依次包括第二空間濾波器、第二傅立葉透鏡後組、第二參考光柵；所述第一光路的像在所述第一參考光柵的後面；所述第二光路的像在所述第二參考光柵的後面。其中，所述傅立葉透鏡前組、第一傅立葉透鏡後組、第二傅立葉透鏡後組均由三片透鏡組成。進一步地，所述第一光路和第二光路工作在兩個不同的波長。進一步地，所述第一空間濾波器與所述第「傅立葉透鏡後組之間設有第一支架和位於所述第一支架上的第一小反射稜鏡。進一步地，所述第二空間濾波器與所述第二傅立葉透鏡後組之間設有第二支架和位於所述第二支架上的第二小反射稜鏡。進一步地，所述相干成像系統的工作距離大於等於55ram且小於75im，其中，所述傅立葉透鏡前組的焦距大於65mra且小於120mra。進一步地，所述相干成像系統的光程差大於0小於0.25波長。進一步地，所述相干成像系統的角視場對紅光大於等於18°，對綠光大於等於15°，所述相干成像系統的角放大倍率為-1且角放大倍率誤差小於0.5%。本發明是對中國專利申請200710044152.1中的相干成像系統的具體光學設計的細化，以5具體實現其更大的入瞳直徑和角視場，並且結構更加簡單，並且沒有了美國專利US.6,297，876Bl中楔形板組。以下結合附圖及實施例進一步說明本發明。圖l為離軸對準系統(OA)在光刻機中的位置示意圖2為本發明實施例中三周期光柵標記離軸對準系統原理示意圖；圖3為紅光相干成像系統光學元件二維圖(0光)；圖4為紅光相干成像系統光學元件二維圖(E光)；圖5為紅光相干成像系統0PD(0光)；圖6為紅光相干成像系統0PD(E光)；圖7為綠光相干成像系統光學元件二維圖8為綠光相干成像系統的0PD。具體實施例方式根據申請號為200710044152.1的中國專利申請的原理和指標分解，對其相干成像模塊的光學設計的設計需求如下1)入瞳直徑不小於l.lram;2)紅光系統的角視場不得小於18°,綠光系統的角視場不得小於15°;3)角放大倍率為-1，且所有角視場的放大倍率誤差不得大於0.5%;4)從物方開始最後兩個光學元件之間的中心間距不得小於30mm;5)傅立葉透鏡前後組的焦距不小於65ram;6)前工作具不小於55mm;7)所有光學元件的通光口徑不得大於52mm;8)傅立葉透鏡的前組的後焦面到偏振分束器的相應光的出射面的距離不得小於5mm;9)整個相干成像模塊的光程差(0PD)不得大於0.25個波長；10)所有選用的玻璃材料必須為常用的，且光學元件的個數要儘快能地少。根據以上設計需求，給出的相應的光學設計如下所述。本實施例中的相干成像系統，位於圖2的離軸對準系統中，圖2中與相干成像系統無直接關係的現有離軸對準部件被省略。在具體光學設計中，根據光學設計的特點，以下分別給出綠光的相干成像光學系統和紅光的相干成像系統，但這兩種相干成像系統中的傅立葉透鏡前組由於是共用的，所以是相同的。此外由於用到了偏振分光系統，所以對紅光的設計採用了在四分之一波片中的0光和E光兩個多重結構進行光學設計。在圖2中，本實施例採用了紅、綠光(波長分別為632.8nm和532咖)兩種工作波長，其目的在於提高整個離軸對準系統對矽片不同工藝條件下的適應能力。圖2中紅綠兩種工作波長共用傅立葉透鏡的前組12，而後經過偏振分束器13(圖中的四分之一波片14是偏振分束器13的組成部分)後兩種波長分開，一路進入第一傅立葉透鏡後組16、第一參考光柵31;另一路進入第二傅立葉透鏡後組18、第二參考光柵32;與此同時綠雷射在進入第二傅立葉透鏡後組18之前有約1%的能量被分出進入相機光學子模塊41，進而進入相機CCD及顯示組件42,形成離軸對準系統的CCD相機分支。離軸對準系統的CCD相機分支的作用在於用可視化的方式來尋找和捕捉位於矽片或工件臺上的標記，主要用於離軸對準系統的初始安裝和其他的人工捕獲標記。本實施例中，所述傅立葉透鏡前組12、第一傅立葉透鏡後組16、第二傅立葉透鏡後組18，均由三片透鏡組成。，圖2中的第一空間濾波器15和第二空間濾波器17位於傅立葉透鏡前組12的後焦面上，即標記光柵11關於傅立葉透鏡前組12的頻譜面上，其作用在於濾波，增加信'噪比。具體地，所述第一空間濾波器15位於所述第一傅立葉透鏡後組16與所述偏振分束器13之間，所述第二空間濾波器17位於所述第二傅立葉透鏡後組18與所述偏振分束器13之間。其中，如圖2所示，還包括第一光源子模塊51、紅光照明子模塊52、第一支架19和位於第一支架19上的第一小反射稜鏡20。所述第一光源子模塊51發出的光束(波長為632.8nm)依次經過紅光照明子模塊52、位於第一支架19上的第一小反射稜鏡20反射後進入偏振分束器13,通過傅立葉透鏡前組12形成平行光照射在需要測量的標記光柵11上。其中，如圖2所示，還包括第二光源子模塊53、綠光照明子模塊54、第二支架21和位於第二支架21上的第二小反射稜鏡22。所述i二光源子模塊53發出的光束(波長為532nm)依次經過綠光照明子模塊54、位於第二支架21上的第二小反射稜鏡22反射後進入偏振分束器13，通過傅立葉透鏡前組12形成平行光照射在需要測量的標記光柵11上。其中，所述第一小反射稜鏡20和第二小反射稜鏡22的尺寸都在5mm以下，它正好位於標記光柵11衍射光中的0級衍射光要通過的地方，在離軸對準系統的原理中是收集衍射光的±1衍射光或其他高級次的衍射光，而要濾掉0級光，所以所述第一小反射稜鏡20和第二小反射稜鏡22的位置安排是滿足離軸對準系統的原理需求。其中，傅立葉透鏡的前組的後焦面到偏振分束器的相應光的出射面的距離不得小於5mm。其中，第一傅立葉透鏡後組16和第二傅立葉透鏡後組18的最後一個面分別與所述第一參考光柵31和第二參考光柵32的第一個面之間的距離不小於30mm。其中，所述該系統的工作距離大於等於55鵬且小於75咖。其中，所述傅立葉透鏡前組12的焦距大於65咖且小於120mm。其中，該系統的角視場對紅光不小於18°對綠光不小於15。。其中，該系統的角放大倍率為-1且角放大倍率誤差小於0.5%。其中，該系統的光程差(OPD)大於0小於0.25波長。下面為下面表格中所有面的具體參數。要說明的是，圖2中的反射鏡由於是結構布置的需要，其不影響本相干成像模塊的光學設計，所以不包含在光學具體參數設計中。如下表一和表二所示分別為0光和E光紅光(波長為632.8nm)的相干成像系統的光學設計的光學元件的具體參數。表一為紅光(波長為632.8nm)的相干成像系統光學元件具體參數(0光)表面曲率厚度(咖)玻璃材料半徑(咖)A0無限,IJ0B060.006420.55C-O.0066313.2ZK719.63045D-O.03333121.08177E-0.034044ZF620.91114F-0.017580.523.29812G0.001168.2ZK724.51227H-0.01222224.97087I0100ZK1124.93266J06QUARTZ25.25K010.2591625.25L0114.495224.46488M0.01409220ZF625.26051N-0.005150.523.0705200.0243197.55ZF620.234578tableseeoriginaldocumentpage9表一其中表面A指工作檯或矽片表面。表面B指標記光柵表面。表面C、表面D、表面E、表面F、表面G、表面H依次指傅立葉透鏡前組的三透鏡的表面。表面I指偏振分束器表面。表面J和表面K指四分之一玻片表面。表面L指空間濾波片表面。表面M、表面N、表面0、表面P、表面Q、表面R依次指第一傅立葉透鏡後組的三透鏡的表面。表面S指第一參考光柵31表面。厚度指該表面至緊鄰的下一表面的距離。表二為紅光(波長為632.8nin)的相干成像系統光學元件具體參數(E光)。tableseeoriginaldocumentpage9tableseeoriginaldocumentpage10表二如圖3和圖4所示，其分別為0光和E光的紅光相干成像系統設計結果的光學系統二維圖。如圖5和圖6所示，分別為0光和E光的紅光相干成像系統的OPD圖，從圖中可以看出對於所有視場的0PD都是小於0.05波長的。同時設計結果還表明該系統的角放大倍率為-1誤差最大值為0.348%。如下表三所示為綠光(波長為532rai)的相干成像系統的光學設計的光學元件的具體參數。tableseeoriginaldocumentpage10-0.004910.520.337090,0.024379.71ZF618.18444P,0.0124732.4115.24533Q,-O.0031214.35ZK1114.86069R'0.038737309.52697S,06.35SILICA1.726592表三如圖7所示，為綠光相干成像系統設計結果的光學系統二維圖。如圖8所示，為綠光相干成像系統的OPDS，從圖中可以看出對於所有視場的OPD都是小於O.05波長的。同時設計結果還表明該系統的角放大倍率為-1誤差最大值為0.41%。至此可以看出，本發明的光學系統完全滿足OA對該相干成像系統的需求。以上所述的實施例僅用於說明本發明的技術思想及特點，其目的在使本領域內的技術人員能夠了解本發明的內容並據以實施，當不能僅以本實施例來限定本發明的專利範圍，即凡依本發明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍落在本發明的專利範圍內。權利要求1、一種相干成像系統，其特徵在於從物面開始依次包括由傅立葉透鏡前組、將光路分成第一光路和第二光路的分束器，所述分束器包括一四分之一波片，所述第一光路上自所述分束器依次包括第一空間濾波器、第一傅立葉透鏡後組、第一參考光柵；所述第二光路上自所述分束器依次包括第二空間濾波器、第二傅立葉透鏡後組、第二參考光柵；所述第一光路的像在所述第一參考光柵的後面，所述第二光路的像在所述第二參考光柵的後面。2、根據權利要求1所述的相干成像系統，其特徵在於所述傅立葉透鏡前組、第一傅立葉透鏡後組、第二傅立葉透鏡後組均由三片透鏡組成。3、根據權利要求1所述的相干成像系統，其特徵在於所述第一光路和第二光路工作在兩個不同的波長。4、根據權利要求1所述的相干成像系統，其特徵在於所述第一空間濾波器與所述第一傅立葉透鏡後組之間設有第一支架和位於所述第一支架上的第一小反射稜鏡。'5、根據權利要求1所述的相干成像系統，其特徵在於所述第二空間濾波器與所述第二傅立葉透鏡後組之間設有第二支架和位於所述第二支架上的第二小反射稜鏡。6、根據權利要求1所述的相干成像系統，其特徵在於所述相干成像系統的工作距離大於等於55咖且小於75mm,其中，所述傅立葉透鏡前組的焦距大於65咖且小於120mm。7、根據權利要求1所述的相干成像系統，其特徵在於所述相干成像系統的光程差大於O小於O.25波長。8、根據權利要求1所述的相干成像系統，.其特徵在於所述相干成像系統的角視場對紅光大於等於18°,對綠光大於等於15°，所述相干成像系統的角放大倍率為-1且角放大倍率誤差小於0.5%。9、根據權利要求2所述的相干成像系統，其特徵在於所述傅立葉透鏡前組的三片透鏡的六個表面表面C、表面D、表面E、表面F、表面G、表面H的參數為tableseeoriginaldocumentpage210、根據權利要求2所述的相干成像系統，其特徵在於所述第一傅立葉透鏡後組的三片透鏡的六個表面表面M、表面N、表面0、表面P、表面Q、表面R的參數為-tableseeoriginaldocumentpage311、根據權利要求2所述的相干成像系統，其特徵在於所述第二傅立葉透鏡後組的三片透鏡的六個表面表面M'、表面N'、表面O'、表面P'、表面Q'、表面R'的參數為tableseeoriginaldocumentpage3全文摘要相干成像系統，從物面開始依次包括由傅立葉透鏡前組、將光路分成第一光路和第二光路的分束器，所述分束器包括一四分之一波片，所述第一光路上自所述分束器依次包括第一空間濾波器、第一傅立葉透鏡後組、第一參考光柵，像在所述第一參考光柵的後面；所述第二光路上自所述分束器依次包括第二空間濾波器、第二傅立葉透鏡後組、第二參考光柵，所述第一光路的像在所述第一參考光柵的後面；所述第二光路的像在所述第二參考光柵的後面，其中，所述傅立葉透鏡前組、第一傅立葉透鏡後組、第二傅立葉透鏡後組均由三片透鏡組成。本發明具體實現其更大的入瞳直徑和角視場，並且結構更加簡單。文檔編號G02B27/46GK101551523SQ20091005040公開日2009年10月7日申請日期2009年4月30日優先權日2009年4月30日發明者俊關,宋海軍,徐榮偉,堯李,葛貴臣,韋學志申請人:上海微電子裝備有限公司