一種調焦調平裝置及調焦調平方法與流程
2023-09-17 23:41:10 2
本發明涉及光刻機技術領域，具體涉及一種調焦調平裝置及調焦調平方法。
背景技術：
投影光刻機是一種把掩模上的圖案通過投影物鏡投影到矽片表面的設備。在光刻機的曝光過程中，如果矽片相對於物鏡焦平面的離焦或傾斜使曝光視場內某些區域處於有效焦深之外，將嚴重影響光刻質量，因此必須採用調焦調平系統進行精確控制。現有的調焦調平系統的一般工作原理是：首先獲得整個曝光場內矽片表面高度與傾斜信息，以此來判斷自動調焦調平系統是否正確調焦調平，並根據這些信息作相應調節，以精確控制矽片位置。
然而光刻機中使用的矽片通常需要經過多道矽通孔(through silicon via，TSV)技術處理，TSV技術是指通過在晶片和晶片之間、晶圓和晶圓之間製作垂直導通，實現晶片之間互連的最新技術，具有封裝尺寸小、信號傳輸快、功耗低等優點。標準矽片在經過各道TSV工藝後，矽片邊緣會出現諸多問題，主要體現在：鍵合不一致/不同心，邊緣有磨損，有溝槽，矽片表面有濺射金屬或者絕緣膠，矽片有翹曲，特別是當矽片表面存在溝槽時，將會對其表面高度與傾斜信息的測量帶來很大影響。
目前，最常見的調焦調平檢測裝置及其調焦調平方法，如圖1所示，包括分布於投影物鏡光軸兩側的測量光路，包括依光路依次連接的照明單元1』、投影單元2』、探測單元3』及中繼單元4』。照明單元1』提供的光源出射光經透鏡組聚光之後，由光纖傳送至投影單元2』，為整個測量裝置提供照明光源，接著通過投影單元2』之後，在矽片表面當前曝光區域內形成測量光斑，接著，探測單 元3』探測矽片上的測量光斑，最終通過中繼單元4』中的探測器接收，形成帶有被測物表面高度信息的光強信號，以獲得矽片表面的高度信息。該三角測量方法要求被測物的表面是平整的，而針對表面存在溝槽的矽片，測量精度將會大大降低。
針對以上問題，現有技術中又提出了一種調焦調平的方法，主要的技術方案為：控制照明支路光纖的數值孔徑(NA)應大於等於投影支路光纖的數值孔徑(NA)與其放大倍率的乘積，大於等於探測支路光纖的數值孔徑(NA)與被測物傾斜量之和，以減小被測物表面凹凸不平導致成像陰影，從而引起測量偏差。通常情況下，矽片面上的圖案及布線是縱橫交錯的，因此反射光線會在各個方向上產生偏移量，該技術其中一實施例將投影孔徑光闌11』做成十字形狀，如圖2所示，以保證探測光束12』的順利接收，從而減小測量誤差。該方案雖然能在一定程度上減小被測物表面凹凸不平時產生的測量誤差，然而在遇到較大溝槽時，可能導致測量無法進行，影響系統的可靠性和穩定性。
技術實現要素：
本發明為了克服以上不足，提供了一種有效提高系統穩定性和可靠性的調焦調平裝置及調焦調平方法。
為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種調焦調平裝置，包括依光路排列的照明單元、投影單元、探測單元及中繼單元，其中所述照明單元和所述投影單元設於投影物鏡一側，所述探測單元和所述中繼單元設於所述投影物鏡另一側，所述投影單元包括投影標記板，其特徵在於，所述投影標記板上還設有若干光柵，若干所述光柵的光柵格數量和寬度均不同。
進一步的，所述光柵的數量至少為3個。
進一步的，每個所述光柵的光柵格寬度和間距均大於所述中繼單元中CCD的解析度。
進一步的，所述照明單元為寬波段光源。
進一步的，所述投影單元還包括依次排列的準直擴束鏡、投影前組透鏡組、第一反射鏡組及投影后組透鏡組，所述投影標記板位於所述準直擴束鏡和所述投影前組透鏡組之間。
進一步的，所述探測單元包括依次排列的探測前組透鏡組、第二反射鏡組和探測後組透鏡組。
進一步的，所述中繼單元包括依次排列的中繼反射鏡、中繼透鏡組、探測器、運算單元和調焦控制器。
本發明還提供一種調焦調平方法，包括以下步驟：
S1：設置照明單元、投影單元、探測單元及中繼單元，並依照光路進行安裝，所述投影單元包括投影標記板，將若干光柵置於所述投影標記板表面，並對各個光柵進行編號；
S2：使所述照明單元提供的出射光經過所述投影單元後形成具有不同子光斑的測量光束，投射到矽片的表面；
S3：所述探測單元對具有所述不同子光斑的測量光束進行探測形成具有不同子光斑的探測光斑束；
S4：中繼單元接收所述具有不同子光斑的探測光斑束，對不同的子光斑進行成像，形成帶有所述矽片的表面的高度信息的光強信號，並計算得到矽片表面的高度信息，最終根據所述高度信息對所述矽片進行調焦調平。
進一步的，所述步驟S2中，所述照明單元提供的出射光經過投影標記板之後，形成具有不同形狀的子光斑，每個所述子光斑對應相應編號的光柵。
進一步的，所述步驟S4中形成的帶有矽片表面高度信息的光強信號中，每個所述子光斑的信號上升沿對應所述矽片表面的高度不同。
本發明提供的調焦調平裝置及調焦調平方法，通過在投影標記板上設置若干光柵參數不同的光柵，使照明單元的出射光經過投影標記板後可以產生具有不同形狀的子光斑的測量光束，通過探測單元對不同的子光斑進行探測，最終由中繼單元對不同子光斑進行成像，形成帶有矽片表面高度信息的光強信號， 從而得到矽片表面的高度信息，由於不同形狀子光斑的信號上升沿對應的矽片表面高度不同，因此根據獲得的相應編號的子光斑便可以準確獲得矽片表面的高度，避免因子光斑打在矽片溝槽內丟失時導致檢測不能進行或誤差增大，大大提高了系統的穩定性和可靠性。
附圖說明
圖1是現有技術中調焦調平裝置的結構示意圖；
圖2是現有技術中調焦調平方法一實施例投影孔徑光闌和探測光束的相對位置圖；
圖3是本發明調焦調平裝置的結構示意圖；
圖4是本發明調焦調平裝置光柵的結構示意圖；
圖5是本發明調焦調平裝置矽片上子光斑的結構示意圖；
圖6是本發明調焦調平裝置具有溝槽的矽片中測量光束和探測光束示意圖；
圖7是本發明調焦調平裝置不同子光斑對應的信號圖；
圖8a-8c是本發明調焦調平裝置只探測到一個子光斑的示意圖；
圖9是本發明調焦調平方法流程圖。
圖1-2：1』、照明單元；2』、投影單元；3』、探測單元；4』、中繼單元；11』、孔徑光闌；12』、探測光束；
圖3～9中所示：1、照明單元；101、測量光束；102、探測光束；2、投影單元；21、準直擴束鏡；22、投影標記板；23、光柵；24、投影前組透鏡組；25、第一反射鏡組；26、投影后組透鏡組；3、探測單元；31、探測前組透鏡組；32、第二反射鏡組；33、探測後組透鏡組；4、中繼單元；41、中繼反射鏡；42、中繼透鏡組；43、探測器；44、運算單元；45、調焦控制器；5、投影物鏡；6、矽片；P1～P3、子光斑。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作詳細描述：
如圖3所示，本發明提供了一種調焦調平裝置，包括依光路排列的照明單元1、投影單元2、探測單元3及中繼單元4，其中照明單元1和投影單元2設於投影物鏡5一側，探測單元3和中繼單元4設於投影物鏡5另一側，投影單元2包括投影標記板22，投影標記板22上還設有若干光柵23，若干光柵23的光柵格數量和寬度均不同。
如圖4所示，光柵23的數量至少為3個，本實施例中，選擇光柵23的數量為3個，分別編號為231、232、233，每個光柵23的光柵格寬度和間距均大於所述中繼單元4中CCD的解析度，且位於投影標記板22的不同位置上。
請繼續參照圖3，照明單元1為寬波段光源，波長範圍可覆蓋紫外、可見光和近紅外波段。優選的寬波段光源為LED光源、氙燈或滷素燈，為系統提供照明出射光。投影單元2還包括依次排列的準直擴束鏡21、投影前組透鏡組24、第一反射鏡組25及投影后組透鏡組26，投影標記板22位於準直擴束鏡21和投影前組透鏡組24之間，照明單元1的出射光經過投影標記板22之後，形成具有不同形狀的子光斑P1、P2、P3，如圖5所示，每個子光斑P1、P2、P3對應相應編號的光柵23，即子光斑P1對應光柵231，子光斑P2對應光柵232，子光斑P3對應光柵233；不同形狀的子光斑P1、P2、P3匯聚成測量光束101，依次經過投影前組透鏡組24、第一反射鏡組25及投影后組透鏡組26後投射到矽片6表面。
優選的，探測單元3包括依次排列的探測前組透鏡組31、第二反射鏡組32和探測後組透鏡組33，探測單元3對矽片6上不同形狀的子光斑P1、P2、P3進行探測，接收被矽片6表面正常反射或衍射的子光斑P1、P2、P3，形成探測光束。具體的，如圖6所示，當矽片6表面存在溝槽時，由於子光斑P1、P2、P3落入溝槽內而導致反射或衍射後的子光斑P1、P2、P3無法通過探測單元3到達中繼單元4，通過對不同形狀的子光斑P1、P2、P3進行編號，探測單元3形成的探測光束102中也具有探測到的子光斑P1、P2、P3的編號信息。
優選的，中繼單元4包括依次排列的中繼反射鏡41、中繼透鏡組42、探測器43、運算單元44和調焦控制器45，探測器43用於對接收到具有不同形狀子光斑P1、P2、P3的探測光斑束進行成像，形成帶有矽片表面高度信息的光強信號，如圖7所示，接著通過運算單元44進行計算得到矽片6表面的高度信息，最終利用調焦控制器45對矽片6進行調焦調平。具體的，在探測器43形成的帶有矽片表面高度信息的光強信號中，每個子光斑P1、P2、P3的信號上升沿對應矽片6的表面高度不同，本實施例中子光斑的數量為3個，當探測器43獲得全部2個以上子光斑時，首先獲得該2個/3個子光斑對應的矽片6的表面高度數據，接著對該2個/3個高度數據進行加權或求平均，獲得矽片6的表面高度；當探測器43隻獲得其中任何一個子光斑時(即此時其他兩個子光斑都落入溝槽內)，如圖8a-8c所示，只要獲得該子光斑P1、P2、P3對應的矽片6的表面高度數據，便可得到該矽片6表面的高度，因此，避免了因子光斑P1、P2、P3打在矽片6溝槽內丟失時導致檢測不能進行或誤差增大。
本發明還提供一種調焦調平方法，如圖9所示，包括以下步驟：
S1：設置照明單元1、投影單元2、探測單元3及中繼單元4，並依照光路進行安裝，所述投影單元2包括投影標記板22，將若干光柵23置於投影標記板22表面，並對各個光柵23進行編號，具體的，光柵的數量為3個，分別編號為231、232、233，每個光柵23置於投影標記板22的不同位置上。
S2：使照明單元1提供的出射光經過投影單元2後形成具有不同子光斑P1、P2、P3的測量光束101，投射到矽片6的表面，具體的，照明單元1的出射光經過投影標記板22之後，形成具有不同形狀的子光斑P1、P2、P3，每個子光斑P1、P2、P3對應相應編號的光柵23，即子光斑P1對應光柵231，子光斑P2對應光柵232，子光斑P3對應光柵233；不同形狀的子光斑P1、P2、P3匯聚成測量光束101，依次經過投影前組透鏡組24、第一反射鏡組25及投影后組透鏡組26後投射到矽片6表面。
S3：探測單元3對具有不同子光斑P1、P2、P3的測量光束101進行探測形成具有不同子光斑P1、P2、P3的探測光斑束102，當矽片6表面存在溝槽時，由於子光斑P1、P2、P3落入溝槽內而導致反射或衍射後的子光斑P1、P2、P3無法通過探測單元3到達中繼單元4，通過對不同形狀的子光斑P1、P2、P3進行編號，探測單元3形成的探測光束102中也具有探測到的子光斑P1、P2、P3的編號信息。
S4：中繼單元4接收具有不同子光斑P1、P2、P3的探測光斑束，對不同的子光斑P1、P2、P3進行成像，形成帶有矽片6的表面的高度信息的光強信號，並計算得到矽片6表面的高度信息，最終根據獲得的高度信息對矽片6進行調焦調平；具體的，在探測器43形成的帶有矽片6表面高度信息的光強信號中，每個子光斑P1、P2、P3的信號上升沿對應矽片6的表面高度不同，本實施例中全部子光斑的數量為3個，當探測器43獲得全部2個以上子光斑時，首先獲得該2個/3個子光斑對應的矽片6的表面高度數據，接著對該2個/3個高度數據進行加權或求平均，獲得矽片6的表面高度；當探測器43隻獲得其中任何一個子光斑時(即此時其他兩個子光斑都落入溝槽內)，只要獲得該子光斑P1、P2、P3對應的矽片6的表面高度數據，便可得到該矽片6表面的高度，因此，避免了因子光斑P1、P2、P3打在矽片6溝槽內丟失時導致檢測不能進行或誤差增大。
綜上所述，本發明提供的調焦調平裝置及調焦調平方法，通過在投影標記板22上設置若干光柵參數不同的光柵23，使照明單元1的出射光經過投影標記板後22可以產生具有不同形狀的子光斑P1、P2、P3的測量光束101，通過探測單元3對不同的子光斑P1、P2、P3進行探測，最終由中繼單元4對不同子光斑P1、P2、P3進行成像，形成帶有矽片6表面高度信息的光強信號，從而得到矽片6表面的高度信息，由於不同形狀子光斑P1、P2、P3的信號上升沿對應的矽片6表面高度不同，因此根據獲得的相應編號的子光斑P1、P2、P3便可以準確獲得矽片6表面的高度，避免因子光斑P1、P2、P3打在矽片6溝槽內丟失時導致檢測不能進行或誤差增大，大大提高了系統的穩定性和可靠性。
雖然說明書中對本發明的實施方式進行了說明，但這些實施方式只是作為提示，不應限定本發明的保護範圍。在不脫離本發明宗旨的範圍內進行各種省略、置換和變更均應包含在本發明的保護範圍內。