[发明专利]用于光刻设备的调焦调平检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种用于光刻设备的调焦调平检测装置及方法。

背景技术

近年来，随着科学技术尤其是半导体技术的不断发展，对硅片复杂程度及成本价格不断提高，对光刻工艺技术的要求也不断地提高，因而对调焦调平检测的精度要求和曝光质量要求也大幅度提高，特别是在前道光刻工艺光刻机中，对精度和曝光质量的要求越来越高。

现有的调焦调平检测传感器主要有三种：一是气压式传感器；二是电容式传感器，三是光电式三角测量传感器。这三种传感器各有其优缺点：气压式传感器可以直接测量硅片面的物理表面、不受光刻胶以及硅片表面材料的影响、但是气压受环境影响大导致精度不高、并且传感器距离硅片面较近而不能直接测量曝光场；电容式传感器实现比较简单、但是受被测硅片特性影响比较大、也不能直接测量曝光场；光电式三角测量传感器能够测量曝光场而且检测精度高、目前主要的调焦调平传感器、但是光机和控制结构复杂、并且精度受硅片面反射率的影响比较大。

现有技术中大多采用的调焦调平装置是光电式三角测量技术或者与气压式、电容式混合使用，这些测量方式由于受材料的特性、环境条件和空间结构以及光斑不均匀性等限制，造成其工艺适应性比较差。现有技术中所使用的调焦调平装置因空间结构限制，而导致的调焦调平传感器光学设计受限制引起的机械设计受限制、安装困难等问题。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种基于共焦测量原理的调焦调平检测传感器，能巧妙地解决最佳焦平面、调焦调平传感器零平面及硅片面之间的位置变化关系，很好地确保了光刻机硅片的曝光质量稳定性。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于光刻设备的调焦调平检控系统，包括：光源、调焦调平检测装置和调焦调平控制装置；该光源经光纤接口耦合进入该调焦调平检测装置；该调焦调平检测装置，用于检测对象的垂直位置和倾斜度；该调焦调平控制装置，用于根据该调焦调平检测装置所获得的探测信号，驱动控制该对象的承载器的垂向位置和倾斜度该调焦调平检测装置在光刻设备的投影物镜的镜筒内部。

更进一步地，该光源为非曝光光源。该调焦调平检测装置所获得的探测信号，经过光纤、导线或无线方式传递给该调焦调平控制装置。

更进一步地，该调焦调平检测装置包括：照明组件、梯度透镜组和探测组件；该照明组件，用于将经该光纤接口耦合进入的光源，经该梯度透镜组成像至一对象表面形成一聚焦光点，该聚焦光点反射后至该探测组件形成一成像光点，该聚焦光点与该成像光点形成一共轭关系。该照明组件包括光纤、分光棱镜及聚焦棱镜，该光源发出的光束经该光纤形成一点光源，依次经该分光棱镜及聚焦棱镜入射至该梯度透镜组。该梯度透镜组为一梯度折射率透镜，该梯度折射率透镜与该光刻设备的投影物镜共用该光刻设备的投影物镜的至少一个透镜。该探测组件包括探测滤波小孔、色散棱镜以及共焦测量探测器。该探测组件包括探测滤波小孔、反射式光栅以及共焦测量探测器。

更进一步地，该调焦调平控制装置包括：信号处理单元与控制单元；该信号处理单元，根据该调焦调平检测装置所提供的探测信号，计算该对象表面的最佳焦距和倾斜度；该控制单元，根据该信号处理单元计算所得的结果，驱动控制该对象承载器的垂向位置和倾斜度。

更进一步地，该调焦调平检测装置至少为一组。该调焦调平检测装置包括共焦测量探测器，该共焦测量探测器为3个，且等距离共圆分布安置于该光刻设备的投影物镜的内部。

本发明同时公开一种用于光刻设备的调焦调平检控系统的使用方法，包括：在该光刻设备的投影物镜内布置至少三组该调焦调平检测装置，该光源，经一梯度透镜组成像至一对象表面形成一聚焦光点，该聚焦光点反射后形成一成像光点，该聚焦光点与该成像光点形成一共轭关系，根据该成像光点的位置信息计算该基底表面的最佳焦距和倾斜度。

更进一步地，该梯度透镜组为一梯度折射率透镜，该梯度折射率透镜与该光刻设备的投影物镜共用该光刻设备的投影物镜的至少一个透镜。

更进一步地，采用逐行扫描的方式对该对象的表面与事先设定的最佳曝光面的垂向偏移量进行探测，从而转换为该对象表面起伏特征，通过图像拟合的方式，得到该对象表面形貌特征的拟合数据。