[发明专利]调焦调平测量系统及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光机电设备，具体涉及投影光刻系统中的调焦调平测量系统及其测量方法。

背景技术

光刻装置(光刻机)是大规模集成电路生产的重要设备之一。光刻机可将掩模板上的图形通过曝光装置按一定比例转移到要加工的对象上(如硅片等)。硅片在这里泛指所有被曝光对象，包括衬底、镀膜和光刻胶等。在曝光过程中，需要使加工对象(如硅片等)的相应表面保持在曝光装置的焦深范围之内。为此，光刻机采用了用于测量加工对象(如硅片等)的表面位置信息的调焦调平测量系统。调焦调平测量系统可以和夹持加工对象(如硅片等)的工件台一起使加工对象(如硅片等)的被曝光区域一直处于光刻机曝光装置的焦深之内，从而使掩模板上的图形理想地转移到加工对象(如硅片等)上。

随着投影光刻机分辨率的不断提高和投影物镜焦深的不断减小，对光刻机内调焦调平测量分系统的测量精度和能够实时测量曝光区域等性能的要求也越来越高。因此目前步进扫描中所采用的调焦调平测量系统通常为光电测量系统，如：基于光栅和四象限探测器的光电测量方法(美国专利US5191200)、基于狭缝和四象限探测器的光电探测方法(美国专利US 6765647B1)、基于针孔和面阵CCD的光电探测方法(美国专利US 6081614)和基于PSD(位置敏感器件)的光电测量方法(中国专利：200610117401.0和Focusing and leveling system usingPSDs for the wafer steppers.Proc.SPIE，1994，2197：997-1003.)。上述调焦调平测量系统都较为复杂，而且除基于光栅和四象限探测器的光电测量方法(美国专利US5191200)以及基于PSD的光电测量方法(中国专利：200610117401.0)之外，上述调焦调平测量系统都是非差分测量系统，因此稳定性较差。而除基于狭缝和四象限探测器的光电探测方法(美国专利US 6765647B1)外，上述调焦调平测量系统都会受被测对象单点测量区域内局部反射率不均的影响，因此其工艺适应性差。

局部反射率不均的现象产生于在IC制造过程中。IC制造过程中会有不同的硅片基底、涂层、光刻胶、以及硅片上会有不同的已经加工上去的图形等工艺相关的特性并最终引起整个硅片的局部和整体反射率等的变化。而这些局部和整体的反射率的变化会引起调焦调平测量系统的测量误差，有人把这一类误差叫做“工艺相关性误差”。根据现有的调焦调平测量系统(如美国专利US5191200等)实际工作测量，这一“工艺相关性误差”可达到微米量级，而一般100nm节点的光刻机对调焦调平测量系统的测量精度要求为10nm量级，所以这种误差的存在会使整个光刻机无法正常工作。为了消除这一误差，现有的做法都是采用在线矫正的办法。在线矫正的办法需要做大量工艺试验来确定各种不同工艺下工艺相关性误差的修正因子，然后再在实际工作中根据不同的工艺在线修正调焦调平测量系统的工艺相关性误差。而且，为了安全和保证成品率，每更换一次工艺还需要再进行对调焦调平测量系统的测试。

另外，由于其自身原理上的缺陷，基于狭缝和四象限探测器的光电探测方法(美国专利US 6765647B1)不但系统稳定性差，而且测量精度不高。若基于狭缝和四象限探测器的光电探测方法(美国专利US 6765647B1)达到与其他调焦调平测量系统相同精度时，该调焦调平测量系统的结构会变得相当冗杂。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种结构简单、相对稳定、同样高测量精度且工艺适应性较高的调焦调平测量系统及其测量方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了调焦调平测量系统包括物光栅、第一成像系统、第二成像系统、探测光栅和探测模块，第一成像系统可将物光栅经光束照明成像于被测对象以形成第一光栅像，第二成像系统可将第一光栅像成像于探测光栅以形成第一探测像，第一探测像与探测光栅叠加形成第一莫尔条纹，第一莫尔条纹被探测模块探测，探测模块的位置信息固定，被测对象的位置信息表现于第一莫尔条纹相对于探测模块的位置信息。

与现有技术相比，本发明系统，具有同样高甚至更高的测量精度，却结构更简单，成本更低，并可设计成差分结构以提高系统稳定性。而且，莫尔条纹的平均作用可有效提高本发明调焦调平测量系统的工艺适应性。

附图说明

图1为光刻机系统示意图。

图2为莫尔条纹形成示意图。

图3为根据本发明一实施例设计的具有非差分结构的调焦调平测量系统示意图。

图4为根据本发明一实施例设计的莫尔条纹探测示意图。