用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦設(shè)備及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦設(shè)備，包括：一光學(xué)物鏡，所述光學(xué)物鏡的數(shù)值孔徑大于0.9；一調(diào)焦組件，所述調(diào)焦組件在子午面和水平面具有不同光焦度；一探測(cè)器，所述探測(cè)器用于探測(cè)一待測(cè)面經(jīng)過(guò)所述光學(xué)物鏡及所述調(diào)焦組件所形成的光斑；以及處理單元，與所述探測(cè)器電性連接，根據(jù)所述探測(cè)器獲得的光斑能量分布判斷待測(cè)面是否位于所述光學(xué)物鏡的焦深范圍內(nèi)。本發(fā)明同時(shí)公開(kāi)一種用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦設(shè)備及方法
[0001] _
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種集成電路裝備制造領(lǐng)域，尤其涉及一種用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦設(shè)備及方法。
【背景技術(shù)】
[0003]光刻技術(shù)或稱(chēng)光學(xué)刻蝕術(shù)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于集成電路制造工藝中。該技術(shù)通過(guò)光學(xué)投影裝置曝光，將設(shè)計(jì)的掩模圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上?！把谀！焙汀肮饪棠z”的概念在光刻工藝中是公知的:掩模也稱(chēng)光掩模版，是薄膜、塑料或玻璃等材料的基底上刻有精確定位的各種功能圖形的一種模版，用于對(duì)光刻膠層的選擇性曝光；光刻膠是由光敏化合物、基體樹(shù)脂和有機(jī)溶劑等混合而成的膠狀液體，受到特定波長(zhǎng)光線(xiàn)作用后，其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使得在某種溶液中的溶解特性改變。
[0004]散射測(cè)量是一種可用于在線(xiàn)測(cè)量⑶或Overlay的光學(xué)度量技術(shù)。有兩種主要的散射測(cè)量技術(shù):1.光譜型散射測(cè)量通常利用寬波段光源，例如氙、氘或基于鹵素的光源，例如氙弧燈，測(cè)量固定角度的散射光的性質(zhì)(作為波長(zhǎng)的函數(shù))。該固定角度可為垂直入射或者傾斜入射。2.角分辨率型散射測(cè)量通常利用激光作為單一波長(zhǎng)光源，測(cè)量固定波長(zhǎng)的，作為入射角的函數(shù)的散射光的性質(zhì)。
[0005]利用實(shí)時(shí)回歸或者通過(guò)與由模擬得到的樣本庫(kù)圖案進(jìn)行對(duì)比，重建產(chǎn)生反射光譜的結(jié)構(gòu)。重建包括成本函數(shù)的最小化。兩種方法都通過(guò)周期性結(jié)構(gòu)計(jì)算光的散射。最常用的技術(shù)為嚴(yán)格耦合波分析(RCWA)，盡管光散射還可通過(guò)其他技術(shù)，例如有限差分時(shí)域(FDTD)或積分方程技術(shù)來(lái)計(jì)算。
[0006]在角分辨率型散射測(cè)量設(shè)備當(dāng)中，需要采用大數(shù)值孔徑(NA)的顯微物鏡，一般ΝΑ>0.9，故物鏡的離焦將會(huì)急劇增大樣品面的照明面積，而樣品面上的照明面積大小又需進(jìn)行嚴(yán)格控制，否則將引入大量噪聲，從而降低測(cè)量精度，甚至測(cè)量失?。还试诖祟?lèi)散射測(cè)量設(shè)備中，調(diào)焦方法的選擇意義重大。
[0007]在專(zhuān)利US2008/0135774中，公開(kāi)了一種散射測(cè)量調(diào)焦的方法，該方法是在物鏡焦面兩側(cè)對(duì)稱(chēng)位置放置兩個(gè)探測(cè)器，當(dāng)顯微物鏡處于離焦?fàn)顟B(tài)時(shí)，兩個(gè)探測(cè)器上采集到的光斑大小會(huì)有所差別；該調(diào)焦方法存在的不足是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需采用兩個(gè)探測(cè)器進(jìn)行調(diào)焦。
[0008]在專(zhuān)利US2006/0066855中，公開(kāi)了一種利用刀口檢測(cè)判斷物鏡是否處于最佳焦面的調(diào)焦方法，該調(diào)焦方法的不足是實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，且需要結(jié)構(gòu)復(fù)雜的附件。
[0009]由此可見(jiàn)，本【技術(shù)領(lǐng)域】急需要一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔工藝實(shí)現(xiàn)容易的散射測(cè)量調(diào)焦設(shè)備及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦設(shè)備及方法，該設(shè)備及方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，實(shí)現(xiàn)工藝簡(jiǎn)單。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開(kāi)一種用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦設(shè)備，包括:一光學(xué)物鏡，所述光學(xué)物鏡的數(shù)值孔徑大于0.9 ;一調(diào)焦組件，所述調(diào)焦組件在子午面和水平面具有不同光焦度；一探測(cè)器，所述探測(cè)器用于探測(cè)一待測(cè)面經(jīng)過(guò)所述光學(xué)物鏡及所述調(diào)焦組件所形成的光斑；以及處理單元，與所述探測(cè)器電性連接，根據(jù)所述探測(cè)器獲得的光斑能量分布判斷待測(cè)面是否位于所述光學(xué)物鏡的焦深范圍內(nèi)。
[0012]更進(jìn)一步地，該調(diào)焦組件為像散器件。
[0013]更進(jìn)一步地，該探測(cè)器為四象限探測(cè)器、四象限雪崩二極管、CXD或者CMOS。該探測(cè)器的探測(cè)探測(cè)區(qū)域四等分，且該光斑均勻分布該探測(cè)器表面。
[0014]本發(fā)明同時(shí)公開(kāi)一種用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦方法，其特征在于，包括:將一待測(cè)面經(jīng)過(guò)一光學(xué)物鏡及一調(diào)焦組件形成一光斑；將一探測(cè)器放置于一位置處探測(cè)所述光斑；根據(jù)所述探測(cè)器獲得的光斑能量分布判斷待測(cè)面是否位于所述光學(xué)物鏡的焦深范圍內(nèi)，若是則結(jié)束所述用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦方法，否則執(zhí)行下一步驟；以及沿所述光學(xué)物鏡的光軸方向改變所述待測(cè)面與所述光學(xué)物鏡之間的距離，使所述待測(cè)面位于所述光學(xué)物鏡的焦深范圍內(nèi)。
[0015]更進(jìn)一步地，該光學(xué)物鏡的數(shù)值孔徑大于0.9。
[0016]更進(jìn)一步地，該調(diào)焦組件在子午面和水平面具有不同光焦度。該調(diào)焦組件為像散器件。
[0017]更進(jìn)一步地，該探測(cè)器為四象限探測(cè)器、四象限雪崩二極管、CXD或者CMOS。該探測(cè)器的探測(cè)探測(cè)區(qū)域四等分，且該光斑均勻分布該探測(cè)器表面。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明及方法所使用的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)潔，僅需要一個(gè)探測(cè)器探測(cè)光斑的形狀分布，根據(jù)該形狀分布即可判斷此時(shí)待測(cè)面是否位于顯微物鏡的最佳焦面。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過(guò)以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了解。
[0020]圖1是本發(fā)明所涉及的散射測(cè)量調(diào)焦裝置的第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明所涉及的第一實(shí)施方式的探測(cè)器所探測(cè)到的光斑信號(hào)；
圖3為本發(fā)明所涉及的散射測(cè)量調(diào)焦裝置的探測(cè)器布局結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明所涉及的散射測(cè)量調(diào)焦方式的流程圖；
圖5是本發(fā)明所涉及的散射測(cè)量調(diào)焦裝置的第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明所涉及的第二實(shí)施方式的探測(cè)器所探測(cè)到的光斑信號(hào)；
圖7是本發(fā)明所涉及的散射測(cè)量調(diào)焦裝置的第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0022]本發(fā)明公開(kāi)一種用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦設(shè)備，包括:一光學(xué)物鏡，該光學(xué)物鏡的數(shù)值孔徑大于0.9 ;一調(diào)焦組件，該調(diào)焦組件在子午面和水平面具有不同光焦度；一探測(cè)器，該探測(cè)器用于探測(cè)一待測(cè)面經(jīng)過(guò)該光學(xué)物鏡及該調(diào)焦組件所形成的光斑。當(dāng)用透鏡的軸向截面圖表示一個(gè)透鏡系統(tǒng)時(shí)，位于圖畫(huà)面內(nèi)的光線(xiàn)就稱(chēng)為子午光線(xiàn)，過(guò)光軸的平面稱(chēng)為子午面；垂直于子午面，且經(jīng)過(guò)光軸的平面這里定義為水平面。當(dāng)樣品上表面(待測(cè)面)位于光學(xué)物鏡的最佳焦面時(shí)，探測(cè)器上接收到的光斑是正圓形的；而當(dāng)樣品上表面與光學(xué)物鏡之間的距離大于或小于光學(xué)物鏡的工作距時(shí)，探測(cè)器接收到的光斑是橢圓形的，且兩種情況下探測(cè)器接收到的橢圓光斑長(zhǎng)軸方向是互相垂直的；利用這些不同的光斑信息可找到最佳焦面位置。本發(fā)明中，該光學(xué)物鏡可以為透射式的顯微物鏡，反射式的顯微物鏡，或透射+反射式的顯微物鏡。該調(diào)焦組件為像散器件，于本發(fā)明的下述實(shí)施例中，該調(diào)焦組件為柱狀鏡或非球面鏡，于本發(fā)明的其他實(shí)施例中，本發(fā)明下述實(shí)施例中的柱狀鏡或非球面鏡亦可由柱狀鏡和球面鏡的組合，非球面鏡和球面鏡的組合等具有像散功能的器件來(lái)代替。
[0023]圖1為本發(fā)明所涉及的散射測(cè)量調(diào)焦裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖1 (a)為子午面光線(xiàn)追跡示意圖，圖1(b)為水平面的光線(xiàn)追跡示意圖。該散射測(cè)量調(diào)焦裝置包含樣品上表面W、顯微物鏡1、柱狀鏡2及探測(cè)器5。
[0024]所述樣品上表面W，可為硅片上表面，為待測(cè)量面。
[0025]所述顯微物鏡1，為大數(shù)值孔徑的顯微物鏡，ΝΑ>0.9。
[0026]所述柱狀鏡2，為該裝置中的調(diào)焦組件，在子午面和水平面的光焦度有差別，顯微物鏡I收集到的光進(jìn)入柱狀鏡2以后，在子午面和水平面的焦點(diǎn)位置在空間上進(jìn)行一定的分離。圖1 (a)中所示柱狀鏡2在子午面有光焦度，將顯微物鏡I子午面的光線(xiàn)進(jìn)行了匯聚。而圖1 (b)所示柱狀鏡2在水平面的光焦度為零，顯微物鏡I出射的水平面光線(xiàn)經(jīng)過(guò)柱狀鏡2后，光線(xiàn)沿原來(lái)方向繼續(xù)進(jìn)行傳播。
[0027]所述探測(cè)器5，可為四象限雪崩二極管、CMOS或者C⑶等，放置于柱狀鏡2的后面，對(duì)柱狀鏡2調(diào)制過(guò)的信號(hào)在距離柱狀鏡2 —定距離處進(jìn)行采集。
[0028]圖2樣品上表面W處于離焦和最佳焦面時(shí)探測(cè)器5采集到的光斑信息，(a)為顯微物鏡I和樣品上表面W之間的 間距大于顯微物鏡I的工作距時(shí)，探測(cè)器5采集到的光斑信息示意圖；(b)為顯微物鏡I和樣品上表面W之間的間距等于顯微物鏡I的工作距，即樣品上表面W位于最佳焦面時(shí)，探測(cè)器5采集到的光斑信息示意圖；(c)為顯微物鏡I和樣品上表面W之間的間距小于顯微物鏡I的工作距時(shí)，探測(cè)器5采集到的光斑信息示意圖。
[0029]圖3描述了兩種探測(cè)器的布局。圖3(a)中的探測(cè)器5在裝配時(shí)故意進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)，當(dāng)(16+18)- (17+18)〈O時(shí)，其中16為圖3 (a)所示6區(qū)域的光強(qiáng)度之和，其他以此類(lèi)推，顯微物鏡I與樣品上表面W之間的間距大于顯微物鏡I的工作距。當(dāng)(16+18)- (17+18)=0時(shí)，樣品上表面W處于最佳焦面位置。當(dāng)(16+18)- (17+18) >0時(shí)，顯微物鏡I與樣品上表面W之間的間距小于顯微物鏡I的工作距。圖3 (b)探測(cè)器5進(jìn)行了區(qū)域劃分，當(dāng)(110+112)- (111+113)〈O時(shí)，顯微物鏡I與樣品上表面W之間的間距大于顯微物鏡I的工作距；當(dāng)(110+112)- (111+113)=0時(shí)，樣品上表面W處于最佳焦面位置；當(dāng)(110+112)- (111+113?0時(shí)，顯微物鏡I與樣品上表面W之間的間距小于顯微物鏡I的工作距；當(dāng)然，探測(cè)器還有其他區(qū)域劃分方法。
[0030]圖4為調(diào)焦方法的流程圖。本發(fā)明的調(diào)焦方法包含以下步驟:
步驟A:讀取探測(cè)器接收到的光斑能量分布。
[0031]步驟B:根據(jù)光斑的能量分布，判斷顯微物鏡和樣品上表面之間的距離是大于、等于或小于顯微物鏡的工作距。
[0032]步驟C:根據(jù)步驟B的判斷結(jié)果，相應(yīng)移動(dòng)顯微物鏡或者樣品上表面沿顯微物鏡光軸的軸向位置。
[0033]步驟D:重復(fù)步驟A、B和C，直至顯微物鏡和樣品上表面之間的距離等于顯微物鏡的工作距，即樣品上表面位于最佳焦面位置。
[0034]步驟E:調(diào)焦完成。
[0035]以下將詳細(xì)說(shuō)明該調(diào)焦調(diào)平方法。首先探測(cè)器5采集當(dāng)前接收到的光斑能量分布。然后根據(jù)光斑能量分布情況，比如可通過(guò)上面圖3下面描述的判斷方法，或者利用圖像識(shí)別算法，判斷橢圓度或者長(zhǎng)軸的方向來(lái)判斷顯微物鏡I和樣品上表面W之間的距離是大于、等于還是小于顯微物鏡I的工作距。
[0036]當(dāng)顯微物鏡I和樣品上表面之間的距離大于顯微物鏡I的工作距時(shí)，可使當(dāng)前顯微物鏡I和樣品上表面之間的距離縮短，可通過(guò)移動(dòng)顯微物鏡I或者移動(dòng)樣品等來(lái)實(shí)現(xiàn)；當(dāng)顯微物鏡I和樣品上表面W之間的距離小于顯微物鏡I的工作距時(shí)，可使當(dāng)前顯微物鏡I和樣品上表面之間的距離加大；當(dāng)顯微物鏡I和樣品上表面W之間的距離等于顯微物鏡I的工作距時(shí)，調(diào)焦完成?？赡苄枰貜?fù)多次讀取光斑信息、分析光斑信息和判斷運(yùn)動(dòng)方向，才能最終調(diào)焦完成。當(dāng)然也可通過(guò)分析采集到光斑的橢圓度或者各子區(qū)域能量的不對(duì)稱(chēng)程度，比如圖3下面描述的(16+18)- (17+18)值，來(lái)快速確定最佳焦面的大致位置，從而加快調(diào)焦所需的時(shí)間。
針對(duì)該散射測(cè)量調(diào)焦裝置，本發(fā)明提供第二種實(shí)施方式。圖5為實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖，(a)和(b)分別為子午和水平面的光線(xiàn)追跡示意圖。與第一實(shí)施的區(qū)別在于，圖5中的調(diào)焦組件增加了柱狀鏡3，此柱狀鏡3在水平面光焦度不為零，而在子午面光焦度為零，這樣，在水平面也對(duì)顯微物鏡I的出射光線(xiàn)進(jìn)行了匯聚，但子午面和水平面兩個(gè)焦點(diǎn)在空間上是分離的，這樣，可以在探測(cè)器5上獲得大小合適的最佳焦面光斑。
[0037]圖6為第二實(shí)施方式中探測(cè)器5接受到的光斑信號(hào)示意圖，其中(a)和(C)為樣品上表面W離焦時(shí)探測(cè)器采集到的光斑信號(hào)，(b)為樣品上表面W位于最佳焦面時(shí)采集到的光斑信號(hào)。
[0038]針對(duì)該散射測(cè)量調(diào)焦裝置，本發(fā)明提供第三種實(shí)施方式。圖7為第三實(shí)施方式的調(diào)焦裝置示意圖，圖7(a)和(b)分別為子午和水平面的光線(xiàn)追跡示意圖。第三實(shí)施方式與第一實(shí)施方式的區(qū)別在于，圖7中的調(diào)焦組件為子午面和水平面具有不同光焦度的非球面鏡片4。
[0039]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明及方法所使用的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)潔，僅需要一個(gè)探測(cè)器探測(cè)光斑的形狀分布，根據(jù)該形狀分布即可判斷此時(shí)待測(cè)面是否位于顯微物鏡的最佳焦面。
[0040]本說(shuō)明書(shū)中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦設(shè)備，包括:一光學(xué)物鏡，所述光學(xué)物鏡的數(shù)值孔徑大于0.9 ；一調(diào)焦組件，所述調(diào)焦組件在子午面和水平面具有不同光焦度；一探測(cè)器，所述探測(cè)器用于探測(cè)一待測(cè)面經(jīng)過(guò)所述光學(xué)物鏡及所述調(diào)焦組件所形成的光斑；以及處理單元，與所述探測(cè)器電性連接，根據(jù)所述探測(cè)器獲得的光斑能量分布判斷待測(cè)面是否位于所述光學(xué)物鏡的焦深范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)焦組件為像散器件。
3.如權(quán)利要求1所述的用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦設(shè)備，其特征在于，所述探測(cè)器為四象限探測(cè)器、四象限雪崩二極管、C⑶或者CMOS。
4.如權(quán)利要求1所述的用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦設(shè)備，其特征在于，所述探測(cè)器的探測(cè)探測(cè)區(qū)域四等分，且所述光斑均勻分布所述探測(cè)器表面。
5.一種用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦方法，其特征在于，包括:將一待測(cè)面經(jīng)過(guò)一光學(xué)物鏡及一調(diào)焦組件形成一光斑；將一探測(cè)器放置于一位置處探測(cè)所述光斑；根據(jù)所述探測(cè)器獲得的光斑能量分布判斷待測(cè)面是否位于所述光學(xué)物鏡的焦深范圍內(nèi)，若是則結(jié)束所述用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦方法，否則執(zhí)行下一步驟；以及沿所述光學(xué)物鏡的光軸方向改變所述待測(cè)面與所述光學(xué)物鏡之間的距離，使所述待測(cè)面位于所述光學(xué)物鏡的焦深范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦方法，其特征在于，所述光學(xué)物鏡的數(shù)值孔徑大于0.9。
7.如權(quán)利要求5所述的用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦方法，其特征在于，所述調(diào)焦組件在子午面和水平面具有不同光焦度。
8.如權(quán)利要求5所述的用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦方法，其特征在于，所述調(diào)焦組件為像散器件。
9.如權(quán)利要求5所述的用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦方法，其特征在于，所述探測(cè)器為四象限探測(cè)器、四象限雪崩二極管、C⑶或者CMOS。
10.如權(quán)利要求5所述的用于光刻裝置的散射測(cè)量調(diào)焦方法，其特征在于，所述探測(cè)器的探測(cè)探測(cè)區(qū)域四等分，且所述光斑均勻分布所述探測(cè)器表面。
【文檔編號(hào)】G01M11/02GK103454065SQ201210181487
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月5日
【發(fā)明者】楊曉青, 陸海亮, 王帆 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司