焦面检测装置、焦面标定方法与硅片曝光方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种焦面检测装置、焦面标定方法与硅片曝光方法，该装置包括光源单元，用于对掩模板进行照射产生成像光束；成像单元，用于将掩模板上的调焦图形成像在调焦图像传感器上；调焦驱动单元，用于垂向调节投影物镜或者运动台单元以完成调焦；运动台单元，其上设置有带有反射标记的反射装置，所述运动台单元用于将所述反射装置移动至投影物镜的正下方；控制单元，用于对调焦图像传感器采集的图形数据进行分析和处理，并反馈控制调焦驱动单元。本发明专利技术能够快速且准确的对最佳焦面偏移量进行标定和补偿。

【技术实现步骤摘要】
焦面检测装置、焦面标定方法与硅片曝光方法
本专利技术涉及集成电路制造领域，特别涉及一种焦面检测装置、焦面标定方法与硅片曝光方法。
技术介绍
在光刻机曝光过程中，为了获得最佳曝光质量，硅片上表面必须始终位于投影物镜的最佳焦平面内。如图1所示，现有的技术手段通常是通过光刻机即调焦调平分系统(FLS，英文全称：Focusingandlevelingsystem)中的光探测器4对硅片2上表面的位置进行测量，并利用调节机构即运动台3带动硅片2将其调整到已标定好的投影物镜1的最佳焦平面位置处。但是上述测量方式面临如下问题：由于投影物镜1受到加工、装配亦或温度、气压等外界环境的影响，使实际焦面发生漂移，所以投影物镜1最佳焦平面相对于FLS零平面总是存在一定的高度与倾斜偏差。因此，通常需要通过采用FEM(焦点曝光矩阵，英文全拼：Focus-Exposure-Matrix)曝光的方式对该焦面偏移量进行测量以确定最佳焦平面位置，如图2a所示，FEM曝光过程中，掩模始终保持在固定位置，在名义曝光剂量下，工件台受FLS控制以一定的间隔沿垂向步进运动；硅片2在一定高度处曝光后，步进到下一高度处进行曝光时，为避免这次的曝光标记覆盖上次的曝光标记，工件台也同时在Y向移动一定距离，曝光后硅片2上便形成了如图2a所示的曝光矩阵图样6；经显影后，借助显微镜观察该曝光矩阵图样6内的掩模标记图样7的成像质量，如图2b所示，即得到该标记下的最佳成像位置。由此可知，这类寻找最佳焦面的测量方式，操作和执行起来步骤较多且必须通过多次工艺实验才能完成测校，故如何能够快速且准确的对最佳焦面偏移量进行标定和补偿，是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种焦面检测装置、焦面标定方法与硅片曝光方法，能够快速且准确的对最佳焦面偏移量进行标定和补偿。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种焦面检测装置，包括：光源单元，用于对掩模板进行照射产生成像光束，所述掩模板上带有调焦图形；成像单元，用于将调焦图形成像在反射装置和调焦图像传感器上；调焦驱动单元，用于垂向调节投影物镜或者运动台单元以完成调焦；运动台单元，其上设置有带有反射标记的反射装置，用于将所述反射装置移动至投影物镜的正下方；控制单元，用于对调焦图像传感器采集的图形数据进行分析和处理，并反馈控制调焦驱动单元。作为优选，所述掩模板采用能够生成调焦图形的数字掩模或者自带有调焦图形的实体掩模板。作为优选，所述光源单元采用半导体激光器、固体激光器或者LED光源。作为优选，所述成像单元包括：准直透镜组、分束镜、投影物镜和调焦成像镜头；所述光源单元对掩模板进行照射产生成像光束，经准直透镜组准直后经分束镜和投影物镜将调焦图形成像在反射装置上同时光束反射，反射后的光束经分束镜反射至所述调焦成像镜头，将调焦图形的像和反射装置上的反射标记成像在所述调焦图像传感器上。作为优选，所述调焦图像传感器采用面阵CCD或者CMOS。作为优选，所述反射装置为带有反射标记的平面镜或者裸硅片。作为优选，所述调焦驱动单元为用于控制投影物镜垂向移动的压电陶瓷传感器或者是承载反射装置的垂向位移调节台。一种焦面标定的方法，采用所述的焦面检测装置，包括：调节运动台单元和调焦驱动单元至反射标记在调焦图像传感器上清晰成像，记录此时反射装置的第一垂向位置；下移反射装置直至调焦图形在调焦图像传感器上清晰成像，记录此时反射装置的第二垂向位置；根据反射原理，确定最佳曝光位置。作为优选，设定第一、第二垂向位置之间的间距为d，则最佳曝光位置为第二垂向位置下方d处。作为优选，所述反射标记和调焦图形在调焦图像传感器上的成像互不重叠。一种硅片曝光方法，包括：步骤1：通过权利要求8-10任一项所述的焦面标定方法，进行焦面偏差的测定，得到第一、第二垂向位置Z0、Z1之间的间距d的值；步骤2：上片，打开光源单元，在全片进行三点或更多的全局调焦调平以及倾斜量测定；步骤3：将倾斜量代入硅片上各曝光场的位置坐标，计算出各曝光场的理论离焦量Fi(i＝0，1，2…)；步骤4：步进至第i个曝光场，以Fi为扫描中心，进行连续离焦并绘制扫描曲线，拟合出峰值强度位置作为初始最佳焦面位置Za，步骤5：该视场下的实际曝光最佳位置为Zb＝Za+2d；步骤6：启用调焦装置，步进至Zb位置，执行曝光流程；步骤7：使i＝i+1，重复步骤4-6。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术通过数字化掩模技术生成调焦图形，并通过在运动台单元上安装了带有反射标记的反光装置，可以将调焦图形直接成像在调焦图像探测器上；2、本专利技术通过设置带有反射标记的反光装置，能够在调焦图像探测器上同时检测到系统的焦面信息和投影物镜的最佳焦面信息；3、本专利技术通过调焦探测器获取能够快速测量出硅片面位置(即反射装置所在位置)偏离曝光最佳焦面位置的偏差值，并且具有很好地测量精度和测量重复性。附图说明图1为现有技术中FLS原理示意图；图2a为现有技术中硅片的示意图；图2b为图2a中A部放大图；图3为本专利技术实施例1中焦面检测装置的结构示意图；图4为本专利技术实施例1中调焦图形的示意图；图5为本专利技术实施例1中调焦图形与反射标记在投影图像传感器上的成像示意图；图6为本专利技术实施例1中反射标记的成像原理图；图7为本专利技术实施例1中调焦图形的成像原理图；图8为本专利技术实施例1中调焦曲线示意图；图9为本专利技术实施例2中焦面检测装置的结构示意图；图10为本专利技术实施例3中焦面检测装置的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本专利技术附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。实施例1如图3所示，本实施例提供一种焦面检测装置，包括：光源单元(图中未示出)、成像单元、调焦驱动单元109、运动台单元107和控制单元110，其中，所述光源单元用于对掩模板101进行照射产生成像光束，所述掩模板101上带有调焦图形101a；所述成像单元用于将调焦图形101a成像在反射装置108和调焦图像传感器106上；所述调焦驱动单元109用于垂向调节投影物镜104以完成调焦；所述运动台单元107上设置有带有反射标记108a的反射装置108，用于将所述反射装置108水平向和竖直方向移动至投影物镜104的正下方；所述控制单元110用于对调焦图像传感器106采集的图形数据进行分析和处理，并反馈控制调焦驱动单元109。具体地，所述掩模板101采用能够生产调焦图形101a的数字掩模，该调焦图形101a如图3所示，包括若干调焦点1011，所述调焦点1011沿X向和Y向均匀分布在所述调焦图形边界即曝光视场边界1012内，本实施例中等于但不局限于5×5个调焦点1011，具体可根据实际情况利用数字掩模生成合适的调焦图形101a。继续参照图3，所述成像单元包括：用于准直的准直透镜组102、分束镜103、数值孔径与曝光分辨率相匹配的投影物镜104和具有良好的光学性能以及合适放大倍率的调焦成像镜头105。所述光源单元对掩模板101进行照射产生成像光束，经准直透镜组102将具有一定数值孔径的成像光束转化为平行光，该平行光经分束镜103和投影物镜104后，将调焦图形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焦面检测装置，其特征在于，包括：光源单元，用于对掩模板进行照射产生成像光束，所述掩模板上带有调焦图形；成像单元，用于将调焦图形成像在反射装置和调焦图像传感器上；调焦驱动单元，用于垂向调节投影物镜或者运动台单元以完成调焦；运动台单元，其上设置有带有反射标记的反射装置，用于将所述反射装置移动至投影物镜的正下方；控制单元，用于对调焦图像传感器采集的图形数据进行分析和处理，并反馈控制调焦驱动单元。

【技术特征摘要】
1.一种焦面检测装置，其特征在于，包括：光源单元，用于对掩模板进行照射产生成像光束，所述掩模板上带有调焦图形；成像单元，用于将调焦图形成像在反射装置和调焦图像传感器上；调焦驱动单元，用于垂向调节投影物镜或者运动台单元以完成调焦；运动台单元，其上设置有带有反射标记的反射装置，用于将所述反射装置移动至投影物镜的正下方；控制单元，用于对调焦图像传感器采集的图形数据进行分析和处理，并反馈控制调焦驱动单元。2.如权利要求1所述的焦面检测装置，其特征在于，所述掩模板采用能够生成调焦图形的数字掩模或者自带有调焦图形的实体掩模板。3.如权利要求1所述的焦面检测装置，其特征在于，所述光源单元采用半导体激光器、固体激光器或者LED光源。4.如权利要求1所述的焦面检测装置，其特征在于，所述成像单元包括：准直透镜组、分束镜、投影物镜和调焦成像镜头；所述光源单元对掩模板进行照射产生成像光束，经准直透镜组准直后经分束镜和投影物镜将调焦图形成像在反射装置上同时光束反射，反射后的光束经分束镜反射至所述调焦成像镜头，将调焦图形的像和反射装置上的反射标记成像在所述调焦图像传感器上。5.如权利要求1所述的焦面检测装置，其特征在于，所述调焦图像传感器采用面阵CCD或者CMOS。6.如权利要求1所述的焦面检测装置，其特征在于，所述反射装置为带有反射标记的平面镜或者裸硅片。7.如权利要求1所述的焦面检测装置，其特征在于，所述调焦驱动单元为用...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天寅，许琦欣，李玉龙，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31