一种确定光刻机最佳焦面位置的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种确定光刻机最佳焦面位置的测量装置以及方法，所述装置包括照明光源系统、投影物镜成像系统、用于支撑并固定掩模板的掩模台、用于支撑并固定晶片的工作台、波像差传感器以及用于精确定位的干涉仪。所述方法推导了离焦和其他偶像差的转换关系，并用波像差传感器检测不同离焦位置时光学成像系统的波像差，根据测量结果计算可得光刻机光学系统最佳焦面位置。通过本发明专利技术的测量装置和方法，可以测量光刻机最佳焦面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光刻装置，具体的说，是一种确定光刻装置的最佳焦面位置的装置及方法。
技术介绍
光刻装置主要用于集成电路IC或其他微型器件的制造。通过光刻装置，可以将掩模图形成像于涂覆有光刻胶的晶片上，例如半导体晶片或LCD板。光刻装置通过投影物镜曝光，将涉及的掩模图形转移到光刻胶上。投影物镜是光刻装置的核心元件，它的成像质量是影响光刻分辨力的关键因素。 为了获得最佳成像效果，在曝光时刻，涂有光刻胶的晶片上表面需置于最佳焦面高度。因此，在系统集成阶段，需精确地确定物镜最佳焦面位置。 一般公认的确定物镜最佳焦面的方法是通过机械工装方式保证像面的精度。例如，美国第20030211411号专利申请中介绍了通过设计特殊的掩模确定像面的位置。类似地，美国第20040241558和20060103836以及20060250598号专利申请还公布了更多的通过曝光的方法确定最佳焦面位置的相关信息。然而，机械安装精度一般是微米量级，为提高精度则会大大增加加工复杂度，同时也大幅增加制造成本。利用曝光的方法通过一定的范围内步进搜索可得成像质量相对较佳的像面位置。但是通过曝光的方法过程复杂，并且耗时比较长。更为重要的是，机械方法或曝光方法测量的实时性都比较差。特别对于像面位置变动比较频繁的情况。不仅大大降低了生产效率，还对光刻装置成像质量造成较大的影响。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供，通过干涉仪精确定位工作台的位置，分别用波像差传感器测量不同离焦位置处的波像差，根据不同离焦位置处的波像差和系统最佳焦面位置之间的关系通过解方程的方法计算光学系统最佳焦面位置，不经过曝光刻蚀过程，大大缩短了工作时间。 本专利技术的技术解决方案一种光刻机光学系统最佳焦面位置检测装置，包括光源、照明系统、放置掩膜的掩模台、掩模、固定在工件台上的硅片、用于支撑并固定硅片的工件台、光学成像系统、位于工件台上的用于测量系统波像差的波像差传感器以及用于精确定位工件台位置的干涉仪；光源产生光束的经过照明系统整形后照射到放置在掩膜台上的掩膜上，掩膜选择性的透过一部分光线，这部分光线经成像光学系统把掩膜上的图形成像在工件台上的波像差传感器上。沿光轴方向移动工件台，并通过干涉仪对工件台精确定位，用波像差传感器并分别测量工件台处于不同位置时如(Z1，Z2，Z3)的波像差，然后根据干涉仪对工件台处于这些位置时的定位数据以及波像差传感器在这些位置时测量到的波像差结果通过如下数学计算可以得到系统某个视场的最佳焦面位置。 利用干涉仪对波像差传感器进行精确定位，并记录下位置三个位置Z1，Z2，Z3，对这些位置的系统波像差进测量，测量结果记为wd1，wd2，wd3；并计算两两位置之间的距离ΔZ21＝Z2-Z1，ΔZ32＝Z3-Z2，ΔZ31＝Z3-Z1；以及不同位置的波像差之差wd21＝wd2-wd1，wd32＝wd3-wd2，wd31＝wd1-wd1； 根据下式计算在位置为Z1，Z2，Z3时由于离焦引入的像差的泽尼克多项式系数C1′，C2′，C3′ 其中入为入射波的波长，N为矩阵(0 )，NA为投影物镜的数值孔径，S为矩阵 θ为待测点的方位角，S-1为矩阵S的逆；把计算结果带入下式，即可得其中任一位置Z1或Z2或Z3和最佳焦面Z0之间的距离为ΔZ10＝Z1-Z0，或ΔZ20＝Z2-Z0，或ΔZ30＝Z3-Z0 其中Z为泽尼克多项式表达式，则视场点的最佳焦面位置Z0为 Z0＝Z1-ΔZ10，或Z0＝Z2-ΔZ20，或Z0＝Z3-ΔZ30。 本专利技术还提供一种确定光刻机最佳焦面位置的方法，其利用波像差传感器检测到的不同离焦位置的波像差，并根据不同离焦位置处的波像差和系统最佳焦面位置之间的关系计算系统最佳焦面位置，具体实现步骤如下 (1)利用干涉仪对波像差传感器波进行精确定位，并记录下位置Z1； (2)光源产生光束经过照明系统整形光束，产生期望的光束照射到放置在掩膜台上的掩膜上，掩膜选择性的透过一部分光线，这部分光线经成像光学系统把掩膜上的图形成像在工件台上的波像差传感器上，实现系统波像差的第一次测量，测量结果记为wd1； (3)移动波像差传感器，使波像差传感器处在位置Z2，记录第二次位置，重复步骤2，对系统波像差进行第二次测量，测量结果记为wd2； (4)再次移动波像差传感器，使波像差传感器处在位置Z3，记录第三次位置，重复步骤2，对系统波像差进行第三次测量，测量结果记为wd3； (5)根据步骤中(1)-(4)记录的位置Z1，Z2，Z3，计算两两位置之间的距离ΔZ21＝Z2-Z1，ΔZ32＝Z3-Z2，ΔZ31＝Z3-Z1； (6)根据步骤(1)-(4)中得到的波像差测量结果计算不同位置的波像差之差wd21＝wd2-wd1，wd32＝wd3-wd2，wd31＝wd1-wd1； (7)根据下式计算在位置为Z1，Z2，Z3时由于离焦引入的像差的泽尼克多项式系数C1′，C2′，C3′ 其中wd21，wd31，wd32为不同离焦位置的波像差之差，ΔZ21＝Z2-Z1，ΔZ32＝Z3-Z2，ΔZ31＝Z3-Z1为不同位置之间的距离，λ为入射波的波长，N为矩阵(0 )，NA为投影物镜的数值孔径，S为矩阵 θ为待测点的方位角，S-1为矩阵S的逆； (8)把步骤(7)中的计算结果带入下式，即可得其中任一位置Z1或Z2或Z3和最佳焦面Z0之间的距离为ΔZ10＝Z1-Z0，或ΔZ20＝Z2-Z0，或ΔZ30＝Z3-Z0 其中Z为泽尼克多项式表达式，则视场点的最佳焦面位置Z0为 Z0＝Z1-ΔZ10，或Z0＝Z2-ΔZ20，或Z0＝Z3-ΔZ30。 本专利技术与现有技术相比的优点在于本专利技术所述的，通过使用波像差传感器测量系统视场点的不同离焦位置的波像差，通过数学方法求解光学系统最佳焦面位置；同时由于使用波像差传感器在线测量系统波像差而不再需要经过曝光刻蚀过程方法获取系统波像差，这样就大大缩小了工作时间。 附图说明 图1为应用本专利技术的光刻投影装置结构图的一个示例； 图2为图1中光刻机投影物镜波像差测量装置的波像差传感器系统的示意图； 图3a为图2中波像差传感器的入射光束波前为理想波前时的示意图； 图3b所示为图2中波像差传感器的入射光束波前为实际波前时的示意图； 图4为应用本专利技术的确定投影物镜最佳焦面位置方法的一个示例； 图5为本专利技术方法的流程图。 具体实施例方式 如图1所示，本专利技术实施例的光刻机最佳焦面位置测量装置包括光源101、照明系统102、掩模台103，105、掩模104、硅片106、工件台107、光学成像系统108、波像差传感器109、以及干涉仪110。光源101为深紫外激光光源，产生光束，照明系统102整形光束，产生期望的光束，工件台107承载并定位硅片106，光学成像系统108具有投影物镜1081，光学系统将掩模图像成像于硅片106上，波像差传感器109位于工件台107上，测量投影物镜1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光刻机光学系统最佳焦面位置检测装置，其特征在于：包括光源（１０１）、照明系统（１０２）、放置掩膜（１０４）的掩模台（１０３）、掩模（１０４）、固定在工件台（１０７）上的硅片（１０６）、用于支撑并固定硅片（１０６）的工件台（１０７）、光学成像系统（１０８）、位于工件台（１０７）上的用于测量系统波像差的波像差传感器（１０９）以及用于精确定位工件台位置的干涉仪（１１０）；光源（１０１）产生光束的经过照明系统（１０２）整形后照射到放置在掩膜台（１０３）上的掩膜（１０４）上，掩膜（１０４）选择性的透过一部分光线，这部分光线经成像光学系统（１０８）把掩膜（１０４）上的图形成像在工件台（１０７）上的波像差传感器（１０９）上，沿光轴方向移动工件台（１０７），通过干涉仪（１１０）对工件台精确定位，并用波像差传感（１０９）分别测量工件台（１０７）处于不同位置如Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３时的波像差，然后根据干涉仪（１１０）对工件台（１０７）处于这些位置时的定位数据以及波像差传感器（１０９）在这些位置时测量到的波像差结果通过数学计算过程得到系统某个视场的最佳焦面位置；　　利用干涉仪对波像差传感器进行精确定位，并记录下位置三个位置Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，对这些位置的系统波像差进测量，测量结果记为ｗ↓［ｄ１］，ｗ↓［ｄ２］，ｗ↓［ｄ３］；并计算两两位置之间的距离ΔＺ２１＝Ｚ２－Ｚ１，ΔＺ３２＝Ｚ３－Ｚ２，ΔＺ３１＝Ｚ３－Ｚ１；以及不同位置的波像差之差：ｗ↓［ｄ２１］＝ｗ↓［ｄ２］－ｗ↓［ｄ１］，ｗ↓［ｄ３２］＝ｗ↓［ｄ３］－ｗ↓［ｄ２］，ｗ↓［ｄ３１］＝ｗ↓［ｄ１］－ｗ↓［ｄ１］；　　根据下式计算在位置为Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３时由于离焦引入的像差的泽尼克多项式系数Ｃ１′，Ｃ２′，Ｃ３′：　　ｗ↓［ｄ２１］＝－ΔＺ２１／λＮＳ↑［－１］Ｚ＝（Ｃ２′－Ｃ１′）Ｚ　　ｗ↓［ｄ３２］＝－ΔＺ３２／λＮＳ↑［－１］Ｚ＝（Ｃ３′－Ｃ２′）Ｚ　　ｗ↓［ｄ３１］＝－ΔＺ３１／λＮＳ↑［－１］Ｚ＝（Ｃ３′－Ｃ１′）Ｚ　　其中λ为入射波的波长，Ｎ为矩阵（０　ＮＡ↑［２］／２　ＮＡ↑［４］／２↑［３］　ＮＡ↑［６］／２↑［４］　５ＮＡ↑［８］／２↑［７］　７ＮＡ↑［１０］／２↑［８］　２１ＮＡ↑［１２］／２↑［１０］），ＮＡ为投影物镜的数值孔径，Ｓ为矩阵＊＊＊，　　θ为待测点的方位角，Ｓ↑［－１］为矩阵Ｓ的逆；把计算结果带入下式，即可得其中任一位置Ｚ１或Ｚ２或Ｚ３和最佳焦面Ｚ０...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈红丽，邢廷文，廖志杰，林妩媚，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]