一種反射式多離軸鏡面垂向測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種集成電路裝備制造領(lǐng)域，尤其涉及一種反射式多離軸鏡面垂向測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著投影式光刻機(jī)工作波長不斷減小、數(shù)值孔徑不斷增大，其對硅片面垂向測量裝置的測量精度要求也日益嚴(yán)苛。影響硅片面垂向測量裝置測量精度的重要因素之一是測量光束經(jīng)過硅片面多層復(fù)雜的圖形后產(chǎn)生的層間干涉效應(yīng)。為解決這一問題，目前普遍采用可見至近紅外寬光譜光源為硅片面垂向測量裝置提供照明，以勻化不同波長照明光的層間干涉效應(yīng)，US2010/0233600對此作了詳細(xì)介紹。采用可見至近紅外寬光譜光源為硅片面垂向測量裝置提供照明可以在一定程度上改善硅片面垂向測量裝置的工藝適應(yīng)性，減小測量誤差，提高測量精度。但未來這一技術(shù)方案在仍有可能不滿足投影式光刻機(jī)對硅片面垂向測量裝置的測量精度需求。為進(jìn)一步改善硅片面垂向測量裝置的工藝適應(yīng)性，減小測量誤差，提高測量精度，US2010/0233600給出了用短波長光源為硅片面垂向測量裝置提供照明的方案。在入射角一定的情況下，硅片面光致抗蝕劑的反射率隨著工作波長減小而增大，但硅片面底層圖形的反射率卻隨著工作波長減小而減小，因此采用短波長照明可以大幅度降低層間干涉效應(yīng)，從而減小測量誤差，提高測量精度。根據(jù)US2010/0233600中所記載，硅片面垂向測量裝置的工作波長可以在紫外波段，甚至可以與投影物鏡的的工作波長相互交疊。這看似違背了測量光束與曝光光束工作波長不可交疊的神圣法則，但是事實(shí)上，如果使測量光束的能量低于光致抗蝕劑的曝光閾值，測量光束將不會使硅片曝光；更進(jìn)一步，即使測量光束的能量高于光致抗蝕劑的曝光閾值，但只要獲知該測量光束對關(guān)鍵尺寸的影響，并將這一影響反饋給投影物鏡的照明控制單元，投影物鏡的照明控制單元根據(jù)這一影響實(shí)時調(diào)整曝光劑量，硅片面垂向測量裝置的工作波長仍然可以與投影物鏡的的工作波長相互交疊。
[0003]然而目前硅片面垂向測量裝置的光學(xué)系統(tǒng)大多采用透射式，不同工作波長的垂向測量裝置的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)迥異，透鏡的材料差別也很大。如果采用紫外至短波長可見光的寬光譜照明，例如50-500nm，將會對硅片面垂向測量裝置的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計帶來諸多挑戰(zhàn)，嚴(yán)重的色差就是其中之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明公開一種反射式多離軸鏡面垂向測量裝置，能有效避免紫外至短波長可見光的寬光譜照明時色差難以矯正的問題。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開一種采用反射式多離軸鏡面的垂向測量裝置，其特征在于，包括:一光源發(fā)出的光線經(jīng)過一照明光學(xué)系統(tǒng)后形成一測量光束，所述測量光束經(jīng)過一測量光學(xué)系統(tǒng)，所述測量光學(xué)系統(tǒng)由一投影支路、待測物體和探測支路組成；所述測量光束依次經(jīng)過所述投影支路的投影圖形形成單元，所述投影支路的具有屈光力的離軸非球面反射鏡組后到達(dá)所述待測物體表面；所述測量光束在所述待測物體表面的反射光束依次經(jīng)過所述探測支路的具有屈光力的離軸非球面反射鏡組和所述探測支路的投影圖形接收單元后被一探測器探測，以獲取所述待測物體表面的垂向信息。
[0006]更進(jìn)一步地，所述投影支路和探測支路還包括若干反射鏡組，用于使所述測量光束的光路滿足空間結(jié)構(gòu)約束和/或用于信號調(diào)制。
[0007]更進(jìn)一步地，所述投影支路的離軸非球面反射鏡組依次包括:第一離軸非球面反射鏡組、第二離軸非球面反射鏡組、第三離軸非球面反射鏡組以及第四離軸非球面反射鏡組。
[0008]更進(jìn)一步地，所述探測支路的離軸非球面反射鏡組依次包括:第五離軸非球面反射鏡組、第六離軸非球面反射鏡組、第七離軸非球面反射鏡組以及第八離軸非球面反射鏡組。
[0009]更進(jìn)一步地，所述第一離軸非球面反射鏡和第二離軸非球面反射鏡的焦點(diǎn)彼此接近或重合，所述第三離軸非球面反射鏡和第四離軸非球面反射鏡的焦點(diǎn)彼此接近或重合，所述第五離軸非球面反射鏡和第六離軸非球面反射鏡的焦點(diǎn)彼此接近或重合，所述第七離軸非球面反射鏡和第八離軸非球面反射鏡的焦點(diǎn)彼此接近或重合。
[0010]更進(jìn)一步地，該投影支路和探測支路為滿足SC條件的雙遠(yuǎn)心支路。
[0011]更進(jìn)一步地，該投影圖形接收單元和該光電探測器之間還包括一中繼光學(xué)單元。
[0012]更進(jìn)一步地，該第八離軸非球面反射鏡組和該投影圖形接收單元之間還包括一場鏡。
[0013]更進(jìn)一步地，該投影圖形形成單元和該投影圖形接收單元為透射式光柵、反射式光柵或狹縫組成的圖形，或上述圖形的組合。
[0014]更進(jìn)一步地，所述探測器為光電探測器，所述光電探測器將光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)化為電信號輸送到一計算機(jī)，所述計算機(jī)根據(jù)所述電信號計算出所述待測物體的垂向信息，所述垂向信息包括垂向位置和旋轉(zhuǎn)信息。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明既可以避免紫外至短波長可見光的寬光譜照明時色差難以矯正的問題，同時也可以降低硅片面垂向測量裝置光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜程度。
【附圖說明】
[0016]關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了解。
[0017]圖1是本發(fā)明所涉及的反射式多離軸鏡面垂向測量裝置的原理圖；
圖2是本發(fā)明所涉及的反射式多離軸鏡面垂向測量裝置的測量系統(tǒng)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0019]本發(fā)明設(shè)計了一種反射式多離軸鏡面垂向測量裝置，包括照明光源、測量光學(xué)系統(tǒng)和光電探測器和計算機(jī)；測量光學(xué)系統(tǒng)由投影支路、待測物體(通常為硅片)和探測支路組成；投影支路由具有屈光力的離軸非球面反射鏡組、投影圖形形成單元和為使光路滿足空間結(jié)構(gòu)約束和/或用于信號調(diào)制的平面反射鏡組組成；探測支路由具有屈光力的離軸非球面反射鏡組、投影圖形形成單元和為使光路滿足空間結(jié)構(gòu)約束和/或用于信號調(diào)制的平面反射鏡組組成。
[0020]其中，平面反射鏡的用途一是使光路滿足空間結(jié)構(gòu)約束，由于空間有限，需用此類反射鏡轉(zhuǎn)折光路使得垂向測量裝置結(jié)構(gòu)緊湊，以適應(yīng)有限的空間；用途二是用于信號調(diào)制，垂向測量裝置中包括孔徑光闌，位于孔徑光闌面及其附近的反射鏡的周期性振動能夠引起像面光斑的周期性擺動，可以使透過投影圖形接收單元的光強(qiáng)周期性變化，從而起到信號調(diào)制的作用。
[0021]特別地，投影支路由僅包括4個具有屈光力的離軸非球面反射鏡，分別為第一離軸非球面反射鏡、第二離軸非球面反射鏡、第三離軸非球面反射鏡和第四離軸非球面反射鏡以及投影圖形形成單元和為使光路滿足空間結(jié)構(gòu)約束和/或用于信號調(diào)制的平面反射鏡；探測支路僅包括4個具有屈光力的離軸非球面反射鏡，分別為第五離軸非球面反射鏡、第六離軸非球面反射鏡、第七離軸非球面反射鏡和第八離軸非球面反射鏡以及投影圖形接收單元和為使光路滿足空間結(jié)構(gòu)約束和/或用于信號調(diào)制的平面反射鏡。
[0022]可選地，反射式多離軸鏡面垂向測量裝置還可以包括照明光學(xué)系統(tǒng)、中繼光學(xué)系統(tǒng)，照明光學(xué)系統(tǒng)可以包括焦點(diǎn)位于光源處的非球面反光杯和一些輔助勻光元件，特別地該反光杯為拋物面。
[0023]特別地，投影支路和探測支路為滿足SC條件的雙遠(yuǎn)心支路，其中SC條件為Scheimpflug條件，詳細(xì)介紹參見Warren J.Smith?Modern Optical Engineering))FourthEdit1n, chapter 4.5。
[0024]特別地，測量光學(xué)系統(tǒng)各離軸非球面反射鏡的非球面系數(shù)和它們相互之間的偏軸角經(jīng)過了精心計算，以使得測量光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)源像彌散遠(yuǎn)心角、成像位置偏差I(lǐng)PD(ImagePost1n Difference)、焦平面偏離 FPD (Focus Posit1n Difference)滿足或超越測量精度需求。
[0025]投影圖形形成單元和投影圖形探測單