焦点探测装置、检测装置及光刻机的制作方法

1.本实用新型涉及光刻机制造技术领域，特别涉及一种焦点探测装置、检测装置及光刻机。


背景技术：

2.在半导体器件的制备过程中，检测器件的关键尺寸以及套刻误差是决定器件性能的关键环节之一。目前，常用的检测装置中均包括焦点探测装置。该焦点探测装置主要用于检测硅片与检测装置中物镜之间的垂向距离，进而根据所述垂向距离判断硅片是否位于该物镜的焦平面处，如否，则有承载硅片的工件台调整其位置，以使得硅片位于该物镜的焦平面处；或者，移动镜头或镜头中某个镜片来使焦平面位置与该硅片的位置相对应，从而能够保证检测的高精准度。可见，焦点探测装置在检测装置中具有重要的作用。
3.然而，现有的焦点探测装置仅能够利用单光斑进行探测，且光斑位置不可变。当硅片并非呈平面布置，而是呈一定的倾斜角布置，则焦点探测装置检测到的垂向距离仅是硅片中某一处位置与物镜之间的垂向距离，并不能表征整个硅片与所述物镜之间的垂向距离，从而降低了检测装置的精准度，影响对器件性能的判断，甚至还会造成一定的经济损失。此外，现有的焦点探测装置光斑的直径都是固定的。光斑直径越大，测量行程内的最大灵敏度和最小灵敏度都在下降。若要提高测量灵敏度，需要减小光斑直径，但是光斑直径太小，难以表征被测面的准确高度。所以，现有的焦点探测装置的灵敏度受限，垂向距离的检测精度也不高。
4.因此，需要一种新的焦点探测装置和检测装置，来提高检测精度。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种焦点探测装置、检测装置及光刻机，以解决如何提高检测精度的问题。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种焦点探测装置，包括：第一发光器、第一镜组、第二镜组、第三镜组、第一探测器以及第二探测器；
7.所述第一发光器位于所述第一镜组的一侧，并发射光照至所述第一镜组中；
8.所述第二镜组和所述第三镜组位于所述第一镜组相对的两侧；其中，所述第一镜组包括沿光路依次设置的第一光偏转器和第一分光镜；所述光照经所述第一光偏转器后的传播方向与光轴呈一夹角，再经所述第一分光镜反射至所述第二镜组中；所述第二镜组与物镜及待测物相对设置，以传输所述光照并接收所述光照经所述待测物反射的光；所述第三镜组包括沿反射光路依次设置的第二光偏转器和第三分光镜；所述待测物反射的光经所述第二光偏转器后的传播方向与所述光轴重合，并经所述第三分光镜分为第一光束和第二光束，所述第一光束进入所述第一探测器，所述第二光束进入所述第二探测器；
9.其中，所述第一光偏转器和所述第二光偏转器可自转，以使所述第一探测器和所述第二探测器根据所述第一光束和所述第二光束获得所述待测物表面上至少一个位置与
所述物镜之间的垂向距离。
10.可选的，在所述的焦点探测装置中，所述第一镜组还包括第一透镜、第二透镜和第一孔径光阑；其中，所述第一孔径光阑和所述第一透镜依次设置于所述第一光偏转器靠近所述第一发光器的一侧；所述第二透镜设置于所述第一分光镜靠近所述第二镜组的一侧。
11.可选的，在所述的焦点探测装置中，所述第二镜组包括沿光路依次设置的反射镜、第三透镜和第二分光镜；其中，所述第二分光镜上贴附有二向色性薄膜。
12.可选的，在所述的焦点探测装置中，所述第三镜组还包括第四透镜、第五透镜、第二孔径光阑和第三孔径光阑；所述第四透镜和所述第二孔径光阑位于所述第三分光镜和所述第一探测器之间，且沿所述第一光束的传播方向依次设置；所述第五透镜和所述第三孔径光阑位于所述第三分光镜和所述第二探测器之间，且沿所述第二光束的传播方向依次设置。
13.可选的，在所述的焦点探测装置中，所述第一光偏转器和所述第二光偏转器均包括至少一个楔形基板。
14.可选的，在所述的焦点探测装置中，当所述第一光偏转器为一个所述楔形基板时，所述夹角δ的范围包括：δ＝(n
‑
1)*α；
15.其中，n为所述楔形基板的折射率，α为所述楔形基板的楔角。
16.可选的，在所述的焦点探测装置中，当所述第一光偏转器以设定角速度运行时，所述夹角δ在第一方向x和第二方向y的分量为：
[0017][0018]
其中，ω为设定角速度，t为运行时间，且所述第一方向x和所述第二方向y相互垂直。
[0019]
可选的，在所述的焦点探测装置中，所述光照经所述第一光偏转器偏转所述夹角δ后的位置p，距离所述光轴在第一方向x和第二方向y的分量为：
[0020][0021]
其中，m为所述第一镜组和所述第二镜组的组合放大率，f为所述物镜的焦距。
[0022]
可选的，在所述的焦点探测装置中，所述第一光偏转器包括沿光路设置的两个所述楔形基板，所述第二光偏转器包括沿反射光路设置的两个所述楔形基板。
[0023]
可选的，在所述的焦点探测装置中，当所述第一光偏转器为两个所述楔形基板时，所述夹角δ在第一方向x和第二方向y的分量为：
[0024][0025]
其中，δ1为其中一个所述楔形基板引起所述光照偏离所述光轴的所述夹角，ω1为对应的所述楔形基板的角速度；δ2为其中另一个所述楔形基板引起所述光照偏离所述光轴的所述夹角，ω2为对应的所述楔形基板的角速度；t为运行时间；且所述第一方向x和所述第二方向y相互垂直。
[0026]
基于同一构思，本实用新型还提供一种检测装置，包括：第二发光器、第四分光镜、
物镜、第三探测器、第四探测器以及所述焦点探测装置；所述第二发光器设置于所述第四分光镜一侧，以发射测量光照至所述第四分光镜中，并经所述物镜入射至待测物表面；所述第三探测器和所述焦点探测装置间隔设置于所述第四分光镜远离所述第二发光器的一侧；所述第四探测器设置于所述第四分光镜远离所述物镜的一侧；
[0027]
其中，所述测量光照入射至所述待测物表面后，发生反射并产生反射光，所述反射光经所述第四分光镜分为第一测量光束和第二测量光束，所述第一测量光束进入所述第三探测器，所述第二测量光束进入所述第四探测器，以使所述第三探测器和所述第四探测器获得所述待测物的检测信息。
[0028]
可选的，在所述的检测装置中，所述检测装置还包括垂向控制器，设置于所述物镜与所述第四分光镜之间；所述垂向控制器根据所述焦点探测装置获取的所述待测物表面上至少一个位置与所述物镜之间的垂向距离，控制承载所述待测物的工件台运动；或者，调节所述物镜的焦平面，以使所述待测物位于所述物镜的焦平面上。
[0029]
可选的，在所述的检测装置中，所述检测装置还包括角谱镜组，所述第二测量光束经所述角谱镜组进入所述第四探测器。
[0030]
可选的，在所述的检测装置中，所述检测装置还包括中继镜组和第四孔径光阑；所述第一测量光束依次经所述中继镜组和第四孔径光阑进入所述第三探测器。
[0031]
可选的，在所述的检测装置中，所述检测信息包括所述待测物的尺寸和/或所述待测物中的套刻误差。
[0032]
基于同一构思，本实用新型还提供一种光刻机，包括所述检测装置。
[0033]
综上所述，本实用新型提供一种焦点探测装置、检测装置及光刻机。所述焦点探测装置包括：第一发光器、第一镜组、第二镜组、第三镜组、第一探测器以及第二探测器。其中，本实用新型在所述第一镜组中加设了所述第一光偏转器，在所述第三镜组中加设了所述第二光偏转器。通过所述第一光偏转器，所述光照偏离所述光轴且呈一定夹角传播。并且所述第一光偏转器可自转调节，则在转动的情况下，增大了测量范围，所述待测物表面不同位置处都可以检测到。同时，因能够扫描待测物表面的多个位置，故可以采用缩小光斑直径的方式提高测量灵敏度，且不会出现因缩小光斑而无法表征被测面的准确高度的问题。此外，在所述第二光偏转器的作用下，所述光照会恢复至与光轴重合的状态，以保证对第一探测器以及第二探测器的探测没有影响。因此，本实用新型不仅扩大了检测范围，提高检测的精度以及灵敏度，还能够测量出所述待测物表面多个位置处与所述物镜之间的垂向距离，进而测出待测物表面的倾斜情况，更加精准地定位所述待测物，便于在检测关键尺寸及套刻误差时，精准调整所述待测物的位置，提高检测精度。
附图说明
[0034]
图1为本实用新型实施例中的一种焦点探测装置的结构示意图；
[0035]
图2为本实用新型实施例中的第一光偏转器为一个楔形基板的光路示意图；
[0036]
图3为本实用新型实施例中的一种焦点探测装置的结构示意图；
[0037]
图4为本实用新型实施例中的第一光偏转器为两个楔形基板的光路示意图；
[0038]
图5为本实用新型实施例中的一种检测装置的结构示意图。
具体实施方式
[0039]
为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
[0040]
为解决上述技术问题，本实施例提供一种焦点探测装置，请参阅图1，种焦点探测装置包括：第一发光器10、第一镜组20、第二镜组30、第三镜组40、第一探测器50以及第二探测器60。
[0041]
第一发光器10用于提供具有一定发散角的光照，可选的为激光发射器等。进一步的，第一发光器10位于第一镜组20的一侧，并发射光照至第一镜组20中。
[0042]
第二镜组30和第三镜组40位于第一镜组20相对的两侧。其中，第一镜组20包括沿光路依次设置的第一光偏转器201和第一分光镜202，第一光偏转器201用于偏转第一发光器10提供的光照的传播方向，以使得光照的传播方向偏离光轴，并呈一定的夹角。第一分光镜202可选的为偏振分光棱镜或非偏振分光棱镜。当为偏振分光棱镜时需配合四分之一波片一起使用，以使得光照经第一分光镜202反射至第二镜组30中。进一步的，第一镜组20还包括第一透镜203、第二透镜204和第一孔径光阑205；其中，第一孔径光阑205和第一透镜203依次设置于第一光偏转器201靠近第一发光器10的一侧；第二透镜204设置于第一分光镜202靠近第二镜组30的一侧。第一透镜203和第二透镜204用于准直光照。第一孔径光阑205用于调整光照所形成光斑的直径大小。
[0043]
进一步的，光照依次经第一透镜203、第一孔径光阑205和第一光偏转器201后，进入第一分光镜202，并经第一分光镜202反射后，透过第二透镜204进入第二镜组30。
[0044]
第二镜组30与物镜70及待测物m相对设置，以传输光照并接收光照经待测物m反射的光。其中，第二镜组30包括沿光路依次设置的反射镜301、第三透镜302和第二分光镜303；反光镜301用于改变光照的传播方向。则光照透过第二透镜204后，经反射镜301反射，改变传播方向，垂直进入第三透镜302，经透射后进入第二分光镜303，经第二分光镜303反射至物镜70中，其中，第二分光镜303上贴附有二向色性薄膜，以使得第二分光镜303具有偏振效果。
[0045]
光照经物镜70照射至待测物m的表面，并经待测物m反射，产生反射光照。反射光照依次经物镜70、第二分光镜303、第三透镜302、反射镜301、第二透镜204以及第一分光镜202，进入第三镜组40。
[0046]
第三镜组40包括第三分光镜401、第二光偏转器402、第四透镜403、第五透镜404、第二孔径光阑405和第三孔径光阑406。反射光照依次经第二光偏转器402和第三分光镜401，并经第三分光镜401分为第一光束和第二光束。第一光束依次经第四透镜403和第二孔径光阑405传播至第一探测器50中。第二光束依次经第五透镜404和第三孔径光阑406传播至第二探测器中。其中，在第二光偏转器402的作用下，反射光照的传播方向与光轴重合。
[0047]
进一步的，第一光偏转器201和第二光偏转器402可自转，以使第一探测器50和第
二探测器60根据第一光束和第二光束获得待测物m表面上至少一个位置与物镜70之间的垂向距离。
[0048]
可见，本实施例在第一镜组20中加设了第一光偏转器201，在第三镜组40中加设了第二光偏转器402。通过第一光偏转器201，光照偏离光轴且呈一定的倾斜角传播。并且第一光偏转器201可自转调节，则在转动的情况下，增大了测量范围，待测物m表面不同位置处都可以检测到。同时，因能够扫描待测物表面的多个位置，故可以采用缩小光斑直径的方式提高测量灵敏度，且不会出现因缩小光斑而无法表征被测面的准确高度的问题。此外，在第二光偏转器402的作用下，光照会恢复至与光轴重合的状态，以保证对第一探测器50以及第二探测器60的探测没有影响。因此，本实施例提供的焦点探测装置不仅扩大了检测范围，提高检测的精度以及灵敏度，还能够测量出待测物m表面多个位置处与物镜之间的垂向距离，进而测出待测物m的倾斜角，更加精准地定位待测物m，便于在检测关键尺寸及套刻误差时，调整待测物m的位置，提高检测精度。
[0049]
进一步的，第一光偏转器201和第二光偏转器402均包括至少一个楔形基板。可选的，楔形基板的数量可以为一个、两个、三个或三个以上，本实施例不作限定。
[0050]
具体的，请参阅图2，当第一光偏转器201为一个楔形基板时，且楔角α较小时，光照的传播方向偏离光轴的夹角δ(以下称为偏向角)为：δ＝(n
‑
1)*α；其中，n为第一光偏转器201的折射率。因第一光偏转器201是可自转的，所以当第一光偏转器201的以一定的角速度ω运行时，偏向角δ与角速度ω、运行时间t有关，则偏向角δ在x和y两个方向的分量为：
[0051][0052]
因此，偏向角δ最终引起的光照偏离光轴位置在x和y方向分别为：
[0053][0054]
其中，m为第一镜组和第二镜组的组合放大率，进一步的为第二透镜204和第三透镜302组成的无焦系统的角放大率，f为物镜的焦距。进一步的，因第一孔径光阑205与物镜70的瞳面共轭，故进入物镜70的光照相对于物镜70的光轴只是角度发生改变而位置不变，这样经物镜70聚焦后光斑位置发生改变，从而能改变水平向被测位置。加之，第一光偏转器201的转动效果，则可以获取更多位置的信息。因此，第一光偏转器201转动一圈时，照射在待测物m表面的光照所形成的光斑相应绕光轴一圈，形成一个圆形轨迹。相对于固定光斑位置的焦点探测装置，本实施例提供的焦点探测装置可以增大测量范围，且可以计算出不同扫描位置的轴向高度，进而测出待测物m表面的倾斜角。此外，由于可以扫描多个不同位置来替代原光斑覆盖面积，则可采用缩小光照产生的光斑的直径这种方法来提高测量灵敏度，且不会对测量精准度有影响。
[0055]
进一步的，请参阅图3
‑
4，其中图3所示的第一光偏转器和第二光偏转器均包括两个楔形基板。基于上述的分析，当第一光偏转器为两个楔形基板时，两个楔形基板的楔角可以不同，角速度也可以不同，且分别为α1和α2，角速度分别为ω1和ω2，则偏向角δ在x和y两个方向的分量为：
[0056][0057]
其中，δ1为其中一个楔形基板引起光照偏离光轴的夹角，ω1为对应的楔形基板的角速度；δ2为其中另一个楔形基板引起光照偏离光轴的夹角，ω2为对应的楔形基板的角速度；t为运行时间；为两个楔形基板的方位角偏差；第一方向x和第二方向y相互垂直。因此，双楔形基板的扫描角度与ω2/ω1、α2/α1及有关，不再局限于楔形基板折射率n与单楔角α，其扫描曲线可以更为多样化，在最大扫描圆内，各个位置都可以扫到，如图4所示。进一步的，图4中的线条仅表示可扫描到的位置，并不表示只可以按照圆形扫描，也可以按照其他形式进行扫描。
[0058]
因此，本实施例提供的焦点探测装置不仅扩大了检测范围，提高检测的精度以及灵敏度，还能够测量出待测物m表面多个位置处与物镜70之间的垂向距离，进而测出待测物m的倾斜角，更加精准地定位待测物m，便于在检测关键尺寸及套刻误差时，调整待测物m的位置，提高检测精度。
[0059]
基于同一构思，本实施例还提供一种检测装置，如图5所示，检测装置包括：第二发光器1、第四分光镜2、物镜70、第三探测器3、第四探测器4、焦点探测装置5、垂向控制器6、角谱镜组7、中继镜组8和第四孔径光阑9。第二发光器1设置于第四分光镜2一侧，以发射测量光照至第四分光镜2中，并经物镜70入射至待测物m表面；第三探测器3和焦点探测装置5间隔设置于第四分光镜2远离第二发光器1的一侧；第四探测器4设置于第四分光镜2远离物镜70的一侧；垂向控制器设置于物镜70与第四分光镜2之间。
[0060]
其中，焦点探测装置5获取待测物m表面上至少一个位置与物镜70之间的垂向距离，并将获得的垂向距离传递至垂向控制器6。垂向控制器6控制承载待测物的工件台运动；或者，调节物镜70的焦平面，以使待测物m位于物镜70的焦平面上，以保证检测的精准度。
[0061]
具体检测光路如下：第二发光器1提供的测量光照经第四分光镜2反射至物镜70，并透过物镜70传播至待测物m表面，经待测物m表面反射后，再经物镜70进入第四分光镜2。第四分光镜2将测量光照分为第一测量光束和第二测量光束，第一测量光束依次经中继镜组8和第四孔径光阑9进入第三探测器3。其中，中继镜组8和第四孔径光阑9组成对准光路。第二测量光束经角谱镜组7进入第四探测器4，以使第三探测器3和第四探测器4获得待测物的检测信息。进一步的，检测信息包括待测物m的尺寸和/或待测物中的套刻误差。
[0062]
基于同一构思，本实施例还提供一种光刻机，光刻机包括检测装置。
[0063]
综上，本实施例提供一种焦点探测装置、检测装置及光刻机。焦点探测装置包括：第一发光器10、第一镜组20、第二镜组30、第三镜组40、第一探测器50以及第二探测器60。其中，本实施例在第一镜组20中加设了第一光偏转器201，在第三镜组40中加设了第二光偏转器402。通过第一光偏转器201，光照偏离光轴且呈一定的夹角传播。并且第一光偏转器201可自转调节，则在转动的情况下，增大了测量范围，待测物m表面不同位置处都可以检测到。同时，因能够扫描待测物m表面的多个位置，故可以采用缩小光斑直径的方式提高测量灵敏度，且不会出现因缩小光斑而无法表征被测面的准确高度的问题。此外，在第二光偏转器402的作用下，光照会恢复至与光轴重合的状态，以保证对第一探测器50以及第二探测器60的探测没有影响。因此，本实施例不仅扩大了检测范围，提高检测的精度以及灵敏度，还能
够测量出待测物m表面多个位置处与物镜70之间的垂向距离，进而测出待测物m的倾斜角，更加精准地定位待测物m，便于在检测关键尺寸及套刻误差时，调整待测物m的位置，提高检测精度。
[0064]
此外还应该认识到，虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本实用新型。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围。