專利名稱：三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置、系統(tǒng)以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置以及方法，特別是一種用于測(cè)量硅片表 面特定區(qū)域相對(duì)于投影物鏡最佳焦平面的高度和傾斜度的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置以 及方法。
背景技術(shù)：
在投影光刻裝置中，為了對(duì)硅片表面的位置進(jìn)行高精度的測(cè)量，同時(shí)為了 避免測(cè)量裝置損傷硅片，調(diào)焦調(diào)平測(cè)量必須是非接觸式測(cè)量，即裝置本身不直
接接觸被測(cè)物體。常用的非接觸式調(diào)焦調(diào)平測(cè)量方法有三種光學(xué)測(cè)量法、電 容測(cè)量法以及氣壓測(cè)量法。
請(qǐng)參閱圖1,其中顯示了光學(xué)曝光系統(tǒng)平面原理示意圖。如圖所示，在照明 系統(tǒng)100的照射下，光源通過(guò)投影物鏡310將掩模220上的圖像投影曝光到硅 片420上。掩模220由掩模臺(tái)210，硅片420由工件臺(tái)410支承。在圖1中，在 投影物鏡310和硅片420之間有一個(gè)硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置500,該裝置與投影 物鏡310或投影物鏡支承300進(jìn)行剛性聯(lián)接，用于對(duì)硅片420表面的位置信息 進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果送往硅片表面位置控制系統(tǒng)560，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理和調(diào)焦調(diào)平 量的計(jì)算后，驅(qū)動(dòng)調(diào)焦調(diào)平執(zhí)行器430對(duì)工件臺(tái)410的位置進(jìn)行調(diào)整，完成硅 片420的調(diào)焦調(diào)平。
硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置的光機(jī)部分一般由照明單元、投影單元、成像單元 以及探測(cè)單元組成，其中投影單元將狹縫(陣列)投影在硅片表面，并形成測(cè) 量光斑(陣列)。
現(xiàn)有技術(shù)的掃描投影光刻裝置中，多使用光學(xué)測(cè)量法實(shí)現(xiàn)調(diào)焦調(diào)平測(cè)量， 光學(xué)調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置的技術(shù)多種多樣。其中，Nikon公司采用基于掃描反射鏡 調(diào)制的技術(shù)，具體參見美國(guó)早期專利US4558949，公開于1985年12月17日， 該發(fā)明專利所揭示的技術(shù)方案是使用掃描反射鏡對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，進(jìn)而使用相敏解調(diào)對(duì)光電轉(zhuǎn)換之后的電信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，從而獲得與硅片表面高度一一 對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，該技術(shù)方案很好地解決了測(cè)量信號(hào)信噪比較低的問(wèn)題，但同時(shí)
也存在以下幾點(diǎn)不足
(1) 有效的線性化區(qū)域有限。
經(jīng)過(guò)相敏解調(diào)出的信號(hào)為與掃描反射鏡掃描頻率同頻率的信號(hào)，該信號(hào)的 強(qiáng)度直接反映了當(dāng)前硅片表面的高度，但該信號(hào)的強(qiáng)度與硅片表面高度信號(hào)之 間呈類似于正弦曲線的變化趨勢(shì)，當(dāng)測(cè)量光斑中心與探測(cè)狹縫中心的偏移量越 來(lái)越大時(shí)，測(cè)量裝置的靈敏度越低，其重復(fù)精度也越低。當(dāng)測(cè)量光斑中心與探 測(cè)狹縫中心的偏移量為探測(cè)模塊測(cè)量光斑掃描方向?qū)挾鹊囊话氲臅r(shí)候，測(cè)量裝 置的靈敏度為零。因此，在正常使用中， 一般只使用該類正弦曲線中間的某一 段。
(2) 提高測(cè)量范圍往往需要增加光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)。
如上所述，該測(cè)量裝置有效的線性化區(qū)域有限，從而要提高測(cè)量范圍往往 需要增大測(cè)量光斑與探測(cè)狹縫在掃描方向上的尺寸。在多點(diǎn)測(cè)量時(shí)(如Nikon 目前才幾型采用49個(gè)光斑，具體見"Higher NA ArF scanning exposure tool on new platform for flirther lOOnm technology node", Proc. SPIE, 2001年第4346期，第 651~658頁(yè))，光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)勢(shì)必也要做大，這將使得光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量更難 控制，光學(xué)結(jié)構(gòu)也將更加龐大。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置、系 統(tǒng)以及方法，所述裝置具有較大的有效線性化區(qū)域，且光學(xué)設(shè)計(jì)難度小，結(jié)構(gòu) 相對(duì)緊湊。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置，應(yīng)用 于投影光刻機(jī)的調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)中，所述三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置由照明 單元、投影單元、成像單元及探測(cè)單元組成，所述投影單元將狹縫或者狹縫陣 列投影在硅片表面，形成測(cè)量光斑或者光斑陣列，其中，所述探測(cè)單元包括第 一、第二和第三子探測(cè)單元；所述成像單元出射的光束分別由第一、第二和第
三子探測(cè)單元進(jìn)行光信號(hào)調(diào)制和相敏解調(diào)后進(jìn)入一數(shù)字控制器，所述數(shù)字控制器對(duì)上述相敏解調(diào)的結(jié)果進(jìn)行處理并產(chǎn)生調(diào)焦調(diào)平測(cè)量結(jié)果。
進(jìn)一步地，所述第一/第二/第三子探測(cè)單元對(duì)應(yīng)于所述狹縫或者狹縫陣列按
光路傳播的順序依次設(shè)有第一/第二/第三掃描反射鏡或者反射鏡陣列、第一/ 第二/第三探測(cè)狹縫或者探測(cè)狹縫陣列、第一/第二/第三能量探測(cè)器或者能量探測(cè) 器陣列以及第一/第二/第三電信號(hào)處理環(huán)節(jié)。
所述成像單元出射的光束經(jīng)過(guò)一第 一分光鏡反射后入射到所述第 一掃描反 射鏡或者反射鏡陣列上，經(jīng)過(guò)所述第一分光鏡折射后則入射到一第二分光鏡上， 經(jīng)所述第二分光鏡反射的光入射到所述第二掃描反射鏡或者反射鏡陣列上，經(jīng) 所述第二分光鏡折射后的光入射到所述第三掃描反射鏡或者反射鏡陣列上；經(jīng) 所述第 一掃描反射鏡或者反射鏡陣列掃描后的光透過(guò)所述第 一探測(cè)狹縫或者探 測(cè)狹縫陣列入射到所述第一能量探測(cè)器或者能量探測(cè)器陣列上，經(jīng)所述第二掃 描反射鏡或者反射鏡陣列掃描后的光透過(guò)所述第二探測(cè)狹縫或者探測(cè)狹縫陣列 入射到所述第二能量探測(cè)器或者能量探測(cè)器陣列上，經(jīng)所述第三掃描反射鏡或 者反射鏡陣列掃描后的光透過(guò)所述第三探測(cè)狹縫或者^(guò):測(cè)狹縫陣列入射到所述 第三能量探測(cè)器或者能量探測(cè)器陣列上；所述第一能量探測(cè)器或者能量探測(cè)器 陣列輸出的電信號(hào)進(jìn)入所述第一電信號(hào)處理環(huán)節(jié)進(jìn)行電信號(hào)處理，所述第二能 量探測(cè)器或者能量探測(cè)器陣列輸出的電信號(hào)進(jìn)入所述第二電信號(hào)處理環(huán)節(jié)進(jìn)行 電信號(hào)處理，所述第三能量探測(cè)器或者能量探測(cè)器陣列輸出的電信號(hào)進(jìn)入所述 第三電信號(hào)處理環(huán)節(jié)進(jìn)行電信號(hào)處理。
當(dāng)所述硅片在測(cè)量光斑區(qū)域內(nèi)的高度位于所述第一子探測(cè)單元有效測(cè)量范 圍正向的臨界位時(shí)，正好處于所述第二子探測(cè)單元的有效測(cè)量范圍的中心區(qū)域 附近；當(dāng)所述硅片在測(cè)量光斑區(qū)域內(nèi)"高度位于所述第一子探測(cè)單元有效測(cè)量 范圍負(fù)向的臨界位時(shí)，正好處于所述第三子探測(cè)單元的有效測(cè)量范圍的中心區(qū) 域附近。
在上述三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置中，所述第一/第二/第三電信號(hào)處理 環(huán)節(jié)通過(guò)產(chǎn)生一方波信號(hào)對(duì)所述第一/第二/第三能量探測(cè)器或者能量探測(cè)器陣 列輸出的電信號(hào)進(jìn)行相敏解調(diào)；其中，所述第一電信號(hào)處理環(huán)節(jié)中進(jìn)行相敏解 調(diào)所使用的方波信號(hào)為第一掃描反射鏡或者反射鏡陣列的掃描同步信號(hào)，所述 第二電信號(hào)處理環(huán)節(jié)中進(jìn)行相敏解調(diào)所使用的方波信號(hào)為第二掃描反射鏡或者反射鏡陣列的掃描同步信號(hào)，所述第三電信號(hào)處理環(huán)節(jié)中進(jìn)行相敏解調(diào)所使用 的方波信號(hào)為第三掃描反射鏡或者反射鏡陣列的掃描同步信號(hào)。
相應(yīng)地，本發(fā)明提供了一種三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)，其由至少兩 個(gè)上述的三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置組成，所述裝置與裝置之間采用并聯(lián) 或者串聯(lián)的方式相互連接。
相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量方法，通過(guò)一投 影單元將至少一個(gè)狹縫投影在硅片表面，形成至少一測(cè)量光斑，所述方法包括
下列步驟(l)分別采用第一、第二和第三子探測(cè)單元對(duì)所述至少一測(cè)量光斑 經(jīng)由一成像單元后出射的光束進(jìn)行相敏解調(diào)，并輸出相應(yīng)的電壓值；(2)判斷 所述第一子探測(cè)單元輸出的電壓值是否在第一子探測(cè)單元有效測(cè)量范圍的正向 和負(fù)向臨界值之間，如果是則直接使用所述第一子探測(cè)單元輸出的電壓值進(jìn)行 插值/擬合數(shù)值計(jì)算得出調(diào)焦調(diào)平測(cè)量結(jié)果，否則進(jìn)入步驟(3); (3)判斷是否 同時(shí)滿足所述第一子探測(cè)單元輸出的電壓值大于所述第一子探測(cè)單元有效測(cè) 量范圍的正向臨界值，且所述第二子探測(cè)單元輸出的電壓值在所述第二子探測(cè) 單元有效測(cè)量范圍的正向和負(fù)向臨界值之間，如果是則使用所述第二子探測(cè)單 元輸出的電壓值進(jìn)行插值/擬合數(shù)值計(jì)算得出一個(gè)中間結(jié)果，否則進(jìn)入步驟(5 ); (4)在步驟(3)得到的中間結(jié)果的基礎(chǔ)上，疊加一第一常量得到最終的調(diào)焦 調(diào)平測(cè)量結(jié)果，所述第一常量為當(dāng)硅片在測(cè)量光斑區(qū)域內(nèi)的高度位于所述第一 子探測(cè)單元有效測(cè)量范圍正向的臨界位時(shí)，所述第一子探測(cè)單元輸出經(jīng)插值/擬 合數(shù)值計(jì)算得到的高度值與所述第二子探測(cè)單元輸出經(jīng)插值/擬合數(shù)值計(jì)算得到 的高度值之差；(5)判斷是否同時(shí)滿足所述第一子探測(cè)單元輸出的電壓值小 于所述第一子探測(cè)單元有效測(cè)量范圍的負(fù)向臨界值，所述第三子探測(cè)單元輸出 的電壓值在所述第三子探測(cè)單元有效測(cè)量范圍的正向和負(fù)向臨界值之間，如果 是則使用所述第三子探測(cè)單元輸出的電壓值進(jìn)行插值/擬合數(shù)值計(jì)算得出 一個(gè)中 間結(jié)果，否則報(bào)超量程信息；(6)在步驟(5)得到的中間結(jié)果的基礎(chǔ)上，疊加 一第二常量得到最終的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量結(jié)果，所述第二常量為當(dāng)硅片在測(cè)量光斑
區(qū)域內(nèi)的高度位于所述第一子探測(cè)單元有效測(cè)量范圍負(fù)向的臨界位時(shí)，所述第 一子探測(cè)單元輸出經(jīng)插值/擬合數(shù)值計(jì)算得到的高度值與所述第三子探測(cè)單元輸 出經(jīng)插值/擬合數(shù)值計(jì)算得到的高度值之差。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置具有如下優(yōu)點(diǎn) 有效的線性化區(qū)域大，即同樣的光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)，同樣大小的光斑尺寸，同樣 大小的探測(cè)狹縫尺寸，本發(fā)明卻能得到一倍半左右于的有效線性化區(qū)域；光學(xué) 設(shè)計(jì)難度小，結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊，即要實(shí)現(xiàn)同樣大小的有效線性化區(qū)域，本發(fā)明所 述的三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置僅需要設(shè)計(jì)一半大小左右的光學(xué)視場(chǎng)，成像質(zhì)量控制難度大幅下降，整體結(jié)構(gòu)也較緊湊。
通過(guò)以下對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施例結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解其發(fā)明 的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。其中，附圖為 圖1顯示了光學(xué)曝光系統(tǒng)平面原理示意圖；圖2顯示了本發(fā)明的三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置的一個(gè)較佳實(shí)施例的 總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3顯示了本發(fā)明的三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置的一個(gè)較佳實(shí)施例的 探測(cè)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4顯示了本發(fā)明的三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置的一個(gè)較佳實(shí)施例的 電信號(hào)處理單元的控制流圖；圖5顯示了本發(fā)明的三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置的一個(gè)較佳實(shí)施例的 數(shù)字控制器的控制流圖;圖6顯示了現(xiàn)有^L術(shù)的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置的特征曲線；圖7顯示了本發(fā)明的三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置的一個(gè)較佳實(shí)施例的 特征曲線。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合一個(gè)較佳的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝 置、系統(tǒng)以及方法作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容主 要在探測(cè)單元中，所以在本實(shí)施例中，本發(fā)明對(duì)照明單元、投影單元以及成像 單元作了簡(jiǎn)化處理。另外，為了使本發(fā)明更加清晰，本實(shí)施例中只討論單個(gè)狹 縫，單個(gè)測(cè)量光斑的情況，而對(duì)于多點(diǎn)測(cè)量，本發(fā)明的原理同樣適用，只需將探測(cè)單元中的單個(gè)元件替換為元件陣列即可。請(qǐng)參閱圖2,為本發(fā)明的三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置的一個(gè)較佳實(shí)施例 的總體結(jié)構(gòu)示意圖。測(cè)量光510經(jīng)過(guò)第一反射鏡520、投影狹縫525、第二反射 鏡530后在硅片表面420上形成測(cè)量光斑421。經(jīng)硅片表面420反射后，經(jīng)第三 反射鏡540反射后進(jìn)入探測(cè)單元560,探測(cè)單元560輸出三路并行的電壓值V。utl 、 V。ut2和V。ut3。該三路并行的電壓值進(jìn)入數(shù)字控制器590后，由數(shù)字控制器590 進(jìn)行進(jìn)一 步的決策和計(jì)算后得出最后的測(cè)量結(jié)果。圖3為本發(fā)明的三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置的一個(gè)較佳實(shí)施例的探測(cè) 單元的結(jié)構(gòu)示意圖。從成像單元入射到探測(cè)單元的光由第一分光鏡561反射后 進(jìn)入第一子探測(cè)單元，第一子探測(cè)單元由第一掃描反射鏡562、第一探測(cè)狹縫 563、第一能量探測(cè)器564和第一電信號(hào)處理環(huán)節(jié)565組成；由第一分光鏡561 折射后的測(cè)量光經(jīng)第二分光鏡571反射后進(jìn)入第二子探測(cè)單元，第二子探測(cè)單 元由第二掃描反射鏡572、第二探測(cè)狹縫573、第二能量探測(cè)器574和第二電信 號(hào)處理環(huán)節(jié)575組成；由第二分光鏡571折射后的測(cè)量光經(jīng)由第四反射鏡581 反射后進(jìn)入第三子探測(cè)單元，第三子探測(cè)單元由第三掃描反射鏡582、第三探測(cè) 狹縫583、第三能量探測(cè)器584和第三電信號(hào)處理環(huán)節(jié)585組成。測(cè)量光斑421 在第一探測(cè)狹縫前所成的像為第一測(cè)量光斑像422，測(cè)量光斑421在第二探測(cè)狹 縫前所成的像為第二測(cè)量光斑像423，測(cè)量光斑421在第三探測(cè)狹縫前所成的像 為第三測(cè)量光斑像423。三個(gè)子探測(cè)單元相互之間的位置需要進(jìn)行較為精度的裝調(diào)，以便精確且充 分地利用三個(gè)子探測(cè)單元各自線性度較好的區(qū)域。為了保證裝調(diào)的精度，在開 始裝調(diào)之前，先確保這三個(gè)掃描反射鏡停止掃描且一直停在其零相位處。然后 運(yùn)動(dòng)工件臺(tái)410，找到一個(gè)位置使得第一測(cè)量光斑像422的中心與第一探測(cè)狹縫 563的中心合一。保持工件臺(tái)410的位置不變，進(jìn)行第二子探測(cè)單元和第三子探 測(cè)單元的裝調(diào)。最終裝調(diào)的目標(biāo)為第二測(cè)量光斑像423的中心位置與第二探測(cè) 狹縫573的中心位置的偏移量為第二測(cè)量光斑像423寬度的一半或第二探測(cè)狹 縫573寬度的一半，第三測(cè)量光斑像424的中心位置與第三探測(cè)狹縫583的中 心位置的偏移量為第二測(cè)量光斑像424寬的一半或第二探測(cè)狹縫寬度583的一 半；第二測(cè)量光斑像423中心與第二探測(cè)狹縫573中心偏移的方向，與第三測(cè)量光斑像424中心與第三探測(cè)狹縫583中心偏移的方向正好相反。通過(guò)上述裝 調(diào)之后，當(dāng)硅片在測(cè)量光斑區(qū)域內(nèi)的高度位于第一子探測(cè)單元有效測(cè)量范圍正 向(負(fù)向)的臨界位時(shí)，正好處于第二子探測(cè)單元的有效測(cè)量范圍的中心區(qū)域 附近；當(dāng)硅片在測(cè)量光斑區(qū)域內(nèi)的高度位于第一子探測(cè)單元有效測(cè)量范圍負(fù)向 (正向)的臨界位時(shí)，正好處于第三子探測(cè)單元的有效測(cè)量范圍的中心區(qū)域附 近。三個(gè)子探測(cè)單元的工作原理完全一樣，三個(gè)掃描反射鏡的掃描頻率也完全 相同，為了方便描述，假定掃描反射鏡的掃描頻率為lf,而兩倍于掃描反射鏡 的掃描頻率為2f。下面以第一子探測(cè)單元為例，進(jìn)一步說(shuō)明探測(cè)單元的工作原 理。第一掃描反射鏡562的作用是對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，其對(duì)測(cè)量光斑的像進(jìn)行 掃描，則第一測(cè)量光斑像422進(jìn)入第一探測(cè)狹縫563后入射到第一探測(cè)器564 感光面上的面積也發(fā)生周期性的變化。即當(dāng)硅片表面位于某固定位置時(shí)，第一 信號(hào)處理環(huán)節(jié)565接受的電信號(hào)為一個(gè)高頻的交流信號(hào)，其主要由lf頻率和2f 頻率的信號(hào)為主，而lf頻率信號(hào)的強(qiáng)度則直接可用來(lái)表征硅片表面420在測(cè)量 光斑421區(qū)域的高度值。為了獲取其中l(wèi)f信號(hào)的強(qiáng)度，可采用相敏解調(diào)技術(shù)進(jìn) 行，即如圖4所示。第一電信號(hào)處理環(huán)節(jié)565主要由lf帶通濾波器565c、乘法 器565d和低通濾波器565e組成，其中，lf帶通濾波器565c用來(lái)濾出第一能量 探測(cè)器輸出的電信號(hào)Vim中的lf信號(hào)。進(jìn)入乘法器565d的信號(hào)還須有第一掃描 反射鏡562的掃描同步信號(hào)，該信號(hào)必須為方波，且頻率須為lf，以便實(shí)現(xiàn)鎖 相放大的功能。數(shù)字控制器590接受到三個(gè)電壓信號(hào)V。utl、 V。ut2、 V。必之后，進(jìn)一步進(jìn)行 相應(yīng)的決策及處理，最后得出一個(gè)高度值。圖5顯示了本發(fā)明的三掃描式調(diào)焦 調(diào)平測(cè)量裝置的一個(gè)較佳實(shí)施例的數(shù)字控制器的控制流圖，如圖所示，數(shù)字控 制器5卯所需要進(jìn)行決策及計(jì)算主要包括如下步驟步驟591、獲取第一電信號(hào)處理環(huán)節(jié)輸出的電壓值V。uu，判斷其是否在第一子探測(cè)單元的有效測(cè)量范圍Vn^V。ut《Vpc之內(nèi)，其中，Vpe和Vnc分別表示第一 子探測(cè)單元有效測(cè)量范圍的正向和負(fù)向臨界值；如果V。ut!在有效測(cè)量范圍內(nèi)，則直接進(jìn)入步驟594a，使用第一電信號(hào)處理環(huán)節(jié)輸出的電壓值V。w進(jìn)行插值/ 擬合等數(shù)值計(jì)算得出測(cè)量結(jié)果，如果不是則進(jìn)入步驟592。步驟592、如果第一電信號(hào)處理環(huán)節(jié)輸出的電壓值V。utl大于第一子探測(cè)單元有效測(cè)量范圍的正向臨界值Vpe，且第二電信號(hào)處理環(huán)節(jié)輸出的電壓值V。ut2在第二子探測(cè)單元有效測(cè)量范圍Vn^V。u^Vpc之內(nèi)，則進(jìn)入步驟594b,使用第二電信號(hào)處理環(huán)節(jié)輸出的電壓值V。ut2進(jìn)行插值/擬合等數(shù)值計(jì)算得出 一個(gè)結(jié)果并進(jìn)入步驟595a，否則進(jìn)入步驟593。步驟595a、在步驟594b僻到的結(jié)果的基礎(chǔ)上，疊加上一個(gè)常量Lp。得到最 終的測(cè)量結(jié)果。該常量Lp。為當(dāng)硅片在測(cè)量光斑區(qū)域內(nèi)的高度位于第一子探測(cè)單 元有效測(cè)量范圍正向的臨界位時(shí)，第一子探測(cè)單元輸出經(jīng)插值/擬合等數(shù)值計(jì)算 得到的高度值與第二子探測(cè)單元輸出經(jīng)插值/擬合等數(shù)值計(jì)算得到的高度值之 差。步驟593、如果第一電信號(hào)處理環(huán)節(jié)輸出的電壓值V。uu小于第一子探測(cè)單 元有效測(cè)量范圍的負(fù)向臨界值Vnc,第三電信號(hào)處理環(huán)節(jié)輸出的電壓值V。ut3在第 三子探測(cè)單元有效測(cè)量范圍Vn^V。ut^Vpc之內(nèi)，則進(jìn)入步驟594c,使用第三電信號(hào)處理環(huán)節(jié)輸出的電壓值V。ut3進(jìn)行插值/擬合等數(shù)值計(jì)算得出一個(gè)結(jié)果并進(jìn)入步驟595b,否則進(jìn)入步驟596。步驟595b、在步驟594c得到的結(jié)果的基礎(chǔ)上，疊加上一個(gè)常量U。得到最 終的測(cè)量結(jié)果。該常量L加為當(dāng)硅片在測(cè)量光斑區(qū)域內(nèi)的高度位于第一子探測(cè)單 元有效測(cè)量范圍負(fù)向的臨界位時(shí)，第一子探測(cè)單元輸出經(jīng)插值/擬合等數(shù)值計(jì)算 得到的高度值與第三子探測(cè)單元輸出經(jīng)插值/擬合等數(shù)值計(jì)算得到的高度值之 差。在本實(shí)施例中假定第一測(cè)量光斑像422、第二測(cè)量光斑像423、第三測(cè)量光 斑像424在掃描方向的寬度為lmm,同時(shí)第一探測(cè)狹縫563、第二探測(cè)狹縫573 和第三探測(cè)狹縫的狹縫寬度也為lmm,第一電信號(hào)處理環(huán)節(jié)565、第二電信號(hào) 處理環(huán)節(jié)575和第三電信號(hào)處理環(huán)節(jié)585中的增益調(diào)節(jié)4吏得信號(hào)V。utl、 V。w和 V。必最大不超過(guò)8.5V。圖6和圖7分別為現(xiàn)有技術(shù)和本實(shí)施例所涉及的裝置的特征曲線，其橫坐 標(biāo)為測(cè)量光斑像中心與狹縫中心之間的起始偏移量，即當(dāng)掃描反射鏡的掃描運(yùn) 動(dòng)的相位為0度或180度時(shí)，測(cè)量光斑像中心與狹縫中心之間的偏移量。在相 同的光機(jī)結(jié)構(gòu)下，如果要求使用0.015伏特/微米以上靈敏度的區(qū)域，現(xiàn)有技術(shù)只能測(cè)量約正負(fù)30(H效米左右的變化，而本實(shí)施例則可測(cè)量約正負(fù)600孩吏米左 右的變化，為現(xiàn)有技術(shù)2倍左右的測(cè)量范圍。而現(xiàn)有技術(shù)如要達(dá)到本發(fā)明同樣 的特征曲線，則需要增加光斑及探測(cè)狹縫的尺寸，而在多點(diǎn)測(cè)量中，這將使得 光學(xué)設(shè)計(jì)難度增加，結(jié)構(gòu)也將更加龐大。本發(fā)明的三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置，根據(jù)實(shí)際需要可以單獨(dú)使用， 也可以組合使用，即采用多個(gè)上述裝置以并聯(lián)或串聯(lián)的形式相連以形成三掃描 式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)，以便滿足不同的使用需求。需要特別說(shuō)明的是，本發(fā)明的三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置不局限于上 述實(shí)施例中所限定的結(jié)構(gòu)，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫 離本發(fā)明的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、一種三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置，應(yīng)用于投影光刻機(jī)的調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)中，所述三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置由照明單元、投影單元、成像單元及探測(cè)單元組成，所述投影單元將狹縫或者狹縫陣列投影在硅片表面，形成測(cè)量光斑或者光斑陣列，其特征在于所述探測(cè)單元包括第一、第二和第三子探測(cè)單元；所述成像單元出射的光束分別由第一、第二和第三子探測(cè)單元進(jìn)行光信號(hào)調(diào)制和相敏解調(diào)后進(jìn)入一數(shù)字控制器，所述數(shù)字控制器對(duì)上述相敏解調(diào)的結(jié)果進(jìn)行處理并產(chǎn)生調(diào)焦調(diào)平測(cè)量結(jié)果。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置，其特征在于 所述第一/第二/第三子探測(cè)單元對(duì)應(yīng)于所述狹縫或者狹縫陣列按光路傳播的順 序依次設(shè)有第一/第二/第三掃描反射鏡或者反射鏡陣列、第一/第二/第三探測(cè) 狹縫或者探測(cè)狹縫陣列、第一/第二/第三能量探測(cè)器或者能量探測(cè)器陣列以及第 一/第二/第三電信號(hào)處理環(huán)節(jié)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置，其特征在于 所述成像單元出射的光束經(jīng)過(guò)一第一分光鏡反射后入射到所述第一掃描反射鏡或者反射鏡陣列上，經(jīng)過(guò)所述第 一分光鏡折射后則入射到一第二分光鏡上， 經(jīng)所述第二分光鏡反射的光入射到所述第二掃描反射鏡或者反射鏡陣列上，經(jīng) 所述第二分光鏡折射后的光入射到所述第三掃描反射鏡或者反射鏡陣列上；經(jīng)所述第 一掃描反射鏡或者反射鏡陣列掃描后的光透過(guò)所述第 一探測(cè)狹縫 或者探測(cè)狹縫陣列入射到所述第一能量探測(cè)器或者能量探測(cè)器陣列上，經(jīng)所述 第二掃描反射鏡或者反射鏡陣列掃描后的光透過(guò)所述第二探測(cè)狹縫或者探測(cè)狹 縫陣列入射到所述第二能量探測(cè)器或者能量探測(cè)器陣列上，經(jīng)所述第三掃描反 射鏡或者反射鏡陣列掃描后的光透過(guò)所述第三探測(cè)狹縫或者探測(cè)狹縫陣列入射 到所述第三能量探測(cè)器或者能量探測(cè)器陣列上；所述第一能量探測(cè)器或者能量探測(cè)器陣列輸出的電信號(hào)進(jìn)入所述第一電信 號(hào)處理環(huán)節(jié)進(jìn)行電信號(hào)處理，所述第二能量探測(cè)器或者能量探測(cè)器陣列輸出的 電信號(hào)進(jìn)入所述第二電信號(hào)處理環(huán)節(jié)進(jìn)行電信號(hào)處理，所述第三能量探測(cè)器或 者能量探測(cè)器陣列輸出的電信號(hào)進(jìn)入所述第三電信號(hào)處理環(huán)節(jié)進(jìn)行電信號(hào)處理。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置，其特征在于 當(dāng)所述硅片在測(cè)量光斑區(qū)域內(nèi)的高度位于所述第一子探測(cè)單元有效測(cè)量范圍正 向的臨界位時(shí)，正好處于所述第二子探測(cè)單元的有效測(cè)量范圍的中心區(qū)域附近； 當(dāng)所述硅片在測(cè)量光斑區(qū)域內(nèi)的高度位于所述第一子探測(cè)單元有效測(cè)量范圍負(fù) 向的臨界位時(shí)，正好處于所述第三子探測(cè)單元的有效測(cè)量范圍的中心區(qū)域附近。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置，其特征在于 所述第一/第二/第三電信號(hào)處理環(huán)節(jié)通過(guò)產(chǎn)生一方波信號(hào)對(duì)所述第一/第二/第三 能量探測(cè)器或者能量探測(cè)器陣列輸出的電信號(hào)進(jìn)行相敏解調(diào)；其中，所述第一 電信號(hào)處理環(huán)節(jié)中進(jìn)行相敏解調(diào)所使用的方波信號(hào)為第 一掃描反射鏡或者反射 鏡陣列的掃描同步信號(hào)，所述第二電信號(hào)處理環(huán)節(jié)中進(jìn)行相敏解調(diào)所使用的方 波信號(hào)為第二掃描反射鏡或者反射鏡陣列的掃描同步信號(hào)，所述第三電信號(hào)處 理環(huán)節(jié)中進(jìn)行相敏解調(diào)所使用的方波信號(hào)為第三掃描反射鏡或者反射鏡陣列的 掃描同步信號(hào)。
6、 一種三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于包括至少兩個(gè)如權(quán) 利要求1所述的三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置，所述裝置與裝置之間采用并 聯(lián)或者串聯(lián)的方式相互連接。
7、 一種三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量方法，通過(guò)一投影單元將至少一個(gè)狹縫 投影在硅片表面，形成至少一測(cè)量光斑，其特征在于，所述方法包括下列步驟(1) 分別采用第一、第二和第三子探測(cè)單元對(duì)所述至少一測(cè)量光斑經(jīng)由一 成像單元后出射的光束進(jìn)行相敏解調(diào)，并輸出相應(yīng)的電壓值；(2) 判斷所述第一子探測(cè)單元輸出的電壓值是否在第一子探測(cè)單元有效測(cè) 量范圍的正向和負(fù)向臨界值之間，如果是則直接使用所述第 一子探測(cè)單元輸出 的電壓值進(jìn)行插值/擬合數(shù)值計(jì)算得出調(diào)焦調(diào)平測(cè)量結(jié)果，否則進(jìn)入步驟(3);(3) 判斷是否同時(shí)滿足所述第一子探測(cè)單元輸出的電壓值大于所述第一 子探測(cè)單元有效測(cè)量范圍的正向臨界值，且所述第二子探測(cè)單元輸出的電壓值 在所述第二子探測(cè)單元有效測(cè)量范圍的正向和負(fù)向臨界值之間，如果是則使用 所述第二子探測(cè)單元輸出的電壓值進(jìn)行插值/擬合數(shù)值計(jì)算得出 一個(gè)中間結(jié)果， 否則進(jìn)入步驟(5);(4) 在步驟(3)得到的中間結(jié)果的基礎(chǔ)上，疊加一第一常量得到最終的 調(diào)焦調(diào)平測(cè)量結(jié)果，所迷第一常量為當(dāng)硅片在測(cè)量光斑區(qū)域內(nèi)的高度位于所述 第一子探測(cè)單元有效測(cè)量范圍正向的臨界位時(shí)，所述第一子探測(cè)單元輸出經(jīng)插 值/擬合數(shù)值計(jì)算得到的高度值與所述第二子探測(cè)單元輸出經(jīng)插值/擬合數(shù)值計(jì) 算得到的高度值之差；(5) 判斷是否同時(shí)滿足所述第一子探測(cè)單元輸出的電壓值小于所述第一 子探測(cè)單元有效測(cè)量范圍的負(fù)向臨界值，所述第三子^:測(cè)單元輸出的電壓值在 所述第三子探測(cè)單元有效測(cè)量范圍的正向和負(fù)向臨界值之間，如果是則使用所 述第三子探測(cè)單元輸出的電壓值進(jìn)行插值/擬合數(shù)值計(jì)算得出 一個(gè)中間結(jié)果，否 則報(bào)超量程信息；(6) 在步驟(5)得到的中間結(jié)果的基礎(chǔ)上，疊加一第二常量得到最終的 調(diào)焦調(diào)平測(cè)量結(jié)果，所述第二常量為當(dāng)硅片在測(cè)量光斑區(qū)域內(nèi)的高度位于所述 第一子探測(cè)單元有效測(cè)量范圍負(fù)向的臨界位時(shí)，所述第一子探測(cè)單元輸出經(jīng)插 值/擬合數(shù)值計(jì)算得到的高度值與所述第三子探測(cè)單元輸出經(jīng)插值/擬合數(shù)值計(jì) 算得到的高度值之差。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置、系統(tǒng)以及方法，所述裝置應(yīng)用于投影光刻機(jī)的調(diào)平調(diào)焦系統(tǒng)中，所述三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置由照明單元、投影單元、成像單元及探測(cè)單元組成，所述投影單元將狹縫或者狹縫陣列投影在硅片表面，形成測(cè)量光斑或者光斑陣列，所述探測(cè)單元包括第一、第二和第三子探測(cè)單元；所述成像單元出射的光束分別由第一、第二和第三子探測(cè)單元進(jìn)行相敏解調(diào)后進(jìn)入一數(shù)字控制器，所述數(shù)字控制器對(duì)上述相敏解調(diào)的結(jié)果進(jìn)行處理并產(chǎn)生調(diào)焦調(diào)平測(cè)量結(jié)果。本發(fā)明的三掃描式硅片調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置具有較大的有效線性化區(qū)域，且光學(xué)設(shè)計(jì)難度小，結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊。
文檔編號(hào)G03F7/20GK101320218SQ200810040348
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月8日
發(fā)明者沖 張, 兵 徐, 金小兵, 陳飛彪 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司