[发明专利]一种测量范围可扩展的调焦调平装置及调焦调平方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路或其他微型器件制造领域的光刻设备，尤其涉及一种对硅片进行调焦调平测量的调焦调平装置及方法。

背景技术

在投影光刻设备中，通常使用调焦调平测量装置实现对硅片表面特定区域高度和倾斜度的测量。目前的扫描投影光刻装置中，多使用光学测量法实现硅片的调焦调平测量。

美国专利U.S.4,558,949(Horizontal position detecting device，申请于1982年9月17日)公开了一种调焦调平测量装置，该装置共有两套独立的测量系统，分别用于硅片特定区域高度和倾斜度的测量。在高度测量系统中，使用投影狭缝和探测狭缝实现对硅片高度的探测，同时使用扫描反射镜实现对被测信号的调制。在倾斜测量系统中，投影分支在硅片表面形成一个较大的测量光斑，经硅片反射后，该光斑成像在一个四象限探测器上，根据探测器上每个象限探测的光强，实现对硅片表面特定区域倾斜度的测量。为了满足扫描投影光刻机的要求，该装置的技术的得到进一步的改进(SPIE，1996，2726：767～779)。改进后的技术采用了多点测量的方式，在硅片表面形成多个测量点，从而实现硅片的调焦调平测量。

该技术可实现较高的测量精度，但其测量原理决定了其测量范围受描反射镜的振幅和测量光斑在扫描方向的尺寸影响比较大。要获取更大的测量范围就需要更大振幅的扫描反射镜，这对扫描反射镜的性能提出了更高的要求，而且使得测量系统的机械结构更加庞大。随着步进扫描光刻机的发展，调焦调平装置要求更高的测量精度以适应有效焦深的缩短，然而，投影光刻装置往往又要求调焦调平测量装置拥有较大的粗测捕获范围，一般要求数百个微米甚至更高。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种新的调焦调平装置及相应的测量方法，在探测面上按一定规律布置扩展接收狭缝，通过多个接收狭缝对从硅片表面反射回来的同一路光斑信号进行检测，根据在不同狭缝后检测到的能量信号进行综合处理，可以获得硅片表面上对应点的位置信息。

一种测量范围可扩展的调焦调平装置，该装置具有：

光源；

接收光源发出的光并将其照射到被测硅片表面形成测量光斑矩阵W的光学投影单元；

接收由被测硅片反射的光斑的光学接收单元；

具有扫描反射镜的光学调制单元，所述扫描反射镜在测量调平时作正弦振动；

接收狭缝面，该狭缝面上具有与硅片上的各个光斑一一对应的狭缝的狭缝矩阵S，经由扫描反射镜反射的光斑成像于该接收狭缝面上；

将穿过狭缝的光能像信号转化为电信号的光电探测器；

对光电探测器输出的电信号进行分析处理的控制单元；

其特征在于，在接收狭缝面上还具有位于狭缝矩阵边缘的扩展狭缝，用于扩展调焦调平装置的测量范围。

其中，所述光斑矩阵和狭缝矩阵均为m×n矩阵。

其中，所述扩展狭缝是在扫描方向上分别形成于狭缝s(1，n)和狭缝s(m，1)两侧的狭缝。

其中，接收狭缝面上的所有狭缝的尺寸均与经扫描反射镜反射后的光斑的尺寸相同。

其中，扫描反射镜的振动频率为f，振幅为A＝0.5arctan(d/2L)，其中d为狭缝在扫描方向的长度，L为扫描反射镜中心与狭缝中心之间的距离。

其中，当狭缝s(1，n)和狭缝s(m，1)两侧每侧的扩展狭缝均为k个时，该装置的测量范围被扩展为[-kl-3d/2，kl+3d/2]，其中l为相邻狭缝的中心距离，且l小于等于3d。

其中，在狭缝面上的其它任一狭缝扫描方向上的两侧分别形成有扩展狭缝，用于与其它扩展狭缝配合测量硅片的倾斜。

一种使用本发明的调焦调平装置在投影光刻设备中将硅片曝光区域EA调整到调焦调平装置零平面的方法，具有如下步骤：

(a)利用狭缝s(1，n)和狭缝s(m，1)两侧的扩展狭缝获取扩展测量点的高度值h1、h2；

(b)计算EA的中心高度h，h≈(h1+h2)/2；

(c)将高度h作为位置偏差设定值发送至支承硅片的工件台；

(d)使工件台带动硅片进行位置粗调，从而进入单个狭缝的测量范围；

(e)利用EA上的多个光斑信号进行拟合测量，即获得EA上多个测量点的高度值并利用多个高度值进行平面拟合计算，得到EA所在平面位置和姿态的粗测结果；

(f)根据(e)的测量结果进行再次调整，使EA进入精测区间；

(g)利用EA上的多个光斑信号进行拟合测量，方法同(e)，得到EA平面位置和姿态的精测结果；