[发明专利]一种调焦调平探测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于配合投影光刻机对制造微电子产品所使用的硅片进行调焦调平测量的装置及方法。

背景技术

在投影光刻装置中，通常使用硅片调焦调平探测装置来实现对硅片表面特定区域进行高度和倾斜度的测量。该测量装置要求的精度较高，且操作时不能损伤硅片。所以，硅片调焦调平测量必须是非接触式测量，常用的非接触式调焦调平测量方法有三种：光学测量法、电容测量法、气压测量法。

在现今的扫描投影光刻装置中，多使用光学测量法来实现对硅片的调焦调平测量。光学调焦调平探测装置的技术多种多样，典型例见美国专利U.S.4,558,949(Horizontal position detecting device，申请于1982年9月17日)。该专利公开了一种调焦调平探测装置，如图1所示，该装置共有两套独立的测量系统，分别用于硅片特定区域的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来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，然后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。该技术具有原理简单的特点，但同时却也存在测量精度低、测量范围小的缺点，并且由于采用两支光路而增加了机械结构上的复杂性。

发明内容

综上所述，如何简化硅片的调焦调平技术，并且提高测量精度和扩大测量范围，乃是本发明所要解决的技术问题，为此，本发明的目的在于提供一种配合光刻机用的硅片的调焦调平的探测装置与探测方法。

本发明的技术方案如下：

根据本发明的一种调焦调平探测装置，其测量光路分布于投影物镜光轴的两侧，包括依次以光学联结的照明单元、投影单元、成像单元及探测单元组成，其中照明单元由光源、透镜组及光纤组成；投影单元由反射镜组、狭缝及透镜组组成；成像单元由反射镜组、透镜组及平行偏转补偿板组成；探测单元由扫描反射镜、探测狭缝阵列及探测器阵列组成，其特点是：探测狭缝阵列中多个探测狭缝对应一个光斑，其中一个探测狭缝用于精测，其他探测狭缝用于粗测。依借探测器阵列与探测狭缝阵列存在的一一对应关系，来探测每一个探测狭缝接收的光强信号，采用多个探测狭缝和多个探测器来探测一个光斑的位置，如果用于精测的探测狭缝的探测信号有效，则输出精测结果，如果用于粗测的探测狭缝的探测信号有效，则输出经补偿后的粗测结果，从而调焦调平探测装置能实现对硅片表面的高精度大范围的高度和倾斜度测量。进一步，该探测器为光电探测器；所述的光束经过投影单元后，在硅片上形成长方形光斑；更具体地，每一个光斑对应大于等于三个探测狭缝。

同样，根据本发明的另一种调焦调平探测装置，其测量光路分布于投影物镜光轴的两侧，包括依次以光学联结的照明单元、投影单元、成像单元及探测单元，其中照明单元主要由光源、透镜组及光纤组成；投影单元主要由反射镜组、狭缝阵列及透镜组组成；成像单元主要由反射镜组、透镜组及平行偏转补偿板组成；探测单元主要由扫描反射镜、探测狭缝阵列及探测器阵列组成；其特点是：探测狭缝阵列中有若干列探测狭缝布置成队列，每一列中探测狭缝数目多于对应光斑列的光斑数目，探测狭缝与探测狭缝之间成一定的间距。当硅片离焦量较小即离焦量在精测范围内时，光斑偏移到探测狭缝列中用于精测的探测狭缝；当硅片离焦量较大即离焦量超过精测范围时，光斑偏移到探测狭缝列中用于粗测的冗余探测狭缝；

探测器阵列与探测狭缝阵列存在一一对应的关系，从而能够探测每一个探测狭缝接收的光强信号。由于探测狭缝列具有冗余探测狭缝，如果用于精测的探测狭缝的探测信号有效，则输出精测结果，如果用于粗测的探测狭缝的探测信号有效，则输出经补偿后的粗测结果，从而调焦调平探测装置能实现对硅片表面的高精度大范围的高度和倾斜度测量。进一步，所述的探测器为光电探测器；所述的光束经过投影单元的狭缝阵列后，在硅片表面可以形成9×9、8×8、7×7、6×6或5×5的长方形光斑阵列；可在所述的探测狭缝阵列中选择两列布置成具有 冗余狭缝的探测狭缝列。

具体地，所述的光斑阵列为7×7阵列，探测狭缝有13列，可选择第3、11列狭缝布置成具有冗余狭缝的探测狭缝列。

同属于一个总的发明构思，根据本发明的一种调焦调平探测方法，通过对多个探测器的探测信号进行处理，从而实现对硅片表面的大范围高精度的高度和倾斜度测量，信号处理步骤依次为：探测器输出信号处理、探测狭缝有效性判断、计算测量结果。