[发明专利]三扫描式硅片调焦调平测量装置、系统以及方法

权利要求书

1.一种三扫描式硅片调焦调平测量装置，应用于投影光刻机的调焦调平系统中，所述三扫描式硅片调焦调平测量装置由照明单元、投影单元、成像单元及探测单元组成，所述投影单元将狭缝或者狭缝阵列投影在硅片表面，形成测量光斑或者光斑阵列，其特征在于：所述探测单元包括第一、第二和第三子探测单元；所述成像单元出射的光束分别由第一、第二和第三子探测单元进行光信号调制和相敏解调后进入一数字控制器，所述数字控制器对上述相敏解调的结果进行处理并产生调焦调平测量结果。

2.根据权利要求1所述的三扫描式硅片调焦调平测量装置，其特征在于：对应于所述狭缝或者狭缝阵列按光路传播的顺序，所述第一子探测单元依次设有第一扫描反射镜或者反射镜阵列、第一探测狭缝或者探测狭缝阵列、第一能量探测器或者能量探测器阵列以及第一电信号处理环节；所述第二子探测单元依次设有第二扫描反射镜或者反射镜阵列、第二探测狭缝或者探测狭缝阵列、第二能量探测器或者能量探测器阵列以及第二电信号处理环节；所述第三子探测单元依次设有第三扫描反射镜或者反射镜阵列、第三探测狭缝或者探测狭缝阵列、第三能量探测器或者能量探测器阵列以及第三电信号处理环节。

3.根据权利要求2所述的三扫描式硅片调焦调平测量装置，其特征在于：

所述成像单元出射的光束经过一第一分光镜反射后入射到所述第一扫描反射镜或者反射镜阵列上，经过所述第一分光镜折射后则入射到一第二分光镜上，经所述第二分光镜反射的光入射到所述第二扫描反射镜或者反射镜阵列上，经所述第二分光镜折射后的光入射到所述第三扫描反射镜或者反射镜阵列上；

经所述第一扫描反射镜或者反射镜阵列扫描后的光透过所述第一探测狭缝或者探测狭缝阵列入射到所述第一能量探测器或者能量探测器阵列上，经所述第二扫描反射镜或者反射镜阵列扫描后的光透过所述第二探测狭缝或者探测狭缝阵列入射到所述第二能量探测器或者能量探测器阵列上，经所述第三扫描反射镜或者反射镜阵列扫描后的光透过所述第三探测狭缝或者探测狭缝阵列入射到所述第三能量探测器或者能量探测器阵列上；

所述第一能量探测器或者能量探测器阵列输出的电信号进入所述第一电信号处理环节进行电信号处理，所述第二能量探测器或者能量探测器阵列输出的电信号进入所述第二电信号处理环节进行电信号处理，所述第三能量探测器或者能量探测器阵列输出的电信号进入所述第三电信号处理环节进行电信号处理。

4.根据权利要求3所述的三扫描式硅片调焦调平测量装置，其特征在于：当所述硅片在测量光斑区域内的高度位于所述第一子探测单元有效测量范围正向的临界位时，正好处于所述第二子探测单元的有效测量范围的中心区域附近；当所述硅片在测量光斑区域内的高度位于所述第一子探测单元有效测量范围负向的临界位时，正好处于所述第三子探测单元的有效测量范围的中心区域附近。

5.根据权利要求2所述的三扫描式硅片调焦调平测量装置，其特征在于：所述第一、第二、第三电信号处理环节通过产生一方波信号分别对所述第一、第二、第三能量探测器或者能量探测器阵列输出的电信号进行相敏解调；其中，所述第一电信号处理环节中进行相敏解调所使用的方波信号为第一扫描反射镜或者反射镜阵列的扫描同步信号，所述第二电信号处理环节中进行相敏解调所使用的方波信号为第二扫描反射镜或者反射镜阵列的扫描同步信号，所述第三电信号处理环节中进行相敏解调所使用的方波信号为第三扫描反射镜或者反射镜阵列的扫描同步信号。

6.一种三扫描式硅片调焦调平测量系统，其特征在于：包括至少两个如权利要求1所述的三扫描式硅片调焦调平测量装置，所述装置与装置之间采用并联或者串联的方式相互连接。

7.一种三扫描式硅片调焦调平测量方法，通过一投影单元将至少一个狭缝投影在硅片表面，形成至少一测量光斑，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

(1)分别采用第一、第二和第三子探测单元对所述至少一测量光斑经由一成像单元后出射的光束进行相敏解调，并输出相应的电压值；

(2)判断所述第一子探测单元输出的电压值是否在第一子探测单元有效测量范围的正向和负向临界值之间，如果是则直接使用所述第一子探测单元输出的电压值进行插值/拟合数值计算得出调焦调平测量结果，否则进入步骤(3)；

(3)判断是否同时满足：所述第一子探测单元输出的电压值大于所述第一子探测单元有效测量范围的正向临界值，且所述第二子探测单元输出的电压值在所述第二子探测单元有效测量范围的正向和负向临界值之间，如果是则使用所述第二子探测单元输出的电压值进行插值/拟合数值计算得出一个中间结果，否则进入步骤(5)；

(4)在步骤(3)得到的中间结果的基础上，叠加一第一常量得到最终的调焦调平测量结果，所述第一常量为当硅片在测量光斑区域内的高度位于所述第一子探测单元有效测量范围正向的临界位时，所述第一子探测单元输出经插值/拟合数值计算得到的高度值与所述第二子探测单元输出经插值/拟合数值计算得到的高度值之差；

(5)判断是否同时满足：所述第一子探测单元输出的电压值小于所述第一子探测单元有效测量范围的负向临界值，所述第三子探测单元输出的电压值在所述第三子探测单元有效测量范围的正向和负向临界值之间，如果是则使用所述第三子探测单元输出的电压值进行插值/拟合数值计算得出一个中间结果，否则报超量程信息；

(6)在步骤(5)得到的中间结果的基础上，叠加一第二常量得到最终的调焦调平测量结果，所述第二常量为当硅片在测量光斑区域内的高度位于所述第一子探测单元有效测量范围负向的临界位时，所述第一子探测单元输出经插值/拟合数值计算得到的高度值与所述第三子探测单元输出经插值/拟合数值计算得到的高度值之差。