[发明专利]三扫描式硅片调焦调平测量装置、系统以及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种调焦调平测量装置以及方法，特别是一种用于测量硅片表面特定区域相对于投影物镜最佳焦平面的高度和倾斜度的调焦调平测量装置以及方法。

背景技术

在投影光刻装置中，为了对硅片表面的位置进行高精度的测量，同时为了避免测量装置损伤硅片，调焦调平测量必须是非接触式测量，即装置本身不直接接触被测物体。常用的非接触式调焦调平测量方法有三种：光学测量法、电容测量法以及气压测量法。

请参阅图1，其中显示了光学曝光系统平面原理示意图。如图所示，在照明系统100的照射下，光源通过投影物镜310将掩模220上的图像投影曝光到硅片420上。掩模220由掩模台210，硅片420由工件台410支承。在图1中，在投影物镜310和硅片420之间有一个硅片调焦调平测量装置500，该装置与投影物镜310或投影物镜支承300进行刚性联接，用于对硅片420表面的位置信息进行测量，测量结果送往硅片表面位置控制系统560，经过信号处理和调焦调平量的计算后，驱动调焦调平执行器430对工件台410的位置进行调整，完成硅片420的调焦调平。

硅片调焦调平测量装置的光机部分一般由照明单元、投影单元、成像单元以及探测单元组成，其中投影单元将狭缝(阵列)投影在硅片表面，并形成测量光斑(阵列)。

现有技术的扫描投影光刻装置中，多使用光学测量法实现调焦调平测量，光学调焦调平测量装置的技术多种多样。其中，Nikon公司采用基于扫描反射镜调制的技术，具体参见美国早期专利US4558949，公开于1985年12月17日，该发明专利所揭示的技术方案是使用扫描反射镜对测量信号进行调制，进而使用相敏解调对光电转换之后的电信号进行解调，从而获得与硅片表面高度一一对应的电信号，该技术方案很好地解决了测量信号信噪比较低的问题，但同时也存在以下几点不足：

(1)有效的线性化区域有限。

经过相敏解调出的信号为与扫描反射镜扫描频率同频率的信号，该信号的强度直接反映了当前硅片表面的高度，但该信号的强度与硅片表面高度信号之间呈类似于正弦曲线的变化趋势，当测量光斑中心与探测狭缝中心的偏移量越来越大时，测量装置的灵敏度越低，其重复精度也越低。当测量光斑中心与探测狭缝中心的偏移量为探测模块测量光斑扫描方向宽度的一半的时候，测量装置的灵敏度为零。因此，在正常使用中，一般只使用该类正弦曲线中间的某一段。

(2)提高测量范围往往需要增加光学系统的视场。

如上所述，该测量装置有效的线性化区域有限，从而要提高测量范围往往需要增大测量光斑与探测狭缝在扫描方向上的尺寸。在多点测量时(如Nikon目前机型采用49个光斑，具体见“Higher NA ArF scanning exposure tool on newplatform for further 100nm technology node”，Proc.SPIE，2001年第4346期，第651～658页)，光学系统的视场势必也要做大，这将使得光学系统成像质量更难控制，光学结构也将更加庞大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种三扫描式硅片调焦调平测量装置、系统以及方法，所述装置具有较大的有效线性化区域，且光学设计难度小，结构相对紧凑。

为达到上述目的，本发明提供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，其中，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。

进一步地，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。