[发明专利]一种调焦调平检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光刻领域，尤其涉及光刻装置的调焦调平检测装置及方法。

背景技术

美国专利US4650983中记载了一种调焦调平检测装置和方法，其中采用振动反射镜来调制包含被测物体(比如：半导体衬底或硅片)表面相对光刻机投影光学系统焦平面的离焦高度信息的光信号，并使经过振动反射镜调制的光信号通过光敏探测器转变成包含离焦高度信息的模拟电信号，最后再通过相敏解调(PSD)电路从模拟电信号中解调出实际的离焦高度数据。在这种调焦调平检测方案中，由于模拟电信号容易受到光、电磁和热等环境因素的影响，会给模拟测量电路引入难以消除的环境噪声。另外，由于模拟测量电路对环境敏感，所以调焦调平检测系统的模拟电路模块相对于系统光机模块的布局必须进行特殊设计，这给调焦调平检测系统的模拟电路模块与光机模块的布局设计带来困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调焦调平检测装置及检测方法，来克服现有技术中存在的上述缺陷。

一种调焦调平检测装置，包括：

倾斜入射检测光学系统，具有光源与照明装置、投影狭缝、第一平面反射镜和第二平面反射镜，从光源与照明装置出射的光经投影狭缝后由第一平面反射镜反射至衬底表面，衬底表面将光反射至第二平面反射镜；

振动反射镜光学系统，具有振动反射镜和振动反射镜驱动器，振动反射驱动器驱动振动反射镜的反射表面绕其旋转轴作周期性简谐振动，从第二平面反射镜出射的光入射至振动反射镜上；

数字光电探测装置，将从第二平面反射镜出射的照射到其感光表面上的检测光斑的光信号转变为数字信号输出；

调焦调平测量装置控制器，接收数字光电探测装置的输出信号，计算并输出离焦高度。

优选地，还包括运动台控制器，接收调焦调平测量装置控制器输出的离焦高度，根据该离焦高度驱动运动台将衬底表面调节到投影光学系统的最佳光学焦平面高度位置。

其中，投影狭缝为投影狭缝阵列，该投影狭缝阵列使投影光束在衬底表面上形成测量光斑阵列；

数字光电探测装置为数字光电探测装置阵列，其中每一个数字光电探测装置都对应衬底表面上的一个独立的测量光斑；

调焦调平测量装置控制器接收数字光电探测装置阵列输出的一组输出信号，其中每一个输出信号都对应测量光斑阵列中的一个独立测量光斑，调焦调平测量装置控制器输出的离焦高度为衬底表面相对于最佳光学焦平面的整场离焦高度和倾斜度位置偏差。

优选地，还包括运动台控制器，接收调焦调平测量装置控制器输出的整场离焦高度，根据上述整场离焦高度驱动运动台将衬底表面调节到投影光学系统的最佳光学焦平面高度位置。

其中，上述运动台控制器接收上述倾斜度位置偏差，根据上述倾斜度位置偏差驱动运动台将衬底表面调平。

其中，设定当衬底表面不存在离焦高度时，振动反射镜在振动平衡位置时检测光斑的几何中心和感光表面的几何中心重合，则当衬底表面存在离焦高度DefocusH时，振动反射镜在振动平衡位置时检测光斑的几何中心Pe在Z轴方向相对于感光表面的几何中心存在偏差e；当振动反射镜的反射表面绕其旋转轴Pr作周期性简谐振动的过程中，在感光表面所在平面内，检测光斑将会沿Z轴方向，以Pe位置为中心作周期性摆动，将偏差e预先标定在范围[-E3，E3]内，根据偏差e与输出信号时间波形特征变化量列对应的时间量之间的关系，确立离焦高度DefocusH与输出信号时间波形特征变化量之间的量化关系，检测过程中通过计数获得输出信号时间波形特征变化量一列对应的时间量之后，根据预先标定出来的上述量化关系，计算出离焦高度DefocusH；

其中，对准装置中的投影光学系统的光轴为Z轴；检测光斑周期性摆动的振幅为Amp，数字光电探测装置的有效感光表面沿Z轴方向的宽度为D1，检测光斑沿Z轴方向宽度为D2，振幅Amp大于D1与D2之和的一半，E3＝(D1+D2)/2+Amp。

其中，当衬底表面存在离焦高度DefocusH时，在振动反射镜表面位于振动平衡位置时，来自倾斜入射检测光学系统第二平面反射镜输出的检测光束相对振动反射镜表面的入射角为45度。

其中，当衬底表面存在离焦高度DefocusH时，在振动反射镜表面位于振动平衡位置时，上述第二平面反射镜输出的检测光束因为离焦高度DefocusH发生的横向偏移ee，上述横向偏移ee＝kk*e，其中kk为一比例常数。

其中，上述检测光束垂直入射感光表面时，上述比例常数kk＝1。