專利名稱：調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光機電設(shè)備，具體涉及投影光刻系統(tǒng)中的調(diào)焦調(diào)平測量系 統(tǒng)及其測量方法。
背景技術(shù)：
光刻裝置(光刻機)是大規(guī)模集成電路生產(chǎn)的重要設(shè)備之一。光刻機可將 掩模板上的圖形通過曝光裝置按一定比例轉(zhuǎn)移到要加工的對象上(如硅片等)。 硅片在這里泛指所有被曝光對象，包括襯底、鍍膜和光刻膠等。在曝光過程中， 需要使加工對象(如硅片等)的相應(yīng)表面保持在曝光裝置的焦深范圍之內(nèi)。為 此，光刻機采用了用于測量加工對象(如硅片等)的表面位置信息的調(diào)焦調(diào)平 測量系統(tǒng)。調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)可以和夾持加工對象(如硅片等)的工件臺一起 使加工對象(如硅片等)的被曝光區(qū)域一直處于光刻機曝光裝置的焦深之內(nèi)， 從而使掩模板上的圖形理想地轉(zhuǎn)移到加工對象(如硅片等)上。
隨著投影光刻機分辨率的不斷提高和投影物鏡焦深的不斷減小，對光刻機 內(nèi)調(diào)焦調(diào)平測量分系統(tǒng)的測量精度和能夠?qū)崟r測量曝光區(qū)域等性能的要求也越 來越高。因此目前步進掃描中所采用的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)通常為光電測量系統(tǒng)，
如基于光柵和四象限探測器的光電測量方法(美國專利US5191200)、基于狹 縫和四象限探測器的光電探測方法(美國專利US 6765647B1)、基于針孔和面 陣CCD的光電探測方法(美國專利US 6081614)和基于PSD (位置敏感器件) 的光電觀'J量方法(中國專利200610117401.0和Focusing and leveling system using PSDs for the wafer steppers. Proc.SPIE, 1994, 2197: 997-1003.)。上述調(diào)焦調(diào)平測量 系統(tǒng)都較為復(fù)雜，而且除基于光柵和四象限探測器的光電測量方法(美國專利 US5191200 )以及基于PSD的光電測量方法(中國專利:200610117401.0 )之夕卜， 上述調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)都是非差分測量系統(tǒng)，因此穩(wěn)定性較差。而除基于狹縫
和四象限探測器的光電探測方法(美國專利US6765647B1)外，上述調(diào)焦調(diào)平 測量系統(tǒng)都會受4皮測對象單點測量區(qū)域內(nèi)局部反射率不均的影響，因此其工藝 適應(yīng)性差。
局部反射率不均的現(xiàn)象產(chǎn)生于在IC制造過程中。IC制造過程中會有不同 的硅片基底、涂層、光刻膠、以及硅片上會有不同的已經(jīng)加工上去的圖形等工 藝相關(guān)的特性并最終引起整個硅片的局部和整體反射率等的變化。而這些局部 和整體的反射率的變化會引起調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)的測量誤差，有人把這一類誤 差叫做"工藝相關(guān)性誤差"。根據(jù)現(xiàn)有的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)(如美國專利 US5191200等)實際工作測量，這一 "工藝相關(guān)性誤差"可達到^t米量級，而 一般100nm節(jié)點的光刻機對調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)的測量精度要求為10nm量級， 所以這種誤差的存在會4吏整個光刻機無法正常工作。為了消除這一誤差，現(xiàn)有 的做法都是采用在線矯正的辦法。在線矯正的辦法需要做大量工藝試驗來確定 各種不同工藝下工藝相關(guān)性誤差的修正因子，然后再在實際工作中根據(jù)不同的
工藝在線修正調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)的工藝相關(guān)性誤差。而且，為了安全和保證成 品率，每更換一次工藝還需要再進行對調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)的測試。
另外，由于其自身原理上的缺陷，基于狹縫和四象限探測器的光電探測方 法(美國專利US 6765647B1)不但系統(tǒng)穩(wěn)定性差，而且測量精度不高。若基于 狹縫和四象限探測器的光電探測方法(美國專利US 6765647B1)達到與其他調(diào) 焦調(diào)平測量系統(tǒng)相同精度時，該調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)會變得相當(dāng)冗雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種結(jié)構(gòu)筒單、相對穩(wěn)定、同樣高測量精 度且工藝適應(yīng)性較高的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)及其測量方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)包括物光柵、第一 成像系統(tǒng)、第二成像系統(tǒng)、探測光柵和探測模塊，第一成像系統(tǒng)可將物光柵經(jīng) 光束照明成像于被測對象以形成第一光柵像，第二成像系統(tǒng)可將第一光柵像成 像于探測光柵以形成第一探測像，第一探測像與探測光柵疊加形成第 一莫爾條 紋，第一莫爾條紋被探測模塊探測，探測模塊的位置信息固定，被測對象的位 置信息表現(xiàn)于第 一莫爾條故相對于探測模塊的位置信息。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明系統(tǒng)，具有同樣高甚至更高的測量精度，卻結(jié)構(gòu) 更簡單，成本更低，并可設(shè)計成差分結(jié)構(gòu)以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。而且，莫爾條紋 的平均作用可有效提高本發(fā)明調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)的工藝適應(yīng)性。


圖1為光刻機系統(tǒng)示意圖。
圖2為莫爾條紋形成示意圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明一實施例設(shè)計的具有非差分結(jié)構(gòu)的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)示意圖。
圖4為根據(jù)本發(fā)明一實施例設(shè)計的莫爾條紋探測示意圖。 圖5為光柵尺常規(guī)的信號檢測與處理示意圖。
圖6為根據(jù)本發(fā)明一實施例設(shè)計的具有差分結(jié)構(gòu)的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)示意圖。
圖7為根據(jù)本發(fā)明一實施例設(shè)計的光源模塊交替調(diào)制示意圖。 圖8為根據(jù)本發(fā)明一實施例設(shè)計的另一具有非差分結(jié)構(gòu)的調(diào)焦調(diào)平測量系 統(tǒng)示意圖。
圖9為根據(jù)本發(fā)明一實施例設(shè)計的另一具有差分結(jié)構(gòu)的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng) 示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。
圖1示出了光刻機系統(tǒng)10。圖1的XYZ坐標(biāo)系設(shè)定為如圖所示的右手直角 坐標(biāo)系，其中z軸沿著光刻機投影物鏡的光軸。光刻機系統(tǒng)10可將掩模板1上 的圖形通過投影物鏡3按一定比例轉(zhuǎn)移到要加工的對象4上(如硅片等)。其中， 數(shù)字2代表投影物鏡3的光軸。在圖1所示在光刻機系統(tǒng)10中，需要使加工對 象4 (如硅片等)的相應(yīng)表面保持在投影物鏡3的焦深范圍之內(nèi)。為此，光刻機 釆用了用于測量加工對象4(如硅片等)的表面位置信息的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)6。 調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)6可以和夾持加工對象4(如硅片等)的工件臺5—起使加工 對象4 (如硅片等)的被曝光區(qū)域一直處于光刻機投影物鏡3的焦深之內(nèi)，從而
使掩模板1上的圖形理想地轉(zhuǎn)移到加工對象4 (如硅片等)上。
由于本發(fā)明系統(tǒng)中的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)6是基于莫爾條故^r測原理設(shè)計的， 所以在介紹調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)6之前，下文將首先介紹莫爾條紋的形成及其特 性。圖2示出了莫爾條紋的形成示意圖。其中，圖2 (a)示出了當(dāng)兩個周期為 p的振幅光柵，圖2 (b)示出了圖2 (a)中的兩個周期為p的振幅光柵以某一 特定夾角(比如e)疊加在一起并被照明后形成的周期為S的莫爾條紋。當(dāng)兩個
周期為p的振幅光柵之間的夾角e很小時，振幅光柵周期p與其形成的莫爾條
紋的周期S之間滿足以下關(guān)系
s=p/e (i)
其中夾角e的單位為弧度。
根據(jù)莫爾條紋的形成原理可知莫爾條紋具有如下特性由式(1)可知莫爾 條紋具有放大性，這更有利于提高分辨率和測量精度以及探測器的布置；莫爾 條紋的移動方向與兩振幅光柵的相對移動方向垂直；莫爾條紋的移動與兩振幅 光柵的相對移動同步；莫爾條紋具有平均作用，也就是^^，莫爾條文可以平均 掉兩振幅光柵的局部誤差，如制造誤差等。本發(fā)明正是利用莫爾條紋的平均作 用特性來消除調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)被測對象單個測光斑區(qū)域內(nèi)的局部反射率不均 引入的工藝相關(guān)性誤差，從而提高本發(fā)明系統(tǒng)的工藝適應(yīng)能力。下文將結(jié)合本 發(fā)明對此做進一步解釋。
另外，圖2所示為兩個周期相同的振幅光柵形成橫向莫爾條紋的過程。此 外，兩個不同周期的振幅光柵可以平行疊加并形成縱向莫爾條紋、斜向莫爾條 紋等。下文只以橫向莫爾條紋為例說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不只限于應(yīng)用橫向 莫爾條紋。
圖3為圖1中調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)6的結(jié)構(gòu)示意圖。調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)6屬 于多點測量系統(tǒng)，且各個點的測量結(jié)構(gòu)和原理等特性完全相同，因此下文只以 一個測量點為例說明本調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)6。圖3中XYZ坐標(biāo)系與圖1中的光 刻機系統(tǒng)坐標(biāo)系 一 樣設(shè)定為如圖所示的右手直角坐標(biāo)系調(diào)焦調(diào)平觀"量系統(tǒng)。調(diào) 焦調(diào)平測量系統(tǒng)6包括光柵13、第一成像系統(tǒng)20、第二成^f象系統(tǒng)22、探測光牙冊 16和探測模塊19,還可包括光源模塊11和照明模塊12。從光源模塊11發(fā)出的 光束經(jīng)過照明模塊12后照明物光柵13。在光束照明下的物光柵13可以經(jīng)第一 成像系統(tǒng)20成像于被測對象4處以形成光柵像。被測對象上的光柵像還可經(jīng)第
二成像系統(tǒng)20成像于探測光柵16上以形成探測像。探測光柵16與物光柵在探 測光柵16上形成的探測像參數(shù)相同。當(dāng)探測光柵16與探測像成某一特定夾角 放置時便形成了莫爾條紋，莫爾條紋進一步被沿M軸探測的探測模塊19探測。 由于在兩次成像過程中，打到被測對象4上的光束被被測對象4反射后攜帶了 被測對象4上相應(yīng)位置的Z向信息，即物光柵13在探測光柵16上的探測〗"目 對于探測光柵16 ( 16位置固定)的位置關(guān)系代表了被測對象4上相應(yīng)位置的Z 向信息。根據(jù)莫爾條紋的特點可知，莫爾條紋的位置和移動信息包含了被測對 象4上相應(yīng)位置的的Z向位置信息。通過探測模塊19探測和處理莫爾條紋的位 置和移動信息，調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)6可最終得到纟皮測對象4上相應(yīng)位置的的Z 向位置信息。
在調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)6中，第一成l象系統(tǒng)20和第二成l象系統(tǒng)22分別由成 像模塊14和偏置平板15以及成像模塊18和偏置平板17組成。成像模塊14和 18 —般屬于結(jié)構(gòu)相同的單元倍率放大系統(tǒng)且鏡像于Z軸布置。成像模塊4至少 為像方遠心系統(tǒng)，而成像模塊8至少為物方遠心系統(tǒng)，以此消除由于被測對象4 上下移動時對測量系統(tǒng)造成的誤差。而為了降低裝配誤差對莫爾條紋的對比度 的影，成像模塊8也應(yīng)該是像方遠心，即成像模塊8—般應(yīng)該是雙遠心系統(tǒng)。 系統(tǒng)偏置平板15和17屬于結(jié)構(gòu)相同且對稱于調(diào)焦調(diào)平坐標(biāo)系Z軸布置的平行 平板。偏置平板15和17可利用平行平板對光線的偏置作用來調(diào)節(jié)整個調(diào)焦調(diào) 平測量系統(tǒng)6的零點。偏置平板15和17在調(diào)節(jié)調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)6零點時相 對轉(zhuǎn)動且轉(zhuǎn)動量相同。另外，探測模塊19應(yīng)該離探測光柵16足夠近以更好地 探測莫爾條紋。 —
為了消除被測對象4光刻膠上下表面間的層間干涉對調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)6 的影響，光源模塊11 一般選擇寬帶光源。同時，根據(jù)實際需要進行選擇，光源 模塊11可以是調(diào)制光源或連續(xù)光源。調(diào)制光源有利于提高最終探測信號的信噪 比，但調(diào)制的寬帶光源要比連續(xù)的寬帶光源成本高。
此外，在調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)6中，物光柵13的周期要根據(jù)測量系統(tǒng)的測量 范圍和測量精度以及是采用單周期還是多周期覆蓋整個測量范圍進行綜合確 定。如果采用多周期覆蓋調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)6的測量范圍，
計成類似絕對光柵尺的標(biāo)尺光柵的光柵，這是因為調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)需要是一 個絕對測量系統(tǒng)而不是相對測量系統(tǒng)。在這里，僅以一個光柵周期覆蓋整個調(diào) 焦調(diào)平測量系統(tǒng)6測量范圍的情況解釋本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此。而物光柵
13的外形尺寸需要根據(jù)在被測對象4上形成的光柵像的形狀尺寸和布置以及整 個測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。在此將不對物光柵13的外形尺寸設(shè)計做詳細闡述。 圖4示出了莫爾條紋的探測示意圖。其中，圖4 (a)示出了圖3形成的莫 爾條紋，圖4 (b)示出了圖3中探測模塊19的結(jié)構(gòu)。探測模塊19可以是單個 光電探測器組成的光電探測器陣列(未示出)，也可以是如圖4 (b)所示的柵形 光電探測器或線性CCD。其中柵形光電探測器的一個長條柵形探測區(qū)域輸出一 個測量信號。探測模塊19相對于莫爾條紋的布置如圖4(a)中的虛線區(qū)域所示。 探測模塊19 (柵形探測器或線性CCD)的敏感(測量)方向應(yīng)該與莫爾條紋的 移動方向一致，而且探測模塊19 (柵形條探測器或線性CCD)應(yīng)盡可能覆蓋所 有的莫爾條紋，以更徹底地平均掉如上所述的被測對象4上局部反射率變化等 引起的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)的測量誤差。最終，將探測模塊19的每個單元探測器 (如柵形探測器的每個柵形條，光電探測器的每個探測單元或是線性CCD的每 個象素)探測到的光強對所有探測單元探測器探測到的光強總和進行歸一化， 以使單個探測單元輸出的信號不受整個光源系統(tǒng)光強的變化以及被測對象反射 率整體變化等的影響。因此，本發(fā)明系統(tǒng)工藝適應(yīng)能力得到了提高。而且，由 于本發(fā)明系統(tǒng)原理上的特性消除或大大減少了 "工藝相關(guān)性誤差"，從而省去了 上述那些工藝試驗和在線測試矯正等流程，從調(diào)焦調(diào)平測量分系統(tǒng)的角度提高 了整個光刻機的產(chǎn)率、成品率以及使用成本等，提高了整個光機的性能和竟?fàn)?力。
此外，由于本發(fā)明系統(tǒng)的原理是通過檢測物光柵13的探測像與探測光柵16 形成的莫爾條紋得到被測對象4的相應(yīng)位移或位置信息的，而傳統(tǒng)的光柵尺也 是通過檢測指示光柵和標(biāo)尺光柵形成的莫爾條紋得到相應(yīng)的位移信息的。既然 兩者都是通過檢測莫爾條紋的信息得到被測對象的位置或位移信息，因而本發(fā) 明系統(tǒng)的信號檢測與傳統(tǒng)光柵尺的信號檢測與處理類似，也就是說，本發(fā)明系 統(tǒng)的信號檢測與處理在計算整個被測區(qū)域的位置信息之前可以借鑒光柵尺的成 熟的信號檢測與處理系統(tǒng)的，這樣就會大大減少本發(fā)明系統(tǒng)的工程實現(xiàn)成本。
圖5示出了光柵尺常規(guī)的信號檢測與處理示意圖。理論上，能量探測器探
測到的莫爾條紋光強與位移的關(guān)系如圖5 (a)所示。圖5 (a)所示的波形為線 性的鋸齒波形曲線。由于衍射等現(xiàn)象的存在以及后續(xù)處理的方便， 一般都把鋸 齒波形轉(zhuǎn)化成如圖5 (b)所示的正弦信號。而且，為了提高分辨率，如圖5(b) 所示的正弦信號一般都要采取細分措施。細分的方法有很多，在這里以倍頻細 分法為例進行說明。從5 (b)得到的正弦信號被4倍頻后得到如圖5 (c)所示 的波形。倍頻后的正弦信號還可被轉(zhuǎn)化成如圖5 (d)所示的方波信號。圖5 (d) 所示的方波信號再進行微分得到如圖5(e)所示的尖脈沖信號。圖5 (e)所示 的尖脈沖信號輸入到編碼和計數(shù)等電路中以便最終得到相應(yīng)的位移信息。
如圖3所示的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)6的結(jié)構(gòu)屬于非差分結(jié)構(gòu)，其可做為本發(fā) 明的基本結(jié)構(gòu)。本發(fā)明測量系統(tǒng)還可進一步設(shè)計成如圖6所示的差分結(jié)構(gòu)。圖 6示出了具有差分結(jié)構(gòu)的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)60。調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)60包括物光 柵63、第一成像系統(tǒng)70、第二成像系統(tǒng)72、探測光柵74和探測模塊69,還可 包括光源模塊61和照明模塊62。從光源模塊61發(fā)出的光束經(jīng)過照明模塊62后 照明物光柵63。在光束照明下的物光柵63可以經(jīng)第一成l象系統(tǒng)70成像于一皮測 對象4以形成第一光柵像。被測對象上的第一光柵〗象還可經(jīng)第二成像系統(tǒng)72成 像于探測光柵74以形成第一探測像。探測光柵74與物光柵在探測光柵74上形 成的第一探測像參數(shù)相同。當(dāng)探測光柵74與第一探測像成某一特定夾角放置時 便形成了第一莫爾條紋，第一莫爾條紋進一 步被沿M軸探測的探測模塊69探測。 同時，物光柵63還可以經(jīng)第一成像系統(tǒng)70成像于投影物鏡66下表面以形成第 二光柵像。投影物鏡66下表面的第二光柵像還可經(jīng)第二成像系統(tǒng)72成像于探 測光柵74以形成第二探測像。探測光柵74與第二探測像疊加形成了第二莫爾 條紋，第二莫爾條紋進一步被沿M軸探測的探測模塊69探測。如上所述，探測 模塊69可以測得被測對象4的位置信息。同理，探測模塊69也可以測得投影 物鏡66下表面的位置信息。二者差分最終可以得到被測對象4的被測區(qū)域相對 于投影物鏡66下表面的位置信息。由于在正常工作情況下的^:影物鏡66的最 佳焦平面相對于投影物鏡66的下表面是固定的，所以得到被測對象4相對于投 影物鏡66下表面的位置信息也就得到了被測對象4相對于投影物鏡66最佳焦 平面的位置關(guān)系。
為了在被測對象4和投影物鏡66上分別形成第一和第二光柵像，光源模塊 61發(fā)出的光束被分束為參考光和測量光。光源模塊61可以采用一種波段的光也 可以采用兩種不同波^殳/波長的光來生成參考光和測量光。
若光源模塊61采用一種波段的寬帶光時，光源模塊61發(fā)出的光束在通過 照明模塊62之前被分成了兩份。 一份是用來打到投影物鏡66下表面作為參考 光，另一份是用作測量被測對象4的測量光。參考光和測量光通過模塊62, 63， 64， 68， 74, 69的不同部位，即參考光和測量光采用離軸光學(xué)的方法對稱于光 軸地通過相關(guān)各光學(xué)元件。同樣，物光柵63和探測光柵74應(yīng)該設(shè)計成參考光 路中的光柵和測量光路中光柵對稱與光學(xué)系統(tǒng)光軸的辦法相應(yīng)布置。而且，一 般用于參考光路中的光柵和用于測量光路中的光柵相同并制作在同 一個基板 上。當(dāng)參考光和測量光最終到達探測模塊69時，探測模塊69相對于圖3非差 分結(jié)構(gòu)中的探測模塊19來說，應(yīng)該有兩套相同的探測系統(tǒng)，而且參考光和測量 光分別打到這兩套探測器上。
若光源模塊61采用 一種寬帶光和另 一個不同波段的窄帶或?qū)拵Ч怦詈显谝?起時，兩種不同波段的光被分別用作參考光和測量光，且兩種不同波段/波長的 光是分時交替地通過后續(xù)的光學(xué)系統(tǒng)的。圖7示出了兩種不同波段/波長的參考 光和測量光交替調(diào)制的示意圖。如圖7所示， 一個時刻只能有一種波段的光通 過后續(xù)的光學(xué)系統(tǒng)，即參考光和測量光是分時測量的。參考光和測量光分時共 用一套探測器系統(tǒng)。此時，光學(xué)模塊64和68包括有波長分束/合束器，以使兩 種不同波段/波長的光在模塊64處分開而分別打到投影物鏡66下表面和被測對 象4上，然后又在模塊68處被合在一起通過后續(xù)的光學(xué)系統(tǒng)和探測模塊。按照 如上方式進行測量地系統(tǒng)也稱為分時差分測量系統(tǒng)。
具有差分結(jié)構(gòu)的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)60具有更多的優(yōu)點，比如它可以消除由 于投影物鏡66的機械位置變化或振動引起的測量誤差。另外，由于用來測量損二 影物鏡66下表面和用來測量被測對象4的參考光和測量光通過相同的光學(xué)模 塊，所以調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)光路中振動、熱或應(yīng)力引起的機械變形以及整個調(diào) 焦調(diào)平測量系統(tǒng)的整體振動或偏移等影響都得到了消除，從而整個調(diào)焦調(diào)平測 量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和重復(fù)性得到了提高。
如圖3所示的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)6和如圖6所示的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)60可
進一步分別改進成如圖8所示的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)6'和如圖9所示的調(diào)焦調(diào)平 測量系統(tǒng)60'。相比調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)6和60,調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)6'和60， 具有更高的系統(tǒng)分辨率和測量精度。這是通過在模塊18和19之間以及68和69 直接分別放置放大模塊80實現(xiàn)的。放置放大模塊80后，系統(tǒng)享有更高的分辨 率并可以實現(xiàn)更高精度的測量，而且分辨率和測量精度提高的倍數(shù)理論上就是 放大模塊80的放大倍數(shù)。但此時探測器模塊(19或69)的測量面積也要相應(yīng) 地增大以保證測量范圍不變，否則測量范圍會相應(yīng)變小。
上述附圖和具體實施方式
僅為本發(fā)明的常用實施例，在不背離本發(fā)明的發(fā) 明精神和后附的權(quán)利要求書所界定的發(fā)明范圍的前提下，本發(fā)明可以有各種增 補、修改和替代。因此，上述實施例系用于說明例證本發(fā)明而非限制本發(fā)明的 范圍，本發(fā)明的范圍由后附的權(quán)利要求書及其合法等同物來界定，而不限于此 前之描述。權(quán)利要求書旨在涵蓋所有此類等同物。
權(quán)利要求
1、一種調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)，其特征在于該調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)包括物光柵、第一成像系統(tǒng)、第二成像系統(tǒng)、探測光柵和探測模塊，該第一成像系統(tǒng)可將物光柵經(jīng)光束照明成像于被測對象以形成第一光柵像，該第二成像系統(tǒng)可將該第一光柵像成像于該探測光柵以形成第一探測像，該第一探測像與該探測光柵疊加形成第一莫爾條紋，該第一莫爾條紋被該探測模塊探測，該探測模塊的位置信息固定，該被測對象的位置信息表現(xiàn)于該第一莫爾條紋相對于該探測模塊的位置信息。
2、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)，其特征在于還包括一對偏置 平板相對該被測對象對稱分布于該第 一成像系統(tǒng)和該第二成像系統(tǒng)，該對偏置 平板用于調(diào)節(jié)該調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)的零點。
3、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)，其特征在于該探測光柵與該 第 一探測像參數(shù)相同且該探測光柵與該第 一探測像成一夾角放置。
4、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)，其特征在于該探測模塊的敏 感方向與該第一莫爾條紋的移動方向一致。
5、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)，其特征在于還包括置于該第 二成像系統(tǒng)和該探測模塊之間的放大模塊。
6、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)，其特征在于該第一成像系統(tǒng) 還可將該物光柵經(jīng)該光束照明成像于投影物鏡下表面以形成第二光柵像，該第 二成像系統(tǒng)還可將該第二光柵像成像于該探測光柵以形成第二探測像，該第二 探測像與該探測光柵疊加形成第二莫爾條紋，該第二莫爾條紋被該探測模塊探 測，該投影物鏡下表面的位置信息表現(xiàn)于該第二莫爾條紋相對于該探測模塊的 位置信息。
7、 如權(quán)利要求6所述的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)，其特征在于該光束包括用于 形成該第 一 光柵像的測量光和用于形成該第二光柵像的參考光。
8、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)，其特征在于還包括光源模塊 和照明模塊，該光源模塊發(fā)出的該光束經(jīng)該照明模塊照明該物光柵。
9、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)，其特征在于該第一和第二成 像系統(tǒng)分別包括成像模塊，其中第一成像系統(tǒng)中的成像模塊為像方遠心或雙遠 心，第二成像系統(tǒng)中的成像模塊為物方遠心或雙遠心。
10、 一種采用權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)的測量方法，其特征在于，該方法包括下列步驟物光柵經(jīng)光束照明成像于該被測對象以形成第 一光柵像；該第 一光柵像成像于探測光柵以形成第 一探測像；該第 一探測像與該探測光柵疊加形成第 一莫爾條紋；該第一莫爾條紋被探測模塊探測，其中該探測模塊位置固定；根據(jù)該第一莫爾條紋相對于該探測模塊的位置信息計算該被測對象的位置信息。
11、 如權(quán)利要求IO所述的測量方法，其特征在于該探測光4冊與該第一探 測像參數(shù)相同且該探測光柵與該第 一探測像成一 夾角放置。
12、 如權(quán)利要求IO所述的測量方法，其特征在于該探測模塊的敏感方向 與該第 一莫爾條紋的移動方向 一致。
13、 如權(quán)利要求IO所述的測量方法，其特征在于，該方法還包括下列步驟 該物光柵經(jīng)該光束照明成像于投影物鏡下表面以形成笫二光柵像；該第二光柵像成像于該探測光柵以形成第二探測像； 該第二探測^象與該探測光柵疊加形成第二莫爾條紋； 根據(jù)該第二莫爾條紋相對于該探測模塊的位置信息計算該投影物鏡下 表面的位置信息；差分該被測對象和該投影物鏡下表面的位置信息以得到該被測對象相 對該投影物鏡下表面的位置信息。
14、 如權(quán)利要求13所述的測量方法，其特征在于，該方法還包括下列步驟 分束該光束為測量光和參考光，其中該測量光用于形成該第一光柵像，該參考光用于形成該第二光柵像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)及其測量方法。該測量系統(tǒng)包括物光柵、第一成像系統(tǒng)、第二成像系統(tǒng)、探測光柵和探測模塊，第一成像系統(tǒng)可將物光柵經(jīng)光束照明成像于被測對象以形成第一光柵像，第二成像系統(tǒng)可將第一光柵像成像于探測光柵以形成第一探測像，第一探測像與探測光柵疊加形成第一莫爾條紋，第一莫爾條紋被探測模塊探測，探測模塊的位置信息固定，被測對象的位置信息表現(xiàn)于第一莫爾條紋相對于探測模塊的位置信息。
文檔編號G03F7/20GK101187783SQ200710171968
公開日2008年5月28日 申請日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者俊 關(guān) 申請人:上海微電子裝備有限公司