專利名稱：一種零位自動可調(diào)的調(diào)焦調(diào)平測量裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻設(shè)備的調(diào)焦方法，特別涉及光刻設(shè)備的調(diào)焦調(diào)平測量方法。
技術(shù)背景在投影光刻裝置中，為了對硅片表面的位置進行高精度的測量，同時為了 避免測量裝置損傷硅片，調(diào)焦調(diào)平測量必須是非接觸式測量，即裝置本身不直接接觸被測物體。常用的非接觸式調(diào)焦調(diào)平測量方法有三種光學測量法、電 容測量法、氣壓測量法。在現(xiàn)今的掃描投影光刻裝置中，多使用光學測量法實 現(xiàn)調(diào)焦調(diào)平測量，光學調(diào)焦調(diào)平測量裝置的技術(shù)多種多樣(典型例見專利 CN200610119021.0,公開于2007年05月30日)，但也普遍存在以下幾點不足(1) 光機結(jié)構(gòu)過于龐大，控制結(jié)構(gòu)過于復雜。通常而言，投影光刻裝置要 求調(diào)焦調(diào)平測量裝置的精確測量范圍比較小， 一般在正負數(shù)十個微米左右。然 而，投影光刻裝置往往又要求調(diào)焦調(diào)平測量裝置擁有較大的粗測捕獲范圍，一 般要求數(shù)百個微米的捕獲范圍甚至更高。ASML公司掃描光刻機使用獨立的兩 套測量系統(tǒng)分別實現(xiàn)調(diào)焦調(diào)平的精測及粗測，其中紅光子系統(tǒng)用于調(diào)焦調(diào)平的 粗測，白光子系統(tǒng)用于調(diào)焦調(diào)平的精測。而專利CN200610119021.0的探測分支 則由兩套獨立的子模塊組成， 一個子模塊用于調(diào)焦調(diào)平的精測，另一個子模塊 用于調(diào)焦調(diào)平的粗測。兩套測量系統(tǒng)使得整個調(diào)焦調(diào)平測量裝置的光機結(jié)構(gòu)過 于龐大，控制結(jié)構(gòu)也過于復雜。(2) 粗測范圍比較有限。調(diào)焦調(diào)平測量裝置粗測的精度至少要求達微米甚 至亞微米級，使用獨立的光學測量技術(shù)實現(xiàn)調(diào)焦調(diào)平的粗測受其測量原理的限 制，實現(xiàn)更大的測量范圍比較困難。發(fā)明內(nèi)容法，以使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，并且實現(xiàn)毫米級甚至更高的粗測范圍。為了達到上述的目的，本發(fā)明提供一種調(diào)焦調(diào)平測量裝置，包括第一反 射鏡組、投影目標、第二反射鏡組、第三反射鏡組、第四反射鏡組、光電轉(zhuǎn)換 傳感器、信號處理控制器，其中，該調(diào)焦調(diào)平測量裝置還包括自動可調(diào)才幾構(gòu)。 測量光經(jīng)過該第一反射鏡、該投影目標、該第二反射鏡經(jīng)硅片表面反射后；經(jīng) 由該第三反射鏡、該第四反射鏡后入射到該光電轉(zhuǎn)換傳感器上；該光電轉(zhuǎn)換傳 感器輸出的電信號進入該信號處理控制；該自動可調(diào)機構(gòu)位于測量光路上。該 自動可調(diào)機構(gòu)可以位于該第一反射鏡組之前，可以位于該第一反射鏡組與該第 二反射鏡組之間，可以位于該第三反射鏡組之前，可以位于該第三反射鏡組與 該第四反射鏡組之間，還可以位于該第四反射鏡組之后。該自動可調(diào)機構(gòu)包括一個平行偏轉(zhuǎn)平板及其驅(qū)動才幾構(gòu)。該自動可調(diào)機構(gòu)內(nèi)部存在伺服反饋的測量系統(tǒng)，同時該自動可調(diào)機構(gòu)可接 受調(diào)焦調(diào)平測量裝置電信號處理得到的與硅片表面位置線形對應(yīng)的電壓值作為 其伺服控制的反饋。本發(fā)明還提供一種使用該調(diào)焦調(diào)平測量裝置的方法，包括如下步驟(1) 調(diào)焦調(diào)平初始化時，該自動可調(diào)機構(gòu)回其初始位置；(2) 將該自動可調(diào)機構(gòu)鎖死，進入默認的精測模式；(3) 獲取該光電轉(zhuǎn)換傳感器輸出的電信號；(4) 進行電信號處理；(5) 得到與硅片表面位置線形對應(yīng)的電壓值；(6) 比較該與硅片表面位置線形對應(yīng)的電壓值與并奇粗測臨界域值電壓，如 果當前與硅片表面位置線形對應(yīng)的電壓值小于或等于精粗測臨界域值電壓，則 經(jīng)過插值/標定/擬合等環(huán)節(jié)產(chǎn)生精測測量結(jié)果；如果當前與硅片表面位置線形對 應(yīng)的電壓值大于精粗測臨界域值電壓，該自動可調(diào)機構(gòu)ii^v伺服控制狀態(tài)；(7) 產(chǎn)生粗測測量結(jié)果。初始化時，該自動可調(diào)^u構(gòu)回到的初始位置可為該自動可調(diào)^L構(gòu)自身的物 理零位，也可是某個特定的位置。該自動可調(diào)機構(gòu)進入該伺服控制狀態(tài)后，根據(jù)該自動可調(diào)機構(gòu)的自身測量 系統(tǒng)的當前讀數(shù)，及調(diào)焦調(diào)平測量裝置電信號處理得到的與硅片表面位置線形對應(yīng)的電壓值共同產(chǎn)生調(diào)焦調(diào)平的粗測測量結(jié)果。和傳統(tǒng)調(diào)焦調(diào)平測量裝置相比，該測量裝置具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果1) 結(jié)構(gòu)簡單緊湊。本發(fā)明所涉及的調(diào)焦調(diào)平測量裝置只擁有一套測量系統(tǒng)， 結(jié)構(gòu)簡單緊湊。2) 粗測范圍較大。使用現(xiàn)有成熟的高端產(chǎn)品作為調(diào)焦調(diào)平測量系統(tǒng)的零位 調(diào)整的自動運動平臺可實現(xiàn)毫米級甚至更高的粗測捕獲范圍。


圖1為光學曝光系統(tǒng)平面原理示意圖；圖2為本發(fā)明所涉及的裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為傳統(tǒng)調(diào)焦調(diào)平測量裝置的信號處理的總體流程；圖4為本發(fā)明涉及的測量裝置的工作流程；圖5為自動可調(diào)機構(gòu)的控制結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中100、照明系統(tǒng)；210、掩模臺；220、掩模；300投影物鏡支承； 310、投影物鏡；410、工件臺；420、硅片；430、調(diào)焦調(diào)平執(zhí)行器；500、硅片 調(diào)焦調(diào)平測量裝置；510、測量光；520、第一反射鏡；525、投影目標；530、 第二反射鏡；540、第三反射鏡；550、可調(diào)機構(gòu)；550a、運動控制器；550b、 傳遞函數(shù)；550c、反饋單元；550d反饋單元；550e、測量系統(tǒng)切換控制單元； 555、驅(qū)動機構(gòu)；560、第四反射鏡；590、硅片表面位置控制系統(tǒng)；570、光電 傳感器；580、信號處理控制。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的說明。 圖1是光學曝光系統(tǒng)平面原理示意圖。在照明系統(tǒng)100的照射下，光源通 過投影物鏡310將掩模220上的圖像投影曝光到硅片420上。掩模220由掩模 臺210，硅片420由工件臺410支承。圖2中，在投影物鏡310和硅片420之間 有一個硅片調(diào)焦調(diào)平測量裝置500,該裝置與投影物鏡310或投影物鏡支承300 進行剛性聯(lián)接，用于對硅片420表面的位置信息進行測量，測量結(jié)果送往硅片 表面位置控制系統(tǒng)5卯，經(jīng)過信號處理和調(diào)焦調(diào)平量的計算后，驅(qū)動調(diào)焦調(diào)平執(zhí)行器430對工件臺410的位置進行調(diào)整，完成硅片420的調(diào)焦調(diào)平。 下面結(jié)合其它附圖對本發(fā)明的具體實施例作進一步的描述。 圖2為本發(fā)明所涉及的裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖。測量光510經(jīng)過第一反射 鏡520、投影目標525、第二反射鏡530后將像成在硅片表面420上。經(jīng)硅片表 面420反射后，帶有硅片表面位置信息的測量光先后經(jīng)由第三反射鏡540、第四 反射鏡560后入射到光電轉(zhuǎn)換傳感器570上，光電轉(zhuǎn)換傳感器570輸出的電信 號進入信號處理控制580。信號處理控制580經(jīng)過對信號和可調(diào)機構(gòu)550進行進 一步處理，得到調(diào)焦調(diào)平的精測測量結(jié)果或粗測測量結(jié)果。本實施例在第三反 射鏡540及第四反射鏡560之間放置了一個平行偏轉(zhuǎn)平板550，平行偏轉(zhuǎn)平板 550由驅(qū)動機構(gòu)555驅(qū)動。當測量對象位于調(diào)焦調(diào)平測量裝置的精測測量范圍之 外時，平行偏轉(zhuǎn)平板550則會自動對調(diào)焦調(diào)平測量裝置零位的進行調(diào)整，從而 調(diào)焦調(diào)平測量裝置可產(chǎn)生粗測測量結(jié)果。具體的工作流程及控制方法在后續(xù)會 進行詳細說明。圖3為傳統(tǒng)調(diào)焦調(diào)平測量裝置信號處理的總體流程。該總體流程主要由光 電轉(zhuǎn)換S1、獲取電信號S2、電信號處理S3、產(chǎn)生與硅片表面位置線形對應(yīng)的電 壓值S4、插值/標定/擬合S5及產(chǎn)生測量結(jié)果S6這六個步驟。本發(fā)明充分利用圖2中的可調(diào)機構(gòu)550,制定了調(diào)焦調(diào)平測量裝置新的工 作流程，如圖4所示。該工作流程主要包括如下幾個步驟(S10 )在調(diào)焦調(diào)平測量裝置初始化時，可調(diào)機構(gòu)550先回到其初始位置Po， 該初始位置可以是可調(diào)機構(gòu)550的零位，也可以是某個特定的位置。(511) 鎖死可調(diào)機構(gòu)550。(512) 獲取光電轉(zhuǎn)換傳感器570輸出的電信號。(S13a S13b)進行電信號處理，并產(chǎn)生與硅片表面位置線形對應(yīng)的電壓值Vo。(S14a S14e)比較該與硅片表面位置線形對應(yīng)的電壓值Vo與精粗測臨界 域值電壓Vp,如果當前與硅片表面位置線形對應(yīng)的電壓值Vo小于或等于精粗 測臨界域值電壓Vp，則經(jīng)過插值/標定/擬合等環(huán)節(jié)產(chǎn)生精測測量結(jié)果；如果當 前與硅片表面位置線形對應(yīng)的電壓值Vo大于精粗測臨界域值電壓Vp，可調(diào)機 構(gòu)550則進入伺服控制狀態(tài)。(S15)產(chǎn)生粗測測量結(jié)果。為了實現(xiàn)上述的工作流程，可調(diào)機構(gòu)550則滿足如圖5所示的控制結(jié)構(gòu)。 當當前與硅片表面位置線形對應(yīng)的電壓值Vo小于或等于精粗測臨界域值電壓 Vp時，電機555由其內(nèi)部測量系統(tǒng)反饋伺服，且可調(diào)機構(gòu)550的設(shè)定值Ps為其 初始位置Po。而當當前與硅片表面位置線形對應(yīng)的電壓值Vo大于精粗測臨界域 值電壓Vp時，可調(diào)機構(gòu)550由調(diào)焦調(diào)平測量裝置當前與硅片表面位置線形對應(yīng) 的電壓值Vo反饋伺服。550a為驅(qū)動電機550的運動控制器，驅(qū)動電機550內(nèi)部 存在伺服反饋的測量系統(tǒng)，其實時的輸出為Pp。 Pp經(jīng)由反饋單元550c產(chǎn)生驅(qū) 動電機550內(nèi)部測量系統(tǒng)的反饋參數(shù)?？烧{(diào)機構(gòu)550的運動經(jīng)過由傳遞函數(shù)550b 后，使得調(diào)焦調(diào)平測量裝置當前與硅片表面位置線形對應(yīng)的電壓值Vo發(fā)生變化， 當前與硅片表面位置線形對應(yīng)的電壓值Vo同樣經(jīng)由其^J貴單元550d,產(chǎn)生驅(qū)動 電機外部測量系統(tǒng)(與硅片表面位置線形對應(yīng)的電壓值Vo)的反饋參數(shù)。測量 系統(tǒng)切換控制單元550e則實時根據(jù)當前與硅片表面位置線形對應(yīng)的電壓值Vo 與精粗測臨界域值電壓Vp之間的關(guān)系來切換參與可調(diào)機構(gòu)伺服控制的反饋測 量系統(tǒng)，并產(chǎn)生伺服反饋參數(shù)Sb。當調(diào)焦調(diào)平測量裝進入粗測模式時，其輸出結(jié)果由零位調(diào)整機構(gòu)550的內(nèi) 部測量系統(tǒng)的當前讀數(shù)Pp，及調(diào)焦調(diào)平測量裝置電信號處理得到的與硅片表面 位置線形對應(yīng)的電壓值Vo共同產(chǎn)生，即Mc = f(Vo) + g(Pp)。
權(quán)利要求
1、一種調(diào)焦調(diào)平測量裝置，包括第一反射鏡組、投影目標、第二反射鏡組、第三反射鏡組、第四反射鏡組、光電轉(zhuǎn)換傳感器、信號處理控制器，其特征在于，所述調(diào)焦調(diào)平測量裝置還包括自動可調(diào)機構(gòu)；測量光經(jīng)過所述第一反射鏡、所述投影目標、所述第二反射鏡經(jīng)硅片表面反射后，經(jīng)由所述第三反射鏡、所述第四反射鏡后入射到所述光電轉(zhuǎn)換傳感器上，所述光電轉(zhuǎn)換傳感器輸出的電信號進入所述信號處理控制，所述自動可調(diào)機構(gòu)位于測量光路上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測量裝置，其特征在于所述自動可調(diào) 機構(gòu)可以位于所述第 一反射鏡組之前，可以位于所述第 一反射鏡組與所述第二 反射鏡組之間，可以位于所述第三反射鏡組之前，可以位于所述第三反射鏡組 與所述第四反射鏡組之間，還可以位于所述第四反射鏡組之后。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測量裝置，其特征在于所述自動可調(diào) 機構(gòu)包括一個平行偏轉(zhuǎn)平板及其驅(qū)動才幾構(gòu)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測量裝置，其特征在于所述自動可調(diào) 機構(gòu)內(nèi)部存在伺服反饋的測量系統(tǒng)，同時該自動可調(diào)機構(gòu)可接受調(diào)焦調(diào)平測量 裝置電信號處理得到的與硅片表面位置線形對應(yīng)的電壓值作為其伺服控制的反 饋。
5、 一種使用權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測量裝置的方法，其特征在于包 括如下步驟(1) 調(diào)焦調(diào)平初始化時，所述自動可調(diào)4幾構(gòu)回其初始位置；(2) 將所述自動可調(diào)機構(gòu)鎖死，進入默認的精測模式；(3) 獲取所述光電轉(zhuǎn)換傳感器輸出的電信號；(4) 進行電信號處理；(5) 得到與硅片表面位置線形對應(yīng)的電壓值；(6) 比較所述與硅片表面位置線形對應(yīng)的電壓值與精粗測臨界域值電壓， 如果當前與硅片表面位置線形對應(yīng)的電壓值小于或等于精粗測臨界域值電壓， 則經(jīng)過插值/標定/擬合環(huán)節(jié)產(chǎn)生精測測量結(jié)果；如果當前與硅片表面位置線形對 應(yīng)的電壓值大于精粗測臨界域值電壓，所述自動可調(diào)機構(gòu)進入伺服控制狀態(tài)；(7)產(chǎn)生粗測測量結(jié)果。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述初始化時，所述自動可 調(diào)機構(gòu)回到的初始位置可為所述自動可調(diào)機構(gòu)自身的物理零位，也可是某個特 定的位置。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述自動可調(diào)機構(gòu)進入所述 伺服控制狀態(tài)后，根據(jù)所述自動可調(diào)機構(gòu)的自身測量系統(tǒng)的當前讀數(shù)，及調(diào)焦 調(diào)平測量裝置電信號處理得到的與硅片表面位置線形對應(yīng)的電壓值共同產(chǎn)生調(diào) 焦調(diào)平的粗測測量結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種零位自動可調(diào)的調(diào)焦調(diào)平測量裝置及其使用方法，在調(diào)焦調(diào)平精測測量裝置中增加一組自動可調(diào)機構(gòu)，該可調(diào)機構(gòu)用于對調(diào)焦調(diào)平測量裝置進行零位調(diào)整。當該可調(diào)機構(gòu)位于其初始位置時，調(diào)焦調(diào)平測量處于精測模式，而當該可調(diào)機構(gòu)不位于其初始位置時，調(diào)焦調(diào)平測量處于粗測模式。
文檔編號G03F9/00GK101261450SQ200810035900
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月10日
發(fā)明者兵 徐, 李志丹, 潘煉東, 湍 田, 肖可云, 陳飛彪 申請人:上海微電子裝備有限公司