專利名稱：一種測(cè)量范圍可擴(kuò)展的調(diào)焦調(diào)平裝置及調(diào)焦調(diào)平方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路或其他微型器件制造領(lǐng)域的光刻設(shè)備，尤其涉及一種對(duì)硅片 進(jìn)行調(diào)焦調(diào)平測(cè)量的調(diào)焦調(diào)平裝置及方法。
背景技術(shù)：
在投影光刻設(shè)備中，通常使用調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片表面特定區(qū)域高度和 傾斜度的測(cè)量。目前的掃描投影光刻裝置中，多使用光學(xué)測(cè)量法實(shí)現(xiàn)硅片的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量。
美國(guó)專利U. S. 4，558，949 (Horizontal position detecting device，申請(qǐng)于 1982 年9月17日)公開(kāi)了一種調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置，該裝置共有兩套獨(dú)立的測(cè)量系統(tǒng)，分別用于 硅片特定區(qū)域高度和傾斜度的測(cè)量。在高度測(cè)量系統(tǒng)中，使用投影狹縫和探測(cè)狹縫實(shí)現(xiàn)對(duì) 硅片高度的探測(cè)，同時(shí)使用掃描反射鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)信號(hào)的調(diào)制。在傾斜測(cè)量系統(tǒng)中，投影 分支在硅片表面形成一個(gè)較大的測(cè)量光斑，經(jīng)硅片反射后，該光斑成像在一個(gè)四象限探測(cè) 器上，根據(jù)探測(cè)器上每個(gè)象限探測(cè)的光強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片表面特定區(qū)域傾斜度的測(cè)量。為了 滿足掃描投影光刻機(jī)的要求，該裝置的技術(shù)的得到進(jìn)一步的改進(jìn)(SPIE，1996，2726 :767 779)。改進(jìn)后的技術(shù)采用了多點(diǎn)測(cè)量的方式，在硅片表面形成多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)硅片的 調(diào)焦調(diào)平測(cè)量。
該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)較高的測(cè)量精度，但其測(cè)量原理決定了其測(cè)量范圍受描反射鏡的振 幅和測(cè)量光斑在掃描方向的尺寸影響比較大。要獲取更大的測(cè)量范圍就需要更大振幅的掃 描反射鏡，這對(duì)掃描反射鏡的性能提出了更高的要求，而且使得測(cè)量系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)更加 龐大。隨著步進(jìn)掃描光刻機(jī)的發(fā)展，調(diào)焦調(diào)平裝置要求更高的測(cè)量精度以適應(yīng)有效焦深的 縮短，然而，投影光刻裝置往往又要求調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置擁有較大的粗測(cè)捕獲范圍，一般要 求數(shù)百個(gè)微米甚至更高。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種新的調(diào)焦調(diào)平裝置及相應(yīng)的測(cè)量方法，在探測(cè) 面上按一定規(guī)律布置擴(kuò)展接收狹縫，通過(guò)多個(gè)接收狹縫對(duì)從硅片表面反射回來(lái)的同一路光 斑信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)在不同狹縫后檢測(cè)到的能量信號(hào)進(jìn)行綜合處理，可以獲得硅片表面 上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位置信息。
一種測(cè)量范圍可擴(kuò)展的調(diào)焦調(diào)平裝置，該裝置具有
光源；
接收光源發(fā)出的光并將其照射到被測(cè)硅片表面形成測(cè)量光斑矩陣W的光學(xué)投影 單元；
接收由被測(cè)硅片反射的光斑的光學(xué)接收單元；
具有掃描反射鏡的光學(xué)調(diào)制單元，所述掃描反射鏡在測(cè)量調(diào)平時(shí)作正弦振動(dòng)；
接收狹縫面，該狹縫面上具有與硅片上的各個(gè)光斑一一對(duì)應(yīng)的狹縫的狹縫矩陣S， 經(jīng)由掃描反射鏡反射的光斑成像于該接收狹縫面上；
將穿過(guò)狹縫的光能像信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的光電探測(cè)器；
對(duì)光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)進(jìn)行分析處理的控制單元；
其特征在于，在接收狹縫面上還具有位于狹縫矩陣邊緣的擴(kuò)展狹縫，用于擴(kuò)展調(diào) 焦調(diào)平裝置的測(cè)量范圍。
其中，所述光斑矩陣和狹縫矩陣均為mXn矩陣。
其中，所述擴(kuò)展狹縫是在掃描方向上分別形成于狹縫s(l，η)和狹縫s(m，1)兩側(cè) 的狹縫。
其中，接收狹縫面上的所有狹縫的尺寸均與經(jīng)掃描反射鏡反射后的光斑的尺寸相 同。
其中，掃描反射鏡的振動(dòng)頻率為f，振幅為A = O. 5arCtan(d/2L)，其中d為狹縫在 掃描方向的長(zhǎng)度，L為掃描反射鏡中心與狹縫中心之間的距離。
其中，當(dāng)狹縫s(l，n)和狹縫s(m，l)兩側(cè)每側(cè)的擴(kuò)展狹縫均為k個(gè)時(shí)，該裝置的測(cè) 量范圍被擴(kuò)展為[_kl-3d/2，kl+3d/2]，其中1為相鄰狹縫的中心距離，且1小于等于3d。
其中，在狹縫面上的其它任一狹縫掃描方向上的兩側(cè)分別形成有擴(kuò)展狹縫，用于 與其它擴(kuò)展狹縫配合測(cè)量硅片的傾斜。
一種使用本發(fā)明的調(diào)焦調(diào)平裝置在投影光刻設(shè)備中將硅片曝光區(qū)域EA調(diào)整到調(diào) 焦調(diào)平裝置零平面的方法，具有如下步驟
(a)利用狹縫s(l，η)和狹縫s(m，1)兩側(cè)的擴(kuò)展狹縫獲取擴(kuò)展測(cè)量點(diǎn)的高度值 hl、h2 ；
(b)計(jì)算EA的中心高度h，h (hl+h2)/2 ；
(c)將高度h作為位置偏差設(shè)定值發(fā)送至支承硅片的工件臺(tái)；
(d)使工件臺(tái)帶動(dòng)硅片進(jìn)行位置粗調(diào)，從而進(jìn)入單個(gè)狹縫的測(cè)量范圍；
(e)利用EA上的多個(gè)光斑信號(hào)進(jìn)行擬合測(cè)量，即獲得EA上多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的高度值并 利用多個(gè)高度值進(jìn)行平面擬合計(jì)算，得到EA所在平面位置和姿態(tài)的粗測(cè)結(jié)果；
(f)根據(jù)(e)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行再次調(diào)整，使EA進(jìn)入精測(cè)區(qū)間；
(g)利用EA上的多個(gè)光斑信號(hào)進(jìn)行擬合測(cè)量，方法同(e)，得到EA平面位置和姿 態(tài)的精測(cè)結(jié)果；
(h)調(diào)焦調(diào)平裝置的輸出與工件臺(tái)的伺服系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)，工件臺(tái)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)與 零平面的差自動(dòng)調(diào)整EA的位置；
(i)伺服系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，調(diào)整結(jié)束，EA處于零平面。
一種使用調(diào)焦調(diào)平裝置在投影光刻設(shè)備中將硅片曝光區(qū)域EA調(diào)整到調(diào)焦調(diào)平裝 置零平面的方法，具有如下步驟
(a)利用狹縫s(l，n)、狹縫s(m，l)以及所述其它任一狹縫兩側(cè)的擴(kuò)展狹縫獲取擴(kuò) 展測(cè)量點(diǎn)的高度值hl、h2、h3 ；
(b)三點(diǎn)擬合得到EA平面的位置和姿態(tài)信息Z，Rx, Ry，其中Z表示平面的高度值， Rx> Ry分別表示平面繞X軸和Y軸的旋轉(zhuǎn)角度，即平面的傾斜；
(c)將位置和姿態(tài)作為偏差設(shè)定值發(fā)送至工件臺(tái)；
(d)使工件臺(tái)帶動(dòng)硅片進(jìn)行位置粗調(diào)，從而進(jìn)入單個(gè)狹縫的測(cè)量范圍；
(e)利用EA上的多個(gè)光斑信號(hào)進(jìn)行擬合測(cè)量，得到EA所在平面位置和姿態(tài)的粗測(cè)結(jié)果；
(f)根據(jù)(e)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行第二次調(diào)整，使EA進(jìn)入精測(cè)區(qū)間；
(g)利用EA上的多個(gè)光斑信號(hào)進(jìn)行擬合測(cè)量，得到EA平面位置和姿態(tài)的精測(cè)結(jié) 果；
(h)調(diào)焦調(diào)平裝置的輸出與工件臺(tái)的伺服系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)，工件臺(tái)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)與 零平面的差自動(dòng)調(diào)整EA的位置；
(i)伺服系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，調(diào)整結(jié)束，EA處于零平面。
采用本發(fā)明的調(diào)焦調(diào)平裝置及測(cè)量方法可以在不增加光機(jī)復(fù)雜性和成本的條件 下，有效擴(kuò)展調(diào)焦調(diào)平裝置的可測(cè)量區(qū)間，同時(shí)不影響在精測(cè)范圍內(nèi)的測(cè)量精度。


通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例并結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解其發(fā)明的目的、具體結(jié) 構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。其中，附圖為
圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的用于投影光刻設(shè)備中的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)圖2所示為光斑與單個(gè)接收狹縫的相對(duì)關(guān)系以及對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)圖形；
圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例調(diào)焦調(diào)平裝置在多點(diǎn)測(cè)量時(shí)硅片表面的光斑矩 陣分布圖形；
圖4所示為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的調(diào)焦調(diào)平裝置中的接收狹縫面上的接收狹 縫矩陣分布圖形；
圖5所示為圖4中區(qū)域A的狹縫結(jié)構(gòu)和光斑掃描關(guān)系示意圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的增加了擴(kuò)展狹縫的區(qū)域的輸出信號(hào)圖形；
圖7所示為利用本發(fā)明的第一實(shí)施例的調(diào)焦調(diào)平裝置將硅片曝光區(qū)域EA調(diào)整到 調(diào)焦調(diào)平裝置零平面的流程；
圖8所示為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的調(diào)焦調(diào)平裝置中的接收狹縫面上的狹縫矩 陣分布圖9所示為利用本發(fā)明的第二實(shí)施例的調(diào)焦調(diào)平裝置將硅片曝光區(qū)域EA調(diào)整到 調(diào)焦調(diào)平裝置零平面的流程。
具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。為了便于描述和突出顯示本 發(fā)明，附圖中省略了現(xiàn)有技術(shù)中已有的相關(guān)部件，并將省略對(duì)這些公知部件的描述。
第一實(shí)施例
圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的用于投影光刻設(shè)備中的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)圖。其中 被測(cè)硅片3位于投影物鏡10的正下方，由工件臺(tái)9所支承。光源1、光學(xué)投影單元2、被測(cè)硅 片3、光學(xué)接收單元4、光學(xué)調(diào)制單元5、接收狹縫面6、光電探測(cè)器7和控制單元8構(gòu)成調(diào)焦 調(diào)平裝置。該裝置用于實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片3的表面高度和傾斜信息的測(cè)量。由光源1所發(fā)出的探 測(cè)光經(jīng)光學(xué)投影單元2照射到硅片3的表面形成測(cè)量光斑，并從硅片3的表面反射后經(jīng)過(guò) 光學(xué)接收單元4和光學(xué)調(diào)制單元5，最終成像于接收狹縫面6上。接收狹縫面6具有成mXη 矩陣分布的一定大小的透光狹縫，狹縫后方安裝有光電探測(cè)器單元7，可以將穿過(guò)狹縫的光能量信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這些電信號(hào)由控制單元8進(jìn)行分析處理，得到光斑在狹縫面上的 位置變化量，從而獲得硅片表面的高度和傾斜信息。
下面根據(jù)單個(gè)光斑與單個(gè)狹縫的情況對(duì)本發(fā)明的原理進(jìn)行描述。圖2所示為光斑 與單個(gè)接收狹縫的相對(duì)關(guān)系以及對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)圖形。其中光斑的大小與狹縫的大小一 致，兩者的長(zhǎng)度均等于d。一般情況下，當(dāng)硅片表面位置處于調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置的零點(diǎn)時(shí)，光 斑中心與狹縫中心位置重合，處于位置0。根據(jù)三角測(cè)量法的原理，硅片表面位置的變化會(huì) 使投影在接收狹縫面上的光斑的位置產(chǎn)生成比例的變化量，這一比例是由入射角和光學(xué)接 收單元的放大倍數(shù)所決定的常數(shù)。為了便于討論，可以直接用光斑中心在接收狹縫面6上 的位置來(lái)表示硅片的高度和調(diào)焦調(diào)平裝置的測(cè)量范圍。
令光學(xué)調(diào)制單元5中的掃描反射鏡作正弦振動(dòng)(頻率=f，振幅A = 0. 5arCtan(d/2L)，其中L為掃描反射鏡中心與狹縫中心之間的距離)，在掃描反射鏡的作 用下，光斑在垂直方向作掃描運(yùn)動(dòng)，掃描過(guò)程中光斑中心位置X變化的最大值和最小值分 別為d/2和-d/2。當(dāng)硅片表面位置發(fā)生變化令光斑處于位置1、2時(shí)，光信號(hào)無(wú)法通過(guò)掃描 穿過(guò)狹縫，光電探測(cè)器接收不到能量信號(hào)，則區(qū)間[_3d/2，3d/2]對(duì)應(yīng)的就是調(diào)焦調(diào)平裝置 的測(cè)量范圍。對(duì)光電探測(cè)器輸出信號(hào)進(jìn)行處理，可以得到圖2中的v-x曲線，其中ν是控制 模塊進(jìn)行信號(hào)處理后得到的電壓值，其中曲線Vlf由調(diào)制光電信號(hào)中頻率為f的諧波分量 的大小和相位決定，它與光斑中心位置具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，曲線V2f由調(diào)制光電信號(hào)中 頻率為2f的諧波分量的大小和相位決定，可用于判斷光斑中心位置所處的區(qū)域。Vlf-x曲 線通過(guò)離線標(biāo)定(即在調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置工作前通過(guò)其他高精度的儀器如激光干涉儀等 測(cè)出V和X的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在正常工作時(shí)，根據(jù)信號(hào)處理得到的Vlf值，即可算出對(duì)應(yīng)的測(cè)量 結(jié)果χ。)，這一曲線在區(qū)間[_3d/2，-d/2]中單調(diào)減小、在區(qū)間[-d/2, d/2]中單調(diào)增加，在 區(qū)間[d/2，3d/2]中單調(diào)減小，實(shí)際測(cè)量中所得到的ν值處于哪一個(gè)區(qū)間，可以根據(jù)調(diào)制信 號(hào)中2f諧波分量的大小確定，不會(huì)造成混淆。
在X = O的鄰域中，Vlf-x曲線具有最高的靈敏度和線性，可以將[_d/2，d/2]中χ =0附近的區(qū)間作為調(diào)焦調(diào)平裝置的精測(cè)范圍，在精測(cè)范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量。在 保證小區(qū)間內(nèi)精確測(cè)量的同時(shí)，希望有較大的可測(cè)量范圍，從而在較大的區(qū)間內(nèi)捕捉到硅 片的高度信息，根據(jù)高度信息，可以通過(guò)工件臺(tái)將硅片帶入精測(cè)區(qū)間內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)這一目 的，本發(fā)明通過(guò)在接收狹縫面上增加擴(kuò)展狹縫來(lái)擴(kuò)展調(diào)焦調(diào)平的測(cè)量范圍，同時(shí)不影響裝 置原有的精測(cè)范圍。圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的調(diào)焦調(diào)平裝置中在多點(diǎn)測(cè)量時(shí)硅片 表面的光斑矩陣分布圖形，其中EA為曝光區(qū)域。圖4所示為根據(jù)第一實(shí)施例的調(diào)焦調(diào)平裝 置中的接收狹縫面上的接收狹縫矩陣分布圖形。接收狹縫矩陣與圖3所示的光斑矩陣相對(duì) 應(yīng)，兩個(gè)矩陣均為mXn矩陣，其中狹縫s(m，n)與光斑w(m，n) —一對(duì)應(yīng)。區(qū)域A中，擴(kuò)展狹 縫sxl和SX2沿掃描方向分別布置于s(m，l)的兩側(cè)，用于實(shí)現(xiàn)測(cè)量范圍的擴(kuò)展。同樣地，在 區(qū)域B中，擴(kuò)展狹縫sx3和sx4沿掃描方向分別布置于s(l，n)的兩側(cè)。圖5所示為圖4中 區(qū)域A的狹縫結(jié)構(gòu)和光斑掃描關(guān)系示意圖(區(qū)域B與之相同)。擴(kuò)展狹縫sx3和狹縫s(m， 1)的中心間距為1，根據(jù)圖2的測(cè)量原理，當(dāng)1 = 3d時(shí)，可得到如圖6(a)所示的Vlf-x曲 線。其中曲線2對(duì)應(yīng)于光斑在單個(gè)接收狹縫s (m，l)測(cè)量范圍內(nèi)時(shí)的測(cè)量曲線，當(dāng)硅片位置 變化使得高度超出了狹縫s (m, 1)的測(cè)量范圍時(shí)，sxl或sx2會(huì)檢測(cè)到光信號(hào)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的測(cè) 量曲線為1或3部分。由此可知，硅片上光斑w (m，l)處的測(cè)量范圍擴(kuò)大為[_9d/2，+9d/2]，是原來(lái)的3倍，而在精測(cè)范圍內(nèi)的特性沒(méi)有改變。在實(shí)際應(yīng)用中，為避免出現(xiàn)光斑中心正好 處于各部分曲線的切換處，可取1< 3d，此時(shí)的Vlf-x曲線如圖6(b)所示，實(shí)際的測(cè)量范圍 為[-l-3d/2, l+3d/2]。
圖7所示為利用本發(fā)明的第一實(shí)施例的調(diào)焦調(diào)平裝置將硅片曝光區(qū)域EA調(diào)整到 調(diào)焦調(diào)平裝置零平面的流程。具有如下步驟(a)獲取范圍A和范圍B中的擴(kuò)展測(cè)量點(diǎn)的 高度值hl、h2;(b)計(jì)算EA的中心高度h，h (hl+h2)/2 ;(c)將高度h作為位置偏差設(shè)定 值發(fā)送至支承硅片的工件臺(tái)；(d)使工件臺(tái)帶動(dòng)硅片進(jìn)行位置粗調(diào)，從而進(jìn)入單個(gè)狹縫的 測(cè)量范圍；(e)利用EA上的多個(gè)光斑信號(hào)進(jìn)行擬合測(cè)量，即獲得EA上多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的高度值 并利用多個(gè)高度值進(jìn)行平面擬合計(jì)算，得到EA所在平面位置和姿態(tài)的粗測(cè)結(jié)果；(f)根據(jù) (e)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行再次調(diào)整，使EA進(jìn)入精測(cè)區(qū)間；(g)利用EA上的多個(gè)光斑信號(hào)進(jìn)行擬 合測(cè)量，方法同(e)，得到EA平面位置和姿態(tài)的精測(cè)結(jié)果；(h)調(diào)焦調(diào)平裝置的輸出與工件 臺(tái)的伺服系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)，工件臺(tái)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)與零平面的差自動(dòng)調(diào)整EA的位置；(i)伺服 系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，調(diào)整結(jié)束，EA處于零平面。
第二實(shí)施例
在第一實(shí)施例中只擴(kuò)展了兩點(diǎn)(s(m，l)和s(l，η))的測(cè)量范圍，在擴(kuò)展范圍內(nèi)只 能給出被測(cè)表面的高度值，不能對(duì)傾斜進(jìn)行調(diào)整，因此對(duì)硅片的傾斜范圍有一定的要求，如 果硅片的傾斜較大，則利用實(shí)施例1的流程難以將硅片調(diào)平，需要有前置步驟對(duì)硅片進(jìn)行 一定程度的調(diào)平。為在擴(kuò)展測(cè)量范圍內(nèi)獲得傾斜信息，可以在接收狹縫面上再增加一組擴(kuò) 展狹縫。圖8所示為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的調(diào)焦調(diào)平裝置中的接收狹縫面上的狹縫矩陣 分布圖。通過(guò)在區(qū)域C內(nèi)，在狹縫s (md)的兩側(cè)分別增加狹縫sx5和狹縫sx6，從而在擴(kuò)展 范圍內(nèi)獲得三個(gè)點(diǎn)的高度值，進(jìn)而得到被測(cè)表面的傾斜信息。區(qū)域C可以選擇在矩陣內(nèi)除 了區(qū)域A和B的任意狹縫處。
圖9所示為利用本發(fā)明的第二實(shí)施例的調(diào)焦調(diào)平裝置將硅片曝光區(qū)域EA調(diào)整到 調(diào)焦調(diào)平裝置零平面的流程。具有如下步驟(a)獲取范圍A、范圍B和范圍C中的擴(kuò)展測(cè) 量點(diǎn)的高度值hl、h2、h3 ； (b)三點(diǎn)擬合得到EA平面的位置和姿態(tài)信息Z，Rx, Ry，其中Z表 示平面的高度值，Rx> Ry分別表示平面繞X軸和Y軸的旋轉(zhuǎn)角度，即平面的傾斜，這三個(gè)參 數(shù)表征了該平面在空間中的位置和姿態(tài)(即位姿)，已知平面上的多個(gè)點(diǎn)(>=3)的高度 值，即可用最小二乘法擬合出一個(gè)穿過(guò)這些點(diǎn)空間平面，Z，Rx, Ry就是該平面的空間特征； (c)將位置和姿態(tài)作為偏差設(shè)定值發(fā)送至工件臺(tái)；(d)使工件臺(tái)帶動(dòng)硅片進(jìn)行位置粗調(diào)，從 而進(jìn)入單個(gè)狹縫的測(cè)量范圍；(e)利用EA上的多個(gè)光斑信號(hào)進(jìn)行擬合測(cè)量，得到EA所在平 面位置和姿態(tài)的粗測(cè)結(jié)果；(f)根據(jù)(e)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行第二次調(diào)整，使EA進(jìn)入精測(cè)區(qū)間； (g)利用EA上的多個(gè)光斑信號(hào)進(jìn)行擬合測(cè)量，得到EA平面位置和姿態(tài)的精測(cè)結(jié)果；(h)調(diào) 焦調(diào)平裝置的輸出與工件臺(tái)的伺服系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)，工件臺(tái)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)與零平面的差自動(dòng) 調(diào)整EA的位置；(i)伺服系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，調(diào)整結(jié)束，EA處于零平面。
本說(shuō)明書(shū)中所述的只是本發(fā)明的幾種較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本 發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過(guò)邏輯分析、 推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。8
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量范圍可擴(kuò)展的調(diào)焦調(diào)平裝置，該裝置包括光源；光學(xué)投影單元，接收光源發(fā)出的光并將其照射到被測(cè)硅片表面形成測(cè)量光斑矩陣W ；光學(xué)接收單元，接收由被測(cè)硅片反射的光斑；光學(xué)調(diào)制單元，其具有掃描反射鏡，所述掃描反射鏡在測(cè)量調(diào)平時(shí)作正弦振動(dòng)；接收狹縫面，該狹縫面上具有與硅片上的各個(gè)光斑一一對(duì)應(yīng)的狹縫的狹縫矩陣S，經(jīng)由 掃描反射鏡反射的光斑成像于該接收狹縫面上；光電探測(cè)器，將穿過(guò)狹縫的光能量信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；控制單元，對(duì)光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)進(jìn)行分析處理；其特征在于，在接收狹縫面上還具有位于狹縫矩陣邊緣的擴(kuò)展狹縫，用于擴(kuò)展調(diào)焦調(diào) 平裝置的測(cè)量范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平裝置，其特征在于，所述光斑矩陣和狹縫矩陣均為 mXn矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)焦調(diào)平裝置，其特征在于，所述擴(kuò)展狹縫是在掃描方向上 分別形成于狹縫s (1，η)和狹縫s(m，1)兩側(cè)的狹縫。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的調(diào)焦調(diào)平裝置，其特征在于，接收狹縫面上的所有狹縫的尺 寸均與經(jīng)掃描反射鏡反射后的光斑的尺寸相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的調(diào)焦調(diào)平裝置，其特征在于，掃描反射鏡的振動(dòng)頻率為f，振 幅為A = O. 5arCtan(d/2L)，其中d為狹縫在掃描方向的長(zhǎng)度，L為掃描反射鏡中心與狹縫 中心之間的距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的調(diào)焦調(diào)平裝置，其特征在于，當(dāng)狹縫s(l，n)和狹縫s(m，l)兩 側(cè)每側(cè)的擴(kuò)展狹縫均為k個(gè)時(shí)，該裝置的高度測(cè)量范圍被擴(kuò)展為[-kl-3d/2，kl+3d/2]，其 中1為相鄰狹縫的中心距離，且1小于等于3d。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的調(diào)焦調(diào)平裝置，其特征在于，在狹縫面上的其它任一狹縫掃 描方向上的兩側(cè)分別形成有擴(kuò)展狹縫，用于與其它狹縫配合測(cè)量硅片的傾斜。
8.一種使用根據(jù)權(quán)利要求3所述的調(diào)焦調(diào)平裝置在投影光刻設(shè)備中將硅片曝光區(qū)域 EA調(diào)整到調(diào)焦調(diào)平裝置零平面的方法，具有如下步驟(a)利用狹縫s(l，n)和狹縫s(m，l)兩側(cè)的擴(kuò)展狹縫獲取擴(kuò)展測(cè)量點(diǎn)的高度值hl、h2；(b)計(jì)算EA的中心高度h，h (hl+h2)/2；(c)將高度h作為位置偏差設(shè)定值發(fā)送至支承硅片的工件臺(tái)；(d)使工件臺(tái)帶動(dòng)硅片進(jìn)行位置粗調(diào)，從而進(jìn)入單個(gè)狹縫的測(cè)量范圍；(e)利用EA上的多個(gè)光斑信號(hào)進(jìn)行擬合測(cè)量，即獲得EA上多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的高度值并利用 多個(gè)高度值進(jìn)行平面擬合計(jì)算，得到EA所在平面位置和姿態(tài)的粗測(cè)結(jié)果；(f)根據(jù)(e)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行再次調(diào)整，使EA進(jìn)入精測(cè)區(qū)間；(g)利用EA上的多個(gè)光斑信號(hào)進(jìn)行擬合測(cè)量，方法同(e)，得到EA平面位置和姿態(tài)的 精測(cè)結(jié)果；(h)調(diào)焦調(diào)平裝置的輸出與工件臺(tái)的伺服系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)，工件臺(tái)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)與零平 面的差自動(dòng)調(diào)整EA的位置；(i)伺服系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，調(diào)整結(jié)束，EA處于零平面。
9. 一種使用根據(jù)權(quán)利要求7所述的調(diào)焦調(diào)平裝置在投影光刻設(shè)備中將硅片曝光區(qū)域 EA調(diào)整到調(diào)焦調(diào)平裝置零平面的方法，具有如下步驟(a)利用狹縫s(l，n)、狹縫s(m，l)以及所述其它任一狹縫兩側(cè)的擴(kuò)展狹縫獲取擴(kuò)展測(cè) 量點(diǎn)的高度值hl、h2、h3 ；(b)三點(diǎn)擬合得到EA平面的位置和姿態(tài)信息Z，Rx,Ry，其中Z表示平面的高度值，Rx、 Ry分別表示平面繞X軸和Y軸的旋轉(zhuǎn)角度，即平面的傾斜；(c)將位置和姿態(tài)作為偏差設(shè)定值發(fā)送至工件臺(tái)；(d)使工件臺(tái)帶動(dòng)硅片進(jìn)行位置粗調(diào)，從而進(jìn)入單個(gè)狹縫的測(cè)量范圍；(e)利用EA上的多個(gè)光斑信號(hào)進(jìn)行擬合測(cè)量，得到EA所在平面位置和姿態(tài)的粗測(cè)結(jié)果；(f)根據(jù)(e)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行第二次調(diào)整，使EA進(jìn)入精測(cè)區(qū)間；(g)利用EA上的多個(gè)光斑信號(hào)進(jìn)行擬合測(cè)量，得到EA平面位置和姿態(tài)的精測(cè)結(jié)果；(h)調(diào)焦調(diào)平裝置的輸出與工件臺(tái)的伺服系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)，工件臺(tái)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)與零平 面的差自動(dòng)調(diào)整EA的位置；(i)伺服系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，調(diào)整結(jié)束，EA處于零平面。
全文摘要
一種測(cè)量范圍可擴(kuò)展的調(diào)焦調(diào)平裝置，該裝置包括光源；光學(xué)投影單元，接收光源發(fā)出的光并將其照射到被測(cè)硅片表面形成測(cè)量光斑矩陣W；光學(xué)接收單元，接收由被測(cè)硅片反射的光；光學(xué)調(diào)制單元，具有掃描反射鏡，所述掃描反射鏡在測(cè)量調(diào)平時(shí)作正弦振動(dòng)；接收狹縫面，該狹縫面上具有與硅片上的各個(gè)光斑一一對(duì)應(yīng)的狹縫的狹縫矩陣S，經(jīng)由掃描反射鏡反射的光斑成像于該接收狹縫面上；光電探測(cè)器，將穿過(guò)狹縫的光能量信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；控制單元，對(duì)光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)進(jìn)行分析處理；其中，在接收狹縫面上還具有位于狹縫矩陣邊緣的擴(kuò)展狹縫，用于擴(kuò)展調(diào)焦調(diào)平裝置的測(cè)量范圍。本發(fā)明還公開(kāi)了使用該裝置進(jìn)行調(diào)焦調(diào)平的方法。
文檔編號(hào)G03F7/20GK102033438SQ20091005798
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者張沖, 李志丹, 潘煉東, 陳飛彪 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司