專利名稱：一種調(diào)焦調(diào)平檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻領(lǐng)域，尤其涉及光刻裝置的調(diào)焦調(diào)平檢測裝置及方法。
背景技術(shù)：
美國專利US4650983中記載了一種調(diào)焦調(diào)平檢測裝置和方法，其中采用振動反射鏡來調(diào)制包含被測物體(比如半導(dǎo)體襯底或硅片)表面相對光刻機投影光學(xué)系統(tǒng)焦平面的離焦高度信息的光信號，并使經(jīng)過振動反射鏡調(diào)制的光信號通過光敏探測器轉(zhuǎn)變成包含離焦高度信息的模擬電信號，最后再通過相敏解調(diào)(PSD)電路從模擬電信號中解調(diào)出實際的離焦高度數(shù)據(jù)。在這種調(diào)焦調(diào)平檢測方案中，由于模擬電信號容易受到光、電磁和熱等環(huán)境因素的影響，會給模擬測量電路引入難以消除的環(huán)境噪聲。另外，由于模擬測量電路對環(huán)境敏感，所以調(diào)焦調(diào)平檢測系統(tǒng)的模擬電路模塊相對于系統(tǒng)光機模塊的布局必須進(jìn)行特殊設(shè)計，這給調(diào)焦調(diào)平檢測系統(tǒng)的模擬電路模塊與光機模塊的布局設(shè)計帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種調(diào)焦調(diào)平檢測裝置及檢測方法，來克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷。一種調(diào)焦調(diào)平檢測裝置，包括傾斜入射檢測光學(xué)系統(tǒng)，具有光源與照明裝置、投影狹縫、第一平面反射鏡和第二平面反射鏡，從光源與照明裝置出射的光經(jīng)投影狹縫后由第一平面反射鏡反射至襯底表面，襯底表面將光反射至第二平面反射鏡；振動反射鏡光學(xué)系統(tǒng)，具有振動反射鏡和振動反射鏡驅(qū)動器，振動反射驅(qū)動器驅(qū)動振動反射鏡的反射表面繞其旋轉(zhuǎn)軸作周期性簡諧振動，從第二平面反射鏡出射的光入射至振動反射鏡上；數(shù)字光電探測裝置，將從第二平面反射鏡出射的照射到其感光表面上的檢測光斑的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號輸出；調(diào)焦調(diào)平測量裝置控制器，接收數(shù)字光電探測裝置的輸出信號，計算并輸出離焦尚度。優(yōu)選地，還包括運動臺控制器，接收調(diào)焦調(diào)平測量裝置控制器輸出的離焦高度，根據(jù)該離焦高度驅(qū)動運動臺將襯底表面調(diào)節(jié)到投影光學(xué)系統(tǒng)的最佳光學(xué)焦平面高度位置。其中，投影狹縫為投影狹縫陣列，該投影狹縫陣列使投影光束在襯底表面上形成測量光斑陣列；數(shù)字光電探測裝置為數(shù)字光電探測裝置陣列，其中每一個數(shù)字光電探測裝置都對應(yīng)襯底表面上的一個獨立的測量光斑；調(diào)焦調(diào)平測量裝置控制器接收數(shù)字光電探測裝置陣列輸出的一組輸出信號，其中每一個輸出信號都對應(yīng)測量光斑陣列中的一個獨立測量光斑，調(diào)焦調(diào)平測量裝置控制器輸出的離焦高度為襯底表面相對于最佳光學(xué)焦平面的整場離焦高度和傾斜度位置偏差。
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優(yōu)選地，還包括運動臺控制器，接收調(diào)焦調(diào)平測量裝置控制器輸出的整場離焦高度，根據(jù)上述整場離焦高度驅(qū)動運動臺將襯底表面調(diào)節(jié)到投影光學(xué)系統(tǒng)的最佳光學(xué)焦平面高度位置。其中，上述運動臺控制器接收上述傾斜度位置偏差，根據(jù)上述傾斜度位置偏差驅(qū)動運動臺將襯底表面調(diào)平。其中，設(shè)定當(dāng)襯底表面不存在離焦高度時，振動反射鏡在振動平衡位置時檢測光斑的幾何中心和感光表面的幾何中心重合，則當(dāng)襯底表面存在離焦高度DefocusH時，振動反射鏡在振動平衡位置時檢測光斑的幾何中心Pe在Z軸方向相對于感光表面的幾何中心存在偏差e ；當(dāng)振動反射鏡的反射表面繞其旋轉(zhuǎn)軸ft"作周期性簡諧振動的過程中，在感光表面所在平面內(nèi)，檢測光斑將會沿Z軸方向，以Pe位置為中心作周期性擺動，將偏差e預(yù)先標(biāo)定在范圍[_E3，E3]內(nèi)，根據(jù)偏差e與輸出信號時間波形特征變化量列對應(yīng)的時間量之間的關(guān)系，確立離焦高度DefocusH與輸出信號時間波形特征變化量之間的量化關(guān)系，檢測過程中通過計數(shù)獲得輸出信號時間波形特征變化量一列對應(yīng)的時間量之后，根據(jù)預(yù)先標(biāo)定出來的上述量化關(guān)系，計算出離焦高度DefocusH ；其中，對準(zhǔn)裝置中的投影光學(xué)系統(tǒng)的光軸為Z軸；檢測光斑周期性擺動的振幅為 Amp,數(shù)字光電探測裝置的有效感光表面沿Z軸方向的寬度為D1，檢測光斑沿Z軸方向?qū)挾葹镈2，振幅Amp大于Dl與D2之和的一半，E3 = (D1+D2)/2+Amp。其中，當(dāng)襯底表面存在離焦高度DefocusH時，在振動反射鏡表面位于振動平衡位置時，來自傾斜入射檢測光學(xué)系統(tǒng)第二平面反射鏡輸出的檢測光束相對振動反射鏡表面的入射角為45度。其中，當(dāng)襯底表面存在離焦高度DefocusH時，在振動反射鏡表面位于振動平衡位置時，上述第二平面反射鏡輸出的檢測光束因為離焦高度DefocusH發(fā)生的橫向偏移ee，上述橫向偏移ee = kk*e，其中Ick為一比例常數(shù)。其中，上述檢測光束垂直入射感光表面時，上述比例常數(shù)Ick = 1。本發(fā)明的調(diào)焦調(diào)平檢測方法和裝置將現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)焦調(diào)平檢測方案中的光敏探測器和相敏解調(diào)(PSD)等模擬電路系統(tǒng)采用數(shù)字電路來替代，將經(jīng)過振動反射鏡調(diào)制的光信號通過數(shù)字光電探測裝置直接轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電路輸出信號，并通過計數(shù)包含離焦高度信息的數(shù)字輸出信號在振動反射鏡一個振動周期時間內(nèi)的時域波形的時間特征量來計算實際離焦高度數(shù)據(jù)。該種調(diào)焦調(diào)平檢測方案采用了數(shù)字化檢測方法，基本消除了模擬電路易受光、電磁和熱等環(huán)境因素影響的弊端，顯著增強了調(diào)焦調(diào)平檢測系統(tǒng)的抗干擾性能，有利于調(diào)焦調(diào)平檢測精度和測量穩(wěn)定性的進(jìn)一步提高。同時調(diào)焦調(diào)平檢測系統(tǒng)的測量電路模塊相對系統(tǒng)光機模塊的布局無需進(jìn)行特殊設(shè)計，方便了測量電路模塊與系統(tǒng)光機模塊的布局設(shè)計。


圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的調(diào)焦調(diào)平檢測裝置的優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2所示為檢測光斑擺動正半周的特征位置示意圖；圖3所示為圖2中的特征位置對應(yīng)的輸出信號時間波形示意圖；圖4所示為檢測光斑擺動負(fù)半周的特征位置示意圖5所示為圖4中的特征位置對應(yīng)的輸出信號時間波形示意圖；圖6和圖7所示為數(shù)字光電探測裝置的典型電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖8所示為檢測光斑作周期性擺動的振幅示意圖；圖9所示為檢測光斑在周期性擺動過程中偏離其擺動中心位置時的光路示意圖。
具體實施例方式下面，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，并將省略對這些公知部件的描述。第一實施例本發(fā)明的調(diào)焦調(diào)平檢測方法及裝置的一個優(yōu)選實施例如圖1所示。對于圖1所示實施例，先設(shè)坐標(biāo)系定義投影光學(xué)系統(tǒng)9的光軸0102為Z軸，正方向為從02指向01 ；假定 0102垂直通過襯底11表面的點0位置，而且假定圖1圖1所示襯底11表面正好與投影光學(xué)系統(tǒng)9的理想光學(xué)焦平面重合，那么X軸定義為通過點0與Z軸垂直，并且X軸與圖1圖 1所示紙面平行，正方向為從左向右；Y軸通過點0垂直紙面向里。投影光束從光源與照明裝置1發(fā)出的光束，在被襯底11表面反射之前被稱為投影光束。測量光斑投影光束投射在襯底11表面上形成的幾何光斑被稱為測量光斑。檢測光束從光源與照明裝置1發(fā)出的光束，在被襯底11表面反射之后被稱為檢測光束。檢測光斑檢測光束投射到數(shù)字光電探測裝置7的感光面所在平面S3S4上形成的幾何光斑被稱為檢測光斑。離焦高度當(dāng)襯底11表面位于虛線S1S2所示的Z軸高度位置時，襯底11表面相對投影光學(xué)系統(tǒng)9的理想光學(xué)最佳焦平面沿Z軸方向的高度偏差被定義為離焦高度。對于圖1圖1所示實施例，調(diào)焦調(diào)平檢測設(shè)備的組成包括一個傾斜入射檢測光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)由光源與照明裝置1、投影狹縫2、平面反射鏡3和4組成。其中，光源與照明裝置1產(chǎn)生和輸出投影光束。投影光束垂直照射到投影狹縫2 表面，由于投影狹縫2表面具有指定幾何形狀(比如矩形或圓形)的狹縫開孔，所以通過投影狹縫2的投影光束的橫截面被整形為與投影狹縫2表面狹縫開孔幾何形狀完全一致的幾何形狀。通過投影狹縫2的投影光束經(jīng)過平面反射鏡3被引導(dǎo)投射到襯底11表面上，并在襯底11表面上形成一個測量光斑，該測量光斑幾何形狀對應(yīng)于投影狹縫2表面狹縫開孔幾何形狀。比如如果投影狹縫2表面狹縫開孔幾何形狀為矩形，那么測量光斑幾何形狀為矩形或正方形；如果投影狹縫2表面狹縫開孔幾何形狀為圓形，那么測量光斑幾何形狀為圓形或橢圓形。投影光束在測量光斑位置處經(jīng)過反射后被稱為檢測光束，檢測光束通過平面反射鏡4被反射輸出給振動反射鏡光學(xué)系統(tǒng)。當(dāng)襯底11表面位于圖1中虛線S1S2所示高度位置時，襯底11表面存在離焦高度 DefocusH。在這種情況下，與離焦高度DefocusH對應(yīng)，平面反射鏡4輸出的檢測光束沿其光束垂直方向發(fā)生橫向偏移ee。
一個振動反射鏡光學(xué)系統(tǒng)該光學(xué)系統(tǒng)由振動反射鏡5和振動反射鏡驅(qū)動器6組成。振動反射鏡驅(qū)動器6能夠驅(qū)動振動反射鏡5的反射表面繞其旋轉(zhuǎn)軸ft"作周期性簡諧振動，旋轉(zhuǎn)軸ft·位于Y方向上。來自傾斜入射檢測光學(xué)系統(tǒng)的檢測光束被入射到振動反射鏡5表面上，并被反射輸出給數(shù)字光電探測裝置7。如圖1所示，假定振動反射鏡5反射表面的振動平衡位置位于圖中實線所示的位置，在這種情況下，如果襯底11表面也位于實線所示的沒有發(fā)生離焦的位置，那么投影光束和檢測光束位置也如圖中實線所示。此時，被振動反射鏡5反射表面反射輸出給數(shù)字光電探測裝置7的檢測光束正好垂直入射到數(shù)字光電探測裝置7的感光表面(位于S3S4平面內(nèi))，而且檢測光束在數(shù)字光電探測裝置7感光表面上形成的檢測光斑的幾何中心在Z軸方向也與數(shù)字光電探測裝置7感光表面的幾何中心Pc重合。在這種情況下，在振動反射鏡 5的反射表面繞其旋轉(zhuǎn)軸ft·作周期性簡諧振動的過程中，在數(shù)字光電探測裝置7感光表面所在平面S3S4內(nèi)，檢測光斑將會沿Z軸方向，以感光表面的幾何中心Pc為中心作周期性擺動。如圖1所示，假定振動反射鏡5反射表面的振動平衡位置位于圖中實線所示的位置，在這種情況下，如果襯底11表面位于虛線所示的發(fā)生離焦高度DefocusH位置，那么檢測光束位置如圖中虛線所示。此時，被振動反射鏡5反射表面反射輸出給數(shù)字光電探測裝置7的檢測光束也正好垂直入射到數(shù)字光電探測裝置7感光表面(位于S3S4平面內(nèi))，而且檢測光束在數(shù)字光電探測裝置7感光表面上形成的檢測光斑的幾何中心位于Pe位置，Pe 在Z軸方向相對Pc位置存在偏差e (應(yīng)該等于橫向偏移ee)。在這種情況下，在振動反射鏡 5的反射表面繞其旋轉(zhuǎn)軸ft·作周期性簡諧振動的過程中，在數(shù)字光電探測裝置7感光表面所在平面S3S4內(nèi)，檢測光斑將會沿Z軸方向，以Pe位置為中心作周期性擺動。離焦高度DefocusH與檢測光斑幾何中心Pe在Z軸方向相對Pc位置的偏差e成線性比例關(guān)系。DefocusH = k*e，其中k為比例常數(shù)。振動反射鏡驅(qū)動器6還能夠輸出振動同步信號SYNC給調(diào)焦調(diào)平測量裝置控制器 8，相鄰兩個SYNC信號之間的時間為振動反射鏡一個振動周期。振動反射鏡一個振動周期也等于檢測光斑的一個擺動周期，而且檢測光斑的擺動周期與振動反射鏡的振動周期保持同步。當(dāng)一個SYNC信號輸出時，假定振動反射鏡5的反射表面正好振動到圖1中實線所示的振動平衡位置，而且振動反射鏡5的反射表面正在繞其旋轉(zhuǎn)軸ft·向逆時針方向振動。與此相對應(yīng)，檢測光斑的幾何中心也正好位于擺動中心位置Pe，而且檢測光斑正在沿Z軸正方向向上擺動。在圖1中，在振動反射鏡5表面位于振動平衡位置時，來自傾斜入射檢測光學(xué)系統(tǒng)平面反射鏡4輸出的檢測光束相對振動反射鏡5表面的入射角α布置為45度，這僅僅是一個優(yōu)選角度，實際中也可以選擇非45度角布置，只要能夠保證在振動反射鏡5表面相對其振動平衡位置振動過程中，平面反射鏡4輸出的檢測光束始終能夠被振動反射鏡5表面反射到數(shù)字光電探測裝置7感光表面所在表面即可。在圖1中，在振動反射鏡5表面位于振動平衡位置時，平面反射鏡4輸出的檢測光束經(jīng)振動反射鏡5表面反射引導(dǎo)入射到數(shù)字光電探測裝置7感光表面上的檢測光束也不需要一定與感光表面垂直，在這種情況下，平面反射鏡4輸出的檢測光束因為離焦高度
7DefocusH而發(fā)生的橫向偏移ee不再等于上述偏差e。此時橫向偏移ee = lik*e，其中Iik為一比例常數(shù)。上述檢測光束垂直入射感光表面僅僅是一個優(yōu)選實施例，在這種情況下，上述橫向偏移ee等于上述偏差e，也即上述比例常數(shù)Ick = 1。一個數(shù)字光電探測裝置7 數(shù)字光電探測裝置7能夠?qū)⒄丈涞狡涓泄獗砻嫔系臋z測光斑的光信號直接轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號out輸出給調(diào)焦調(diào)平測量裝置控制器8。如圖6和圖7所示，數(shù)字光電探測裝置7可以是由工作在開關(guān)狀態(tài)的光敏三極管電路或者光敏二極管電路構(gòu)成。數(shù)字光電探測裝置7的感光表面就是光敏三極管或者光敏二極管的感光表面。在檢測光斑以圖1所示Pe位置為中心作周期性擺動的過程中，當(dāng)檢測光斑的光束照射在數(shù)字光電探測裝置7感光表面上時，對于圖6和圖7所示電路情況，數(shù)字信號out為高電平輸出；當(dāng)檢測光斑光束沒有照射在數(shù)字光電探測裝置7感光表面上時，數(shù)字信號out 為低電平輸出。對于這樣的邏輯電平輸出，我們定義其為正相邏輯輸出。如果在數(shù)字光電探測裝置7內(nèi)部再加上數(shù)字邏輯反相電路，那么輸出信號的高低電平也將會發(fā)生反相。對于這樣的邏輯電平輸出，我們定義其為反相邏輯輸出。當(dāng)襯底11表面的離焦高度DefocusH發(fā)生變化時，檢測光斑的擺動中心Pe相對圖 1所示感光面幾何中心Pc的位置偏差e也會隨之發(fā)生變化。檢測光斑擺動中心位置偏差 e的變化，會引起輸出信號在相鄰兩個SYNC信號之間的一個檢測光斑擺動周期時間內(nèi)的時間波形，相對SYNC信號發(fā)生變化。這些輸出信號時間波形變化包括輸出信號相對SYNC信號進(jìn)行高低電平切換的時間點發(fā)生時間偏移和信號out輸出高低電平的持續(xù)時間長短改變等。這里，我們將上述這些一個檢測光斑擺動周期時間內(nèi)的輸出信號時間波形變化稱為輸出信號時間波形特征變化。在相鄰兩個SYNC信號之間的一個檢測光斑擺動周期時間內(nèi)，輸出信號時間波形特征變化與離焦高度DefocusH之間存在一一對應(yīng)關(guān)系。因此通過預(yù)先標(biāo)定，可以建立離焦高度DefocusH與輸出信號時間波形特征變化之間的量化關(guān)系。在實際測量過程中，通過實時采集獲得在相鄰兩個SYNC信號之間的一個檢測光斑擺動周期時間內(nèi)，輸出信號時間波形特征變化，然后再根據(jù)上述預(yù)先標(biāo)定建立的離焦高度DefocusH與輸出信號時間波形特征變化之間的量化關(guān)系，即可求出離焦高度DefocusH。如圖8所示，檢測光斑以圖1所示Pe位置為中心作周期性擺動的振幅為Amp，數(shù)字光電探測裝置7有效感光表面沿Z軸方向的寬度為Dl，檢測光斑沿Z軸方向?qū)挾葹镈2，那么為了保證在相鄰兩個SYNC信號之間的一個檢測光斑擺動周期時間內(nèi)，確保輸出信號能夠出現(xiàn)高低電平的轉(zhuǎn)換，要求振幅Amp大于Dl與D2之和的一半。這里數(shù)字光電探測裝置 7有效感光表面的含義定義如下對于輸出信號的正相邏輯輸出來說，當(dāng)檢測光斑的擺動位置與有效感光表面存在重合區(qū)域時，能夠確保輸出信號為高電平輸出。對于輸出信號的反相邏輯輸出來說，當(dāng)檢測光斑的擺動位置與有效感光表面存在重合區(qū)域時，能夠確保輸出信號為低電平輸出。一個調(diào)焦調(diào)平測量裝置控制器8 調(diào)焦調(diào)平測量裝置控制器8的主要作用是根據(jù)預(yù)先標(biāo)定建立的離焦高度DefocusH與輸出信號時間波形特征變化之間的量化關(guān)系，以及在相鄰兩個SYNC信號之間的一個檢測光斑擺動周期時間內(nèi)數(shù)字光電探測裝置7輸出的輸出信號時間波形特征變化，計算出離焦高度DefocusH，并將離焦高度DefocusH輸出給運動臺控制器12，最終由運動臺控制器12驅(qū)動運動臺10將襯底11表面閉環(huán)控制到投影光學(xué)系統(tǒng)9的最佳光學(xué)焦平面高度位置。下面將詳細(xì)描述在相鄰兩個SYNC信號之間的一個周期時間內(nèi)，離焦高度 DefocusH與輸出信號時間波形特征變化之間的量化關(guān)系。為了便于后續(xù)描述，首先作出如下定義離焦高度DefocusH的正負(fù)方向按照圖1所示的光路結(jié)構(gòu)，襯底11表面相對投影光學(xué)系統(tǒng)9最佳光學(xué)焦平面沿Z軸正方向的偏移定義為正離焦，反方向偏移則定義為負(fù)離
焦ο 檢測光斑擺動中心相對數(shù)字光電探測裝置7有效感光面幾何中心Pc沿Z軸的高度偏移e的正負(fù)方向按照圖1所示的光路結(jié)構(gòu)，當(dāng)離焦高度DefocusH為正時，檢測光斑擺動中心相對數(shù)字光電探測裝置7有效感光面幾何中心Pc位于Z軸正方向，此時的高度偏移 e定義為正向偏移；當(dāng)離焦高度DefocusH為負(fù)時，檢測光斑擺動中心相對數(shù)字光電探測裝置7有效感光面幾何中心Pc位于Z軸負(fù)方向，此時的高度偏移e定義為負(fù)向偏移。檢測光斑沿Z軸方向擺動的正向和負(fù)向最大擺動位置按照圖1所示的光路結(jié)構(gòu)， 當(dāng)檢測光斑相對擺動中心Pe沿Z軸正方向擺動到Z向最高位置時所確定的位置定義為擺動正向最大位置。當(dāng)檢測光斑相對擺動中心Pe沿Z軸負(fù)方向擺動到Z向最低位置時所確定的位置定義為擺動負(fù)向最大位置。檢測光斑擺動正半周和負(fù)半周根據(jù)前述假定可知，當(dāng)振動反射鏡驅(qū)動器6發(fā)出一個SYNC信號時，檢測光斑正在從其擺動中心Pe沿Z軸正方向運動，將此時刻定義為tl ； 從tl時刻起，檢測光斑首先沿Z軸正方向擺動到擺動正向最大位置，然后再沿Z軸負(fù)方向擺動回到擺動中心Pe，將此時刻定義為t2 ；從t2時刻起，檢測光斑首先沿Z軸負(fù)方向擺動到擺動負(fù)向最大位置，然后再沿Z軸正方向擺動回到擺動中心Pe，將此時刻定義為t3。在 t3時刻，振動反射鏡驅(qū)動器6應(yīng)該發(fā)出下一個SYNC信號。至此，我們定義tl到t2時刻的時間段作為檢測光斑擺動正半周，定義t2到t3時刻的時間段作為檢測光斑擺動負(fù)半周。 由于檢測光斑擺動周期與振動反射鏡5的振動周期保持同步，且兩者的周期時間也完全相同，所以檢測光斑擺動正半周也是振動反射鏡5的振動正半周，檢測光斑擺動負(fù)半周也是振動反射鏡5的振動負(fù)半周。由于離焦高度DefocusH與圖1所示的檢測光斑擺動中心Pe相對數(shù)字光電探測裝置7有效感光表面幾何中心Pc的位置偏差e之間存在線性比例關(guān)系，所以離焦高度 DefocusH與輸出信號時間波形特征變化之間的量化關(guān)系可以轉(zhuǎn)化為偏差e與輸出信號時間波形特征變化之間的量化關(guān)系。根據(jù)上面的幾個定義，下面將根據(jù)檢測光斑擺動中心Pe 位于一些特征位置時，輸出信號out在檢測光斑一個擺動周期內(nèi)的時間波形圖來描述偏差 e與輸出信號時間波形特征變化之間的量化關(guān)系。圖1所示的檢測光斑擺動中心Pe相對數(shù)字光電探測裝置7有效感光表面幾何中心Pc的特征位置如下特征位置al和a2 該特征位置示意圖如圖2中的al位置和圖4中的a2位置所示，與該特征位置對應(yīng)的輸出信號時間波形示意圖分別如圖3中的al和圖5中的a2所示。 在該特征位置，偏差e等于零，Pe位置與Pc位置重合。
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特征位置bl 該特征位置示意圖如圖2中的bl位置所示，與該特征位置對應(yīng)的輸出信號時間波形示意圖如圖3中的bl所示。在該特征位置，偏差e為正，而且e取值范圍為0 < e < El，El = (Dl+D2)/2。在該特征位置，當(dāng)檢測光斑擺動到擺動中心位置Pe時， 檢測光斑與有效感光表面之間存在重疊部分。特征位置cl 該特征位置示意圖如圖2中的Cl位置所示，與該特征位置對應(yīng)的輸出信號時間波形示意圖如圖3中的cl所示。在該特征位置，偏差e為正，而且e等于E1。 在該特征位置，當(dāng)檢測光斑擺動到擺動中心位置Pe時，檢測光斑下邊沿與有效感光表面上邊沿重合，此時檢測光斑與有效感光表面之間剛好不存在重疊部分。特征位置dl 該特征位置示意圖如圖2中的dl位置所示，與該特征位置對應(yīng)的輸出信號時間波形示意圖如圖3中的dl所示。在該特征位置，偏差e為正，而且e等于E2， E2 = Amp-(Dl+D》/2。在該特征位置，當(dāng)檢測光斑擺動到擺動中心位置Pe時，檢測光斑下邊沿已經(jīng)沿Z軸正向擺動偏離有效感光表面上邊沿，而且此時檢測光斑與有效感光表面之間不存在重疊部分。在該特征位置，當(dāng)檢測光斑擺動到擺動負(fù)向最大位置時，檢測光斑上邊沿剛好與有效感光表面下邊沿重合。特征位置el 該特征位置示意圖如圖2中的el位置所示，與該特征位置對應(yīng)的輸出信號時間波形示意圖如圖3中的el所示。在該特征位置，偏差e為正，而且e取值范圍為E2 < e < E3，E3 = Amp+(Dl+擬)/2。在該特征位置，當(dāng)檢測光斑擺動到擺動中心位置 Pe時，檢測光斑下邊沿已經(jīng)沿Z軸正向擺動偏離有效感光表面上邊沿，而且此時檢測光斑與有效感光表面之間不存在重疊部分。在該特征位置，當(dāng)檢測光斑擺動到擺動負(fù)向最大位置時，檢測光斑與有效感光表面存在重疊部分。特征位置fl 該特征位置示意圖如圖2中的fl位置所示，與該特征位置對應(yīng)的輸出信號時間波形示意圖如圖3中的fl所示。在該特征位置，偏差e為正，而且e等于E3。 在該特征位置，當(dāng)檢測光斑擺動到擺動負(fù)向最大位置時，檢測光斑下邊沿剛好與有效感光表面上邊沿重合。在該特征位置，檢測光斑在一個擺動周期內(nèi)都不會出現(xiàn)與有效感光表面重疊的情況。特征位置1^2 該特征位置示意圖如圖4中的1^2位置所示，與該特征位置對應(yīng)的輸出信號時間波形示意圖如圖5中的1^2所示。在該特征位置，偏差e為負(fù)，而且e取值范圍為-El < e < 0。在該特征位置，當(dāng)檢測光斑擺動到擺動中心位置Pe時，檢測光斑與有效感光表面之間存在重疊部分。特征位置c2 該特征位置示意圖如圖4中的c2位置所示，與該特征位置對應(yīng)的輸出信號時間波形示意圖如圖5中的c2所示。在該特征位置，偏差e為負(fù)，而且e等于_E1。 在該特征位置，當(dāng)檢測光斑擺動到擺動中心位置Pe時，檢測光斑上邊沿與有效感光表面下邊沿重合，此時檢測光斑與有效感光表面之間剛好不存在重疊部分。特征位置d2 該特征位置示意圖如圖4中的d2位置所示，與該特征位置對應(yīng)的輸出信號時間波形示意圖如圖5中的d2所示。在該特征位置，偏差e為負(fù)，而且e等于_E2。 在該特征位置，當(dāng)檢測光斑擺動到擺動中心位置Pe時，檢測光斑上邊沿位于有效感光表面下邊沿的下方，此時檢測光斑與有效感光表面之間不存在重疊部分。在該特征位置，當(dāng)檢測光斑擺動到擺動正向最大位置時，檢測光斑下邊沿與有效感光表面上邊沿重合。特征位置e2 該特征位置示意圖如圖4中的e2位置所示，與該特征位置對應(yīng)的輸出信號時間波形示意圖如圖5中的e2所示。在該特征位置，偏差e為負(fù)，而且e取值范圍為-E3 < e < -E2。在該特征位置，當(dāng)檢測光斑擺動到擺動正向最大位置時，檢測光斑與有效感光表面存在重疊部分。特征位置f2 該特征位置示意圖如圖4中的f2位置所示，與該特征位置對應(yīng)的輸出信號時間波形示意圖如圖5中的f2所示。在該特征位置，偏差e為負(fù)，而且e等于_E3。 在該特征位置，當(dāng)檢測光斑擺動到擺動正向最大位置時，檢測光斑上邊沿與有效感光表面下邊沿重合。在該特征位置，檢測光斑在一個擺動周期內(nèi)都不會出現(xiàn)與有效感光表面重疊的情況。根據(jù)上述檢測光斑擺動中心Pe相對數(shù)字光電探測裝置7有效感光表面幾何中心 Pc的特征位置描述，通過分析，可以得出偏差e與輸出信號時間波形特征變化量之間的量化關(guān)系如下表所述表格1 偏差e與輸出信號時間波形特征變化之間的量化關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種調(diào)焦調(diào)平檢測裝置，其特征在于，包括傾斜入射檢測光學(xué)系統(tǒng)，具有光源與照明裝置、投影狹縫、第一平面反射鏡和第二平面反射鏡，從光源與照明裝置出射的光經(jīng)投影狹縫后由第一平面反射鏡反射至襯底表面，襯底表面將光反射至第二平面反射鏡；振動反射鏡光學(xué)系統(tǒng)，具有振動反射鏡和振動反射鏡驅(qū)動器，振動反射驅(qū)動器驅(qū)動振動反射鏡的反射表面繞其旋轉(zhuǎn)軸作周期性簡諧振動，從第二平面反射鏡出射的光入射至振動反射鏡上；數(shù)字光電探測裝置，將從第二平面反射鏡出射的照射到其感光表面上的檢測光斑的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號輸出；調(diào)焦調(diào)平測量裝置控制器，接收數(shù)字光電探測裝置的輸出信號，計算并輸出離焦高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括運動臺控制器，接收調(diào)焦調(diào)平測量裝置控制器輸出的離焦高度，根據(jù)該離焦高度驅(qū)動運動臺將襯底表面調(diào)節(jié)到投影光學(xué)系統(tǒng)的最佳光學(xué)焦平面高度位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，投影狹縫為投影狹縫陣列，該投影狹縫陣列使投影光束在襯底表面上形成測量光斑陣列；數(shù)字光電探測裝置為數(shù)字光電探測裝置陣列，其中每一個數(shù)字光電探測裝置都對應(yīng)襯底表面上的一個獨立的測量光斑；調(diào)焦調(diào)平測量裝置控制器接收數(shù)字光電探測裝置陣列輸出的一組輸出信號，其中每一個輸出信號都對應(yīng)測量光斑陣列中的一個獨立測量光斑，調(diào)焦調(diào)平測量裝置控制器輸出的離焦高度為襯底表面相對于最佳光學(xué)焦平面的整場離焦高度和傾斜度位置偏差。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，還包括運動臺控制器，接收調(diào)焦調(diào)平測量裝置控制器輸出的整場離焦高度，根據(jù)上述整場離焦高度驅(qū)動運動臺將襯底表面調(diào)節(jié)到投影光學(xué)系統(tǒng)的最佳光學(xué)焦平面高度位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，上述運動臺控制器接收上述傾斜度位置偏差，根據(jù)上述傾斜度位置偏差驅(qū)動運動臺將襯底表面調(diào)平。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的裝置進(jìn)行調(diào)焦調(diào)平檢測的方法，設(shè)定當(dāng)襯底表面不存在離焦高度時，振動反射鏡在振動平衡位置時檢測光斑的幾何中心和感光表面的幾何中心重合，則當(dāng)襯底表面存在離焦高度DefocusH時，振動反射鏡在振動平衡位置時檢測光斑的幾何中心Pe在Z軸方向相對于感光表面的幾何中心存在偏差e ；當(dāng)振動反射鏡的反射表面繞其旋轉(zhuǎn)軸ft·作周期性簡諧振動的過程中，在感光表面所在平面內(nèi)，檢測光斑將會沿Z軸方向，以Pe位置為中心作周期性擺動，將偏差e預(yù)先標(biāo)定在范圍[-E3，E3]內(nèi)，根據(jù)偏差e與輸出信號時間波形特征變化量列對應(yīng)的時間量之間的關(guān)系，確立離焦高度DefocusH與輸出信號時間波形特征變化量之間的量化關(guān)系，檢測過程中通過計數(shù)獲得輸出信號時間波形特征變化量一列對應(yīng)的時間量之后，根據(jù)預(yù)先標(biāo)定出來的上述量化關(guān)系，計算出離焦高度 DefocusH ；其中，對準(zhǔn)裝置中的投影光學(xué)系統(tǒng)的光軸為Z軸；檢測光斑周期性擺動的振幅為Amp， 數(shù)字光電探測裝置的有效感光表面沿Z軸方向的寬度為Dl，檢測光斑沿Z軸方向?qū)挾葹?D2，振幅 Amp 大于 Dl 與 D2 之和的一半，E3 = (D1+D2)/2+Amp。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，當(dāng)襯底表面存在離焦高度DefocusH時，在振動反射鏡表面位于振動平衡位置時，來自傾斜入射檢測光學(xué)系統(tǒng)第二平面反射鏡輸出的檢測光束相對振動反射鏡表面的入射角為45度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，當(dāng)襯底表面存在離焦高度DefocusH時，在振動反射鏡表面位于振動平衡位置時，上述第二平面反射鏡輸出的檢測光束因為離焦高度 DefocusH發(fā)生的橫向偏移ee，上述橫向偏移ee = kk*e，其中Iik為一比例常數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，上述檢測光束垂直入射感光表面時，上述比例常數(shù)Ick= 1。
全文摘要
一種調(diào)焦調(diào)平檢測裝置及方法，該裝置具有傾斜入射檢測光學(xué)系統(tǒng)，振動反射鏡光學(xué)系統(tǒng)，數(shù)字光電探測裝置，調(diào)焦調(diào)平測量裝置控制器，運動臺控制器。該裝置利用離焦高度引起的偏差通過振動反射鏡調(diào)整后在數(shù)字光電探測裝置上的檢測光斑的位置偏差和時間段之間的量化關(guān)系測量離焦高度，從而實現(xiàn)調(diào)焦調(diào)平。該調(diào)焦調(diào)平檢測方法采用了數(shù)字化檢測方法，基本消除了模擬電路易受光、電磁和熱等環(huán)境因素影響的弊端，顯著增強了調(diào)焦調(diào)平檢測系統(tǒng)的抗干擾性能，有利于調(diào)焦調(diào)平檢測精度和測量穩(wěn)定性的進(jìn)一步提高。
文檔編號G03F9/00GK102298278SQ20101020999
公開日2011年12月28日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者李志丹, 潘煉東, 田湍, 陳飛彪, 魏禮俊 申請人:上海微電子裝備有限公司