本發(fā)明涉及曝光領域，特別涉及一種測校裝置及測校方法。

背景技術：

投影光刻機或稱投影光刻設備，是將掩模上的圖案通過投影物鏡投影到工件表面的裝置。在投影光刻設備中，必須有自動調(diào)焦調(diào)平裝置和對準裝置指引工件臺將工件表面精確地移動到指定的曝光位置。目前實現(xiàn)調(diào)焦調(diào)平的傳感器主要是基于光電式三角測量的調(diào)焦調(diào)平傳感器，實現(xiàn)水平位置對準的裝置主要是基于機器視覺的機器視覺對準傳感器。

基于CCD圖像傳感器的光電探測方案比較成熟，是基于光電式三角測量的調(diào)焦調(diào)平技術方案中的一種，其依據(jù)標記光斑投影在被測物面上的位置與其被反射后成在探測器(CCD等光電式探測器，后文統(tǒng)稱為CCD)上像的位置對應關系，計算出被測物面的離焦量，像在CCD上的位置數(shù)據(jù)是通過圖像處理的方式獲得；而基于機器視覺的對準傳感器是依靠對被測工件面上的對準標記與基準板上的對準標記成像，經(jīng)圖像處理后得到被測工件與基準板的水平位置關系。兩種傳感器均是通過將標記成像到CCD上后，經(jīng)各自圖像處理的方式得到對應的位置關系。

現(xiàn)在光刻機中典型的調(diào)焦調(diào)平測量模塊和對準測量模塊是兩個相互獨立的模塊：調(diào)焦調(diào)平測量模塊僅對被測工件進行離焦量和傾斜量的檢測，而對準測量模塊僅對被測工件的水平位置的偏移量進行測量，兩者在使用的時候相互之間幾乎沒有聯(lián)系。此外，調(diào)焦調(diào)平傳感器在進行精測前，被測工件離焦量有可能超出了傳感器的精測量程，也就是說，在進行精測前需要一個粗測的過程，這樣就增加了調(diào)焦調(diào)平的測量時間，影響整機的產(chǎn)率；另外對準傳感器對準測量的時候，只要對準標記的成像分辨率在對準鏡頭的某個焦深范圍內(nèi)高于某個值，就認為測量值是滿足要求的，然而實際的對準鏡頭一般的焦深范圍有正負 十幾、二十幾微米，也就是說有可能在離焦十幾到二十幾微米就進行對準，而非在最佳焦面進行對焦的，這樣不利于提高對準的精度，最終會影響掩模與工件的對準精度，最后影響曝光的質量。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種測校裝置及測校方法，以提高調(diào)焦調(diào)平和對準的測量精度，提高光刻機的曝光精度，提高曝光工藝的產(chǎn)率。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種測校裝置，包括：照明組件，包括光源、照明鏡頭和空間光調(diào)制器，所述照明組件用于形成不同模式的照明光束；

投影照明系統(tǒng)，用于將所述照明光束投射到工件的對準標記上；調(diào)焦調(diào)平功能系統(tǒng)，用于測量工件的離焦傾斜量并反饋至曝光系統(tǒng)的工件臺；對準功能系統(tǒng)，用于對測量工件的水平位置偏移量并反饋至曝光系統(tǒng)的工件臺；所述調(diào)焦調(diào)平功能系統(tǒng)與所述對準功能系統(tǒng)共用部分光路。

作為優(yōu)選，所述光源包括光纖和LED、鹵素燈或氙光燈。

作為優(yōu)選，所述空間光調(diào)制器為可變光闌。

作為優(yōu)選，所述空間光調(diào)制器采用可動機械光闌。

作為優(yōu)選，所述可動機械光闌包括用于對準的第一光闌和帶有標記狹縫的第二光闌以及用于驅動所述第一、第二光闌進行照明模式切換的電機。

作為優(yōu)選，所述投影照明系統(tǒng)包括轉向組件和透鏡組，照明光束經(jīng)所述轉向組件和透鏡組投射到工件的對準標記上。

作為優(yōu)選，所述調(diào)焦調(diào)平功能系統(tǒng)和對準功能系統(tǒng)包括轉向組件、透鏡組、分束器件、孔徑光闌和探測器，其中，所述轉向組件、透鏡組和分束器件設置有一組，為所述調(diào)焦調(diào)平功能系統(tǒng)和對準功能系統(tǒng)的共用部分；所述孔徑光闌和探測器設置有兩組；工件上的反射光經(jīng)所述轉向組件和透鏡組投射到分束器件，由分束器件將反射光分為兩束，經(jīng)各自的孔徑光闌后分別投射到探測器上。

作為優(yōu)選，所述探測器采用面陣CCD。

本發(fā)明還提供一種測校方法，采用如上所述的測校裝置，包括：空間光調(diào)制器切換至調(diào)焦調(diào)平通光模式；調(diào)焦調(diào)平功能系統(tǒng)判斷工件臺上的工件是否存在離焦傾斜現(xiàn)象；若工件存在離焦傾斜，所述調(diào)焦調(diào)平功能系統(tǒng)測出離焦傾斜 量并傳遞至工件臺，工件臺調(diào)節(jié)所述工件至最佳曝光面，空間光調(diào)制器切換為對準照明模式；若工件不存在離焦傾斜，空間光調(diào)制器切換為對準照明模式；接著，對準功能系統(tǒng)判斷工件的對準標記是否存在水平位置偏移；若對準標記存在水平位置偏移，則對準功能系統(tǒng)測出水平位置偏移量并傳遞至工件臺，工件臺對所述工件進行校準，完成測校；若對準標記未水平位置偏移，則直接完成測校。

作為優(yōu)選，在調(diào)焦調(diào)平功能系統(tǒng)判斷工件臺上的工件是否存在離焦傾斜現(xiàn)象步驟中：當工件存在Δz的離焦量時，則子光斑的像位置的偏移量分別為Δy1、Δy2、Δy3，那么離焦量Δz可表示為：

其中，θ為照明光束投射到所述對準標記上的入射角度，β為調(diào)焦調(diào)平功能系統(tǒng)的放大系數(shù)。

作為優(yōu)選，當工件傾斜時，通過對對準標記上的多個點離焦量，計算出對準標記的傾斜量。

作為優(yōu)選，子光斑的對應被測面上點離焦量為Δz1、Δz2、Δz3…，對應的表達式為：

作為優(yōu)選，在所述對準功能系統(tǒng)判斷工件的對準標記是否存在水平位置偏移步驟中：設對準標記處于理論水平位置時中心坐標為(x₀，y₀)，對應的像中心坐標為(xi₀，yi₀)；當對準標記相對于理論水平位置有偏移時，設偏離后的標記中心坐標為(x₁，y₁)，則對應的像中心位置坐標為(xi₁，yi₁)，則對準標記的水平位置偏移量Δx、Δy為：Δx＝(xi₁-xi₀)/M；Δy＝(yi₁-yi₀)/M/cosθ；其中，θ為照明光束投射到所述對準標記上的入射角度，M為對準功能系統(tǒng)的放大系數(shù)。

作為優(yōu)選，對準照明模式的空間光調(diào)制器上的通光孔為圓孔、方孔或者環(huán)形孔。

作為優(yōu)選，調(diào)焦調(diào)平通光模式的空間光調(diào)制器上的通光孔為狹縫。

作為優(yōu)選，所述圓孔、方孔或者環(huán)形孔的孔徑大于所述狹縫的孔徑。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：由于在對準過程前有一個對焦過程，也就是當工件不在對準鏡頭的焦深范圍之內(nèi)的情況下，需要通過工件臺將被測工件調(diào)節(jié)到對準鏡頭的焦深范圍之內(nèi)，最后在對準鏡頭拍攝到的對準標記圖形認為是最清晰，也就是處于“最佳焦面”的時候，才進行對準過程，而這一過程其實就是調(diào)焦調(diào)平功能系統(tǒng)進行精測之前的粗測過程。因此，本發(fā)明可以省去粗測流程，為整個工藝流程節(jié)省時間；對于調(diào)焦調(diào)平功能系統(tǒng)來說，對被測工件進行調(diào)焦調(diào)平的過程就是將被測工件的離焦量和傾斜量進行精確的測繪，并將精確的離焦和傾斜量反饋給工件臺，然后工件臺將被測工件調(diào)節(jié)到曝光物鏡的最佳曝光面，其實就是將被測工件調(diào)節(jié)到最佳焦面，為對準功能系統(tǒng)提供一個最佳焦面進行對準，可以提高對準的精度。因此，本發(fā)明可以節(jié)省光刻機的調(diào)焦調(diào)平流程的時間，提高對準精度。本發(fā)明充分利用空間光調(diào)制器的高靈活性和可操作性強的特點，針對對準過程和調(diào)焦調(diào)平過程的不同工作模式，對應地改變照明模式，分別完成各自的工作流程，將對準功能系統(tǒng)和調(diào)焦調(diào)平功能系統(tǒng)集成在一起，可以節(jié)省制造成本、節(jié)約機構空間，此外，調(diào)焦調(diào)平過程與對準過程相對認證，可以提高調(diào)焦調(diào)平和對準的測量精度，最終有助于提高物鏡曝光質量，提高產(chǎn)品良率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一具體實施方式中一種測校裝置的結構示意圖；

圖2為圖1的A部放大圖；

圖3a～圖3b為可變光闌切換照明模式對應的對準照明模式與調(diào)焦調(diào)平通光模式的示意圖；

圖4a～圖4b為可動機械光闌切換照明模式對應的對準照明模式與調(diào)焦調(diào)平通光模式的示意圖；

圖5為本發(fā)明一具體實施方式中一種測量方法流程圖；

圖6a～6b為本發(fā)明一具體實施方式中硅片上FLS投影光斑形狀和對應探測器采集到的信號示意圖；

圖7a～7b為本發(fā)明一具體實施方式中硅片離焦現(xiàn)象和對應探測器采集到的 信號示意圖；

圖8a～8b為本發(fā)明一具體實施方式中硅片上對準標記照明和對應探測器采集到的圖像示意圖；

圖9a～9b為本發(fā)明一具體實施方式中硅片上對準標記有水平偏移時的照明和對應探測器采集到的圖像示意圖。

圖中所示：000-掩模、001-曝光物鏡、002-對準標記、003-工件臺；

1-光源、2-照明鏡頭、3-空間光調(diào)制器、31-可變光闌、32-可動機械光闌、321-第一光闌、322-第二光闌、323-電機、4-第一轉向組件、5-第一透鏡組、6-第二轉向組件、7-第三轉向組件、8-第二透鏡組、9-分束器件、10-第一孔徑光闌、11-第三透鏡組、12-第一探測器、13-第二孔徑光闌、14-第四透鏡組、15-第二探測器。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。需說明的是，本發(fā)明附圖均采用簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

如圖1～2所示，本發(fā)明提供一種集調(diào)焦調(diào)平和對準于一體的測校裝置，其包括：照明組件、投影照明系統(tǒng)、調(diào)焦調(diào)平功能系統(tǒng)(FLS)和對準功能系統(tǒng)(MVS)。

具體地，所述照明組件包括光源1、照明鏡頭2和空間光調(diào)制器3(SLM)，光源1采用帶寬較寬的白光光源，如：LED、鹵素燈、氙光燈等，進一步的，所述光源1還包括與所述LED、鹵素燈或氙光燈相匹配的光纖。

如圖3a～3b、4a～4b所示，所述空間光調(diào)制器3采用可變光闌31或者可動機械光闌32，具有靈活性好、可操作性高的特點。進一步的，所述可動機械光闌32包括用于對準的第一光闌321和帶有標記狹縫的第二光闌322以及驅動所述第一、第二光闌321、322進行照明模式切換的電機323；若空間光調(diào)制器3采用可變光闌31時，則可以采用軟件控制實現(xiàn)可變光闌31的改變進行照明模式切換。

具體地，本發(fā)明中的照明模式有兩種，一種是如圖3a、4a所示的對準照明模式，此時空間光調(diào)制器3的通光孔為圓孔、方孔或環(huán)形孔，另一種是如圖3b和4b所示的調(diào)焦調(diào)平通光模式，此時空間光調(diào)制器3的通光孔為狹縫，當然，透過狹縫的光斑投影到工件臺003的工件上后避開對準標記002。所述圓孔、方孔或者環(huán)形孔的孔徑大于所述狹縫的孔徑，使得在對準照明模式中，照明光束經(jīng)投影照明光路后給予對準標記002照明，并能夠覆蓋整個投影照明光路的物方視場。

所述投影照明系統(tǒng)包括第一轉向組件4、第一透鏡組5和第二轉向組件6，照明光束經(jīng)所述第一轉向組件4、第一透鏡組5和第二轉向組件6投射到工件的對準標記002上。需要說明的是，對于所述調(diào)焦調(diào)平功能系統(tǒng)而言，所述投影照明系統(tǒng)為光斑投影支路，而對所述對準功能系統(tǒng)而言，所述投影照明系統(tǒng)為照明光路，兩光路的目的均是將照明光束投射到所述對準標記002上。

繼續(xù)參照圖1，所述調(diào)焦調(diào)平功能系統(tǒng)和對準功能系統(tǒng)均包括：第三轉向組件7、第二透鏡組8、分束器件9、孔徑光闌和探測器。具體地，所述第三轉向組件7、第二透鏡組8和分束器件9為所述調(diào)焦調(diào)平功能系統(tǒng)和對準功能系統(tǒng)的共用部分，均設置為一組；所述孔徑光闌和探測器設置有兩組，分別為第一孔徑光闌10、第二孔徑光闌13和第一探測器12、第二探測器15。進一步的，第一孔徑光闌10與第一探測器12之間設置有第三透鏡組11，第一孔徑光闌10、第三透鏡組11和第一探測器12為所述調(diào)焦調(diào)平功能系統(tǒng)的一部分；所述第二孔徑光闌13與第二探測器15之間設置有第四透鏡組14，且所述第二孔徑光闌13、第四透鏡組14和第二探測器15為所述對準功能系統(tǒng)的一部分。

照明光束經(jīng)工件反射形成反射光，所述反射光經(jīng)所述第三轉向組件7和第二透鏡組8投射到分束器件9，由分束器件9將反射光分為兩束，一束經(jīng)第一孔徑光闌10入射到第一探測器12上，另一束經(jīng)第二孔徑光闌13后投射到第二探測器15上。

較佳的，所述第一、第二、第三轉向組件4、6、7均采用反射鏡或者反射棱鏡，所述第一、第二探測器12、15采用面陣CCD。

如圖5所示，本發(fā)明還提供一種測校方法，采用如上所述的測校裝置，其包括：調(diào)焦調(diào)平過程和對準過程，由于本發(fā)明采用三角測量方式，對于對準過 程而言，對準標記002的水平位置偏移有兩種情況，一種情況是對準標記002水平位置沒有偏移，但是工件的離焦會使第二探測器15檢測到的對準標記002有“水平位置”偏移現(xiàn)象，這種情況屬于對準標記002的“偽水平偏移”現(xiàn)象，必須將其排除；另一種情況是對準標記002確實有水平位置偏移現(xiàn)象，第二探測器15將水平位置偏移量測出后反饋給工件臺003，然后工件臺003進行校準。因此，為了排除對準標記002的“偽水平偏移”現(xiàn)象，本發(fā)明首先執(zhí)行調(diào)焦調(diào)平過程，待工件臺003至最佳曝光面后再執(zhí)行對準過程。

調(diào)焦調(diào)平過程：SLM切換為圖3b、4b所示的投影狹縫即調(diào)焦調(diào)平通光模式，最后以入射角θ投影到被測面即工件上，透過狹縫的光斑投影到被測面的圖形如圖6a所示，因為垂直光軸的光斑斜入射到被測面上的光斑會有彌散，靠近中心的光斑彌散會小一些，遠離中心的光斑彌散量會大一些，被反射的光斑經(jīng)第三轉向組件7、第二透鏡組8、分束器件9、第一孔徑光闌10和第四透鏡組11收集，以一定放大倍率β成像到第一探測器12，經(jīng)圖像處理后得到信號曲線如圖6b所示。

具體地，當被測工件有Δz的離焦的時候，如圖7a所示，那么對應第一探測器12探測到的光斑信號曲線如圖7b中的實線信號曲線所示，那么光斑在第一探測器12上的像位置的偏移量，通過相關算法后得到各子光斑的偏移量分別為Δy1、Δy2、Δy3，那么離焦量Δz可表示為：

若被測工件有傾斜，那么三個狹縫對應的子光斑對應被測面上點離焦量分別為Δz1、Δz2、Δz3，對應的表達式為：

因此，可以通過對工件上的多點的離焦量Δz1、Δz2、Δz3…可以計算出傾斜量Rx、Ry值，完成調(diào)焦調(diào)平的工作流程。

接著，執(zhí)行對準工作過程：SLM 3的切換至如圖3a、4a所示的對準照明模式，光源1發(fā)出的光束經(jīng)照明鏡頭2準直后，照明光束透過SLM 3的通光孔經(jīng)由第一轉向組件4、第一透鏡組5、第二轉向組件6以入射角θ照射在對準標記 002所在區(qū)域。

如圖8a所示，照明光束經(jīng)工件表面和對準標記002反射后，被由第三轉向組件7、第二透鏡組8、分束器件9、第二孔徑光闌13，第四透鏡組14收集后，以一定倍率M放大后成像到第二探測器15上，所述第二探測器15采集到的對準標記002的圖像如圖8b所示。

當對準標記002處于理論的水平位置時，按照圖1中的坐標系，設對準標記002處于理論水平位置時，其中心坐標為(x₀，y₀)(僅對水平位置坐標進行設置，后文相同)，則對準標記002在第二探測器15上對應的像中心坐標為(xi₀，yi₀)，需要說明的是，像位置中心的坐標需要通過一定的圖像處理算法獲得，此為現(xiàn)有技術不予贅述；當對準標記002相對于理論水平位置(x₀，y₀)有偏離的時候，如圖9a所示，虛線標記表示原對準標記002的位置，實線標記是偏離后的對準標記，設偏離后的對準標記的中心坐標為(x₁，y₁)，而對應在第二探測器15上的成像如圖9b所示，虛線的像表示原對準標記002的圖像，實線的像表示偏離后的對準標記002的成像，對應的像中心位置坐標為(xi₁，yi₁)，設像的位置偏離量分別為Δh_x、Δh_y，對應對準標記002的偏離量Δx、Δy，那么根據(jù)成像結構特點，Δh_x、Δh_y與對應對準標記002的偏離量Δx、Δy關系式為：

Δx＝x₁-x₀＝Δh_x/M＝(xi₁-xi₀)/M (2-1)

Δy＝y(tǒng)₁-y₀＝Δh_y/M/cosθ＝(yi₁-yi₀)/M/cosθ (2-2)

簡化后的計算式即為：

Δx＝(xi₁-xi₀)/M (3-1)

Δy＝(yi₁-yi₀)/M/cosθ (3-2)

式中，M和θ分別是對準功能系統(tǒng)的放大倍率和照明的入射角，由于是三角傾斜入射，所以投影方向的水平位置與對應的像面位置存在(2-2)或者(3-2)公式所示的三角余弦關系。

結合上述可知，本發(fā)明的所述測校方法，包括以下步驟：

首先，空間光調(diào)制器切換至調(diào)焦調(diào)平通光模式；

調(diào)焦調(diào)平功能系統(tǒng)判斷工件臺003上的工件是否存在離焦傾斜現(xiàn)象；

若工件存在離焦傾斜，所述調(diào)焦調(diào)平功能系統(tǒng)測出離焦傾斜量并傳遞至工 件臺003，工件臺003調(diào)節(jié)所述工件至最佳曝光面，空間光調(diào)制器3切換為對準照明模式；若工件不存在離焦傾斜，空間光調(diào)制器3切換為對準照明模式；

接著，對準功能系統(tǒng)判斷工件的對準標記002是否存在水平位置偏移；

若對準標記002存在水平位置偏移，則對準功能系統(tǒng)測出水平位置偏移量并傳遞至工件臺003，工件臺003對所述工件進行校準，完成測校；若對準標記未水平位置偏移，則直接完成測校。

接著，執(zhí)行曝光動作，曝光流程為當被曝光的工件處于曝光物鏡001的最佳焦面時，掩模000上的圖形經(jīng)曝光光照明后經(jīng)曝光物鏡001成像到工件臺003的被曝光面上，對對應位置的光刻膠進行曝光，然后再經(jīng)其他一系列的流程后完成光刻流程，由于光刻流程不是本發(fā)明重點內(nèi)容，且為現(xiàn)有技術，此處不再詳細敘述。

綜上所示，本發(fā)明充分利用空間光調(diào)制器的高靈活性和可操作性強的特點，針對對準過程和調(diào)焦調(diào)平過程的不同工作模式，對應地改變照明模式，分別完成各自的工作流程，將對準功能系統(tǒng)和調(diào)焦調(diào)平功能系統(tǒng)集成在一起，可以節(jié)省制造成本、節(jié)約機構空間，此外，調(diào)焦調(diào)平過程與對準過程相對認證，可以提高調(diào)焦調(diào)平和對準的測量精度，最終有助于提高物鏡曝光質量，提高產(chǎn)品良率。

顯然，本領域的技術人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。