專利名稱：高精度垂向位置測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光刻裝置，尤其涉及光刻裝置中的硅片垂向位置測量裝置。
背景技術：
在科技飛速發(fā)展的今天，光電測量在高科技領域所占的比重越來越高，而對光學信號進行高頻調制往往是消除外界干擾最有效的手段。專利U. S. Patent :5461237提出了一種垂向測量方法，其信號調制是利用高頻振動的掃描反射鏡來產生高頻光學探測信號， 但該方法中信號調制頻率完全取決于掃面反射鏡的振動頻率，頻率調整相當困難、調整幅度也很有限，且高頻振動的掃描反射鏡必將帶來刺耳的噪音。設計一套能夠對光學信號在一定頻率范圍內進行調制，且不帶來高頻噪聲的垂向測量方法顯得越來越重要。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種垂向位置測量裝置，該裝置能對測量光信號在一定頻率范圍內進行調制，且不會帶來高頻噪聲。本發(fā)明提供了一種高精度垂向位置測量裝置，在該裝置中，光源發(fā)出的測量光束經由被測硅片反射后入射至高速旋轉的斬光器，斬光器將測量光束轉換成高頻光學信號， 該高頻光學信號被二象限PD接收，二象限PD將高頻光學信號轉換成兩個象限的電信號，對兩個象限的電信號進行分析處理得出被測硅片在垂向的位置偏移信息。其中，在入射至被測硅片表面之前，通過投影狹縫調整測量光束的尺寸。其中，利用準直透鏡將光源發(fā)出的測量光束轉換為平行光，然后入射至投影狹縫。其中，利用第一反射鏡將投影狹縫出射的測量光束反射至被測硅片表面上。其中，利用第二反射鏡將被測硅片表面反射的測量光束反射至偏置平板調整機構，以改變光束的偏移方向和偏移量。其中，通過第三反射鏡將偏置平板調整機構出射的測量光束反射至斬光器。其中，入射至斬光器的測量光束能完全通過斬光器上的透光孔。其中，透光孔的形狀尺寸大于入射的測量光束的光斑的形狀尺寸。其中，當被測硅片的上表面位于最佳焦面處時，二象限PD兩個象限測得的能量總和最大，且兩個象限的能量之差為零。其中，根據(jù)兩個象限的能量之差來判斷被測硅片上表面的垂向位置偏移量和偏移方向。其中，通過調整透光孔沿斬光器徑向位置、增減透光孔的數(shù)量、切換斬光器的旋轉速度等手段來改變該裝置的調制頻率。該裝置的運動部件只有一個高速旋轉的斬光器，結構簡單，易于實現(xiàn)，信號頻率調制范圍較大，靈活性好，適用性強，增減斬光器上方形孔的數(shù)量、調整方孔沿斬光器徑向位置、或切換斬光器的旋轉速度均可以改變該裝置的調制頻率。相對于高頻振動的信號調制裝置來說，該垂向位置測量裝置采用高速旋轉的斬光器對信號進行調制可以有效地減小噪
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圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的用于光刻機的垂向位置測量裝置結構示意圖。圖2所示為信號調制裝置結構示意圖。圖3所示為二象限PD接收到的測量光斑示意圖。圖4所示為垂向位置測量裝置被測量面相對于投影物鏡最佳焦面發(fā)生偏移時二象限PD接收到的測量光斑示意圖。圖5所示為二象限PD接收到的光強能量曲線示意圖。圖6為測量信號的處理流程示意圖。
具體實施例方式下面，結合附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例。本發(fā)明的高精度垂向位置測量裝置，可用于光刻機中的硅片垂向位置測量，如圖1 所示。垂向位置測量裝置光源2發(fā)出的雜散光經過準直透鏡3后形成平行測量光束，平行光束透過投影狹縫4后由反射鏡5將光束引向被測硅片6上表面，硅片6固定在工作臺7 上，可以隨工作臺7 —起移動。測量光束經硅片6反射后，攜帶著硅片表面位置信息由反射鏡8反射后透過偏置平板調整機構9，最后射向反射鏡10，反射鏡10將光束引向高速旋轉的斬光器11，透過斬光器方孔的光束被二象限PD12接收，通過對二象限PD12接收的光強能量進行分析處理，得到被測量硅片6相對于投影物鏡1最佳焦面的垂向位置信息。光刻機垂向位置測量裝置中的偏置平板調整機構9可用于改變測量光束的偏移方向，正常工作之前，首先調整該機構，使得被測量硅片6上表面與投影物鏡1的焦面重合時，經過反射鏡10反射之后的測量光束能夠全部透過斬光器的方孔102，如圖2所示。而此時透過方孔的光束在二象限PD12上形成一個測量光斑203，如圖3所示。調整二象限PD12 的安裝位置，使得光斑203在二象限探測器上第一象限201和第二象限202上光斑大小相同，即當被測量硅片6處于投影物鏡1最佳焦面位置時，二象限PD12上第一象限201與第二象限202上接收到的光強能量相同。為了便于測量，垂向位置測量裝置投影狹縫4和光路布局關系必須滿足如下條件，經過反射鏡10反射之后的測量光斑尺寸小于斬光器11上的方孔尺寸。正常工作時，斬光器11高速旋轉，此時二象限PD12接收到的是一個高頻信號。假設在某時刻二象限PD12 上第一象限201接收到的光強能量為仏，第二象限202接收到的光強能量為&，如圖3所示，當被測量硅片6上表面處于投影物鏡1最佳焦面位置時，二象限PD12上兩個象限201 和202上接收到的能量相同，即E1 =氏。當被測量硅片6上表面相對于投影物鏡最佳焦面發(fā)生偏移時，如圖4所示，二象限PD12上兩個象限201和202上接收到的能量不相同，若發(fā)生正向偏移，如301所示仏> E2,若發(fā)生負向偏移，如302所示E1 <E2。若二象限PD兩個象限的能量總和為E，即E = EJE2，能量之差為ΔΕ，Β卩ΔΕ = E1-E2，如圖5中所示，圖中虛線表示能量總和Ε，實線表示能量之差ΔΕ。在、、、、、時刻測量光束完全透過斬光器上的方孔時，二象限PD接收到的光強能量總和E最大，此時ΔΕ反映了被測量面的偏移量。當被測量面處于最佳焦面位置時，如401所示ΔΕ = 0，當被測量面相相對于最佳焦面發(fā)生正向偏移時，如402所示ΔΕ > 0，當被測量面相相對于最佳焦面發(fā)生負向偏移時，如403所示ΔΕ<0。因此，在E取得最大值的時亥lj，ΔΕ的大小反映了被測量面偏移量的大小，同時ΔΕ的正負也反映了偏移的方向。整個信號處理過程如圖6所示，首先分別對二象限PD12兩個象限的輸出信號進行采集，然后用矩形波分別對兩路測量信號進行幅值調制，調制完成后再進行模擬濾波和A/ D轉換，對A/D轉換之后的兩路數(shù)字信號進行相減，最后對結果分析計算即可得出垂向測量值。本說明書中所述的只是本發(fā)明的幾種較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對本發(fā)明的限制。凡本領域技術人員依本發(fā)明的構思通過邏輯分析、 推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本發(fā)明的范圍之內。
權利要求
1.一種高精度垂向位置測量裝置，在該裝置中，光源發(fā)出的測量光束經由被測硅片反射后入射至高速旋轉的斬光器，斬光器將測量光束轉換成高頻光學信號，該高頻光學信號被二象限PD接收，二象限PD將高頻光學信號轉換成兩個象限的電信號，對兩個象限的電信號進行分析處理得出被測硅片在垂向的位置偏移信息。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，在入射至被測硅片表面之前，通過投影狹縫調整測量光束的尺寸。
3.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，利用準直透鏡將光源發(fā)出的測量光束轉換為平行光，然后入射至投影狹縫。
4.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于，利用第一反射鏡將投影狹縫出射的測量光束反射至被測硅片表面上。
5.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其特征在于，利用第二反射鏡將被測硅片表面反射的測量光束反射至偏置平板調整機構，以改變光束的偏移方向和偏移量。
6.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于，通過第三反射鏡將偏置平板調整機構出射的測量光束反射至斬光器。
7.根據(jù)權利要求6所述的裝置，其特征在于，入射至斬光器的測量光束能完全通過斬光器上的透光孔。
8.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于，透光孔的形狀尺寸大于入射的測量光束的光斑的形狀尺寸。
9.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于，當被測硅片的上表面位于最佳焦面處時， 二象限PD兩個象限測得的能量總和最大，且兩個象限的能量之差為零。
10.根據(jù)權利要求9所述的裝置，其特征在于，根據(jù)兩個象限的能量之差來判斷被測硅片上表面的垂向位置偏移量和偏移方向。
11.根據(jù)權利要求1 10中任意一個所述的裝置，其特征在于，通過調整透光孔沿斬光器徑向位置、增減透光孔的數(shù)量、切換斬光器的旋轉速度等手段來改變該裝置的調制頻率。
全文摘要
一種高精度垂向位置測量裝置，在該裝置中，光源發(fā)出的測量光束經由被測硅片反射后入射至高速旋轉的斬光器，斬光器將測量光束轉換成高頻光學信號，該高頻光學信號被二象限PD接收，二象限PD將高頻光學信號轉換成兩個象限的電信號，對兩個象限的電信號進行分析處理得出被測硅片在垂向的位置偏移信息。
文檔編號G01B11/00GK102200428SQ201010130820
公開日2011年9月28日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權日2010年3月23日
發(fā)明者李志丹, 金小兵, 陳飛彪, 魯武旺 申請人:上海微電子裝備有限公司