[發明專利]三掃描式硅片調焦調平測量裝置、系統以及方法

有效

• 申請號: 200810040348.8
• 申請日: 2008-07-08
• 公開（公告）號: CN101320218A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發明（設計）人: 陳飛彪;徐兵;金小兵;張沖
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備有限公司
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所
• 代理人: 屈蘅;李時云

技術領域

本發明涉及一種調焦調平測量裝置以及方法，特別是一種用于測量硅片表面特定區域相對于投影物鏡最佳焦平面的高度和傾斜度的調焦調平測量裝置以及方法。

背景技術

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，調焦調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。常用的非接觸式調焦調平測量方法有三種：光學測量法、電容測量法以及氣壓測量法。

請參閱圖1，其中顯示了光學曝光系統平面原理示意圖。如圖所示，在照明系統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。在圖1中，在投影物鏡310和硅片420之間有一個硅片調焦調平測量裝置500，該裝置與投影物鏡310或投影物鏡支承300進行剛性聯接，用于對硅片420表面的位置信息進行測量，測量結果送往硅片表面位置控制系統560，經過信號處理和調焦調平量的計算后，驅動調焦調平執行器430對工件臺410的位置進行調整，完成硅片420的調焦調平。

硅片調焦調平測量裝置的光機部分一般由照明單元、投影單元、成像單元以及探測單元組成，其中投影單元將狹縫(陣列)投影在硅片表面，并形成測量光斑(陣列)。

現有技術的掃描投影光刻裝置中，多使用光學測量法實現調焦調平測量，光學調焦調平測量裝置的技術多種多樣。其中，Nikon公司采用基于掃描反射鏡調制的技術，具體參見美國早期專利US4558949，公開于1985年12月17日，該發明專利所揭示的技術方案是使用掃描反射鏡對測量信號進行調制，進而使用相敏解調對光電轉換之后的電信號進行解調，從而獲得與硅片表面高度一一對應的電信號，該技術方案很好地解決了測量信號信噪比較低的問題，但同時也存在以下幾點不足：

(1)有效的線性化區域有限。

經過相敏解調出的信號為與掃描反射鏡掃描頻率同頻率的信號，該信號的強度直接反映了當前硅片表面的高度，但該信號的強度與硅片表面高度信號之間呈類似于正弦曲線的變化趨勢，當測量光斑中心與探測狹縫中心的偏移量越來越大時，測量裝置的靈敏度越低，其重復精度也越低。當測量光斑中心與探測狹縫中心的偏移量為探測模塊測量光斑掃描方向寬度的一半的時候，測量裝置的靈敏度為零。因此，在正常使用中，一般只使用該類正弦曲線中間的某一段。

(2)提高測量范圍往往需要增加光學系統的視場。

如上所述，該測量裝置有效的線性化區域有限，從而要提高測量范圍往往需要增大測量光斑與探測狹縫在掃描方向上的尺寸。在多點測量時(如Nikon目前機型采用49個光斑，具體見“Higher?NA?ArF?scanning?exposure?tool?on?newplatform?for?further?100nm?technology?node”，Proc.SPIE，2001年第4346期，第651～658頁)，光學系統的視場勢必也要做大，這將使得光學系統成像質量更難控制，光學結構也將更加龐大。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種三掃描式硅片調焦調平測量裝置、系統以及方法，所述裝置具有較大的有效線性化區域，且光學設計難度小，結構相對緊湊。

為達到上述目的，本發明提供一種三掃描式硅片調焦調平測量裝置，應用于投影光刻機的調焦調平系統中，所述三掃描式硅片調焦調平測量裝置由照明單元、投影單元、成像單元及探測單元組成，所述投影單元將狹縫或者狹縫陣列投影在硅片表面，形成測量光斑或者光斑陣列，其中，所述探測單元包括第一、第二和第三子探測單元；所述成像單元出射的光束分別由第一、第二和第三子探測單元進行光信號調制和相敏解調后進入一數字控制器，所述數字控制器對上述相敏解調的結果進行處理并產生調焦調平測量結果。

進一步地，對應于所述狹縫或者狹縫陣列按光路傳播的順序，所述第一子探測單元依次設有第一掃描反射鏡或者反射鏡陣列、第一探測狹縫或者探測狹縫陣列、第一能量探測器或者能量探測器陣列以及第一電信號處理環節；所述第二子探測單元依次設有第二掃描反射鏡或者反射鏡陣列、第二探測狹縫或者探測狹縫陣列、第二能量探測器或者能量探測器陣列以及第二電信號處理環節；所述第三子探測單元依次設有第三掃描反射鏡或者反射鏡陣列、第三探測狹縫或者探測狹縫陣列、第三能量探測器或者能量探測器陣列以及第三電信號處理環節。