[發明專利]一種測量范圍可擴展的調焦調平裝置及調焦調平方法

有效

• 申請號: 200910057985.0
• 申請日: 2009-09-29
• 公開（公告）號: CN102033438A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 潘煉東;李志丹;陳飛彪;張沖
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備有限公司
• 主分類號: G03F9/00
• 分類號: G03F9/00;G03F7/20
• 代理公司: 北京連和連知識產權代理有限公司 11278
• 代理人: 王光輝

技術領域

本發明涉及集成電路或其他微型器件制造領域的光刻設備，尤其涉及一種對硅片進行調焦調平測量的調焦調平裝置及方法。

背景技術

在投影光刻設備中，通常使用調焦調平測量裝置實現對硅片表面特定區域高度和傾斜度的測量。目前的掃描投影光刻裝置中，多使用光學測量法實現硅片的調焦調平測量。

美國專利U.S.4,558,949(Horizontal?position?detecting?device，申請于1982年9月17日)公開了一種調焦調平測量裝置，該裝置共有兩套獨立的測量系統，分別用于硅片特定區域高度和傾斜度的測量。在高度測量系統中，使用投影狹縫和探測狹縫實現對硅片高度的探測，同時使用掃描反射鏡實現對被測信號的調制。在傾斜測量系統中，投影分支在硅片表面形成一個較大的測量光斑，經硅片反射后，該光斑成像在一個四象限探測器上，根據探測器上每個象限探測的光強，實現對硅片表面特定區域傾斜度的測量。為了滿足掃描投影光刻機的要求，該裝置的技術的得到進一步的改進(SPIE，1996，2726：767～779)。改進后的技術采用了多點測量的方式，在硅片表面形成多個測量點，從而實現硅片的調焦調平測量。

該技術可實現較高的測量精度，但其測量原理決定了其測量范圍受描反射鏡的振幅和測量光斑在掃描方向的尺寸影響比較大。要獲取更大的測量范圍就需要更大振幅的掃描反射鏡，這對掃描反射鏡的性能提出了更高的要求，而且使得測量系統的機械結構更加龐大。隨著步進掃描光刻機的發展，調焦調平裝置要求更高的測量精度以適應有效焦深的縮短，然而，投影光刻裝置往往又要求調焦調平測量裝置擁有較大的粗測捕獲范圍，一般要求數百個微米甚至更高。

發明內容

針對上述問題，本發明提出了一種新的調焦調平裝置及相應的測量方法，在探測面上按一定規律布置擴展接收狹縫，通過多個接收狹縫對從硅片表面反射回來的同一路光斑信號進行檢測，根據在不同狹縫后檢測到的能量信號進行綜合處理，可以獲得硅片表面上對應點的位置信息。

一種測量范圍可擴展的調焦調平裝置，該裝置具有：

光源；

接收光源發出的光并將其照射到被測硅片表面形成測量光斑矩陣W的光學投影單元；

接收由被測硅片反射的光斑的光學接收單元；

具有掃描反射鏡的光學調制單元，所述掃描反射鏡在測量調平時作正弦振動；

接收狹縫面，該狹縫面上具有與硅片上的各個光斑一一對應的狹縫的狹縫矩陣S，經由掃描反射鏡反射的光斑成像于該接收狹縫面上；

將穿過狹縫的光能像信號轉化為電信號的光電探測器；

對光電探測器輸出的電信號進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展狹縫，用于擴展調焦調平裝置的測量范圍。

其中，所述光斑矩陣和狹縫矩陣均為m×n矩陣。

其中，所述擴展狹縫是在掃描方向上分別形成于狹縫s(1，n)和狹縫s(m，1)兩側的狹縫。

其中，接收狹縫面上的所有狹縫的尺寸均與經掃描反射鏡反射后的光斑的尺寸相同。

其中，掃描反射鏡的振動頻率為f，振幅為A＝0.5arctan(d/2L)，其中d為狹縫在掃描方向的長度，L為掃描反射鏡中心與狹縫中心之間的距離。

其中，當狹縫s(1，n)和狹縫s(m，1)兩側每側的擴展狹縫均為k個時，該裝置的測量范圍被擴展為[-kl-3d/2，kl+3d/2]，其中l為相鄰狹縫的中心距離，且l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分別形成有擴展狹縫，用于與其它擴展狹縫配合測量硅片的傾斜。

一種使用本發明的調焦調平裝置在投影光刻設備中將硅片曝光區域EA調整到調焦調平裝置零平面的方法，具有如下步驟：

(a)利用狹縫s(1，n)和狹縫s(m，1)兩側的擴展狹縫獲取擴展測量點的高度值h1、h2；

(b)計算EA的中心高度h，h≈(h1+h2)/2；

(c)將高度h作為位置偏差設定值發送至支承硅片的工件臺；

(d)使工件臺帶動硅片進行位置粗調，從而進入單個狹縫的測量范圍；

(e)利用EA上的多個光斑信號進行擬合測量，即獲得EA上多個測量點的高度值并利用多個高度值進行平面擬合計算，得到EA所在平面位置和姿態的粗測結果；

(f)根據(e)的測量結果進行再次調整，使EA進入精測區間；

(g)利用EA上的多個光斑信號進行擬合測量，方法同(e)，得到EA平面位置和姿態的精測結果；