[發明專利]位置測量裝置和方法

無效

• 申請號: 200910194433.4
• 申請日: 2009-08-21
• 公開（公告）號: CN101634545A
• 公開（公告）日: 2010-01-27
• 發明（設計）人: 張沖;李志丹
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/02;G01B11/26
• 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

本發明涉及一種光機電設備，具體涉及一種位置測量裝置和方法。

背景技術

光刻裝置是大規模集成電路生產的重要設備之一。光刻機可將掩模板上的圖形通過曝光裝置按一定比例轉移到要加工的對象上(如硅片等)。硅片在這里泛指所有被曝光對象，包括襯底、鍍膜和光刻膠等。在曝光過程中，需要使加工對象(如硅片等)的相應表面保持在曝光裝置的焦深范圍之內。為此，光刻機采用了用于測量加工對象(如硅片等)的表面位置信息的調焦調平測量系統。調焦調平測量系統可以和夾持加工對象(如硅片等)的工件臺一起使加工對象(如硅片等)的被曝光區域一直處于光刻機曝光裝置的焦深之內，從而使掩模板上的圖形理想地轉移到加工對象(如硅片等)上。

上述調焦調平測量系統中，都要用到物體位置測量系統，物體位置測量系統是測量某一平面的位移量或傾斜量，有多種不同的實現方案，其中以上所述的光電式非接觸式測量由于其有多種優點最為常用。隨著投影光刻機分辨率的不斷提高和投影物鏡焦深的不斷減小，對光刻機內調焦調平測量分系統的測量精度和能夠實時測量曝光區域等性能的要求也越來越高。因此目前步進掃描中所采用的調焦調平測量系統通常為光電測量系統，如：基于光柵和四象限探測器的光電測量方法(美國專利US5191200)、基于狹縫和四象限探測器的光電探測方法(美國專利US?6765647B1)、基于針孔和面陣CCD的光電探測方法(美國專利US?6081614)和基于PSD(位置敏感器件)的光電測量方法(中國專利：200610117401.0和Focusing?and?leveling?system?using?PSDs?for?the?wafersteppers.Proc.SPIE，1994，2197：997-1003.)。上述調焦調平測量系統都較為復雜，而且除基于光柵和四象限探測器的光電測量方法(美國專利US5191200)以及基于PSD的光電測量方法(中國專利：200610117401.0)之外，上述調焦調平測量系統都是非差分測量系統，因此穩定性較差。而除基于狹縫和四象限探測器的光電探測方法(美國專利US?6765647B1)外，上述調焦調平測量系統都會受被測對象單點測量區域內局部反射率不均的影響，因此其工藝適應性差。

局部反射率不均的現象產生于在IC制造過程中。IC制造過程中會有不同的硅片基底、涂層、光刻膠、以及硅片上會有不同的已經加工上去的圖形等工藝相關的特性并最終引起整個硅片的局部和整體反射率等的變化。而這些局部和整體的反射率的變化會引起調焦調平測量系統的測量誤差，有人把這一類誤差叫做“工藝相關性誤差”。根據現有的調焦調平測量系統(如美國專利US5191200等)實際工作測量，這一“工藝相關性誤差”可達到微米量級，而一般100nm節點的光刻機對調焦調平測量系統的測量精度要求為10nm量級，所以這種誤差的存在會使整個光刻機無法正常工作。為了消除這一誤差，現有的做法都是采用在線矯正的辦法。在線矯正的辦法需要做大量工藝試驗來確定各種不同工藝下工藝相關性誤差的修正因子，然后再在實際工作中根據不同的工藝在線修正調焦調平測量系統的工藝相關性誤差。而且，為了安全和保證成品率，每更換一次工藝還需要再進行對調焦調平測量系統的測試。

又比如在一公開的專利(專利號：CN20071017196.5)中的光刻機中的調焦調平測量系統就是物體位置測量系統應用的另一種情況，雖然該專利提供的方法相對于之前的方法在穩定性上有所提高，但是在該專利中，依舊存在以下缺點：投影與探測光柵采用的是編碼光柵探測方案，導致整體構造復雜；另外由于該方法中沒有采用相應的細分技術，因此該測量系統的測量靈敏度也不高。

發明內容

為了克服已有技術中存在的缺點，本發明提供一種位置測量裝置，包括光源模塊、照明模塊、投影光闌、投影光柵、投影成像模塊、探測成像模塊、探測光柵和探測模塊，所述光源模塊發出的光經過所述照明模塊、所述投影光闌和所述投影光柵后，由所述投影成像模塊將所述投影光柵成像于被測對象上，以形成光柵像，所述探測成像模塊將所述光柵像成像于所述探測光柵以形成探測像，所述探測像和所述探測光柵疊加形成莫爾條紋，所述莫爾條紋被所述探測模塊探測，其中所述投影光柵為粗光柵。

可選的，所述投影光柵和所述探測光柵的線空比均為1∶1。

可選的，所述投影光柵的柵距是所述探測光柵的柵距的整數倍。

可選的，所述投影光柵的柵距是所述探測光柵的柵距的1倍、2倍、3倍、4倍或者5倍。

可選的，所述探測光柵和所述探測像成一夾角放置。