[發明專利]一種焦面測量裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 201410052179.5
• 申請日: 2014-02-14
• 公開（公告）號: CN104849964B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 張鵬黎;徐文;王帆
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備（集團）股份有限公司
• 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(普通合伙)31237
• 代理人: 屈蘅,李時云

技術領域

本發明涉及光刻機領域，尤其涉及一種焦面測量裝置及其測量方法。

背景技術

投影光刻機是一種把掩模上的圖案通過投影物鏡投影到硅片表面的設備，為了使硅片表面位于指定的曝光位置，必須有自動調焦調平系統進行精確控制。在工藝過程中，需要檢測自動調焦調平系統是否正確調焦調平，即檢測硅片表面是否已位于指定的曝光位置，檢測的方法是獲得整個曝光場內硅片表面高度與傾斜信息，以此來判斷自動調焦調平系統是否正確調焦調平，而自動調焦調平系統又根據這些信息作相應調節，以精確控制硅片位置。

實現自動調焦調平控制功能有多種不同的技術方案。目前比較常用是非接觸式光電測量技術，例如激光三角測量法，其測量系統中光學部分都采用了滿足傾斜成像的光學結構，主要目的是使得用以調焦的標記在硅片表面成像清晰。

激光三角測量法精度高、速度快，然而其受底層的工藝圖案影響較大。在曝光工藝中，光刻膠下層通常有各種工藝圖案，這些圖案形狀、材料復雜多變，會導致硅片表面反射率不均，從而引起測量光斑在探測面強度分布不均，進而產生測量誤差。目前，有一種數字補償的方法，其在探測端增加一路成像單元，可以實時獲取測量光斑的強度分布，計算出不同位置的反射率差異，并根據該反射率的差異補償焦面測量結果，降低底層圖案的影響。

然而上述方法需要增加額外的成像單元，光路設計復雜，并且對成像單元的探測器響應速度、靈敏度要求較高，反饋補償的時效性要求較高，因此在工程實現上難度較大。

發明內容

本發明提供一種焦面測量裝置及其測量方法，以解決焦面測量過程中，硅片反射率不均以及工程實現難度大等問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種焦面測量裝置，包括：

投影單元，產生投影光束照射待測硅片表面，經所述硅片反射后產生探測光束；

探測單元，用于探測所述探測光束；

所述投影單元包括波長選擇單元及偏振調制單元，所述波長選擇單元對所述投影光束的波長或波段進行選擇，所述偏振調制單元對所述波長選擇單元輸出的投影光束的偏振態進行調制；

所述探測單元包括偏振解調單元，用于對控制從所述硅片上表面反射的探測光束透過；以及

參數設置單元，用于根據所述硅片的工藝特性對所述波長選擇單元、偏振調制單元及偏振解調單元的參數進行配置。

較佳地，所述投影單元還包括光源以及狹縫陣列。

較佳地，所述光源與所述波長選擇單元之間還設有第一透鏡。

較佳地，所述狹縫陣列與所述硅片之間還設有投影鏡組。

較佳地，所述投影鏡組由第二透鏡和第三透鏡組成。

較佳地，所述探測單元還包括探測鏡組，所述探測鏡組由第四透鏡和第五透鏡組成，所述第四透鏡和第五透鏡分設于所述偏振解調單元的入射光路和出射光路上。

較佳地，所述光源為LED光源、氙燈、鹵素燈或耦合了多個波長的光纖激光。

較佳地，所述波長選擇單元為光柵衍射型濾光片或多個透射型的帶通濾光片。

較佳地，所述偏振調制單元和偏振解調單元采用磁致旋光器、光電調制器或旋轉的偏振片。

本發明還提供了一種焦面測量方法，應用于一焦面測量裝置中，包括以下步驟：

S1：將硅片上載到工件臺上；

S2：根據所述硅片的工藝特性選擇調制方式；

S3：根據選擇的調制方式獲取調制的配置參數；

S4：根據所述的配置參數對所述焦面測量裝置的波長選擇單元、偏振調制單元以及偏振解調單元進行調節；

S5：執行焦面測量作業：以一投影光束照射所述硅片表面并收集所述硅片表面反射的探測光束，進而獲取硅片表面各點的高度值。

較佳地，在S2步驟中，若硅片的底層為周期性圖案，則選用靜態調制方式；若硅片的底層為非周期性圖案，則選用動態調制方式。

較佳地，所述靜態調制方式為：所述偏振調制單元調節投影光束，使其具有特定的偏振方向所述偏振解調單元調節透振軸，使其與硅片上表面反射的光束的偏振方向相同；所述動態調制方式為：所述偏振調制單元加載周期性信號，使投影光束的偏振方向周期性變化，所述偏振解調單元也加載周期性信號，使任意時刻硅片上表面反射的探測光束的偏振方向均與偏振解調單元的透振軸方向相同。

較佳地，在S3步驟中，所述配置參數通過仿真建模的方式或者實驗測試的方式獲得。

與現有技術相比，具有如下優點：