[发明专利]用于光刻机的调焦调平装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路的制造设备与工艺，具体地说，是关于一种配合光刻机进行微电子电路制造所用的对硅片进行调焦调平的装置与方法。

背景技术

在投影光刻装置中，通常使用硅片调焦调平测量装置来实现对硅片表面的特定区域的高度和倾斜度的测量。对该测量装置具有较高的精度要求，且不能损伤硅片。所以，硅片调焦调平测量必须是非接触式测量，常用的非接触式调焦调平测量方法有三种：光学测量法、电容测量法和气压测量法。

在现今的扫描投影光刻装置中，多使用光学测量法来实现对硅片的调焦调平测量，然而光学调焦调平测量装置的技术多种多样，典型例见美国专利U.S.4,558,949(Horizontal position detecting device，申请日1982年9月17日)。该专利公开了一种调焦调平测量装置，该装置共有两套独立的测量系统，分别用于硅片特定区域高度和倾斜度的测量。在高度测量系统中，使用投影狭缝和探测狭缝实现对硅片高度的探测，同时使用扫描反射镜实现对被测信号的调制。在倾斜测量系统中，投影分支在硅片表面形成一个较大的测量光斑，经硅片反射后，该光斑成像在一个四象限探测器上，根据探测器上每个象限探测的光强，实现对硅片表面特定区域倾斜度的测量。该技术具有原理简单的特点，但同时也存在以下几点不足：

1.采用两支光路分别用来测量高度和倾斜的测量，增大了测量装置的复杂性。

2.对一个曝光视场内的测量精度比较低。

3.测量范围较小。

发明内容

综上所述，现有技术采用两套独立光路，一路用于测量硅片高度，一路用于测量硅片倾斜。由于只能测量曝光场一个点高度，因此对硅片平面的测量精度较低，另外，采用了两套独立光路分别用于测量高度和倾斜，增大了装置复杂性。

针对现有技术的不足，本发明采用多点测量硅片表面的高度，探测单元采用分光器将探测光斑分成两路，一路用于粗测硅片表面的高度和倾斜，包括一个扫描反射镜、一个狭缝阵列、光电探测器阵列；一路用于精测硅片表面的高度和倾斜，包括一个遮挡狭缝、放大透镜组和若干探测器。通过本发明改进，能实现大范围高精度的调焦调平测量。概括起来，本发明的技术方案如下：

一种硅片调焦调平测量装置，其测量光路分布于投影物镜光轴的两侧，包括依次以光路连结的照明单元、投影单元、成像单元及探测单元。其中照明单元主要由光源、透镜组及光纤组成；投影单元主要由反射镜组、狭缝阵列及透镜组组成；成像单元主要由反射镜组、透镜组及平行偏转补偿板组成，其中，探测单元包括分光器和与其以光路连结的精测光路和粗测光路，所述分光器将成像单元射出的光束按光强分成两束，一束进入精测单元，一束进入粗测单元，精测光路包括以光路连结的一只扫描反射镜、一个探测狭缝阵列、光电探测器阵列；而粗测光路则包括一只放大透镜组和若干只探测器。

光束经过成像单元后，在硅片表面形成等距的光斑阵列，该光斑阵列可以为4×4、5×5、6×6、7×7、8×8、9×9光斑阵列；

光束经粗测光路后，有多列光斑成像在对应的探测器上。

有两列光斑成像在探测器上。

两个探测器测量两个探测光斑的位置偏移量；

所述探测器为CCD探测器或PSD探测器。

一种硅片调焦调平测量方法，根据粗测结果和精测结果来判定调焦调平装置测量结果。具体方法为，如果粗测单元测量在精测范围内，则精测结果有效；反之，则粗测结果有效。

若采用CCD探测器则，粗测单元的输出信号采用的信号处理步骤依次为：CCD图像采集，图像预处理，图像分割，判断偏移方向，图像处理，非线性补偿，坐标系转换。

若采用PSD探测器则粗测单元的输出信号采用的信号处理步骤依次为：信号预处理、非线性补偿、线性化、坐标系转换。

通过本发明改进，能实现大范围高精度的调焦调平测量。

附图说明

图1为现有技术结构示意图。

图2为本发明中的投影曝光装置结构平面示意图。

图3为本发明中的实施例1的装置总体结构示意图。

图4为投影在硅片的光斑阵列示意图。

图5为本发明中的探测狭缝阵列示意图。

图6为本发明中的硅片处于调焦调平精测范围内某位置时，光斑与探测狭缝位置关系示意图。

图7为本发明中的硅片处于调焦调平精测范围之外某位置时，光斑与探测狭缝位置关系示意图。

图8为本发明中的两列光斑透过遮挡狭缝投射在两个线阵CCD上示意图。