一种调焦调平装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种光刻设备的调焦调平装置，包括：照明单元，投影狭缝，投影单元，成像单元，反射镜，探测单元以及中央处理器；所述照明单元发出的光把所述投影狭缝通过所述投影单元投影在一硅片表面形成光斑；所述光斑在硅片表面反射后，经过所述成像单元、所述反射镜进入所述探测单元；其特征在于，所述调焦调平装置，还包括：反射镜驱动台，驱动所述反射镜沿入射光束方向进行一维扫描运动；以及位置测量单元，用于测量所述反射镜的垂向位置信息；所述中央处理单元，依据所述探测单元采集到的所述光斑的光强信息以及所述位置测量单元获得的所述反射镜的位置信息计算所述硅片表面位置信息。本发明专利技术提出的调焦调平装置及方法，能够在硅片表面反射率不一致的情况下获取被测对象表面的垂向位置，提高调焦调平的工艺适应性及对准精度。

【技术实现步骤摘要】
一种调焦调平装置及方法
本专利技术涉及集成电路的制造设备与工艺，具体地说，涉及一种光刻机中对硅片进行调焦调平的装置与方法。
技术介绍
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。常用的光学测量方法基本原理为，利用光学照明系统和投影系统，将光斑照射到硅片表面，并利用成像和探测系统去探测硅片反射的光斑。当硅片表面高度和倾斜发生变化时，从硅片表面反射的光斑的位置也发生变化，或者光斑探测信号规律发生变化，通过检测这种光斑位置的变化信息，或光斑探测信号规律信息，就可以确定硅片的表面高度或硅片的整体清晰。典型案例见美国专利U.S.4,558,949（Horizontalpositiondetectingdevice，申请日1982年9月17日），中国专利CN200710171209.4。硅片反射光斑信息探测，一种采用CCD（charged-coupleddevice）方式，利用反射光斑在CCD的成像位置来推算硅片表面的高度信息。另一种，成像系统中，采用扫描反射镜，对反射光斑信号进行调制，在探测信号处理环节中，通过对调制信号的解调处理，并根据解调后信号的调制频率成分的强弱来推断硅片表面的位置。以上两种方式直接使用时，在某些硅片工艺条件下，如当光斑对应硅片区域范围内，由于工艺条件不同，反射率不一致的条件下，都会发生探测位置不准的情况。比如硅片表面上有器件图形，有的位置有金属层，而有的位置没有，反射率则不一样；再比如光斑位置覆盖切割道和器件区，也会有反射率不一样的情况。如果直接使用CCD去探测光斑位置，由于反射率不一致，在CCD上探测到光斑的轮廓发生变化，导致计算光斑中心位置结果发生偏差。如果在成像光路使用扫描反射镜，利用调制解调后信号的信息来探测硅片垂向位置，光斑对应硅片表面区域如果反射率整体一致情况下，可通过信号探测环节的归一化处理，来解决硅片反射率整体变化的问题，但当光斑对应硅片区域内，反射率不均匀，将直接影响到探测信号的波形，进而影响调制频率成分大小，进而影响硅片垂向位置测量的重复性。如图1为现有调焦调平时硅片表面反射区域示意图。202为硅片表面，其中区域201为反射率不同于周边的区域。区域204为调焦调平投影光斑投影到了反射率均匀的区域，区域203为调焦调平投影光斑投影到了反射率不均匀的区域。传统的调焦调平装置，都没有可以进行一维扫描的反射镜，而在探测端采用CCD形式，利用CCD获取光斑位置的方式进行探测。图2a中光斑302所投影到硅片区域反射率是均匀的情况，图2b中光斑303所投影到硅片区域反射率是不均匀的情况。图3a是光斑投影到硅片反射率是均匀的区域的情况下CCD的检测信号，图3b是光斑投影到硅片反射率不均匀的区域情况下CCD的检测信号。在图3a的情况下容易确定探测光斑的中心位置，即容易确定硅片的垂向位置，在图3b中，由于反射率不均匀，在同样的算法下，很难准确计算光斑的中心位置，即在确定硅片垂向位置时，会产生一定的偏差，降低了工艺适应性。传统的调焦调平装置，还有在光路中，采用扫描反射镜的形式，即在探测端采用光电探测器去探测信号。通过扫描反射镜周期性摆动，会使得探测信号带有与扫描反射镜运动频率对应成分，通过后面的信号解调，可以将这种频率成分的大小提取出来，当硅片垂向位置变化时，信号解调后对应频率成分的大小也会发生变化，利用这种关系，可将解调信号的频率成分大小与硅片表面的垂向位置建立联系，离线进行标定。这种结果，容易导致，在硅片表面反射率不均匀的情况下，硅片表面实际的垂向位置未变，但信号解调后对应频率成分的大小发生变化，在反推计算硅片表面垂向位置时，导致计算偏差。基于扫描反射镜形式的调焦调平装置，图4a表示所投影到硅片区域反射率是均匀的情况下探测器探测的探测光斑401，图4b表示所投影到硅片区域反射率是不均匀的情况下的探测器探测的探测光斑402。图5为光斑401和402在不同情况下时域探测信号501和502的差别，两种时域信号差别将导致对应频率成分的大小存在差别，直接导致计算硅片表面垂向位置的偏差。
技术实现思路
为解决上述硅片调焦调平工艺适应性问题，尤其能够适应硅片表面反射率不一致的工艺情况，获取被测对象表面的垂向位置，本专利技术提出了一种基于光学测量法的调焦调平装置及方法。本专利技术提出一种光刻设备的调焦调平装置，包括：照明单元，投影狭缝，投影单元，成像单元，反射镜，探测单元以及中央处理器；所述照明单元发出的光把所述投影狭缝通过所述投影单元投影在一硅片表面形成光斑；所述光斑在硅片表面反射后，经过所述成像单元、所述反射镜进入所述探测单元；其特征在于，所述调焦调平装置，还包括：反射镜驱动台，驱动所述反射镜沿入射光束方向进行一维扫描运动；以及位置测量单元，用于测量所述反射镜的垂向位置信息；所述中央处理单元，依据所述探测单元采集到的所述光斑的光强信息以及所述位置测量单元获得的所述反射镜的位置信息计算所述硅片表面位置信息。更进一步地，所述探测单元包括探测狭缝和探测器，以便对所述硅片表面执行多光斑探测。更进一步地，所述投影狭缝为多个、对应地，所述探测狭缝、探测器也为多个。更进一步地，所述中央处理单元依据所述多个探测器采集到的多个光斑光强信息及及所述位置测量单元获得的所述反射镜的位置信息计算所述硅片表面的高度及倾斜。更进一步地，所述中央处理单元依据所述光斑光强最大时对应的反射镜位置信息来获取硅片表面位置信息。更进一步地，所述反射镜位置与所述硅片表面位置之间存在以下关系：Z2=(Xz0-Xz2)/(2*k1*cos(Fai1))+Z0；其中Fai1为入射光束与被测对象理想水平面的夹角；k1为垂轴放大系数；Z0、Z2为硅片面对应垂向位置，Z0为硅片面初始基准位置；Xz0、Xz2为反射镜驱动台对应的位置信息，其中Xz0为当被测对象在z0位置时，探测到光强最大值时对应的反射镜驱动台位置，Xz2为当被测对象在z2位置时，探测到光强最大值时对应的反射镜驱动台位置。本专利技术还提出一种使用上述装置进行调焦调平的方法，包括如下步骤：（1）反射镜驱动台位置复位；（2）接收垂向位置获取指令；（3）反射镜驱动台驱动反射镜沿入射光束方向进行一维扫描；（4）反射镜驱动台位置获取，探测器光强数据采集；（5）反射镜驱动台复位；（6）计算硅片垂向位置数据；（7）输出垂向位置数据。更进一步地，所述探测器为多个。更进一步地，还包括：步骤（8）根据多光斑垂向位置数据计算硅片表面的高度和倾斜。本专利技术提出的调焦调平测量装置及方法，能够在硅片表面反射率不一致的情况下获取被测对象表面的垂向位置，提高调焦调平的工艺适应性及对准精度。附图说明关于本专利技术的优点与精神可以通过以下的专利技术详述及所附图式得到进一步的了解。图1为现有调焦调平时硅片表面反射区域示意图；图2a为光斑投影到硅片反射率均匀的区域；图2b为光斑投影到硅片反射率不均匀的区域；图3a为图2a的情况下CCD的检测信号；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光刻设备的调焦调平装置，包括：照明单元，投影狭缝，投影单元，成像单元，反射镜，探测单元以及中央处理器；所述照明单元发出的光把所述投影狭缝通过所述投影单元投影在一硅片表面形成光斑；所述光斑在硅片表面反射后，经过所述成像单元、所述反射镜进入所述探测单元；其特征在于，所述调焦调平装置，还包括：反射镜驱动台，驱动所述反射镜沿入射光束方向进行一维扫描运动；以及位置测量单元，用于测量所述反射镜的垂向位置信息；所述中央处理单元，依据所述探测单元采集到的所述光斑的光强信息以及所述位置测量单元获得的所述反射镜的位置信息计算所述硅片表面位置信息。

【技术特征摘要】
1.一种光刻设备的调焦调平装置，包括：照明单元，投影狭缝，投影单元，成像单元，反射镜，探测单元以及中央处理器；所述照明单元发出的光把所述投影狭缝通过所述投影单元投影在一硅片表面形成光斑；所述光斑在硅片表面反射后，经过所述成像单元、所述反射镜进入所述探测单元；其特征在于，所述调焦调平装置，还包括：反射镜驱动台，在测量过程中，驱动所述反射镜沿入射光束方向进行一维扫描运动；以及位置测量单元，用于测量所述反射镜的垂向位置信息；所述中央处理单元，依据所述探测单元采集到的所述光斑的光强信息以及所述位置测量单元获得的所述反射镜的位置信息计算所述硅片表面位置信息，具体为，针对不同硅片垂向高度，利用所述反射镜在所述反射镜驱动台的驱动下的一维扫描，确定所述探测单元探测到光斑中心时，对应测量所述反射镜的位置，通过所述位置，推出所述硅片表面的垂向位置，在上述测量过程中，所述光斑和所述探测单元的探测狭缝尺寸相同。2.如权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于所述探测单元包括探测狭缝和探测器，以便对所述硅片表面执行多光斑探测。3.如权利要求2所述的光刻设备的调焦调平装置，其特征在于所述投影狭缝为多个、对应地，所述探测狭缝、探测器也为多个。4.如权利要求3所述的光刻设备的调焦调平装置，其特征在于所述中央处理单元依据所述多个探测器采集到的多个光斑光强信息及及所述位置测量单元获得的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海江，程鹏，陈飞彪，宋海军，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，上海微高精密机械工程有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31