專利名稱：調(diào)焦調(diào)平測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅半導(dǎo)體工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種調(diào)焦調(diào)平測量裝置。
背景技術(shù)：
在投影光刻裝置中，通常在投影物鏡和基底(例如，硅片)之間設(shè)置調(diào)焦調(diào)平測量 裝置以得到基底表面的形貌信息，例如特定區(qū)域高度和傾斜度等。調(diào)焦調(diào)平測量裝置通常 采用光學(xué)測量法等非接觸式測量，且要求的精度較高。然而，當(dāng)投影物鏡的焦面發(fā)生漂移時，調(diào)焦調(diào)平測量裝置的測量點(diǎn)中心將與投影 物鏡的曝光視場不重合，引起測量誤差。圖1為投影物鏡焦面發(fā)生漂移時引起測量誤差的 原理示意圖。圖1中，假設(shè)橫向坐標(biāo)軸為Z軸，縱向坐標(biāo)軸為y軸，垂直于紙面的坐標(biāo)軸為 χ軸。其中，調(diào)焦調(diào)平測量裝置的測量光路分布于投影物鏡(未圖示)光軸的兩側(cè)，即從照 明單元11到達(dá)探測單元14。當(dāng)投影物鏡焦面沒有漂移時，從照明單元11發(fā)出的入射光經(jīng) 垂直于測量光路的偏置平板12后入射到未漂移焦面10的A點(diǎn)并發(fā)生反射，然后經(jīng)垂直于 測量光路的偏置平板13后到達(dá)探測單元14的中心0點(diǎn)。當(dāng)投影物鏡焦面產(chǎn)生的漂移量為 h(y軸上)時，從照明單元11發(fā)出的入射光經(jīng)垂直于測量光路的偏置平板12后入射到漂移 焦面10'的A'點(diǎn)并發(fā)生反射，然后到達(dá)探測單元14的0'點(diǎn)，偏離了中心0點(diǎn)，這就導(dǎo)致 了測量誤差的發(fā)生。從圖1中還可以看出，A'點(diǎn)與A點(diǎn)相比，在y軸上的偏移量等于投影 物鏡焦面產(chǎn)生的漂移量h，而ζ軸上的偏移量為d。由此，在投影物鏡焦面發(fā)生漂移后進(jìn)行 校正補(bǔ)償顯得尤為重要。在美國專利US5633721中，采用一偏置平板的旋轉(zhuǎn)來補(bǔ)償投影物鏡焦面發(fā)生的漂 移，如圖2所示。圖2中，偏置平板12繞χ軸旋轉(zhuǎn)一角度，使得從照明單元11發(fā)出的入射 光發(fā)生折射而入射到漂移焦面10'的B點(diǎn)。其中，B點(diǎn)與未漂移焦面10的A點(diǎn)具有相同的 橫坐標(biāo)值，這就補(bǔ)償了入射時在ζ軸上的偏移量d。偏置平板13繞χ軸旋轉(zhuǎn)另一角度，使得 經(jīng)漂移焦面10'反射后的測量光發(fā)生折射而到達(dá)探測單元14的中心0點(diǎn)，這就補(bǔ)償了在y 軸上的偏移量h，進(jìn)而補(bǔ)償了投影物鏡焦面的漂移量h。因此，通過偏置平板13的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償 了投影物鏡焦面發(fā)生的漂移。然而，當(dāng)偏置平板不垂直于光路放置時，會引起像差，如圖3所示。圖3中，當(dāng)偏置 平板21垂直于光路放置時，入射光透過該偏置平板21到達(dá)成像面22的中心D點(diǎn)。而當(dāng)偏 置平板21繞χ軸旋轉(zhuǎn)后不垂直于光路放置時，入射光經(jīng)該偏置平板21折射后到達(dá)成像面 22的D'點(diǎn)。這就導(dǎo)致軸上物點(diǎn)變成軸外點(diǎn)，軸外點(diǎn)成像存在像差。圖3中，偏置平板21 繞Χ軸的旋轉(zhuǎn)便導(dǎo)致了 y軸上的像差Δ Y和ζ軸上的像差ΔΖ。由此，偏置平板的旋轉(zhuǎn)角度 越大，補(bǔ)償范圍也越大，但是引起的像差也越大，成像質(zhì)量就越差，分辨率越低。因此，為了 保證成像質(zhì)量，偏置平板的旋轉(zhuǎn)只能限制在一定小角度，補(bǔ)償范圍比較小，否則分辨率又達(dá) 不到要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種調(diào)焦調(diào)平測量裝置，能夠在較大范圍內(nèi)補(bǔ)償投影物鏡 焦面的漂移，同時又能保證成像質(zhì)量。本發(fā)明提供一種調(diào)焦調(diào)平測量裝置，其測量光路分布于投影物鏡光軸的兩側(cè)，其 中，在任一側(cè)的所述測量光路上設(shè)置有第一偏置平板和第二偏置平板，所述第一偏置平板 繞第一坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)第一角度，所述第二偏置平板分別繞第二坐標(biāo)軸和第三坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)第二角 度和第三角度，以補(bǔ)償所述第一偏置平板繞所述第一坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)所述第一角度帶來的像差。進(jìn)一步的，所述測量裝置包括偏置平板驅(qū)動單元，所述偏置平板驅(qū)動單元具有第 一偏置平板驅(qū)動電機(jī)和第二偏置平板驅(qū)動電機(jī)，所述第一偏置平板驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動所述第一 偏置平板，所述第二偏置平板驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動所述第二偏置平板。進(jìn)一步的，所述測量裝置還包括照明單元，用于為所述測量光路提供照明光；投 影單元，使所述照明光在基底表面形成測量光斑陣列；接收單元，用于接收并成像經(jīng)所述基 底表面反射的所述測量光斑陣列；以及光電探測單元，用于根據(jù)所述測量光斑陣列的成像 輸出表征所述基底表面的形貌信息的電信號。進(jìn)一步的，所述第一偏置平板和所述第二偏置平板設(shè)于所述投影單元中。
進(jìn)一步的，所述第一偏置平板和所述第二偏置平板設(shè)于所述接收單元中。進(jìn)一步的，所述第一偏置平板和所述第二偏置平板設(shè)于所述光電探測單元中。進(jìn)一步的，所述測量裝置還包括信號處理單元，所述信號處理單元處理所述光電 探測單元輸出的電信號并輸出測量結(jié)果。進(jìn)一步的，所述測量裝置還包括控制單元，所述控制單元根據(jù)所述信號處理單元 輸出的測量結(jié)果提供控制指令給所述偏置平板驅(qū)動單元。進(jìn)一步的，所述第二角度和所述第三角度與所述第一角度的關(guān)系滿足θ 2 彡 θ 1,90 ^ θ 3 彡 θ l*tan θ，其中，θ 1為所述第一角度，θ 2為所述第二角度，θ 3為所述第三角度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的調(diào)焦調(diào)平測量裝置，通過在任一側(cè)的測量光路上 設(shè)置第一偏置平板和第二偏置平板，第一偏置平板繞第一坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)第一角度以補(bǔ)償投影 物鏡焦面的漂移，第二偏置平板分別繞第二坐標(biāo)軸和第三坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)第二角度和第三角度 以補(bǔ)償?shù)谝黄闷桨宓男D(zhuǎn)所引起的像差，從而能夠在較大范圍內(nèi)補(bǔ)償投影物鏡焦面的漂 移，同時又能保證成像質(zhì)量。


圖1為投影物鏡焦面發(fā)生漂移時引起測量誤差的原理示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中補(bǔ)償投影物鏡焦面發(fā)生的漂移的原理示意圖；圖3為偏置平板不垂直于光路放置時引起像差的原理示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的調(diào)焦調(diào)平測量裝置的一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、特征更明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作 進(jìn)一步的說明。
在背景技術(shù)中已經(jīng)提及，現(xiàn)有的調(diào)焦調(diào)平測量裝置采用一偏置平板的旋轉(zhuǎn)來補(bǔ)償 投影物鏡焦面發(fā)生的漂移，然而偏置平板旋轉(zhuǎn)后引起一定的像差，降低了成像質(zhì)量，這就限 制了偏置平板的旋轉(zhuǎn)范圍，進(jìn)而限制了補(bǔ)償范圍。本發(fā)明的核心思想在于，在任一側(cè)的測量光路上設(shè)置第一偏置平板和第二偏置平 板，第一偏置平板繞第一坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)第一角度以補(bǔ)償投影物鏡焦面的漂移，第二偏置平板 分別繞第二坐標(biāo)軸和第三坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)第二角度和第三角度以補(bǔ)償?shù)谝黄闷桨宓男D(zhuǎn)所 引起的像差。圖4為根據(jù)本發(fā)明的調(diào)焦調(diào)平測量裝置的一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例 中，作為基底的一個示例，以硅片為調(diào)焦調(diào)平的對象。首先，假設(shè)橫向坐標(biāo)軸為ζ軸，縱向坐 標(biāo)軸為y軸，垂直于紙面的坐標(biāo)軸為χ軸，在后面的描述中均采用該坐標(biāo)軸定義。圖4中， 該調(diào)焦調(diào)平測量裝置設(shè)置在投影物鏡30和硅片40之間，其測量光路分布于投影物鏡光軸 31的兩側(cè)，其中，在任一側(cè)的測量光路上設(shè)置有第一偏置平板觀和第二偏置平板四。第一 偏置平板觀繞第一坐標(biāo)軸(χ軸)旋轉(zhuǎn)，而第二偏置平板四繞第二坐標(biāo)軸(y軸)和第三 坐標(biāo)軸(ζ軸)分別旋轉(zhuǎn)。具體的，該調(diào)焦調(diào)平測量裝置包括偏置平板驅(qū)動單元對。偏置平 板驅(qū)動單元M具有第一偏置平板驅(qū)動電機(jī)和第二偏置平板驅(qū)動電機(jī)(未圖示)，第一偏置 平板驅(qū)動電機(jī)用于驅(qū)動第一偏置平板觀繞χ軸旋轉(zhuǎn)，而第二偏置平板驅(qū)動電機(jī)用于驅(qū)動第 二偏置平板四繞y軸和ζ軸分別旋轉(zhuǎn)。從圖4中可以看出，該調(diào)焦調(diào)平測量裝置還包括照明單元21、投影單元22、接收單 元23以及光電探測單元26。其中，照明單元21用于為所述測量光路提供照明光，且該照明 光的強(qiáng)度是可控的。投影單元22用于在硅片40表面形成測量光斑陣列。接收單元23用于 接收并成像經(jīng)硅片40表面反射的測量光斑陣列。光電探測單元沈通過光電信號轉(zhuǎn)換，完 成硅片40表面形貌信息的采集和轉(zhuǎn)換，從而根據(jù)測量光斑陣列的成像輸出表征硅片40表 面的形貌信息的電信號。由于第一偏置平板觀和第二偏置平板四可以在任一側(cè)的測量光 路上設(shè)置，因此在本實(shí)施例中將第一偏置平板觀和第二偏置平板四設(shè)于接收單元23中。 另外，該調(diào)焦調(diào)平測量裝置還包括信號處理單元27和控制單元25。其中，信號處理單元27 處理光電探測單元沈輸出的電信號并輸出測量結(jié)果，具體而言，需要完成光電探測單元沈 輸出的電信號的調(diào)理、多路測量的切換、外設(shè)控制信號的接口轉(zhuǎn)換等?？刂茊卧?5根據(jù)信 號處理單元27輸出的測量結(jié)果提供控制指令給偏置平板驅(qū)動單元M。偏置平板驅(qū)動單元 24中的第一偏置平板驅(qū)動電機(jī)和第二偏置平板驅(qū)動電機(jī)根據(jù)控制指令分別控制第一偏置 平板觀和第二偏置平板四的旋轉(zhuǎn)。下面具體描述該調(diào)焦調(diào)平測量裝置的工作過程。需要注意的是，在初始狀態(tài)，第一 偏置平板觀和第二偏置平板四是垂直于測量光路而設(shè)置的。首先，照明單元21為整個測 量裝置提供照明光，該照明光通過投影單元22中的投影狹縫陣列并在硅片40表面形成測 量光斑陣列。這些測量光斑陣列經(jīng)硅片40表面反射后進(jìn)入接收單元23并成像。然后，成 像后的測量光斑陣列入射到光電探測單元26，光電探測單元沈中的掃描反射鏡(SR)對光 信號進(jìn)行調(diào)制以提高測量信號的信噪比，而光電探測單元26中的光電探測器陣列通過光 電信號轉(zhuǎn)換后輸出表征硅片40表面的形貌信息的電信號。信號處理單元27接收光電探測 單元沈的光電探測器陣列輸出的電信號，進(jìn)而對該電信號進(jìn)行一系列的處理，輸出測量結(jié) 果。測量結(jié)果中包含投影物鏡焦面與調(diào)焦調(diào)平測量裝置之間的相對漂移量hl，這可以根據(jù)如下公式得到AL = 2*hl*tan θ，式中，Δ L為測量光斑的位置變化量，θ為照明光與投影物鏡光軸31之間的夾角 (參考圖4)?？刂茊卧?5根據(jù)該測量結(jié)果給偏置平板驅(qū)動單元M下發(fā)控制指令?？刂浦?令中包含第一偏置平板觀繞χ軸旋轉(zhuǎn)的第一角度θ 1以及第二偏置平板四繞y軸旋轉(zhuǎn)的 第二角度θ 2和繞ζ軸旋轉(zhuǎn)的第三角度θ 3。其中，第一角度θ 1的計算公式如下2氺hi氺sin θ = B氺(n_l)氺tan θ 1/η,式中，B為第一偏置平板28的厚度，η為第一偏置平板28的折射率。同時第二角 度θ 2和第三角度θ 3與第一角度θ 1的關(guān)系如下θ 2 彡 θ 1,90 ^ θ 3 彡 θ l*tan θ。經(jīng)過光學(xué)模擬可知，當(dāng)它們滿足以上的關(guān)系時能夠很好地補(bǔ)償?shù)谝黄闷桨?8 繞X軸旋轉(zhuǎn)第一角度θ 1所引起的像差，進(jìn)而保證成像質(zhì)量。接收到控制指令后，偏置平板驅(qū)動單元M中的第一偏置平板驅(qū)動電機(jī)將控制第 一偏置平板觀繞χ軸旋轉(zhuǎn)第一角度θ 1，以補(bǔ)償投影物鏡焦面與調(diào)焦調(diào)平測量裝置之間的 相對漂移。同時，偏置平板驅(qū)動電機(jī)M中的第二偏置平板驅(qū)動電機(jī)將控制第二偏置平板四 分別繞y軸和ζ軸旋轉(zhuǎn)第二角度θ 2和第三角度θ 3,以補(bǔ)償由于第一偏置平板觀繞χ軸 旋轉(zhuǎn)第一角度θ 1所引起的像差。例如，第一偏置平板觀繞1軸旋轉(zhuǎn)5度，第二偏置平板 29繞y軸和ζ軸均旋轉(zhuǎn)12度，實(shí)驗(yàn)表明，在補(bǔ)償了投影物鏡焦面的漂移的同時，很好地平衡 了像差，保證了成像質(zhì)量?？梢?，該調(diào)焦調(diào)平測量裝置通過在位于一側(cè)的測量光路上的接收單元中設(shè)置第一 偏置平板和第二偏置平板，第一偏置平板繞第一坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)第一角度以補(bǔ)償投影物鏡焦面 的漂移，第二偏置平板分別繞第二坐標(biāo)軸和第三坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)第二角度和第三角度以補(bǔ)償?shù)?一偏置平板的旋轉(zhuǎn)所引起的像差，從而能夠在較大范圍內(nèi)補(bǔ)償投影物鏡焦面的漂移，同時 又能保證成像質(zhì)量。當(dāng)然，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，也可以將第一偏置平板觀和第二偏置平板四設(shè) 于投影單元22或者光電探測單元沈中，這都滿足兩塊偏置平板設(shè)于任一側(cè)的測量光路上 的條件，并不影響本發(fā)明的技術(shù)效果。當(dāng)然，具體位置可以根據(jù)調(diào)焦調(diào)平測量裝置的具體情 況而定。綜上所述，本發(fā)明提供的調(diào)焦調(diào)平測量裝置，通過在任一側(cè)的測量光路上設(shè)置第 一偏置平板和第二偏置平板，第一偏置平板繞第一坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)第一角度以補(bǔ)償投影物鏡焦 面的漂移，第二偏置平板分別繞第二坐標(biāo)軸和第三坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)第二角度和第三角度以補(bǔ)償 第一偏置平板的旋轉(zhuǎn)所引起的像差，從而能夠在較大范圍內(nèi)補(bǔ)償投影物鏡焦面的漂移，同 時又能保證成像質(zhì)量。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)焦調(diào)平測量裝置，其測量光路分布于投影物鏡光軸的兩側(cè)，其特征在于，在任 一側(cè)的所述測量光路上設(shè)置有第一偏置平板和第二偏置平板，所述第一偏置平板繞第一坐 標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)第一角度，所述第二偏置平板分別繞第二坐標(biāo)軸和第三坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)第二角度和第 三角度，以補(bǔ)償所述第一偏置平板繞所述第一坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)所述第一角度帶來的像差。
2.如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測量裝置，其特征在于，所述測量裝置包括偏置平板 驅(qū)動單元，所述偏置平板驅(qū)動單元具有第一偏置平板驅(qū)動電機(jī)和第二偏置平板驅(qū)動電機(jī)， 所述第一偏置平板驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動所述第一偏置平板，所述第二偏置平板驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動所述 第二偏置平板。
3.如權(quán)利要求1或2所述的調(diào)焦調(diào)平測量裝置，其特征在于，所述測量裝置還包括照明單元，用于為所述測量光路提供照明光；投影單元，使所述照明光在基底表面形成測量光斑陣列；接收單元，用于接收并成像經(jīng)所述基底表面反射的所述測量光斑陣列；以及光電探測單元，用于根據(jù)所述測量光斑陣列的成像輸出表征所述基底表面的形貌信息 的電信號。
4.如權(quán)利要求3所述的調(diào)焦調(diào)平測量裝置，其特征在于，所述第一偏置平板和所述第 二偏置平板設(shè)于所述投影單元中。
5.如權(quán)利要求3所述的調(diào)焦調(diào)平測量裝置，其特征在于，所述第一偏置平板和所述第 二偏置平板設(shè)于所述接收單元中。
6.如權(quán)利要求3所述的調(diào)焦調(diào)平測量裝置，其特征在于，所述第一偏置平板和所述第 二偏置平板設(shè)于所述光電探測單元中。
7.如權(quán)利要求4 6中任一項(xiàng)所述的調(diào)焦調(diào)平測量裝置，其特征在于，所述測量裝置還 包括信號處理單元，所述信號處理單元處理所述光電探測單元輸出的電信號并輸出測量結(jié)^ ο
8.如權(quán)利要求7所述的調(diào)焦調(diào)平測量裝置，其特征在于，所述測量裝置還包括控制單 元，所述控制單元根據(jù)所述信號處理單元輸出的測量結(jié)果提供控制指令給所述偏置平板驅(qū) 動單元。
9.如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測量裝置，其特征在于，所述第二角度和所述第三角 度與所述第一角度的關(guān)系滿足θ 2 彡 θ 1,90 ^ θ 3 彡 θ l*tan θ，其中，θ 1為所述第一角度，θ 2為所述第二角度，θ 3為所述第三角度。全文摘要
本發(fā)明公開了一種調(diào)焦調(diào)平測量裝置，通過在任一側(cè)的測量光路上設(shè)置第一偏置平板和第二偏置平板，第一偏置平板繞第一坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)第一角度以補(bǔ)償投影物鏡焦面的漂移，第二偏置平板分別繞第二坐標(biāo)軸和第三坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)第二角度和第三角度以補(bǔ)償?shù)谝黄闷桨宓男D(zhuǎn)所引起的像差，從而能夠在較大范圍內(nèi)補(bǔ)償投影物鏡焦面的漂移，同時又能保證成像質(zhì)量。
文檔編號G03F9/00GK102129183SQ20101002299
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月19日
發(fā)明者盧麗榮, 李志丹, 陳飛彪 申請人:上海微電子裝備有限公司