一種焦面測量裝置及其測量方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)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】
[0002] 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(tǒng)進行精確控制。在工藝過程中， 需要檢測自動調焦調平系統(tǒng)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(tǒng)是否正確調焦調平，而自動調焦調平系統(tǒng)又根據(jù)這些信息作相應調節(jié)，以精確控制硅 片位置。
[0003] 實現(xiàn)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(tǒng)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。
[0004] 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(chǎn)生測量誤差。目前，有一種數(shù)字 補償?shù)姆椒?，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(jù)該反射率的差異補償焦面測量結果，降低底層圖案的影響。
[0005] 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?shù)臅r效性要求較高，因此在工程實現(xiàn)上難度較大。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)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(xiàn)難度大等問題。
[0007] 為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種焦面測量裝置，包括：
[0008] 投影單元，產(chǎn)生投影光束照射待測硅片表面，經(jīng)所述硅片反射后產(chǎn)生探測光束；
[0009] 探測單元，用于探測所述探測光束；
[0010] 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(tài)進行調制；
[0011] 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
[0012] 參數(shù)設置單元，用于根據(jù)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(shù)進行配置。
[0013] 較佳地，所述投影單元還包括光源以及狹縫陣列。
[0014] 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。
[0015] 較佳地，所述狹縫陣列與所述硅片之間還設有投影鏡組。
[0016] 較佳地，所述投影鏡組由第二透鏡和第三透鏡組成。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 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。
[0021] 本發(fā)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：
[0022] S1 :將硅片上載到工件臺上；
[0023] S2 :根據(jù)所述硅片的工藝特性選擇調制方式；
[0024] S3 :根據(jù)選擇的調制方式獲取調制的配置參數(shù)；
[0025] S4:根據(jù)所述的配置參數(shù)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(jié)；
[0026] S5 :執(zhí)行焦面測量作業(yè)：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。
[0027] 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(tài)調制方式；若硅片 的底層為非周期性圖案，則選用動態(tài)調制方式。
[0028] 較佳地，所述靜態(tài)調制方式為：所述偏振調制單元調節(jié)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(jié)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(tài)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。
[0029] 較佳地，在S3步驟中，所述配置參數(shù)通過仿真建模的方式或者實驗測試的方式獲 得。
[0030] 與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點：
[0031] 1.本發(fā)明通過在光路中設置波長選擇單元進行波長和波段的選擇、利用偏振調制 單元以及偏振解調單元對光束進行偏振控制，實現(xiàn)硅片上表面反射光束通過，底層圖案的 反射光束被抑制，降低底層圖案對測量光斑的影響，從光學上解決硅片反射率不均勻的問 題；
[0032] 2.本發(fā)明結構簡單、容易實現(xiàn)；
[0033] 3.可通過仿真建模的方式進行計算分析，針對不同的硅片，能夠快速有效的獲取 合適的調制方式；
[0034] 4.可通過不同的配置參數(shù)對波長選擇單元、偏振調制單元以及偏振解調單元進行 調整，使本發(fā)明的焦面測量裝置及測量方法能夠適用于各種不同的硅片。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發(fā)明一【具體實施方式】的焦面測量裝置的結構示意圖；
[0036] 圖2為本發(fā)明一【具體實施方式】的焦面測量裝置中偏振調制單元的結構示意圖(采 用磁致旋光器）；
[0037] 圖3為本發(fā)明一【具體實施方式】的焦面測量裝置中照明光束在硅片上反射的示意 圖；
[0038] 圖4為本發(fā)明一【具體實施方式】的焦面測量裝置中硅片上表面反射光束與底層反 射光束的偏振方向夾角隨入射光偏振方向的變化的不意圖；
[0039] 圖5為本發(fā)明一【具體實施方式】的焦面測量裝置中硅片的反射信號的提取過程示 意圖；
[0040] 圖6a為未采用本發(fā)明的焦面測量裝置時獲得的硅片反射光測量結果(硅片底層 為周期性圖案）；
[0041] 圖6b為采用本發(fā)明的焦面測量裝置后獲得的硅片反射光測量結果(硅片底層為 周期性圖案）；
[0042] 圖7a為未采用本發(fā)明的焦面測量裝置時獲得的硅片反射光測量結果(硅片底層 為非周期性圖案）；
[0043] 圖7b為采用本發(fā)明的焦面測量裝置后獲得的硅片反射光測量結果(硅片底層為 非周期性圖案）；
[0044] 圖8為本發(fā)明一【具體實施方式】的焦面測量方法的流程圖。
[0045] 圖中：10_光源、11-第一透鏡、20-波長選擇單元、30-偏振調制單元、31-起偏器、 32-磁致旋光器、40-狹縫陣列、50-娃片、51-上層介質、52-下層介質、60-偏振解調單兀、 61-透振軸、70-探測單元、71-探測器、80-投影物鏡；
[0046] 41-第二透鏡、42-第三透鏡、43-第四透鏡、44-第五透鏡；
[0047] 100、101、102-光束，102a-硅片上表面反射的探測光束，102b-硅片底層圖案的反 射光束。
【具體實施方式】
[0048] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加清晰易懂，下面結合附圖對本發(fā)明 的【具體實施方式】做詳細的說明。需說明的是，本發(fā)明附圖均采用簡化的形式且均使用非精 準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0049] 請參考圖1至圖7b，本發(fā)明提供一種焦面測量裝置，包括：投影單元，產(chǎn)生投影光 束照射待測硅片50表面，經(jīng)所述硅片50反射后產(chǎn)生探測光束102 ;探測單元70,用于探測 所述探測光束102 ;具體地，所述投影單元包括波長選擇單元20及偏振調制單元30,所述波 長選擇單元20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30對所述波長 選擇單元20輸出的投影光束的偏振態(tài)進行調制；所述探測單元70包括偏振解調單元60， 用于對控制從所述硅片上表面反射的探測光束102a透過；以及參數(shù)設置單元（圖中未示 出），用于根據(jù)所述硅片50的工藝特性對所述波長選擇單元20、偏振調制單元30及偏振解 調單元60的參數(shù)進行