CN103838088A - 一种调焦调平装置及调焦调平方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种调焦调平装置及调焦调平方法，采用空间光调制器，使其可以根据基板的厚度调制测量光斑，改变测量光斑的尺寸，避免产生探测光斑重影的现象，从而提高了探测精度，进而对基板有着较强的适应性，且调制灵活，方便可靠。

Description

一种调焦调平装置及调焦调平方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域的设备，特别涉及一种应用于投影光刻技术中的调焦调平装置及调焦调平方法。

背景技术

在当今投影光刻***中，由于基板的厚度偏差、面形起伏及投影物镜、焦平面位置的不确定性，会导致基板相对于物镜焦平面产生离焦或倾斜，这将影响集成电路的质量和成品率，因此，通常包括用以精确探测被测物体表面位置与倾斜度的调焦调平***，使得在曝光过程中，基板处于较佳的位置。

很显然，非接触式调焦调平装置是首选，目前常用的非接触式调焦调平装置有电容式、气压式和光学式，光学式调焦调平装置以其较佳的精密度得到了业内的认可。

请参考图1，图1为光学式调焦调平***原理图，其测量光路分布于投影物镜13的光轴a-b的两侧，包括，光源1，所述光源1发出测量光斑经过照明镜组2、投影狭缝3、投影前组透镜组4、第一反射镜组5及投影后组透镜组6在基板7表面当前曝光区域内形成测量光斑，经基板7反射后依次经过成像前组透镜组8、第二反射镜组9及成像后组透镜组10后，测量光斑的像为一个长方形的探测光斑，所述探测光斑被探测器11接收，并经运算单元12计算以适应基板7的形貌偏移等。

美国专利US5834767公开了一种调焦调平装置，包含有一个光源、一个具有收集光源发出光线功能的投影光阑、一个具有光线收集功能的探测光阑、一个用于将光阑图案沿倾斜方向成像在物体表面的第一光学***、一个用于将物体表面的像成像在探测光阑上的第二光学***，并且在探测光阑上形成莫尔条纹，另有一个光电探测器，用以探测由莫尔条纹所产生的会聚光线会聚点的位置，并根据所得会聚点的位置信息来获得与之相关的物体表面的位置信息。

上述专利的不足之处在于，若基板为不同厚度的玻璃基板，则光电探测器上可能会探测到光束经玻璃基板上表面及下表面分别所成的两个像，即0次光(基板上表面反射的光)所成的像和1次光(基板下表面反射的光)所成的像，产生光斑重影的现象，影响探测器探测到的玻璃基板表面形貌特征，致使测量精度不能得以保证。

为了解决该缺陷，通常通过使用不同尺寸的投影光阑，从而减小探测光斑的尺寸，以应对匹配不同厚度的玻璃基板的测量。然而，这种方法并不能够彻底解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调焦调平装置及调焦调平方法，避免产生探测光斑重影的现象。

为解决上述技术问题，本发明提供一种调焦调平装置，包括照明单元、投影单元、成像单元和探测单元，其特征在于，所述投影单元包括空间光调制器；其中，所述照明单元的测量光斑入射到投影单元，经空间光调制器调制，出射至基板上，经所述基板反射后再经过所述成像单元进入所述探测单元。

可选的，对于所述的调焦调平装置，所述照明单元包括光源、照明镜组及光纤，所述光源发出光经过照明镜组聚光后，由光纤形成测量光斑发出。

可选的，对于所述的调焦调平装置，所述投影单元还包括控制装置、投影前组透镜组、第一反射镜组及投影后组透镜组，所述控制装置驱动所述空间光调制器调制测量光斑。

可选的，对于所述的调焦调平装置，所述成像单元包括成像前组透镜组、第二反射镜组及成像后组透镜组，所述测量光斑经基板反射后依次经过所述成像前组透镜组、第二反射镜组及成像后组透镜组，形成探测光斑。

可选的，对于所述的调焦调平装置，所述探测单元包括探测器和运算单元，所述探测器接收所述探测光斑，形成光强信号，所述运算单元根据所述光强信号计算所述基板的形貌。

可选的，对于所述的调焦调平装置，所述探测器还传递信号至所述控制装置，控制所述控制装置是否驱动所述空间光调制器调制测量光斑。

可选的，对于所述的调焦调平装置，所述基板为玻璃基板。

本发明提供一种采用如上所述的调焦调平装置进行调焦调平的方法，包括以下步骤，

提供基板，

所述照明单元发出测量光斑依次经过所述投影单元、基板及成像单元形成探测光斑被探测单元接收，若由所述探测器判断存在重影，则所述空间光调制器调制测量光斑，直至重影消失。

可选的，对于所述的调焦调平的方法，所述空间光调制器根据基板的厚度、照射面的大小调制测量光斑。

可选的，对于所述的调焦调平的方法，经所述空间光调制器调制后，所述测量光斑的尺寸Lp小于等于第一0次光和第一1次光在基板上的距离Lw，则重影消失；

所述

其中，d为所述基板的厚度，α为测量光斑在基板上的入射角，n为基板的相对折射率。

可选的，对于所述的调焦调平的方法，所述基板的厚度d的范围为0.2mm~2mm。

与现有技术相比，本发明提供的调焦调平装置及调焦调平方法中，采用空间光调制器，使其可以根据基板的厚度等来调制测量光斑，改变测量光斑的尺寸，避免产生探测光斑重影的现象，从而提高了探测精度，进而对基板有着较强的适应性，且调制灵活，方便可靠。

附图说明

图1为现有技术的光学式调焦调平装置原理图；

图2为本发明一实施例的调焦调平装置的结构示意图；

图3为本发明一实施例的测量光斑在经过基板后的分布示意图；

图4为本发明一实施例的第一0次光和第一1次光在基板上的距离与基板的厚度的函数关系图；

图5为本发明一实施例解决探测光斑重影的原理图；

图6为现有技术的调焦调平装置对6种基板进行测量的曲线图；

图7为采用本发明一实施例的调焦调平装置对相同的6种基板进行测量的曲线图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的调焦调平装置及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明提供一种调焦调平装置，请参考图2，包括：

由包括光源101、照明镜组102及光纤构成的照明单元，所述光源101发出光经过照明镜组102聚光后，由光纤形成测量光斑发出，用于测量使用；

投影单元，所述投影单元包括空间光调制器103a、控制装置103b、投影前组透镜组104、第一反射镜组105及投影后组透镜组106，所述控制装置103b产生控制信号驱动所述空间光调制器103a，使得测量光斑随需要发送相应的变动，以适应测量需要；所述测量光斑依次经过所述空间光调制器103a、投影前组透镜组104、第一反射镜组105及投影后组透镜组106达到基板107上，具体的，所述基板107位于承载台114上，测量光斑入射所述基板107表面的当前曝光区域（即投影物镜113的光轴A-A的正下方）形成测量光斑，经基板107反射后，还经过：

成像单元，所述成像单元包括多个透反射镜，具体的，包括：按照测量光斑传递方向，依次排列成像前组透镜组108、第二反射镜组109及成像后组透镜组110，之后到达探测单元的探测器111，形成探测光斑，所述探测器111将探测光斑转变为光强信号（如周期性变化的光强信号）被运算单元112接收，从而由所述光强信号计算基板107的形貌，偏移等。同时，所述探测器还传递信号至所述控制装置103b，控制所述控制装置103b是否驱动空间光调制器103a调制测量光斑。

在此，所述基板107可以为玻璃基板，则能够较佳的展现出本发明的优点。

下面提供一种如上所述的调焦调平装置进行调焦调平的方法，包括：

提供基板，

照明单元发出测量光斑依次经过所述投影单元、基板及成像单元形成探测光斑被探测单元接收，若由探测器判断存在重影（即测量光斑重影），则空间光调制器调制测量光斑，直至重影消失。其中，所述空间光调制器根据基板的厚度、照射面（即测量光斑）的大小调制测量光斑。

具体分析如下：基板具有厚度d，当测量光斑经一系列光学器件后以α角入射至基板上，当为玻璃基板时，很容易变会有0次光和1次光产生，请参考图3，所述第一0次光31和第一1次光33之间的间距为L_p⊥，显然的，为了避免探测光斑重影发生，探测光斑的有效尺寸L_⊥（所述探测光斑的形状不限，在此有效尺寸应当理解为可产生重影的方向所具有的长度或最大长度，在图3中表现在第一0次光31和第二0次光32之间的距离）应当小于L_p⊥，即应当有测量光斑的长度Lp小于等于第一0次光31和第一1次光33在基板107上的距离Lw，所述

其中，d为基板的厚度，α为测量光斑在基板上的入射角，n为基板的相对折射率。

图4给出了Lp和d的函数关系图，在本实施例中，采用相对折射率n为1.5的玻璃基板，入射角α为75°，则可算得Lw=1.6834d，则当Lp≤1.6834d时，探测光斑无重影，通常可采用厚度为0.2mm~2mm的玻璃基板，而测量光斑的长度Lp则一般大于10um。

下面结合图5，对本发明的调焦调平方法做详细说明：已知在情况51时，即基板107的厚度为d1，探测光斑没有重影（图5中略去了光路经过成像单元的过程），则在不调制调焦调平装置时，换用厚度为d2（d2<d1）的基板，则出现如情况52所示，当测量光斑照射至具有厚度为d2的基板107上，测量光斑的长度Lp=Lp1，而第一0次光31和第一1次光32在基板107上的距离Lw=Lw1，此时Lp>Lw，则在探测器111上的探测光斑具有重影。此时空间光调制器在控制装置的控制下调制测量光斑，直至得到如情况53所示，使得测量光斑照射至基板107时测量光斑的长度Lp=Lp2，满足Lp2<Lp1，且Lp2≤Lw1，则在探测器111上接收的探测光斑不存在重影。便达到了在不同厚度的厚度基板表面形貌特征和位置的测量目的，提高了探测精度。

同时，本发明有针对性的选取了6种不同的基板，分别采用现有技术中采用投影光阑的调焦调平装置和本发明的调焦调平装置进行了测量。请参考图6和图7，通过图6可看出，在对SiN₂基板和玻璃基板测量中出现了探测光斑重影现象，而使用本发明的调焦调平装置则得到图7所示的结果：各种基板均未出现探测光斑重影现象。由此可见，本发明具有更佳的可靠性，能够大大的提高测量精度。

本发明提供的调焦调平装置及调焦调平方法中，采用空间光调制器，使其可以根据基板的厚度等来调制测量光斑，改变测量光斑的尺寸，避免产生探测光斑重影的现象，从而提高了探测精度，进而对基板有着较强的适应性，且调制灵活，方便可靠。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种调焦调平装置，包括照明单元、投影单元、成像单元和探测单元，其特征在于，所述投影单元包括空间光调制器；其中，所述照明单元的测量光斑入射到投影单元，经空间光调制器调制，出射至基板上，经所述基板反射后再经过所述成像单元进入所述探测单元。

2.如权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述照明单元包括光源、照明镜组及光纤，所述光源发出光经过照明镜组聚光后，由光纤形成测量光斑发出。

3.如权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述投影单元还包括控制装置、投影前组透镜组、第一反射镜组及投影后组透镜组，其中所述控制装置驱动所述空间光调制器调制测量光斑。

4.如权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述成像单元包括成像前组透镜组、第二反射镜组及成像后组透镜组，所述测量光斑经基板反射后依次经过所述成像前组透镜组、第二反射镜组及成像后组透镜组，形成探测光斑。

5.如权利要求4所述的调焦调平装置，其特征在于，所述探测单元包括探测器和运算单元，所述探测器接收所述探测光斑，形成光强信号；所述运算单元根据所述光强信号计算所述基板的形貌。

6.如权利要求5所述的调焦调平装置，其特征在于，所述探测器传递信号至所述控制装置，控制所述控制装置是否驱动所述空间光调制器调制测量光斑。

7.如权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述基板为玻璃基板。

8.一种采用如权利要求1~7中任意一项所述的调焦调平装置进行调焦调平的方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供基板，

所述照明单元发出测量光斑依次经过所述投影单元、基板及成像单元形成探测光斑被探测单元接收，若所述探测器判断存在重影，则所述空间光调制器调制测量光斑，直至重影消失。

9.如权利要求8所述的调焦调平的方法，其特征在于，所述空间光调制器根据基板的厚度、照射面的大小调制测量光斑。

10.如权利要求9所述的调焦调平的方法，其特征在于，经所述空间光调制器调制后，所述测量光斑的长度Lp小于等于0次光和1次光在基板上的距离Lw，则重影消失；

所述

其中，d为所述基板的厚度，α为测量光斑在基板上的入射角，n为基板的相对折射率。

11.如权利要求10所述的调焦调平的方法，其特征在于，所述基板的厚度d的范围为0.2mm~2mm。

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