CN106933072A - 一种调焦调平测量***及其校准方法 - Google Patents

一种调焦调平测量***及其校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种调焦调平测量***及其校准方法，该***包括测量分***和校准分***，测量分***包括第一照明单元、第一投影单元、第一探测透镜组及第一调焦探测器，校准分***包括第二照明单元、第二投影单元、第二探测透镜组及第二调焦探测器，测量分***与校准分***关于硅平面的上表面呈轴对称分布，第一照明单元发出的光源经所述第一投影单元入射至硅平面的上表面，经反射后入射至第一探测透镜组并被第一调焦探测器接收；第二照明单元发出的光源经第二投影单元入射至硅平面的下表面，经反射后入射至第二探测透镜组并被第二调焦探测器接收。本发明在同一个***中设置两套三角测量装置，能够进行交叉测量，从而快速识别漂移部位并进行有效补偿。

Description

一种调焦调平测量***及其校准方法
技术领域
本发明涉及投影光刻设备领域，尤其涉及一种调焦调平测量***及其校准方法。
背景技术
投影光刻设备是将掩模上的图案通过投影物镜投影到工件表面的装置。在投影光刻设备中，调焦调平传感器用于对被测工件的垂向位置进行测量，垂向测量结果用于工件台伺服控制，将工件表面精确地移动到指定的曝光位置。
目前实现调焦调平测量多采用光学测量法，如三角测量方案，三角测量是光刻机中一种常用的调焦测量方案，在三角测量的测量体系中，各器件受温压影响，测量***会产生焦面漂移，同时在光刻设备中，物镜和被测物也可能存在漂移。为了检测这种漂移由哪一部分产生，及解决如何补偿这种漂移的问题，本发明提出了一种具备自动校准功能的调焦调平测量***及其校准方法。
发明内容
本发明提供一种调焦调平测量***及其校准方法，以解决现有测量***产生焦面漂移的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种调焦调平测量***，包括测量分***和校准分***，所述测量分***沿光路传播方向依次包括第一照明单元、第一投影单元、第一探测透镜组以及第一调焦探测器，所述校准分***沿光路传播方向依次包括第二照明单元、第二投影单元、第二探测透镜组以及第二调焦探测器，所述测量分***与所述校准分***关于硅平面的上表面呈轴对称分布，所述第一照明单元发出的光源经所述第一投影单元入射至硅平面的上表面，经所述硅平面的上表面反射后入射至所述第一探测透镜组并被所述第一调焦探测器接收；所述第二照明单元发出的光源经所述第二投影单元入射至硅平面的下表面，经所述硅平面的下表面反射后入射至所述第二探测透镜组并被所述第二调焦探测器接收。
较佳地，所述第一投影单元包括第一投影狭缝和第一投影透镜组；所述第二投影单元包括第二投影狭缝和第二投影透镜组。
较佳地，所述第一投影狭缝与第二投影狭缝采用同一种狭缝。
较佳地，所述第一调焦探测器和第二调焦探测器采用CCD相机、扫描反射镜或PSD位置传感器。
本发明还提供了一种利用调焦调平测量***进行校准的校准方法，所述调焦调平测量***包括测量分***和校准分***，所述测量分***沿光路传播方向依次包括第一照明单元、第一投影单元、第一探测透镜组以及第一调焦探测器，所述校准分***沿光路传播方向依次包括第二照明单元、第二投影单元、第二探测透镜组以及第二调焦探测器，所述测量分***与所述校准分***关于硅平面的上表面呈轴对称分布，所述校准方法包括如下步骤：
S1：当所述硅平面存在，第一调焦探测器探测第一投影单元的位置信息，第二调焦探测器探测第二投影单元的位置信息，记为第一工况，记录此时第一投影单元与第一调焦探测器，以及第二投影单元与第二调焦探测器的相对初始位置信息；
S2：将所述硅平面移除，所述第二调焦探测器接收第一投影单元的位置信息，第一调焦探测接收器接收第二投影单元的位置信息，记为第二工况，并记录此时第一投影单元与第二调焦探测器，以及第二投影单元与第一调焦探测器的相对初始位置信息；
S3：根据步骤S1和S2中的相对初始位置信息计算得到测量分***中，第一投影单元与第一调焦探测器的相对初始位置；
S4：当***发生偏移，在第一工况下，记录第一投影单元与第一调焦探测器，以及第二投影单元与第二调焦探测器的实际相对位置信息；
S5：在第二工况下，记录第一投影单元与第二调焦探测器，以及第二投影单元与第一调焦探测器的实际相对位置信息；
S6：根据步骤S4和S5中的实际相对位置信息计算得到测量分***中，第一投影单元与第一调焦探测器的实际相对位置，并与步骤S3中得到的相对初始位置进行对比和校准。
较佳地，在所述第一工况下，根据硅平面的高度Z1得到探测到的关于第一投影单元和第一调焦探测器位置值的表达式，该位置值VD1-1通过测量为确定量：
f1[P1，D1，W1(Z1)]＝VD1-1 式1
其中，P1为第一投影单元的位置值，D1为第一调焦探测器的位置值，W1为硅平面的位置值，同理，得到位置值VD2-1关于第二投影单元和第二调焦探测器位置值的表达式：
f2[P2，D2，W1(Z1)]＝VD2-1 式2
其中，P2为第二投影单元的位置值，D2为第二调焦探测器的位置值，根据式1、式2，计算得到如下公式：
f3(P1，D1，P2，D2，)＝V(VD1-1,VD2-1) 式3。
较佳地，在所述第二工况下，得到位置值VD1-2关于第一投影单元和第二调焦探测器位置值的表达式：
f4(P1，D2)＝VD2-2 式4
以及VD2-2关于第二投影单元和第一调焦探测器位置值的表达式：
f5(P2，D1)＝VD1-2 式5
根据式3、式4、式5，计算得到如下公式：
f6(P1，D1)＝V(VD1-1,VD2-1,VD2-2,VD1-2) 式6。
较佳地，根据式1和式6得到硅平面位置值W1的表达式：
W1(Z1)＝V(VD1-1)-V(VD1-1,VD2-1,VD2-2,VD1-2) 式7。
与现有技术相比，本发明提供的调焦调平测量***及其校准方法，该***包括测量分***和校准分***，所述测量分***沿光路传播方向依次包括第一照明单元、第一投影单元、第一探测透镜组以及第一调焦探测器，所述校准分***沿光路传播方向依次包括第二照明单元、第二投影单元、第二探测透镜组以及第二调焦探测器，所述测量分***与所述校准分***关于硅平面的上表面呈轴对称分布，所述第一照明单元发出的光源经所述第一投影单元入射至硅平面的上表面，经所述硅平面的上表面反射后入射至所述第一探测透镜组并被所述第一调焦探测器接收；所述第二照明单元发出的光源经所述第二投影单元入射至硅平面的下表面，经所述硅平面的下表面反射后入射至所述第二探测透镜组并被所述第二调焦探测器接收。本发明中，在同一个***中设置两套三角测量装置，能够进行交叉测量，从而快速识别漂移部位并进行有效补偿，进而提高***可靠性。
附图说明
图1为本发明一具体实施方式的调焦调平测量***的示意图(第一工况下)；
图2为本发明一具体实施方式的调焦调平测量***的示意图(第二工况下)；
图3为本发明一具体实施方式中的调焦调平测量***中投影狭缝的示意图；
图4为本发明一具体实施方式中校准方法的流程图。
图中：11-第一照明单元、12-第一投影狭缝、13-第一投影透镜组、14-第一探测透镜组、15-第一调焦探测器；
21-第二照明单元、22-第二投影狭缝、23-第二投影透镜组、24-第二探测透镜组、25-第二调焦探测器；
31-硅平面。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明提供的调焦调平测量***，如图1至图3所示，包括测量分***和校准分***，请重点参考图1和图2，虚线以上的部分为测量分***，虚线以下的部分为校准分***，具体地，所述测量分***沿光路传播方向依次包括第一照明单元11、第一投影单元、第一探测透镜组14以及第一调焦探测器15，所述校准分***沿光路传播方向依次包括第二照明单元21、第二投影单元、第二探测透镜组24以及第二调焦探测器25，所述测量分***与所述校准分***关于硅平面31的上表面呈轴对称分布，所述第一照明单元11发出的光源经所述第一投影单元入射至硅平面31的上表面，在所述硅平面31的上表面形成测量光斑，该测量光斑经所述硅平面31的上表面反射后入射至所述第一探测透镜组14并被所述第一调焦探测器15接收；所述第二照明单元21发出的光源经所述第二投影单元入射至硅平面31的下表面，在所述硅平面31的下表面形成测量光斑，该测量光斑经所述硅平面31的下表面反射后入射至所述第二探测透镜组24并被所述第二调焦探测器25接收。
本发明中，测量分***和校准分***在结构布局上成对角线分布，并且存在对应关系，即测量分***中的投影分支与校准分***中的探测分支成对角布局，校准分***中的投影分支与测量分***中的探测分支成对角布局；在没有被测物(即硅平面)状态，测量分***的投影端通过投影狭缝直接投影至校准分***的探测端，校准分***的投影端通过投影狭缝也可直接投影至测量分***的探测端，本发明在同一个***中设置两套三角测量装置，能够进行交叉测量，从而快速识别漂移部位并进行有效补偿，进而提高***可靠性。
较佳地，请继续参考图1和图2，所述第一投影单元包括第一投影狭缝12和第一投影透镜组13，具体地，所述第一照明单元11提供的光源出射光经第一投影狭缝12形成调焦用的测量光斑，由光纤传送至第一投影透镜组13，为整个测量分***提供照明光源；所述第二投影单元包括第二投影狭缝22和第二投影透镜组23，同样的，所述第二照明单元21提供的光源出射光经第二投影狭缝22形成调焦用的测量光斑，由光纤传送至第二投影透镜组23，为整个校准分***提供照明光源。较佳地，请重点参考图3，第一投影狭缝12和第二投影狭缝22为调焦测量提供多个测量子光斑，本实施例中，所述第一投影狭缝12与第二投影狭缝22采用同一种狭缝。
较佳地，所述第一调焦探测器15和第二调焦探测器25采用CCD相机、扫描反射镜或PSD位置传感器，当然，也可以是符合三角测量原理的其它传感器。
请重点参考图4，并结合图1和图2，本发明还提供了一种利用如上所述的调焦调平测量***进行校准的校准方法，包括如下步骤：
S1：当所述硅平面31存在时，测量分***与校准分***是相互独立的测量***，此时，第一调焦探测器15探测第一投影单元的位置信息，第二调焦探测器25探测第二投影单元的位置信息，记为第一工况，记录此时第一投影单元与第一调焦探测器15，以及第二投影单元与第二调焦探测器25的相对初始位置信息；
S2：将所述硅平面31移除，即移开工件台后，两个分***融为一体，此时，所述第二调焦探测器25接收第一投影单元的位置信息，第一调焦探测接收器15接收第二投影单元的位置信息，记为第二工况，并记录此时第一投影单元与第二调焦探测器25，以及第二投影单元与第一调焦探测器15的相对初始位置信息；
S3：根据步骤S1和S2中的相对初始位置信息计算得到测量分***中，第一投影单元与第一调焦探测器15的相对初始位置；
S4：当***发生偏移，在第一工况下，记录第一投影单元与第一调焦探测器15，以及第二投影单元与第二调焦探测器25的实际相对位置信息；
S5：在第二工况下，记录第一投影单元与第二调焦探测器25，以及第二投影单元与第一调焦探测器15的实际相对位置信息；
S6：根据步骤S4和S5中的实际相对位置信息计算得到测量分***中，第一投影单元与第一调焦探测器15的实际相对位置，并与步骤S3中得到的相对初始位置进行对比和校准。
本发明提供的校准方法中，首先在初装位置时，记录第一工况和第二工况下的初始相对位置，作为初始值，同时设定为机器常数；在***发生漂移时，同样去记录第一工况和第二工况下的实际相对位置，将两组数据进行对比，使用解析计算方法，判断是测量***漂移还是被测物漂移，并计算出***漂移量，根据漂移量对实际测量进行校准补偿。本发明可在发生不可预知情况下，自行校准漂移量，增加了***可靠性。
较佳地，在所述第一工况下，根据硅平面31的高度Z1得到探测到的关于第一投影单元和第一调焦探测器15位置值的表达式，该位置值VD1-1通过测量为确定量：
f1[P1，D1，W1(Z1)]＝VD1-1 式1
其中，P1为第一投影单元的位置值，D1为第一调焦探测器15的位置值，W1为硅平面31的位置值，同理，得到位置值VD2-1关于第二投影单元和第二调焦探测器25位置值的表达式：
f2[P2，D2，W1(Z1)]＝VD2-1 式2
其中，P2为第二投影单元的位置值，D2为第二调焦探测器25的位置值，根据式1、式2，计算得到如下公式：
f3(P1，D1，P2，D2，)＝V(VD1-1,VD2-1) 式3。
较佳地，在所述第二工况下，得到位置值VD1-2关于第一投影单元和第二调焦探测器25位置值的表达式：
f4(P1，D2)＝VD2-2 式4
以及VD2-2关于第二投影单元和第一调焦探测器15位置值的表达式：
f5(P2，D1)＝VD1-2 式5
根据式3、式4、式5，计算得到如下公式：
f6(P1，D1)＝V(VD1-1,VD2-1,VD2-2,VD1-2) 式6。
根据式6，可以得到测量分***的投影部分和探测部分的相对位置关系。
较佳地，因为测量分***和硅平面31高度的变化对最终测到的位置高度值的影响是相互独立的，因此，根据式1和式6得到硅平面31位置值W1的表达式：
W1(Z1)＝V(VD1-1)-V(VD1-1,VD2-1,VD2-2,VD1-2) 式7。
从而知道测量分***的投影部分和探测部分的相对位置关系。
综上所述，本发明提供的调焦调平测量***及其校准方法，该***包括测量分***和校准分***，所述测量分***沿光路传播方向依次包括第一照明单元11、第一投影单元、第一探测透镜组14以及第一调焦探测器15，所述校准分***沿光路传播方向依次包括第二照明单元21、第二投影单元、第二探测透镜组24以及第二调焦探测器25，所述测量分***与所述校准分***关于硅平面31的上表面呈轴对称分布，所述第一照明单元11发出的光源经所述第一投影单元入射至硅平面31的上表面，经所述硅平面31的上表面反射后入射至所述第一探测透镜组14并被所述第一调焦探测器15接收；所述第二照明单元21发出的光源经所述第二投影单元入射至硅平面31的下表面，经所述硅平面31的下表面反射后入射至所述第二探测透镜组24并被所述第二调焦探测器25接收。本发明中，在同一个***中设置两套三角测量装置，能够进行交叉测量，从而快速识别漂移部位并进行有效补偿，进而提高***可靠性。
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 (8)

1.一种调焦调平测量***，其特征在于，包括测量分***和校准分***，所述测量分***沿光路传播方向依次包括第一照明单元、第一投影单元、第一探测透镜组以及第一调焦探测器，所述校准分***沿光路传播方向依次包括第二照明单元、第二投影单元、第二探测透镜组以及第二调焦探测器，所述测量分***与所述校准分***关于硅平面的上表面呈轴对称分布，所述第一照明单元发出的光源经所述第一投影单元入射至硅平面的上表面，经所述硅平面的上表面反射后入射至所述第一探测透镜组并被所述第一调焦探测器接收；所述第二照明单元发出的光源经所述第二投影单元入射至硅平面的下表面，经所述硅平面的下表面反射后入射至所述第二探测透镜组并被所述第二调焦探测器接收。
2.如权利要求1所述的调焦调平测量***，其特征在于，所述第一投影单元包括第一投影狭缝和第一投影透镜组；所述第二投影单元包括第二投影狭缝和第二投影透镜组。
3.如权利要求2所述的调焦调平测量***，其特征在于，所述第一投影狭缝与第二投影狭缝采用同一种狭缝。
4.如权利要求1所述的调焦调平测量***，其特征在于，所述第一调焦探测器和第二调焦探测器采用CCD相机、扫描反射镜或PSD位置传感器。
5.一种利用调焦调平测量***进行校准的校准方法，其特征在于，所述调焦调平测量***包括测量分***和校准分***，所述测量分***沿光路传播方向依次包括第一照明单元、第一投影单元、第一探测透镜组以及第一调焦探测器，所述校准分***沿光路传播方向依次包括第二照明单元、第二投影单元、第二探测透镜组以及第二调焦探测器，所述测量分***与所述校准分***关于硅平面的上表面呈轴对称分布，所述校准方法包括如下步骤：
S1：当所述硅平面存在，第一调焦探测器探测第一投影单元的位置信息，第二调焦探测器探测第二投影单元的位置信息，记为第一工况，记录此时第一投影单元与第一调焦探测器，以及第二投影单元与第二调焦探测器的相对初始位置信息；
S2：将所述硅平面移除，所述第二调焦探测器接收第一投影单元的位置信息，第一调焦探测接收器接收第二投影单元的位置信息，记为第二工况，并记录此时第一投影单元与第二调焦探测器，以及第二投影单元与第一调焦探测器的相对初始位置信息；
S3：根据步骤S1和S2中的相对初始位置信息计算得到测量分***中，第一投影单元与第一调焦探测器的相对初始位置；
S4：当***发生偏移，在第一工况下，记录第一投影单元与第一调焦探测器，以及第二投影单元与第二调焦探测器的实际相对位置信息；
S5：在第二工况下，记录第一投影单元与第二调焦探测器，以及第二投影单元与第一调焦探测器的实际相对位置信息；
S6：根据步骤S4和S5中的实际相对位置信息计算得到测量分***中，第一投影单元与第一调焦探测器的实际相对位置，并与步骤S3中得到的相对初始位置进行对比和校准。
6.如权利要求5所述的校准方法，其特征在于，在所述第一工况下，根据硅平面的高度Z1得到探测到的关于第一投影单元和第一调焦探测器位置值的表达式，该位置值VD1-1通过测量为确定量：
f1[P1，D1，W1(Z1)]＝VD1-1 式1
其中，P1为第一投影单元的位置值，D1为第一调焦探测器的位置值，W1为硅平面的位置值，同理，得到位置值VD2-1关于第二投影单元和第二调焦探测器位置值的表达式：
f2[P2，D2，W1(Z1)]＝VD2-1 式2
其中，P2为第二投影单元的位置值，D2为第二调焦探测器的位置值，根据式1、式2，计算得到如下公式：
f3(P1，D1，P2，D2，)＝V(VD1-1,VD2-1) 式3。
7.如权利要求6所述的校准方法，其特征在于，在所述第二工况下，得到位置值VD1-2关于第一投影单元和第二调焦探测器位置值的表达式：
f4(P1，D2)＝VD2-2 式4
以及VD2-2关于第二投影单元和第一调焦探测器位置值的表达式：
f5(P2，D1)＝VD1-2 式5
根据式3、式4、式5，计算得到如下公式：
f6(P1，D1)＝V(VD1-1,VD2-1,VD2-2,VD1-2) 式6。
8.如权利要求7所述的校准方法，其特征在于，根据式1和式6得到硅平面位置值W1的表达式：
W1(Z1)＝V(VD1-1)-V(VD1-1,VD2-1,VD2-2,VD1-2) 式7。
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