專利名稱：調(diào)焦調(diào)平測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量裝置通常 采用光學(xué)測(cè)量法等非接觸式測(cè)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(shí)，調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置的測(cè)量點(diǎn)中心將與投影 物鏡的曝光視場(chǎng)不重合，引起測(cè)量誤差。圖1為投影物鏡焦面發(fā)生漂移時(shí)引起測(cè)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(cè)量裝置的測(cè)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(cè)單元14。當(dāng)投影物鏡焦面沒有漂移時(shí)，從照明單元11發(fā)出的入射光經(jīng) 垂直于測(cè)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(cè)量光路的偏置平板13后到達(dá)探測(cè)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(shí)，從照明單元11發(fā)出的入射光經(jīng)垂直于測(cè)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(cè)單元14的0'點(diǎn)，偏離了中心0點(diǎn)，這就導(dǎo)致 了測(cè)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(guó)專利US5633721中，采用一偏置平板的旋轉(zhuǎn)來(lái)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(shí)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(cè)量光發(fā)生折射而到達(dá)探測(cè)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(guò)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(shí)，會(huì)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(shí)，入射光透過(guò)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(shí)，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(cè)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(shí)又能保證成像質(zhì)量。本發(fā)明提供一種調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置，其測(cè)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(cè)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(lái)的像差。進(jìn)一步的，所述測(cè)量裝置包括偏置平板驅(qū)動(dòng)單元，所述偏置平板驅(qū)動(dòng)單元具有第 一偏置平板驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二偏置平板驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述第一偏置平板驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述第一 偏置平板，所述第二偏置平板驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述第二偏置平板。進(jìn)一步的，所述測(cè)量裝置還包括照明單元，用于為所述測(cè)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(cè)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(cè)量光斑陣列；以及光電探測(cè)單元，用于根據(jù)所述測(cè)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(hào)。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(cè)單元中。進(jìn)一步的，所述測(cè)量裝置還包括信號(hào)處理單元，所述信號(hào)處理單元處理所述光電 探測(cè)單元輸出的電信號(hào)并輸出測(cè)量結(jié)果。進(jìn)一步的，所述測(cè)量裝置還包括控制單元，所述控制單元根據(jù)所述信號(hào)處理單元 輸出的測(cè)量結(jié)果提供控制指令給所述偏置平板驅(qū)動(dòng)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(cè)量裝置，通過(guò)在任一側(cè)的測(cè)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(shí)又能保證成像質(zhì)量。


圖1為投影物鏡焦面發(fā)生漂移時(shí)引起測(cè)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(shí)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(cè)量裝置的一個(gè)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(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作 進(jìn)一步的說(shuō)明。
在背景技術(shù)中已經(jīng)提及，現(xiàn)有的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置采用一偏置平板的旋轉(zhuǎn)來(lái)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(cè)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(cè)量裝置的一個(gè)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(gè)示例，以硅片為調(diào)焦調(diào)平的對(duì)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(cè)量裝置設(shè)置在投影物鏡30和硅片40之間，其測(cè)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(cè)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(cè)量裝置包括偏置平板驅(qū)動(dòng)單元對(duì)。偏置平 板驅(qū)動(dòng)單元M具有第一偏置平板驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二偏置平板驅(qū)動(dòng)電機(jī)(未圖示)，第一偏置 平板驅(qū)動(dòng)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)第一偏置平板觀繞χ軸旋轉(zhuǎn)，而第二偏置平板驅(qū)動(dòng)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)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(cè)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(cè)單元26。其中，照明單元21用于為所述測(cè)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(cè)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(cè)量光斑陣列。光電探測(cè)單元沈通過(guò)光電信號(hào)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(cè)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(hào)。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(cè)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(cè)量裝置還包括信號(hào)處理單元27和控制單元25。其中，信號(hào)處理單元27 處理光電探測(cè)單元沈輸出的電信號(hào)并輸出測(cè)量結(jié)果，具體而言，需要完成光電探測(cè)單元沈 輸出的電信號(hào)的調(diào)理、多路測(cè)量的切換、外設(shè)控制信號(hào)的接口轉(zhuǎn)換等?？刂茊卧?5根據(jù)信 號(hào)處理單元27輸出的測(cè)量結(jié)果提供控制指令給偏置平板驅(qū)動(dòng)單元M。偏置平板驅(qū)動(dòng)單元 24中的第一偏置平板驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二偏置平板驅(qū)動(dòng)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(cè)量裝置的工作過(guò)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(cè)量光路而設(shè)置的。首先，照明單元21為整個(gè)測(cè) 量裝置提供照明光，該照明光通過(guò)投影單元22中的投影狹縫陣列并在硅片40表面形成測(cè) 量光斑陣列。這些測(cè)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(cè)量光斑陣列入射到光電探測(cè)單元26，光電探測(cè)單元沈中的掃描反射鏡(SR)對(duì)光 信號(hào)進(jìn)行調(diào)制以提高測(cè)量信號(hào)的信噪比，而光電探測(cè)單元26中的光電探測(cè)器陣列通過(guò)光 電信號(hào)轉(zhuǎn)換后輸出表征硅片40表面的形貌信息的電信號(hào)。信號(hào)處理單元27接收光電探測(cè) 單元沈的光電探測(cè)器陣列輸出的電信號(hào)，進(jìn)而對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行一系列的處理，輸出測(cè)量結(jié) 果。測(cè)量結(jié)果中包含投影物鏡焦面與調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置之間的相對(duì)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(cè)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)。控制單元25根據(jù)該測(cè)量結(jié)果給偏置平板驅(qū)動(dòng)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(jì)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(shí)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(guò)光學(xué)模擬可知，當(dāng)它們滿足以上的關(guān)系時(shí)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(dòng)單元M中的第一偏置平板驅(qū)動(dòng)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(cè)量裝置之間的 相對(duì)漂移。同時(shí)，偏置平板驅(qū)動(dòng)電機(jī)M中的第二偏置平板驅(qū)動(dòng)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(shí)，很好地平衡 了像差，保證了成像質(zhì)量。可見，該調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置通過(guò)在位于一側(cè)的測(cè)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(shí) 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(cè)單元沈中，這都滿足兩塊偏置平板設(shè)于任一側(cè)的測(cè)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(cè)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(cè)量裝置，通過(guò)在任一側(cè)的測(cè)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(shí)又能保證成像質(zhì)量。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)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(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置，其測(cè)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(cè)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(lái)的像差。
2.如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置，其特征在于，所述測(cè)量裝置包括偏置平板 驅(qū)動(dòng)單元，所述偏置平板驅(qū)動(dòng)單元具有第一偏置平板驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二偏置平板驅(qū)動(dòng)電機(jī)， 所述第一偏置平板驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述第一偏置平板，所述第二偏置平板驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(cè)量裝置，其特征在于，所述測(cè)量裝置還包括照明單元，用于為所述測(cè)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(cè)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(cè)量光斑陣列；以及光電探測(cè)單元，用于根據(jù)所述測(cè)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(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的調(diào)焦調(diào)平測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量裝置，其特征在于，所述測(cè)量裝置還 包括信號(hào)處理單元，所述信號(hào)處理單元處理所述光電探測(cè)單元輸出的電信號(hào)并輸出測(cè)量結(jié)^ ο
8.如權(quán)利要求7所述的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量裝置，其特征在于，所述測(cè)量裝置還包括控制單 元，所述控制單元根據(jù)所述信號(hào)處理單元輸出的測(cè)量結(jié)果提供控制指令給所述偏置平板驅(qū) 動(dòng)單元。
9.如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測(cè)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(cè)量裝置，通過(guò)在任一側(cè)的測(cè)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(shí)又能保證成像質(zhì)量。
文檔編號(hào)G03F9/00GK102129183SQ20101002299
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)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(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司