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CN102200428A - 高精度垂向位置测量装置 - Google Patents

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CN102200428A
CN102200428A CN 201010130820 CN201010130820A CN102200428A CN 102200428 A CN102200428 A CN 102200428A CN 201010130820 CN201010130820 CN 201010130820 CN 201010130820 A CN201010130820 A CN 201010130820A CN 102200428 A CN102200428 A CN 102200428A
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CN
China
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chopper
measuring beam
silicon chip
quadrants
quadrant
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Pending
Application number
CN 201010130820
Other languages
English (en)
Inventor
金小兵
李志丹
陈飞彪
鲁武旺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
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Publication date
Application filed by Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd filed Critical Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
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Abstract

一种高精度垂向位置测量装置，在该装置中，光源发出的测量光束经由被测硅片反射后入射至高速旋转的斩光器，斩光器将测量光束转换成高频光学信号，该高频光学信号被二象限PD接收，二象限PD将高频光学信号转换成两个象限的电信号，对两个象限的电信号进行分析处理得出被测硅片在垂向的位置偏移信息。

Description

高精度垂向位置测量装置
技术领域
本发明涉及一种光刻装置，尤其涉及光刻装置中的硅片垂向位置测量装置。
背景技术
在科技飞速发展的今天，光电测量在高科技领域所占的比重越来越高，而对光学信号进行高频调制往往是消除外界干扰最有效的手段。专利U.S.Patent：5461237提出了一种垂向测量方法，其信号调制是利用高频振动的扫描反射镜来产生高频光学探测信号，但该方法中信号调制频率完全取决于扫面反射镜的振动频率，频率调整相当困难、调整幅度也很有限，且高频振动的扫描反射镜必将带来刺耳的噪音。设计一套能够对光学信号在一定频率范围内进行调制，且不带来高频噪声的垂向测量方法显得越来越重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种垂向位置测量装置，该装置能对测量光信号在一定频率范围内进行调制，且不会带来高频噪声。
本发明提供了一种高精度垂向位置测量装置，在该装置中，光源发出的测量光束经由被测硅片反射后入射至高速旋转的斩光器，斩光器将测量光束转换成高频光学信号，该高频光学信号被二象限PD接收，二象限PD将高频光学信号转换成两个象限的电信号，对两个象限的电信号进行分析处理得出被测硅片在垂向的位置偏移信息。
其中，在入射至被测硅片表面之前，通过投影狭缝调整测量光束的尺寸。
其中，利用准直透镜将光源发出的测量光束转换为平行光，然后入射至投影狭缝。
其中，利用第一反射镜将投影狭缝出射的测量光束反射至被测硅片表面上。
其中，利用第二反射镜将被测硅片表面反射的测量光束反射至偏置平板调整机构，以改变光束的偏移方向和偏移量。
其中，通过第三反射镜将偏置平板调整机构出射的测量光束反射至斩光器。
其中，入射至斩光器的测量光束能完全通过斩光器上的透光孔。
其中，透光孔的形状尺寸大于入射的测量光束的光斑的形状尺寸。
其中，当被测硅片的上表面位于最佳焦面处时，二象限PD两个象限测得的能量总和最大，且两个象限的能量之差为零。
其中，根据两个象限的能量之差来判断被测硅片上表面的垂向位置偏移量和偏移方向。
其中，通过调整透光孔沿斩光器径向位置、增减透光孔的数量、切换斩光器的旋转速度等手段来改变该装置的调制频率。
该装置的运动部件只有一个高速旋转的斩光器，结构简单，易于实现，信号频率调制范围较大，灵活性好，适用性强，增减斩光器上方形孔的数量、调整方孔沿斩光器径向位置、或切换斩光器的旋转速度均可以改变该装置的调制频率。相对于高频振动的信号调制装置来说，该垂向位置测量装置采用高速旋转的斩光器对信号进行调制可以有效地减小噪音。
附图说明
图1所示为根据本发明的用于光刻机的垂向位置测量装置结构示意图。
图2所示为信号调制装置结构示意图。
图3所示为二象限PD接收到的测量光斑示意图。
图4所示为垂向位置测量装置被测量面相对于投影物镜最佳焦面发生偏移时二象限PD接收到的测量光斑示意图。
图5所示为二象限PD接收到的光强能量曲线示意图。
图6为测量信号的处理流程示意图。
具体实施方式
下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。
本发明的高精度垂向位置测量装置，可用于光刻机中的硅片垂向位置测量，如图1所示。垂向位置测量装置光源2发出的杂散光经过准直透镜3后形成平行测量光束，平行光束透过投影狭缝4后由反射镜5将光束引向被测硅片6上表面，硅片6固定在工作台7上，可以随工作台7一起移动。测量光束经硅片6反射后，携带着硅片表面位置信息由反射镜8反射后透过偏置平板调整机构9，最后射向反射镜10，反射镜10将光束引向高速旋转的斩光器11，透过斩光器方孔的光束被二象限PD12接收，通过对二象限PD12接收的光强能量进行分析处理，得到被测量硅片6相对于投影物镜1最佳焦面的垂向位置信息。
光刻机垂向位置测量装置中的偏置平板调整机构9可用于改变测量光束的偏移方向，正常工作之前，首先调整该机构，使得被测量硅片6上表面与投影物镜1的焦面重合时，经过反射镜10反射之后的测量光束能够全部透过斩光器的方孔102，如图2所示。而此时透过方孔的光束在二象限PD12上形成一个测量光斑203，如图3所示。调整二象限PD12的安装位置，使得光斑203在二象限探测器上第一象限201和第二象限202上光斑大小相同，即当被测量硅片6处于投影物镜1最佳焦面位置时，二象限PD12上第一象限201与第二象限202上接收到的光强能量相同。
为了便于测量，垂向位置测量装置投影狭缝4和光路布局关系必须满足如下条件，经过反射镜10反射之后的测量光斑尺寸小于斩光器11上的方孔尺寸。正常工作时，斩光器11高速旋转，此时二象限PD12接收到的是一个高频信号。假设在某时刻二象限PD12上第一象限201接收到的光强能量为E1，第二象限202接收到的光强能量为E2，如图3所示，当被测量硅片6上表面处于投影物镜1最佳焦面位置时，二象限PD12上两个象限201和202上接收到的能量相同，即E1＝E2。当被测量硅片6上表面相对于投影物镜最佳焦面发生偏移时，如图4所示，二象限PD12上两个象限201和202上接收到的能量不相同，若发生正向偏移，如301所示E1＞E2，若发生负向偏移，如302所示E1＜E2。
若二象限PD两个象限的能量总和为E，即E＝E1+E2，能量之差为ΔE，即ΔE＝E1-E2，如图5中所示，图中虚线表示能量总和E，实线表示能量之差ΔE。在t0、t1、t2时刻测量光束完全透过斩光器上的方孔时，二象限PD接收到的光强能量总和E最大，此时ΔE反映了被测量面的偏移量。当被测量面处于最佳焦面位置时，如401所示ΔE＝0，当被测量面相相对于最佳焦面发生正向偏移时，如402所示ΔE＞0，当被测量面相相对于最佳焦面发生负向偏移时，如403所示ΔE＜0。因此，在E取得最大值的时刻，ΔE的大小反映了被测量面偏移量的大小，同时ΔE的正负也反映了偏移的方向。
整个信号处理过程如图6所示，首先分别对二象限PD12两个象限的输出信号进行采集，然后用矩形波分别对两路测量信号进行幅值调制，调制完成后再进行模拟滤波和A/D转换，对A/D转换之后的两路数字信号进行相减，最后对结果分析计算即可得出垂向测量值。
本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (11)

1.一种高精度垂向位置测量装置，在该装置中，光源发出的测量光束经由被测硅片反射后入射至高速旋转的斩光器，斩光器将测量光束转换成高频光学信号，该高频光学信号被二象限PD接收，二象限PD将高频光学信号转换成两个象限的电信号，对两个象限的电信号进行分析处理得出被测硅片在垂向的位置偏移信息。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在入射至被测硅片表面之前，通过投影狭缝调整测量光束的尺寸。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，利用准直透镜将光源发出的测量光束转换为平行光，然后入射至投影狭缝。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，利用第一反射镜将投影狭缝出射的测量光束反射至被测硅片表面上。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，利用第二反射镜将被测硅片表面反射的测量光束反射至偏置平板调整机构，以改变光束的偏移方向和偏移量。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，通过第三反射镜将偏置平板调整机构出射的测量光束反射至斩光器。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，入射至斩光器的测量光束能完全通过斩光器上的透光孔。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，透光孔的形状尺寸大于入射的测量光束的光斑的形状尺寸。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，当被测硅片的上表面位于最佳焦面处时，二象限PD两个象限测得的能量总和最大，且两个象限的能量之差为零。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，根据两个象限的能量之差来判断被测硅片上表面的垂向位置偏移量和偏移方向。
11.根据权利要求1～10中任意一个所述的装置，其特征在于，通过调整透光孔沿斩光器径向位置、增减透光孔的数量、切换斩光器的旋转速度等手段来改变该装置的调制频率。
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