CN104423181B - 一种扫描反射镜振动幅度自动调节的调焦调平装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种扫描反射镜振动幅度自动调节的调焦调平装置，一光源，用于提供一照明光束，投影光学单元，用于将所述照明光束投射至一工件表面并形成一反射光束；成像光学单元，用于将所述反射光束成像至探测单元，所述成像光学包括一扫描反射镜，用于按一定振幅反射所述工件表面的反射光束；探测单元，用于探测所述反射光束的光强信号；一数据采集单元，用于采集所述光强信号数据；一控制单元，用于根据支撑所述工件的工件台位置数据及所述光强信号数据设定所述扫描反射镜的振幅值；一扫描反射镜幅值调节单元，根据所述振幅值调节所述扫描反射镜的振幅。

Description

一种扫描反射镜振动幅度自动调节的调焦调平装置及方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种扫描反射镜振动幅度自动调节的调焦调平装置及方法。

背景技术

投影光刻机是一种把掩模上的图案通过物镜投影到硅片面上的装置。在投影曝光设备中，必须有自动调焦控制系统把硅片面精确带入到指定的曝光位置，实现该系统有多种不同的技术方案。在探测光路中，放置有一个扫描反射镜和一个探测狭缝；扫描反射镜以某个频率作高速简谐振动，导致投影光斑在探测狭缝处也产生高速往复扫描运动。由于狭缝的遮光作用，光电探测器最终探测的信号将成为某种动态测量信号，通过对该动态测量信号进行分析处理，可以获取高信噪比的光斑位置，进而获取硅片的高度值，并根据该高度值对硅片的支撑机构进行调整，直到硅片位于最佳焦面。调焦调平技术作为公知原理这里不做赘述，详细原理参见中国专利CN100535763C。

基于扫描反射镜的调焦调平系统在使用之前，需要将扫描反射镜的振幅调节到最佳振幅，并且扫描反射镜的振幅一旦设置好就不会改变，扫描反射镜长时间使用，难免会出现误差，此时需要系统对扫描反射镜振幅进行校准。扫描反射镜振幅的大小直接影响到调焦调平系统的测量，如果扫描反射镜的振幅过大，系统的测量范围变小，分辨率会变大；如果扫描反射镜的振幅过小，则系统的测量范围会变大，分辨率会变小。通过调节扫描反射镜的振幅来使光强可以达到最大值和0。此时认为扫描反射镜在最佳振幅。

目前调节扫描反射镜的振幅都是通过手动调节结合观察示波器的方式来达到最佳幅值。这样的调节方式不仅精确度差，调节耗时长、效率低，而且在长时间使用后对扫描反射镜振幅校准比较困难。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种根据信号特征进行自动搜索，确定扫描反射镜振幅的控制装置及方法。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种扫描反射镜振动幅度自动调节的调焦调平装置，包括：一光源，用于提供一照明光束，投影光学单元，用于将所述照明光束投射至一工件表面并形成一反射光束；成像光学单元，用于将所述反射光束成像至探测单元，所述成像光学包括一扫描反射镜，用于按一定振幅反射所述工件表面的反射光束；探测单元，用于探测所述反射光束的光强信号；一数据采集单元，用于采集所述光强信号数据；一控制单元，用于根据支撑所述工件的工件台位置数据及所述光强信号数据设定所述扫描反射镜的振幅值；一扫描反射镜幅值调节单元，根据所述振幅值调节所述扫描反射镜的振幅。

更进一步地，所述投影光学单元包括第一、第二反射镜，所述照明光束经第一、第二反射镜调整角度后入射所述工件表面；所述成像光学单元还包括第三反射镜，所述工件表面的反射光束经所述扫描反射镜、第三反射镜调整角度。

更进一步地，所述调焦调平装置还包括投影狭缝及探测狭缝，所述投影狭缝位于第一第二反射镜之间，所述反射光束经所述扫描反射镜、第三反射镜调整角度后经由所述探测狭缝入射所述探测单元。

本发明同时公开一种应用于上述扫描反射镜振动幅度自动调节的调焦调平装置中的扫描反射镜振动幅度自动调节方法，其特征在于，包括：

步骤一、根据数据采集单元的光强信号数据的极值确定调焦调平的零位以及工作台的位置，确定光强最大值MAX以及光强为0.5MAX时工作台的位置；

步骤二、设置工件台位置，使所述工件台位置对应于探测单元接收到的光强信号为0.5MAX处；

步骤三、设定扫描反射镜振幅设定值，采集所述扫描反射镜在90及其附近±△和270及其附近±△度光强值；

步骤四、判断所述采集到的光强值，判断光强数据最大值点是否等于MAX，或最小值点是否为零，以及判断所述最大值或最小值是否为唯一极值；

步骤五：如果最大值点等于MAX或最小值点等于零，且该极值点不唯一，则减小所述扫描反射镜振幅设定值，进入步骤三；如果最大值点小于MAX或最小值点大于零，则增大所述扫描反射镜振幅设定值，进入步骤三；如果最大值点等于MAX或最小值点等于零，且该极值点唯一，则完成所述扫描反射镜调节。

更进一步地，工件台位置信息获取的步骤，具体包括：在扫描反射镜关闭的情况下，控制单元控制工作台做垂向运动；以及控制单元在控制工作台的同时令数据采集单元不断采集工作台的位置数据，同时令数据采集单元对探测单元探测到的光强数据进行采集。

与现有技术相比较，本发明采用自动调节扫描反射镜的幅值的方式，不需要任何人工调节、测试仪器，可以随时自动调节、自动校准。解决了原方案中手动调节精确度差，调节耗时长、效率低，而且在长时间使用后对扫描反射镜振幅校准比较困难的问题，提高了调焦调平系统的调整效率、调整精度、实现了扫描反射镜振幅自动调节以及校准的自动化。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是本发明所涉及的扫描反射镜振动幅度自动调节的调焦调平装置的结构示意图；

图2是光斑与狭缝之间的相对位置关系示意图；

图3是扫描反射镜振幅不同时光强相关量（S）和探测光斑相对探测狭缝位置关系示意图；

图4是探测光斑相对于探测狭缝为d/2或-d/2时，不同扫描反射镜振幅下传感器采集到的光强值示意图；

图5是光电探测器输出的光强信号与工件台垂向位置的示意图；

图6是本发明所涉及的扫描反射镜振动幅度自动调节的调焦调平方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

现有技术方案中针对扫描反射镜的振幅调节靠一边手动调节可调电阻，一边观察示波器的方式来调节扫描反射镜的振幅来使之达到最佳振幅。通过人工观察示波器波形，当光斑位于探测狭缝的正中位置时，示波器上显示的波形的幅值为光斑位于探测狭缝的边界位置时波形幅值的一半的时候，认为扫描反射镜的振幅达到最佳振幅。

本发明的目的在于提供一种根据信号特征进行自动搜索，确定扫描反射镜振幅的控制装置及方法。

如图1中所示，图1是本发明所涉及的扫描反射镜振动幅度自动调节的调焦调平装置的结构示意图。该调焦调平装置包括恒定照明光源单元1，用于提供一恒定的光束，反射镜单元2、4、8；投影狭缝单元3，用于过滤光束中的杂散光；硅片5，在本实施方式中，待加工工件为硅片，但是本领域技术人员知道实际上不限于硅片，也可以使用玻璃基板；工作台单元6，用于承载硅片5，并为硅片提供多个自由度方向运动；扫描反射镜单元7；探测狭缝单元9；光电传感器单元10，负责采集光强信号数据单元；高速采集单元11负责对传感器数据进行高速采集；控制器单元12，负责根据高速采集单元采集的传感器光强数据以及工作台的位置数据进行解析和判断，根据分析的结果分别对工作台控制以及扫描反射镜幅值自动调节单元发出指令，实现扫描反射镜振幅自动调节；扫描反射镜幅值自动调节单元13，负责接收控制单元的指令，并根据控制单元的指令来自动调节扫描反射镜的振幅。该环节可以采用DA(数字模拟转换器)和放大器来实现扫描反射镜驱动信号自动调节控制，或采用可编程电阻和放大器的组合，通过控制电阻大小，实现扫描反射镜驱动信号自动调节控制。其中高速采集单元11、控制器单元12、扫描反射镜幅值自动调节单元13三个单元主要实现扫描反射镜振幅自动调节的功能。

为进一步说明扫描反射镜振幅自动调节，扫描反射镜振幅与光斑中心与探测狭缝相对位置关系如下：

光斑与探测狭缝的相对位置关系如图2设光斑中心与狭缝中心的距离为x，A对应扫描反射镜摆动相位为90时的光强采集信号，B对应扫描反射镜相位为270时的光强采集信号，x在 [-d/2，d/2]，可得：

k为比例系数，可得

设

当扫描反射镜振幅为0时，光斑中心与狭缝中心的距离为x，设扫描反射镜的振幅为y，则当反射镜运动到A点时其对应的光强度为：d-|x+y|，B点对应的光强为：d-|x-y|，

根据

可得光强相关量

可化简为

当x为d/2时，S为-1，当x为-d/2时,S为1，x在 [-d/2，d/2] ，S与x成线性关系。

x在 （d/2，d），A为0，则S为-1。

x在 （-d，-d/2），B为0，则S为1。

根据以上关系可以绘制出扫描反射镜振幅不同时的光强相关量和光斑与探测狭缝位置关系图如附图3。图3中a为扫描反射镜振幅偏小时（<d/2），光强相关量（S）和探测光斑相对探测狭缝位置关系；b扫描反射镜振幅最佳时（=d/2），光强相关量（S）和探测光斑相对探测狭缝位置关系；c扫描反射镜振幅偏大时（>d/2），光强信号（S）和探测光斑相对探测狭缝位置关系。

探测光斑相对于探测狭缝为d/2或-d/2时，设置不同扫描反射镜振幅，传感器采集到的光强值如附图4。图4中a为扫描反射镜振幅偏小时（<d/2）的光强值；b为扫描反射镜振幅最佳时（=d/2）的光强值；c为扫描反射镜振幅偏大时（>d/2）的光强值。

本技术方案根据以上扫描反射镜振幅和光强以及光强相关量的关系对扫描反射镜振幅进行自动调节。光电探测器输出的光强信号与工作台垂向位置的关系如图5。当工作台从光强为0的地方开始运动，运动到光强为最大值MAX的地方，工作台继续运动，光强开始从最大值MAX逐渐降低直至为0。当光强最大的时候，是调焦调平的零位。当光强为0.5MAX的时候，光斑与狭缝相对位置为0.5d。扫描反射镜振动在最佳振幅的时候，光斑在狭缝位置的光强为0.5d。可以根据这样的关系，来确定实现本方案需要以下步骤（流程图如图6）：

601：在扫描反射镜关闭的情况下，控制器控制工作台做垂向运动；

602：控制器在控制工作台的同时不断采集工作台的位置数据，同时对光电传感器的光强数据进行采集；

603：根据传感器光强数据的极值确定调焦调平的零位以及工作台的位置，确定光强最大值MAX以及光强为0.5MAX时工作台的位置；

604：设置工作台位置，使得光强值为MAX/2 ；

605：开启扫描反射镜；

606：设置扫描反射镜振幅；

607：采集90度及其附近±△和270度及其附近±△度光强值，其中△为相位变化量；

608：根据采集到的光强值进行判断，判断光强数据最大的点是否等于MAX(或者最小值点是否为0)，同时判断最大值（最小值）是否是唯一极值；

609：如果最大点等于MAX（或者最小值点等于0），但该极值点不唯一，则按步距step，减小扫描反射镜振幅设置值，重新返回606；

610，如果最大点小于MAX（或者最小值点大于0），则按步距step，增大扫描反射镜振幅设置值，重新返回606；

611：如果两个条件都满足，则此时设置的扫描反射镜振幅为最优振幅，完成扫描反射镜的自动调节。

本发明采用自动调节扫描反射镜的幅值的方式，不需要任何人工调节、测试仪器，可以随时自动调节、自动校准。解决了原方案中手动调节精确度差，调节耗时长、效率低，而且在长时间使用后对扫描反射镜振幅校准比较困难的问题，提高了调焦调平系统的调整效率、调整精度、实现了扫描反射镜振幅自动调节以及校准的自动化。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，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 (5)

1.一种扫描反射镜振动幅度自动调节的调焦调平装置，包括：

一光源，用于提供一照明光束，

投影光学单元，用于将所述照明光束投射至一工件表面并形成一反射光束；

成像光学单元，用于将所述反射光束成像至探测单元，所述成像光学单元包括一扫描反射镜，用于按一定振幅反射所述工件表面的反射光束；

探测单元，用于探测所述反射光束的光强信号；

一数据采集单元，用于采集所述光强信号数据；

一控制单元，用于根据支撑所述工件的工件台位置数据及所述光强信号数据设定所述扫描反射镜的振幅值；

一扫描反射镜幅值调节单元，根据所述振幅值调节所述扫描反射镜的振幅。

2.如权利要求1所述的扫描反射镜振动幅度自动调节的调焦调平装置，其特征在于，所述投影光学单元包括第一、第二反射镜，所述照明光束经第一、第二反射镜调整角度后入射所述工件表面；所述成像光学单元还包括第三反射镜，所述工件表面的反射光束经所述扫描反射镜、第三反射镜调整角度。

3.如权利要求2所述的扫描反射镜振动幅度自动调节的调焦调平装置，其特征在于，所述调焦调平装置还包括投影狭缝及探测狭缝，所述投影狭缝位于第一第二反射镜之间，所述反射光束经所述扫描反射镜、第三反射镜调整角度后经由所述探测狭缝入射所述探测单元。

4.一种应用于权利要求1所述的扫描反射镜振动幅度自动调节的调焦调平装置中的扫描反射镜振动幅度自动调节方法，其特征在于，包括：

步骤一、根据数据采集单元的光强信号数据的极值确定调焦调平的零位以及工作台的位置，确定光强最大值MAX以及光强为0.5MAX时工作台的位置；

步骤二、设置工件台位置，使所述工件台位置对应于探测单元接收到的光强信号为0.5MAX处；

步骤三、设定扫描反射镜振幅设定值，采集所述扫描反射镜在90°及其附近±Δφ和270°及其附近±Δφ度光强值；

步骤四、判断所述采集到的光强值，判断光强数据最大值点是否等于MAX，或最小值点是否为零，以及判断所述最大值或最小值是否为唯一极值；

步骤五：如果最大值点等于MAX或最小值点等于零，且该极值点不唯一，则减小所述扫描反射镜振幅设定值，进入步骤三；如果最大值点小于MAX或最小值点大于零，则增大所述扫描反射镜振幅设定值，进入步骤三；如果最大值点等于MAX或最小值点等于零，且该极值点唯一，则完成所述扫描反射镜调节。

5.如权利要求4所述的扫描反射镜振动幅度自动调节方法，其特征在于，工件台位置信息获取的步骤，具体包括：在扫描反射镜关闭的情况下，控制单元控制工作台做垂向运动；以及控制单元在控制工作台的同时令数据采集单元不断采集工作台的位置数据，同时令数据采集单元对探测单元探测到的光强数据进行采集。