CN104977821B - 一种基于预扫描的轨迹校正调焦调平装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于预扫描的轨迹校正调焦调平装置，其特征在于，包括一传感器阵列和一水平运动台，在预扫描过程中，所述传感器阵列可对多个采样点进行采样，所述装置可根据传感器的采样结果对被测表面进行拟合，根据采样结果和拟合得到的拟合面之间的差值，所述水平运动台可运动，控制所述传感器阵列整体在x方向上进行位置微调，或传感器阵列中超出阈值的测量值所对应的传感器，在x方向上进行位置微调。
Description
技术领域
本发明涉及光刻领域，尤其涉及一种用于光刻机中的基于预扫描的轨迹校正调焦调平装置和方法。
背景技术
在投影光刻装置中，通常使用硅片调焦调平探测装置来实现对硅片表面特定区域进行高度和倾斜度的测量。该测量装置要求的精度较高，且操作时不能损伤硅片。所以，硅片调焦调平测量必须是非接触式测量，常用的非接触式调焦调平测量方法有三种：光学测量法、电容测量法、气压测量法。
美国专利US4650983中记载了一种调焦调平检测装置和方法，其中采用扫描反射镜来调制包含被测物体（比如：半导体衬底或硅片）表面相对光刻机投影光学系统焦平面的离焦高度信息的光信号，并使经过扫描反射镜调制的光信号通过光敏探测器转变成包含离焦高度信息的模拟电信号，最后再通过相敏解调（PSD）电路从模拟电信号中解调出实际的离焦高度数据。该三角测量方法中，入射到被测物上的光斑是有一定大小的，且与调焦调平检测装置的量程有关。
传统的干涉仪也是一种非接触式的用来测量微小的空间距离的设备。传统干涉仪一般采用相干长度很长的单色(或窄带)光源，通过检测干涉条纹的位置、形状和距离等参数的变化来精确测定空间距离。该测量方法中，入射到被测物上的光斑可认为是一个点。
实际被测物如硅片或玻璃基板，表面会存在周期性的沟槽，而该沟槽并不是我们要测量的位置。沟槽出现的周期一般为毫米量级(如3mm),沟槽本身的大小为数百微米量级(可为100um)。这就使得在光斑很小时，测量点可能会落在工艺沟槽内，使得测量产生误差。本发明提出了一种基于预扫描的轨迹可校正的调焦调平装置，在每批被测物测量前通过预扫描，进而调整测量轨迹，避免测量到沟槽位置。
发明内容
针对以上问题，本发明提出了一种基于预扫描的轨迹校正调焦调平装置，其特征在于，包括一传感器阵列和一水平运动台，在预扫描过程中，所述传感器阵列可对多个采样点进行采样，所述装置可根据传感器的采样结果对被测表面进行拟合，根据采样结果和拟合得到的拟合面之间的差值，所述水平运动台可运动，控制所述传感器阵列整体在x方向上进行位置微调。
一种基于预扫描的轨迹校正调焦调平装置，其特征在于，包括一传感器阵列，在预扫描过程中，所述传感器阵列可对多个采样点进行采样，所述装置可根据传感器的采样结果对被测表面进行拟合，根据采样结果和拟合得到的拟合面之间的差值，所述传感器阵列中超出阈值的测量值所对应的的传感器在x方向上进行位置微调。
其中，所述传感器阵列中的每一个传感器都可以在x方向上进行位置微调。
其中，所述传感器阵列中相邻传感器之间的距离小于被测表面上相邻划线槽之间的距离。
本发明还提出了一种利用上述装置进行预扫描以及轨迹校正的方法，包括：
步骤一：确定初始测量位置；
步骤二：利用传感器阵列在该初始测量位置进行测量，获得传感器阵列中各传感器的测量点高度值并拟合平面；
步骤三：计算各点与拟合面的偏差值△H；
步骤四：将各点的偏差值与高度阈值H0进行比较，若所有的偏差值均小于高度阈值H0，则进入步骤八，否则进入步骤五；
步骤五：判断进入该传感器的第i次微调（i=1,2,3，……）；
步骤六：将 i与预设最大调整次数I进行比较，若小于I，则微调运动台控制所述传感器阵列整体在x方向上的位置并重复步骤二至步骤六，否则进入步骤七；
步骤七：选取多次调整中偏差值的最大值最小的一次所处的位置作为采样位置，并结束；
步骤八：确定目前的位置为采样位置，并结束。
一种利用上述装置进行预扫描以及轨迹校正的方法，其特征在于，包括
步骤一：确定初始测量位置；
步骤二：利用传感器阵列在该初始测量位置进行测量，获得传感器阵列中各传感器的测量点高度值并拟合平面；
步骤三：计算各点与拟合面的偏差值△H；
步骤四：将各点的偏差值与高度阈值H0进行比较，若所有的偏差值均小于高度阈值H0，则进入步骤八，否则进入步骤五；
步骤五：判断进入该传感器的第i次微调（i=1,2,3，……）；
步骤六：将 i与预设最大调整次数I进行比较，若小于I，则微调所述传感器阵列中超出阈值的测量值所对应的的传感器在x方向上的位置并重复步骤二至步骤六，否则进入步骤七；
步骤七：选取多次调整中偏差值的最大值最小的一次所处的位置作为采样位置，并结束；
步骤八：确定目前的位置为采样位置，并结束。
其中，在步骤六中，传感器阵列中各传感器的位置可被单独移动。
现有技术中，例如基于光通量调制的三角测量法。其光斑在非测量方向大小一般为2～4mm。光斑较大，难以规避被测物表面的沟槽。采用根据本发明的装置和方法，可以将测量点沿工件台的非测量方向做微小调整，进行复测直到满足一定要求为止。这样可以在最大程度上规避测量点落在沟槽内的可能，提高测量精度。
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得到进一步的了解。
图1所示为硅片及测量点阵列示意图；
图2所示为传感器及被测物划线槽示意图；
图3所示为测量及拟合面示意图；
图4所示为某一测量点在划线槽内的多点采样图；
图5所示为各采样点与拟合面的偏差示意图；
图6所示为根据本发明第一实施例的一体式传感器采样位置预扫描及轨迹校正流程图；
图7所示为一体式传感器采样位置校正后的多点采样示意图；
图8所示为根据本发明第二实施例的独立可调式传感器采样位置预扫描及轨迹校正流程图；
图9所示为独立可调式传感器采样位置校正后的多点采样示意图。
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。
第一实施例
根据本发明的第一实施例介绍了预扫描的过程及作用，在本实施例中多个传感器的布置是一体式的，也即传感器间不能相互移动，扫描轨迹的变动是通过承载被测物的运动台完成的。这样可以在不增加装置复杂度的基础上，完成预扫描及轨迹调整的目的。
本发明中，水平向包括x向和y向，x向和y向相互垂直，水平运动台载着被测物沿y向运动，水平运动台和传感器为避开划线槽沿x向进行微调。
图1所示为硅片及测量点阵列示意图。可以看出，实际被测物的表面存在周期性的工艺线条。传感器阵列对硅片表面进行测量的过程中，若某一传感器落在划线槽内，则该点测量值会与其它传感器的测量值有较大的差别。在做平面拟合后，相较与其它传感器的测量值，该传感器的测量值与拟合面的残差值会明显偏大。
图2所示为传感器及被测物的划线槽示意图。在实际测量曝光过程中，划线槽的方向与承载运动台的方向通常是一致的，在本发明中也以此为前提。在本实施例中，划线槽的周期是3mm，划线槽宽、深均为100um，一排布置了多个传感器。当某一光斑落在划线槽内时，可以改变测量位置，以避开划线槽的影响。由于传感器的光斑很小，通过移动测量位置避开划线槽的方案是可行的也是必要的。在现有的扫描反射镜式三角测量方法中，光斑在非测量方向上的大小一般为 2～4mm，这与划线槽出现的周期间距相当，从而移动传感器在被测物上的采样位置时，测量点很难避开划线槽。当传感器光斑在非测量方向的长度大于划线槽周期间距时，传感器采样点始终无法避开划线槽。
图3所示为多点测量及拟合面。调焦调平分系统根据传感器的多点测量值，按一定的拟合算法得到测量平面。由于采样点位置的不同，拟合平面也有一定差别，如图中虚线所示的测量面1和测量面2。图中测量面1和测量面2之间的虚线为理想面，它是曝光视场范围内的所有点的拟合平面。为了更准确的反映实际的被测物面形，采样点应尽可能避免落在局部面形变化特别大的地方。在玻璃基板的测量中，划线槽即为局部面形变化大的点。
图4所示为某一测量点在划线槽内的多点采样图；图5所示为图4中各采样点与拟合面的偏差示意图。图4中一排布置了若干个传感器S1-S9……，即可同时测得多个高度值。传感器S8刚好在沟槽内，在水平运动台载着被测物沿y向运动时，传感器S8测到的一直为沟槽的底部。计算各个采样点与拟合平面的偏差，可以发现S8的测量偏差值明显偏大。可根据实际情况，设置一高度阈值H0，当某一采样点到拟合面的偏差值超过这一阈值时，认为该传感器的采样点是被测物的沟槽内。此时可以通过水平运动台，将被测物沿x正向(或负向)做微调整。
图6所示为一体式传感器采样位置预扫描及轨迹校正流程图。其中，包括下列步骤。
步骤一：确定初始测量位置；
步骤二：利用传感器阵列在该初始测量位置进行测量，获得各传感器的测量点高度值并拟合平面；
步骤三：计算各点与拟合面的偏差值△H；
步骤四：将各点的偏差值与高度阈值H0进行比较，若所有的偏差值均小于高度阈值H0，则进入步骤八，否则进入步骤五；
步骤五：判断进入该传感器的第i次微调（i=1,2,3，……）；
步骤六：将 i与预设最大调整次数I进行比较，若小于I，则微调运动台在x方向上的位置使得传感器阵列整体在x方向上移动，并重复步骤二至步骤六，否则进入步骤七；
步骤七：选取多次调整中偏差值的最大值最小的一次所处的位置作为采样位置，并结束；
步骤八：确定目前的位置为采样位置，并结束。
在步骤四中，当某一采样点到拟合面的偏差值超过阈值时，认为该传感器的采样点是被测物的沟槽。当最大偏差△H< H0时，说明所有测量点均未在被测物的沟槽内，在此位置进行测试即可。当最大偏差△H> H0时，说明有测量点在沟槽内，则需要调整运动台x向的位置，直至最大偏差△H< H0为止。考虑到一些实际情况，如面形特殊性、阈值选取合理性等，经过多次位置微调均不能满足最大偏差值△H< H0。此时可以在所有位置调整中，选取最大偏差△H最小的一次作为测量位置进行测量。
图7所示为进行上述采样位置校正后的多点采样示意图。本实施例中，传感器的测量位置整体做了调整。
第二实施例
根据本发明的第二实施例介绍了独立可调式传感器的预扫描过程，与第一实施例的区别在于，本实施例中在预扫描过程中任一传感器在水平向的测量位置均是可调整的，也即扫描轨迹的变动是通过若干传感器水平位置自身的独立调整完成的。这样增加了装置复杂程度，但可以有针对性的对沟槽位置等特殊面形在扫描轨迹上进行调整及规避。
图8所示为独立可调式传感器采样位置预扫描及轨迹校正流程图。其中，包括下述步骤。
步骤一：确定初始测量位置；
步骤二：利用传感器阵列在该初始测量位置进行测量，获得各传感器的测量点高度值并拟合平面；
步骤三：计算各点与拟合面的偏差值△H；
步骤四：将各点的偏差值与高度阈值H0进行比较，若所有的偏差值均小于高度阈值H0，则进入步骤八，否则进入步骤五；
步骤五：判断进入该传感器的第i次微调（i=1,2,3，……）；
步骤六：将 i与预设最大调整次数I进行比较，若小于I，则微调传感器阵列中超出阈值的测量值所对应的的传感器在x方向上的位置，并重复步骤二至步骤六，否则进入步骤七；
步骤七：选取多次调整中偏差值的最大值最小的一次所处的位置作为采样位置，并结束；
步骤八：确定目前的位置为采样位置，并结束。
在步骤四中，当某一采样点到拟合面的偏差值超过阈值时，认为该传感器的采样点是被测物的沟槽。当最大偏差△H< H0时，说明所有测量点均未在被测物的沟槽内，在此位置进行测试即可。当存在偏差点△H> H0时，说明有测量点在沟槽内，则需要调整该传感器x向的位置，直至其偏差值△H< H0为止。考虑到一些实际情况，如面形特殊性、阈值选取合理性等，经过多次位置微调均不能H0满足偏差值△H< H0。此时可以在所有位置调整中，选取最大偏差△H最小的那一次作为测量位置进行测量。
图9为独立可调式传感器采样位置校正后的多点采样示意图。本实施例中，仅传感器S8的测量位置做了调整。
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 (7)
1.一种基于预扫描的轨迹校正调焦调平装置，其特征在于，包括一传感器阵列和一水平运动台，在预扫描过程中，水平运动台载着被测物沿y向运动，所述传感器阵列可对多个采样点进行采样，所述装置可根据传感器的采样结果对被测表面进行拟合，根据采样结果和拟合得到的拟合面之间的差值，当该差值超过设定的高度阈值H0时，所述水平运动台可运动，将所述被测物沿x向做微调整，即控制所述传感器阵列整体在x方向上相对于所述被测物进行位置微调；所述被测物上的划线槽的延伸方向与y方向是一致的。
2.一种基于预扫描的轨迹校正调焦调平装置，其特征在于，包括一传感器阵列，在预扫描过程中，水平运动台载着被测物沿y向运动，所述传感器阵列可对多个采样点进行采样，所述装置可根据传感器的采样结果对被测表面进行拟合，根据采样结果和拟合得到的拟合面之间的差值，所述差值超出设定的高度阈值H0的采样结果所对应的传感器在x方向上进行位置微调；所述被测物上的划线槽的延伸方向与y方向是一致的。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述传感器阵列中的每一个传感器都可以在x方向上进行位置微调。
4.根据权利要求1-3中任意一个所述的装置，其中，所述传感器阵列中相邻传感器之间的距离小于被测表面上相邻划线槽之间的距离。
5.利用权利要求1所述的装置进行预扫描以及轨迹校正的方法，其特征在于，包括
步骤一：确定初始测量位置；
步骤二：利用传感器阵列在该初始测量位置进行测量，获得传感器阵列中各传感器的测量点高度值并拟合平面；
步骤三：计算各点与拟合面的偏差值△H；
步骤四：将各点的偏差值与高度阈值H0进行比较，若所有的偏差值均小于高度阈值H0，则进入步骤八，否则进入步骤五；
步骤五：判断进入该传感器的第i次微调(i＝1,2,3，……)；
步骤六：将i与预设最大调整次数I进行比较，若小于I，则微调运动台将其上的被测物沿x向做微调整，即控制所述传感器阵列整体相对于所述被测物在x方向上的位置并重复步骤二至步骤六，否则进入步骤七；
步骤七：选取多次调整中偏差值的最大值最小的一次所处的位置作为采样位置，并结束；
步骤八：确定目前的位置为采样位置，并结束。
6.利用权利要求2所述的装置进行预扫描以及轨迹校正的方法，其特征在于，包括
步骤一：确定初始测量位置；
步骤二：利用传感器阵列在该初始测量位置进行测量，获得传感器阵列中各传感器的测量点高度值并拟合平面；
步骤三：计算各点与拟合面的偏差值△H；
步骤四：将各点的偏差值与高度阈值H0进行比较，若所有的偏差值均小于高度阈值H0，则进入步骤八，否则进入步骤五；
步骤五：判断进入该传感器的第i次微调(i＝1,2,3，……)；
步骤六：将i与预设最大调整次数I进行比较，若小于I，则微调所述差值超出阈值的测量值所对应的传感器在x方向上的位置并重复步骤二至步骤六，否则进入步骤七；
步骤七：选取多次调整中偏差值的最大值最小的一次所处的位置作为采样位置，并结束；
步骤八：确定目前的位置为采样位置，并结束。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在步骤六中，传感器阵列中各传感器的位置可被单独移动。
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