CN106933044B - 调焦调平的离焦倾斜补偿装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调焦调平的离焦倾斜补偿装置与方法，该装置包括：照明单元、投影单元、探测单元及中继单元，所述投影单元包括投影狭缝整列，该投影狭缝阵列包括若干用于形成精测试光斑的第一狭缝，和设置在所述第一狭缝周围用于形成倾斜测试光斑的第二狭缝，所述第二狭缝沿调节调平系统的投影方向设置。本发明在沿着调焦调平系统的投影方向在第一狭缝的附近增加第二狭缝，进而在精测试光斑周围增设倾斜测试光斑，从而改变光斑布局，通过该倾斜测试光斑实现对硅片面上每个精测试光斑沿调焦调平系统投影方向的倾斜量进行实时测量，并使用软件模块根据倾斜量对单点的测量结果进行补偿。

Description

调焦调平的离焦倾斜补偿装置与方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种调焦调平的离焦倾斜补偿装置与方法。

背景技术

在高精度调焦调平测量过程中多采用光电式测量技术。光电式调焦调平测量的各种技术流派也都涉及到光信号的调制，其中有基于扫描反射镜调制的多点测量技术测量方案，该技术方案结构如图1所示。

光机模块由照明单元1、投影单元、探测单元及中继单元组成。照明单元1产生照明光；将投影单元中的投影狭缝阵列2投影到硅片3表面，获取硅片3的表面形貌信息；探测单元6使用扫描反射镜对光信号进行调制，以提高测量信号的信噪比。投影狭缝阵列2的像先后经过中继单元4和探测狭缝阵列5后入射到探测单元6的光电探测器阵列上。

在理想的无倾斜情况下调焦调平的探测如图2所示：被测物的高度变化会被比例的反映到探测狭缝阵列5表面(如与硅片上高度为Z1的光斑D对应的探测狭缝阵列5表面的点d’)。而探测狭缝阵列5表面上的位置变化，会造成光通量的变化，该变化经过光电转换后变为电压信号由光电探测器阵列输出，被电子电气模块所接收。电子电气模块将包含有各个光斑硅片高度信息的电压信号进行AD转换。然后，采用高速可靠的并行总线传输技术，将转换后的结果传输给软件模块。软件模块接收到电子电气模块传来的测量值后，计算出各个光斑的垂向位置。

然而调焦调平系统的被测对象是硅片3的表面。由于硅片3的面型并不是平坦的。在多数情况下，光斑所在区域的硅片3表面都存在一定程度的倾斜或面型较差。在没有离焦的情况下发生倾斜时，在光路的作用下，其在探测狭缝阵列5表面上的最佳成像点没有变化(例如图3中与光斑C对应的探测狭缝阵列5表面的点c1和点c2)，从而不会在狭缝上带来额外的位置变化，所以这种倾斜并不会给调焦调平系统的测量结果带来误差。但由图3可见，在离焦情况下发生倾斜时光斑D在硅片3的最佳成像点为d2，其在探测狭缝阵列5表面上的成像点d2’，与没有倾斜时的成像点d1’有一定的位置差距。该误差将导致调焦调平的高度测量值发生误差，从而直接影响整机曝光。

理论上FLS(调焦调平系统)最佳焦面只有一个，调焦调平系统只有在该位置测量时被测物的倾斜不会带来误差。但由于光机装配以及整机使用的条件限制，在大多数工作过程中，FLS都是工作在离焦状态，所以该离焦倾斜的误差现象不能通过控制离焦来消除。

发明内容

本发明提供一种调焦调平的离焦倾斜补偿装置与方法，以对现有技术中的离焦倾斜引起的测量误差进行补偿。

为解决上述技术问题，本发明提供一种调焦调平的离焦倾斜补偿装置，包括：照明单元、投影单元、探测单元及中继单元，所述投影单元包括投影狭缝整列，该投影狭缝阵列包括若干用于形成精测试光斑的第一狭缝，和设置在所述第一狭缝周围用于形成倾斜测试光斑的第二狭缝，所述第二狭缝沿调焦调平系统的投影方向设置。

作为优选，所述第二狭缝的尺寸小于第一狭缝。

作为优选，所述照明单元发射出波长不同的第一照明光束和第二照明光束，其中第一照明光束将第一狭缝投影到硅片上，所述第二照明光束将第二狭缝投影到硅片上。

作为优选，所述第二投影狭缝为长方形，该长方形的长边与调焦调平系统投影方向的探测向平行。

作为优选，所述第二狭缝设置有一个或多个。

作为优选，所述第二狭缝设置有两个，沿所述调焦调平系统投影方向的探测向设置。

作为优选，所述第二狭缝设置有四个，其中两个第二狭缝沿所述调焦调平系统投影方向的探测向设置，另外两个第二狭缝沿与所述调焦调平系统投影方向的探测向的垂直方向设置。

作为优选，所述探测单元包括光电传感器，所述光电传感器上设置有镀膜，所述镀膜与所述倾斜测试光斑尺寸相应的照明光束波长对应。

本发明还采用一种调焦调平的离焦倾斜补偿方法，采用如上所述的调焦调平的离焦倾斜补偿装置，包括：

将投影狭缝阵列移入照明单元的照明视场；

探测单元获取精测试光斑、倾斜测试光斑的高度值；

根据精测试光斑、倾斜测试光斑的高度值计算精测试光斑沿调焦调平系统投影方向的倾斜量；

根据所述倾斜量补偿所述精测试光斑的高度值并上传至调焦调平系统；

调焦调平系统根据补偿后的精测试光斑的高度值完成硅片的面型测试。

作为优选，通过软件模块建立离焦倾斜模型计算调焦调平系统投影方向的倾斜量。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明在沿着调焦调平系统的投影方向在第一狭缝的附近增加第二狭缝，进而在精测试光斑周围增设倾斜测试光斑，从而改变光斑布局，通过该倾斜测试光斑实现对硅片面上每个精测试光斑沿调焦调平系统投影方向的倾斜量进行实时测量，并使用软件模块根据倾斜量对单点的测量结果进行补偿。

附图说明

图1为调焦调平系统的结构示意图；

图2为无倾斜情况下调焦调平系统的探测原理图；

图3为发生倾斜情况下调焦调平系统的探测原理图；

图4为本发明实施例1中倾斜测试光斑的布局示意图；

图5为本发明实施例1中调焦调平的离焦倾斜补偿方法流程图；

图6为本发明实施例1中调焦调平的离焦倾斜补偿方法中的离焦倾斜计算模型；

图7为本发明实施例2中倾斜测试光斑的布局示意图；

图8为本发明中对离焦倾斜引起的测量误差仿真图。

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。

实施例1

如图4所示，并结合图1，本发明提供的调焦调平的离焦倾斜补偿装置，包括：照明单元1、投影单元、中继单元4、探测狭缝阵列5及探测单元6，所述投影单元采用投影狭缝阵列2，该投影狭缝阵列2包括若干用于形成精测试光斑(01～03)的第一狭缝，和设置在所述第一狭缝周围用于形成倾斜测试光斑(T101～T302)的第二狭缝，所述第二狭缝沿调焦调平系统的投影方向设置。

具体地，所述照明单元1发出照明光束，将第一狭缝和第二狭缝的像投射到硅片3表面，获取硅片3表面形貌信息，反射后的光束(包括精测试光斑和倾斜测试光斑)经中继单元4和探测狭缝阵列5后投射到探测单元6。进一步的，所述照明单元1发射出波长不同的第一照明光束和第二照明光束，其中第一照明光束经第一狭缝形成精测试光斑(01～03)，该精测试光斑(01～03)投影到硅片3上，所述第二照明光束经第二狭缝形成倾斜测试光斑(T101～T302)，该倾斜测试光斑(T101～T302)投影到硅片3上。为防止形成的精测试光斑(01～03)与倾斜测试光斑(T101～T302)之间出现串扰，本发明通过在照明单元1中对光源进行分别处理，使精测试用的第一照明光束与倾斜测量用的第二照明光束在波长上分离，并在探测单元6的光电传感器上对倾斜测试光斑(T101～T302)使用特定波长的镀膜，确保两者之间互不干扰。

进一步的，每一组的第一狭缝周围设置2个倾斜测量用的第二狭缝，两个所述第二狭缝在所述第一狭缝周围沿调焦调平系统的投影方向设置，该倾斜测量用的第二狭缝被用于测量各精测试光斑沿调焦调平系统投影方向的倾斜量。具体地，所述第一狭缝和第二狭缝形成的新的光斑的布局如图4所示，以三组光斑为例，每组光斑包括一个精测试光斑(01/02/03)和两个倾斜测试光斑(T101～T102/T201～T202/T301～T302)，其中，倾斜测试光斑(也即第二狭缝)的长边沿FLSY向设置，所述FLSY向是指调焦调平系统投影方向的探测方向；与所述FLSY向垂直的方向为FLSX向。

由于光斑越大，信噪比越高，所以倾斜测试光斑的大小可在满足系统的后端能量要求的情况下尽量缩小，因此，倾斜测试光斑可以小于精测试光斑。也就是说，所述第二狭缝的尺寸可以小于所述第一狭缝的尺寸。

进一步的，所述倾斜测试光斑距离精测试光斑的距离远小于两精测试光斑之间的间距。为防止相邻光斑间的串扰，倾斜测试光斑距离精测试光斑的距离需要至少为调焦调平系统的扫描反射镜的振幅d的一半。也即是说，倾斜测试光斑与精测试光斑之间的最小距离为扫描反射镜振幅带来位置变化的一半，即d/2。

如图5所示，本发明还提供一种调焦调平的离焦倾斜补偿方法，采用如上所述的调焦调平的离焦倾斜补偿装置，其具体包括以下步骤：

步骤1：将投影狭缝阵列2移入照明单元1的照明视场，即：使照明单元1发出的照明光束投射到所述投影狭缝阵列2上，经第一狭缝形成精测试光斑，经第二狭缝形成倾斜测试光斑；

步骤2：探测单元6获取精测试光斑和倾斜测试光斑的高度值，具体地，精测试光斑和倾斜测试光斑投射到硅片3表面，获取硅片3表面的形貌信息，探测单元6获取探测狭缝阵列5上对应的精测试光斑和倾斜光斑的高度值。

步骤3：根据精测试光斑和倾斜测试光斑的高度值计算精测试光斑沿调焦调平系统投影方向的倾斜量；

步骤4：根据所述倾斜量补偿所述精测试光斑的高度值并上传至电子电气模块；

步骤5：调焦调平系统根据补偿后的精测试光斑的高度值完成硅片的面型测试。

作为优选，步骤2和步骤3中，使用软件模块获取各个组合中的精测试光斑以及其周围的倾斜测试光斑的测量高度值。软件模块利用组合内两个光斑的高度值计算出各个精测试光斑沿调焦调平系统投影方向的倾斜量，并通过该倾斜量对精测试光斑的测量结果进行补偿，将补偿后的精测试光斑高度传送给整机上层即调焦调平系统中。

进一步的，步骤3中，所述精测试光斑的沿调焦调平系统的投影方向倾斜量的理论计算方式为：

首先：如图6所示，建立离焦倾斜计算模型，定义：基准点O坐标：(0，0)；光的入射角α；C点沿调焦调平系统投影方向的整体倾斜角度θ；A为入射光在无离焦情况下的测试点，B为入射光在正离焦高度为h情况下的测试点；C为入射光在正离焦高度为h并且倾斜角度θ的情况下的测试点；yt为C点由于倾斜带来的测量误差；yh为C点由于离焦带来的测量误差；B’为入射光在负离焦高度为h情况下的测试点；C’为入射光在负离焦高度为h并且倾斜θ的情况下的测试点；图中各变量的符号定义如下：θ、x1、x2为负，α、h为正；

在硅片3表面零位：A点位置为(x1，0)；

在硅片3表面的h1高度：B点位置为(x2，h1)＝(x1-h×tan(α)，h)。

在C点处，因为倾斜角度θ引起的相对B点的水平向变化量和被测物高度变化量(dxt，dyt)，该高度变化量符号为正；

C点处坐标为(x3，h2)＝(x1-h×tan(α)-dxt，h+dyt)；

因此，离焦倾斜带来的光斑在探测狭缝阵列5表面上的位置总偏差为yh+yt，其分别为：

该偏差转换至测量的高度值为(yh+yt)/(2×tan(α))。

由此可见，上述倾斜量在离焦量以及入射角α确定情况下与整体倾斜角度θ相关，所以在测得精测试光斑附近的倾斜角度θ后，即可以对测量结果进行补偿。

进一步的，通过布置精测试光斑附近的倾斜测试光斑的测量高度值，即可以得到光斑的倾斜角度θ。需要说明的是，虽然理论上倾斜测试光斑的测试值也会受到离焦倾斜影响，但因为两个倾斜测试光斑的距离接近，其倾斜造成的变化量近乎相同，固可以使用二者的差值来计算倾斜量。

具体地，下面对所述离焦倾斜引起的误差仿真，如图8所示，图中横坐标为探测狭缝离焦量，纵坐标为高度测量偏差：

首先，根据计算，假设在探测狭缝阵列5有正离焦量df的条件下：

yt＝(h2-df)×(tan(α-2θ)-tan(α)

由于探测狭缝阵列5上光斑总的偏差为：yh+yt；

转换为调焦调平系统测量高度偏差：(yh+yt)/(2×tan(α))；

水平向光斑坐标计算：xc＝(yh+yt)/(2×tan(α))/θ；

实验通过控制探测狭缝阵列5的位置，可以改变调焦调平系统的离焦量df(defocus)。

由此可知，通过测试光斑水平坐标的方法得到调焦调平系统测量值和实际结果之间的测量误差。因此，在离焦量越大的情况下，倾斜造成的误差量越大。该仿真结果与上述分析一致。

实施例2

如图7所示，本实施例中，所述第二狭缝设置有四个(T101～T104)，其中两个第二狭缝(T101、T102)沿所述调焦调平系统投影方向的探测向设置，另外两个第二狭缝(T103、T104)沿与所述调焦调平系统投影方向的探测向的垂直方向设置。进行测试时，利用所述四组第二狭缝形成的倾斜测试光斑完成精测试光斑附近的面型测量，能够更全面的测量精测试光斑附近的面型状态，将不同方向的倾斜折合成FLSY向倾斜，计算结果更精确。

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 (9)

1.一种调焦调平的离焦倾斜补偿装置，包括：照明单元、投影单元、探测单元及中继单元，其特征在于，所述投影单元包括投影狭缝阵列，该投影狭缝阵列包括若干用于形成精测试光斑的第一狭缝，和设置在所述第一狭缝周围用于形成倾斜测试光斑的第二狭缝，所述第二狭缝沿调焦调平系统的投影方向设置,所述照明单元发射出波长不同的第一照明光束和第二照明光束，其中第一照明光束将所述第一狭缝投影到硅片上，所述第二照明光束将所述第二狭缝投影到硅片上。

2.如权利要求1所述的调焦调平的离焦倾斜补偿装置，其特征在于，所述第二狭缝的尺寸小于所述第一狭缝。

3.如权利要求1所述的调焦调平的离焦倾斜补偿装置，其特征在于，所述第二狭缝为长方形，该长方形的长边与所述调焦调平系统投影方向的探测方向平行。

4.如权利要求1所述的调焦调平的离焦倾斜补偿装置，其特征在于，所述第二狭缝设置有一个或多个。

5.如权利要求4所述的调焦调平的离焦倾斜补偿装置，其特征在于，所述第二狭缝设置有两个，沿所述调焦调平系统投影方向的探测向设置。

6.如权利要求4所述的调焦调平的离焦倾斜补偿装置，其特征在于，所述第二狭缝设置有四个，其中两个第二狭缝沿所述调焦调平系统投影方向的探测向设置，另外两个第二狭缝沿与所述调焦调平系统投影方向的探测向的垂直方向设置。

7.如权利要求1所述的调焦调平的离焦倾斜补偿装置，其特征在于，所述探测单元包括光电传感器，所述光电传感器上设置有镀膜，所述镀膜与所述倾斜测试光斑尺寸相应的照明光束波长对应。

8.一种调焦调平的离焦倾斜补偿方法，采用如权利要求1至7任意一项所述的调焦调平的离焦倾斜补偿装置，其特征在于，包括：

将投影狭缝阵列移入照明单元的照明视场；

探测单元获取精测试光斑、倾斜测试光斑的高度值；

根据精测试光斑、倾斜测试光斑的高度值计算精测试光斑沿调焦调平系统投影方向的倾斜量；

根据所述倾斜量补偿所述精测试光斑的高度值并上传至调焦调平系统；

调焦调平系统根据补偿后的精测试光斑的高度值完成硅片的面型测试。

9.如权利要求8所述的调焦调平的离焦倾斜补偿方法，其特征在于，通过软件模块建立离焦倾斜模型计算调焦调平系统投影方向的倾斜量。