CN107664922A - 扫描反射镜振幅测量装置及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种扫描反射镜振幅测量装置及测量方法。所述扫描反射镜振幅测量装置包括光源，输出光信号；光阑，调节所述光源输出光信号的光斑的大小以及形状；扫描反射镜设置结构，用于安置待测量的扫描反射镜，所述扫描反射镜安置后周期性反射所述光信号；光电传感器，包括3个以上的传感器单元，探测并采集经所述扫描反射镜反射后的光信号；信号采集及处理器，处理所述光电传感器采集到的信号，获得所述扫描反射镜的振幅。由此，能够在扫描反射镜应用前对扫描反射镜特性进行方便测量，识别扫描发射镜性能好坏。

Description

扫描反射镜振幅测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及半导体设备技术领域，特别是涉及一种扫描反射镜振幅测量装置及测量方法。
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。在投影光刻机中，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。详细原理可参见公开号为CN100535763C的中国专利。
现有基于扫描反射镜的光电垂向测量系统，可以分为投影分支，具有投影狭缝；以及探测分支，具有探测狭缝。投影狭缝和探测狭缝相等尺寸，通过扫描反射镜对信号进行调制，然后提取信号特征，反推被测物的垂向测量高度。
扫描反射镜在光电垂向位置测量系统中起到调制光信号的作用，可以认为是整个光电垂向位置测量系统的关键。扫描反射镜的性能只能同其他系统的性能耦合在一起进行判断，如果扫描反射镜存在问题，有可能到系统测试阶段才能发现，造成人力、物力、时间上的浪费。截止目前，还未有一套独立的、成熟的、精确量化的测量装置，对扫描反射镜的性能进行测试。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种扫描反射镜振幅测量装置及测量方法，可以在扫描反射镜应用前对扫描反射镜特性进行方便的测量，识别扫描发射镜性能好坏。
为解决上述技术问题，本发明提供一种扫描反射镜振幅测量装置，包括：
光源，输出光信号；
光阑，调节所述光源输出光信号的光斑的大小以及形状；
扫描反射镜设置结构，用于安置待测量的扫描反射镜，所述扫描反射镜安置后周期性反射所述光信号；
光电传感器，包括3个以上的传感器单元，设置在第一位置或第二位置上，探测并采集经所述扫描反射镜反射后的光信号；
信号采集及处理器，处理所述光电传感器采集到的信号，获得所述扫描反射镜的振幅。
可选的，对于所述的扫描反射镜振幅测量装置，所述光源输出的光信号为空间高斯分布的光。
可选的，对于所述的扫描反射镜振幅测量装置，所述传感器单元为奇数个。
可选的，对于所述的扫描反射镜振幅测量装置，所述传感器单元紧密排列。
可选的，对于所述的扫描反射镜振幅测量装置，所述光斑呈圆形，其直径等于所述传感器单元的测量尺寸。
可选的，对于所述的扫描反射镜振幅测量装置，还包括一位置调整装置，所述位置调整装置调整所述光电传感器的位置。
可选的，对于所述的扫描反射镜振幅测量装置，所述第一位置、第二位置及所述扫描反射镜共线。
可选的，对于所述的扫描反射镜振幅测量装置，所述第一位置及第二位置的间距为0.2m-1m。
可选的，对于所述的扫描反射镜振幅测量装置，所述第一位置及第二位置的间距为0.5m。
本发明还提供一种利用如上所述的扫描反射镜振幅测量装置进行的扫描反射镜振幅测量方法，包括：
记录每个传感器单元的位置y1，y2……yN；
将扫描反射镜安置在扫描反射镜设置结构上，并使其以频率f运作，将所述光斑投射在所述光电传感器上；
信号采集及处理器采集每个传感器单元的时间和发光强度，记为
传感器单元1：(t11，I11)，(t12，I12)…(t1i，I1i)，
传感器单元2：(t21，I21)，(t22，I22)…(t2i，I2i)，
……
传感器单元N：(tN1，IN1)，(tN2，IN2)…(tNi，I2i)；
获取各个传感器单元发光强度极值点对应的时刻，记为
传感器单元1：T11,T12,…,T1k，满足T11<T12<,…,<T1k
传感器单元2：T21,T22,…,T2k，满足T21<T22<,…,<T2k，
……
传感器单元N：TN1,TN2,…,TNk，满足TN1<TN2<,…,<TNk；
计算多个传感器单元各自两个连续的时刻差Tj(k+1)-Tjk和Tjk-Tj(k-1)，选取同时大于1/2f的传感器单元所对应的Tj(k+1)-Tjk，获得光斑的振动频率；
获得所述两个连续的时刻差不同时大于1/2f的传感器单元的所述位置及所述时刻，记为
传感器单元x：(Tx1，yx)，(Tx2，yx)…(Txk，yx)，
……
传感器单元m(Tm1，ym)，(Tm2，ym)…(Tmk，ym)；
依据所述光斑的振动频率，所述两个连续的时刻差不同时大于1/2f的传感器单元的所述位置及所述时刻，拟合出振动函数，从而获得所述扫描反射镜的振幅；其中，N、i、j、k、x、m为正整数，且1≤x＜m≤N，N≥3，1≤j≤N。
可选的，对于所述的扫描反射镜振幅测量方法，调整所述光电传感器处于第一位置进行测量，拟合出第一振动函数；调整所述光电传感器处于第二位置进行测量，拟合出第二振动函数；所述第一位置距离所述扫描反射镜的距离小于所述第二位置距离所述扫描反射镜的距离；则由第一振动函数及第二振动函数得到扫描反射镜运作时的最大偏角θm＝A/(2L1)，其中，A为所述扫描反射镜的振幅，L1为扫描反射镜到第一位置之间的距离。
由此，本发明提供的扫描反射镜振幅测量装置及测量方法，填补了现有技术的空缺，能够在扫描反射镜应用前对扫描反射镜特性进行方便测量，识别扫描发射镜性能好坏。
附图说明
图1为本发明一个实施例的扫描反射镜振幅测量装置的结构示意图；
图2为本发明一个实施例的扫描反射镜振幅测量装置的光电传感器处于不同工位时的示意图；
图3为本发明一个实施例中扫描反射镜振幅测量方法的流程图；
图4为本发明一个实施例中边缘传感器单元探测到的能量分布图；
图5为本发明一个实施例中非边缘传感器单元探测到的能量分布图；
图6为本发明一个实施例中拟合出的振动函数图像。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的扫描反射镜振幅测量装置及测量方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常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。
以下列举所述扫描反射镜振幅测量装置对测量法的较优实施例，以清楚说明本发明的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。
请参考图1，图1为本发明一个实施例的扫描反射镜振幅测量装置的结构示意图。如图1所示，所述扫描反射镜振幅测量装置，包括：
光源20，输出光信号；
光阑21，调节所述光源20输出光信号的光斑的大小以及形状；
扫描反射镜设置结构，用于安置待测量的扫描反射镜22，所述扫描反射镜22安置后周期性反射所述光信号；
光电传感器23，包括3个以上的传感器单元，设置在第一位置231或第二位置232(如图2所示)上，探测并采集经所述扫描反射镜22反射后的光信号；
信号采集及处理器24，处理所述光电传感器23采集到的信号，获得所述扫描反射镜的振幅。
由图1还可以获悉本发明中扫描反射镜振幅测量装置的光路图为：光源发出光束，光束经过光阑后，形成圆形的光斑，再经过扫描反射镜22扫描反射后，反射光斑到达光电传感器23。
具体的，在本发明实施例中，所述光源20输出的光信号为空间高斯分布的光。而光阑21则可以保证到达光电传感器23上的光斑的大小与光电传感器23的每个传感器单元的测量尺寸一致，以使得光电传感器23与光斑相匹配，能够精确测量。
如图1可见，所述扫描反射镜22可以有着一定角度θ进行周期性振动，故光斑会被呈扇形反射出，从而在每一个时刻都会有一个位移，为了能够更加确切的探测并采集经所述扫描反射镜22反射后的光信号，可以使得所述传感器单元为奇数个，例如是7个、9个、15个等。当扫描反射镜22处于启示位置时，反射后的光信号被中央的传感器单元采集，当扫描反射镜22有着偏角时，反射后的光信号被其余的传感器单元采集。进一步的，为了防止光信号丢失，使得所述传感器单元紧密排列，并且结合每个传感器单元的测量尺寸与光斑的直径相等，能够获得更为全面精确的数据。
如图1中，L为扫描反射镜22到光电传感器23之间的距离，S为扫描反射镜22使得光斑具有的位移。
请结合图2，所述的扫描反射镜振幅测量装置，还包括一位置调整装置25，所述位置调整装置25调整所述光电传感器23的位置，使其可以处于第一位置231和第二位置232上。可见，所述第一位置231、第二位置232及所述扫描反射镜22共线。由此能够接收不同的发光强度，以便测量出扫描反射镜22的振幅。其中，L1为扫描反射镜22与第一位置231之间的距离，L2为扫描反射镜22与第二位置232之间的距离，二者相差为0.2m-1m，即第一位置231与第二位置232之间的距离为0.2m-1m，更具体的，例如可以是0.5m。S1为在第一位置231处测得的扫描反射镜22使得光斑具有的位移，S2为在第二位置232处测得的扫描反射镜22使得光斑具有的位移。
下面请结合图3，对本发明的扫描反射镜振幅测量方法进行说明，本发明采用上述扫描反射镜振幅测量装置，包括如下步骤：
首先，执行步骤S11，记录每个传感器单元的位置y1，y2……yN；具体的，可以是记录每个探测器阵列单元中心位置关系，并且优选为相对于同一参考点。当然，这样的记录是为了简化操作，本领域技术人员可以依据需要例如记录每个探测器阵列单元的边缘位置等。
接着，执行步骤S12，将扫描反射镜22安置在扫描反射镜设置结构上，并使其以频率f运作，将所述光斑投射在所述光电传感器23上；
接着，执行步骤S13，信号采集及处理器24采集每个传感器单元的时间和发光强度，记为
传感器单元1：(t11，I11)，(t12，I12)…(t1i，I1i)，
传感器单元2：(t21，I21)，(t22，I22)…(t2i，I2i)，
……
传感器单元N：(tN1，IN1)，(tN2，IN2)…(tNi，I2i)；
然后，执行步骤S14，获取各个传感器单元发光强度极值点对应的时刻，记为
传感器单元1：T11,T12,…,T1k，满足T11<T12<,…,<T1k
传感器单元2：T21,T22,…,T2k，满足T21<T22<,…,<T2k，
……
传感器单元N：TN1,TN2,…,TNk，满足TN1<TN2<,…,<TNk；
然后，执行步骤S15，计算多个传感器单元各自两个连续的时刻差Tj(k+1)-Tjk和Tjk-Tj(k-1)，其中1≤j≤N，并由计算结果判断出边缘传感器单元和非边缘传感器单元，具体的，两个连续的时刻差同时大于1/2f的传感器单元为边缘传感器单元，两个连续的时刻差不同时大于1/2f的传感器单元则为非边缘传感器单元，可结合图4和图5，其中图4示出了边缘传感器单元探测到的能量分布图，图5示出了非边缘传感器单元探测到的能量分布图，由此可见二者还是有着较大的差异，可以作为计算结果的验证；
然后，执行步骤S161，根据步骤S15的计算，选取边缘传感器单元所对应的Tj(k+1)-Tjk，获得光斑的振动频率fc为1/Tj(k+1)-Tjk；
然后，执行步骤S162，根据步骤S15的计算，获得所述非边缘传感器单元的所述位置及所述时刻，记为
传感器单元x：(Tx1，yx)，(Tx2，yx)…(Txk，yx)，
……
传感器单元m(Tm1，ym)，(Tm2，ym)…(Tmk，ym)，其中1≤x＜m≤N；
之后，执行步骤S17，依据所述光斑的振动频率，所述非边缘传感器单元的所述位置及所述时刻，拟合出振动函数，从而获得所述扫描反射镜的振幅，如图6所示，可以是先获得原始拟合数据，然后由原始拟合数据拟合出曲线，即振动函数；
在上述步骤中，可以理解的是，N、i、j、k、x、m皆为正整数，且N≥3。
依据不同的需要，还可以进一步获得所示扫描反射镜运作时的最大偏角θm。具体的，可以是先调整所述光电传感器23处于第一位置231进行上述S11-S17的测量过程，拟合出第一振动函数；然后调整所述光电传感器23处于第二位置232进行测量，拟合出第二振动函数；则由第一振动函数及第二振动函数可以得到扫描反射镜运作时的最大偏角θm＝A/(2L1)，其中，A为所述扫描反射镜的振幅，L1为扫描反射镜到第一位置之间的距离。
由此，本发明提供的扫描反射镜振幅测量装置及测量方法，填补了现有技术的空缺，能够在扫描反射镜应用前对扫描反射镜特性进行方便测量，识别扫描发射镜性能好坏。
显然，本领域的技术人员可以对本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，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种扫描反射镜振幅测量装置，包括：
光源，输出光信号；
光阑，调节所述光源输出光信号的光斑的大小以及形状；
扫描反射镜设置结构，用于安置待测量的扫描反射镜，所述扫描反射镜安置后周期性反射所述光信号；
光电传感器，包括3个以上的传感器单元，探测并采集经所述扫描反射镜反射后的光信号；
信号采集及处理器，处理所述光电传感器采集到的信号，获得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幅测量装置，其特征在于，所述光源输出的光信号为空间高斯分布的光。
3.如权利要求1所述的扫描反射镜振幅测量装置，其特征在于，所述传感器单元为奇数个。
4.如权利要求1所述的扫描反射镜振幅测量装置，其特征在于，所述传感器单元紧密排列。
5.如权利要求1所述的扫描反射镜振幅测量装置，其特征在于，所述光斑呈圆形，其直径等于所述传感器单元的测量尺寸。
6.如权利要求1所述的扫描反射镜振幅测量装置，其特征在于，还包括一位置调整装置，所述位置调整装置调整所述光电传感器的处于第一位置或第二位置上。
7.如权利要求1所述的扫描反射镜振幅测量装置，其特征在于，所述第一位置、第二位置及所述扫描反射镜共线。
8.如权利要求7所述的扫描反射镜振幅测量装置，其特征在于，所述第一位置及第二位置的间距为0.2m-1m。
9.如权利要求8所述的扫描反射镜振幅测量装置，其特征在于，所述第一位置及第二位置的间距为0.5m。
10.一种利用如权利要求1-9中任意一项所述的扫描反射镜振幅测量装置进行的扫描反射镜振幅测量方法，包括：
记录每个传感器单元的位置y1，y2……yN；
将扫描反射镜安置在扫描反射镜设置结构上，并使其以频率f运作，将所述光斑投射在所述光电传感器上；
信号采集及处理器采集每个传感器单元的时间和发光强度，记为
传感器单元1：(t11，I11)，(t12，I12)…(t1i，I1i)，
传感器单元2：(t21，I21)，(t22，I22)…(t2i，I2i)，
……
传感器单元N：(tN1，IN1)，(tN2，IN2)…(tNi，I2i)；
获取各个传感器单元发光强度极值点对应的时刻，记为
传感器单元1：T11,T12,…,T1k，满足T11<T12<,…,<T1k
传感器单元2：T21,T22,…,T2k，满足T21<T22<,…,<T2k，
……
传感器单元N：TN1,TN2,…,TNk，满足TN1<TN2<,…,<TNk；
计算多个传感器单元各自两个连续的时刻差Tj(k+1)-Tjk和Tjk-Tj(k-1)，选取同时大于1/2f的传感器单元所对应的Tj(k+1)-Tjk，获得光斑的振动频率；
获得所述两个连续的时刻差不同时大于1/2f的传感器单元的所述位置及所述时刻，记为
传感器单元x：(Tx1，yx)，(Tx2，yx)…(Txk，yx)，
……
传感器单元m(Tm1，ym)，(Tm2，ym)…(Tmk，ym)；
依据所述光斑的振动频率，所述两个连续的时刻差不同时大于1/2f的传感器单元的所述位置及所述时刻，拟合出振动函数，从而获得所述扫描反射镜的振幅；其中，N、i、j、k、x、m为正整数，且1≤x＜m≤N，N≥3，1≤j≤N。
11.如权利要求10所述的扫描反射镜振幅测量方法，其特征在于，调整所述光电传感器处于第一位置进行测量，拟合出第一振动函数；调整所述光电传感器处于第二位置进行测量，拟合出第二振动函数；所述第一位置距离所述扫描反射镜的距离小于所述第二位置距离所述扫描反射镜的距离；则由第一振动函数及第二振动函数得到扫描反射镜运作时的最大偏角θm＝A/(2L1)，其中，A为所述扫描反射镜的振幅，L1为扫描反射镜到第一位置之间的距离。
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