CN110376846B - 一种调焦调平装置、调焦调平方法及光刻设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调焦调平装置、调焦调平方法及光刻设备。该调焦调平装置包括：在光路上依次设置的光源、投影单元、参数调节单元和探测单元，参数调节单元和探测单元之间用于放置被测器件。本发明的技术方案，通过增设参数调节单元，调节参数调节单元的光路调节单元，使经过参数调节单元的探测投影光束得到对应的探测投影光束信号，并根据参数调节单元的光路调节参数与标准探测信号的对应关系计算误差补偿因子，根据误差补偿因子与测量投影光束信号得到被测器件的离焦量，补偿了被测器件上工艺图案导致的误差，提高了测量的离焦量的准确度。

Description

一种调焦调平装置、调焦调平方法及光刻设备

技术领域

本发明实施例涉及调焦调平技术，尤其涉及一种调焦调平装置、调焦调平方法及光刻设备。

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，必须有自动调焦调平系统把硅片面精确带入到指定的曝光位置。

目前主流光刻机厂商均是采用基于光学三角测量原理的调焦调平系统，对硅片表面的形貌进行探测。然而，当被测硅片上存在工艺图形时，将会导致单个测量光束内的反射率不均，而基于三角测量原理的调焦调平系统，单个测量光束输出的信号量，表征的是被测物离焦量与单光束内反射率的耦合。因此，当单光束内反射率不均匀时，将会导致调焦调平的测量误差，不能精确的确定离焦量并进行调焦。

发明内容

本发明提供一种调焦调平装置、调焦调平方法及光刻设备，以实现减小调焦调平的测量误差，提高测量离焦量准确度的目的。

第一方面，本发明实施例提出一种调焦调平装置，包括：在光路上依次设置的光源、投影单元、参数调节单元和探测单元，所述参数调节单元和所述探测单元之间用于放置被测器件；

所述投影单元，用于产生投影光束，所述投影光束包括第一投影光束和第二投影光束，所述第一投影光束经过所述参数调节单元形成探测投影光束并投射到所述被测器件上，所述第二投影光束不经过所述参数调节单元形成测量投影光束直接投射到所述被测器件上；

所述参数调节单元，包括光路调节元件，所述光路调节元件的光路调节参数可调，以调节所述探测投影光束在所述被测器件上入射时的入射参数；

所述探测单元用于接收所述被测器件反射的探测投影光束并转化为探测投影光束信号，以及接收所述被测器件反射的测量投影光束并转化为测量投影光束信号，并根据所述探测投影光束信号和所述参数调节单元的光路调节参数与标准探测信号的对应关系计算误差补偿因子，根据所述误差补偿因子与所述测量投影光束信号得到所述被测器件的离焦量。

可选的，调焦调平装置还包括：投影成像单元和探测镜组单元；

所述投影成像单元位于所述参数调节单元和所述被测器件之间；

所述探测镜组单元位于所述被测器件和所述探测单元之间。

可选的，所述投影单元包括一个投影狭缝组，以及投影成像单元包括一个投影物镜组，所述参数调节单元设置在所述投影单元和所述投影成像单元之间。

可选的，所述投影单元包括第一投影狭缝组和第二投影狭缝组，所述投影成像单元包括第一投影物镜组和第二投影物镜组，所述参数调节单元设置在所述第一投影狭缝组和所述第一投影物镜组之间；

所述第一投影狭缝组形成所述第一投影光束，所述第一投影光束经过所述参数调节单元形成所述探测投影光束，所述探测投影光束投影到所述第一投影物镜组，所述第二投影狭缝组形成所述第二投影光束，所述第二投影光束不经过所述参数调节单元形成所述测量投影光束，所述测量投影光束直接投影到所述第二投影物镜组。

可选的，所述光源包括第一光源和第二光源，所述探测镜组单元包括第一探测镜组单元和第二探测镜组单元，所述探测单元包括第一探测单元和第二探测单元；

所述第一光源发出的光经过所述第一投影狭缝组和所述参数调节单元形成的探测投影光束依次经过第一投影物镜组、被测器件、第一探测镜组单元和所述第一探测单元得到所述探测投影光束信号；

所述第二光源发出的光经过所述第二投影狭缝组形成的测量投影光束依次经过所述第二投影物镜组、被测器件、第二探测镜组单元和所述第二探测单元得到所述测量投影光束信号；

其中，所述探测投影光束和所述测量投影光束入射到被测器件的位置相同。

可选的，所述探测投影光束包括第一子探测投影光束和第二子探测投影光束，所述第一子探测投影光束和所述第二子探测投影光束分别位于所述测量投影光束扫描方向的两侧。

可选的，所述光路调节元件包括转动平板、双反射镜组或棱镜组中的至少一种。

可选的，所述第一投影光束从所述转动平板的第一表面入射，并从与所述第一表面相对的第二表面出射，形成所述探测投影光束，所述光路调节参数为所述转动平板的转动角度。

可选的，所述双反射镜组包括一个固定反射镜和一个可动反射镜，所述固定反射镜和所述可动反射镜相对设置；

所述第一投影光束从所述固定反射镜的表面入射，从所述可动反射镜的表面出射，形成所述探测投影光束，所述光路调节参数为所述固定反射镜和所述可动反射镜之间的距离。

可选的，所述棱镜组包括一个固定棱镜和一个可动棱镜，所述固定棱镜和所述可动棱镜相对设置；

所述探测投影光束从所述固定棱镜入射，经过所述可动棱镜出射，形成所述探测投影光束，所述光路调节参数为所述固定棱镜和所述可动棱镜之间的距离。

可选的，所述的调焦调平装置，还包括：多个反射镜和/或折射镜，用于改变所述投影光束的传播方向。

第二方面，本发明实施例还提出一种调焦调平方法，包括：

光源发出的光经过投影单元形成投影光束，所述投影光束包括第一投影光束和第二投影光束；

所述第一投影光束经过参数调节单元形成探测投影光束，所述探测投影光束投射被测器件上，经过所述被测器件反射投影到探测单元，所述探测单元接收所述探测投影光束并转化为探测投影光束信号；

所述第二投影光束不经过所述参数调节单元形成测量投影光束，测量投影光束直接投射到所述被测器件上，并经过被测器件反射投影到探测单元，探测单元接收所述测量投影光束并转化为测量投影光束信号；

多次调节所述参数调节单元的光路调节参数以调节所述探测投影光束在所述被测器件上的入射参数；

所述探测单元根据所述光路调节参数与标准探测信号的对应关系和所述探测投影光束信号计算误差补偿因子，根据所述误差补偿因子与所述测量投影光束信号得到所述被测器件的离焦量。

可选的，所述探测单元根据所述光路调节参数与标准探测信号的对应关系和所述探测投影光束信号计算误差补偿因子包括：

构建所述光路调节参数与标准探测信号的对应关系；

调节所述参数调节单元改变所述探测投影光束在所述被测器件上的光路调节参数，得到多个与所述光路调节参数一一对应的所述探测投影光束信号，根据所述光路调节参数与标准探测信号的对应关系以及多个所述探测投影光束信号得出多个对应的误差因子；

根据多个对应的所述误差因子计算得出所述误差补偿因子。

可选的，构建所述光路调节参数与标准探测信号的对应关系包括：

在所述被测器件上无工艺图案时，逐步调节所述参数调节单元的光路调节参数，记录每个所述光路调节参数对应的所述标准探测信号；

建立所述标准探测信号和所述光路调节参数的对应关系。

可选的，根据多个对应的所述误差因子计算得出所述误差补偿因子包括：

多个所述误差因子通过最小二乘法、平均法和均方根算法中的任意一种计算方式计算得出所述误差补偿因子。

可选的，所述的调焦调平方法，还包括：

计算所述探测投影光束和所述测量投影光束之间的时间延迟；

根据所述时间延迟得到与所述探测投影光束对应的所述测量投影光束对应的补偿因子。

第三方面，本发明实施例还提供一种光刻设备，包括上述任一项所述的调焦调平装置。

本发明实施例提供的调焦调平装置、调焦调平方法和光刻设备，调焦调平装置包括：在光路上依次设置的光源、投影单元、参数调节单元和探测单元，参数调节单元和探测单元之间用于放置被测器件。本发明实施例增设参数调节单元，通过调节参数调节单元的光路调节单元，使经过参数调节单元的探测投影光束得到对应的探测投影光束信号，并根据参数调节单元的光路调节参数与标准探测信号的对应关系计算误差补偿因子，根据误差补偿因子与测量投影光束信号得到被测器件的离焦量，补偿了被测器件上工艺图案导致的误差，提高了测量的离焦量的准确度。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种调焦调平装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的调焦调平装置的测量原理的示意图；

图3是本发明实施例一提供的又一种调焦调平装置的结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的另一种调焦调平装置的结构示意图；

图5是本发明实施例一提供的还一种调焦调平装置的结构示意图；

图6是本发明实施例一提供的另又一种调焦调平装置的结构示意图；

图7是本发明实施例一提供的一种双反射镜组的结构示意图；

图8是本发明实施例一提供的一种棱镜组的结构示意图；

图9是本发明实施例二提供的一种调焦调平方法的流程图；

图10是本发明实施例二提供的另一种调焦调平方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种调焦调平装置的结构示意图。参见图1，本发明实施例提出的调焦调平装置，包括：在光路上依次设置的光源10、投影单元20、参数调节单元30和探测单元40，参数调节单元30和探测单元40之间用于放置被测器件100。投影单元20，用于产生投影光束，投影光束包括第一投影光束和第二投影光束，第一投影光束经过参数调节单元30形成探测投影光束21并投射到被测器件100上，第二投影光束不经过参数调节单元30形成测量投影光束22直接投射到被测器件100上。参数调节单元30，光路调节元件31，光路调节元件31的光路调节参数可调，以调节探测投影光束21在被测器件100上入射时的入射参数。探测单元40用于接收被测器件100反射的探测投影光束21并转化为探测投影光束信号，以及接收被测器件100反射的测量投影光束22并转化为测量投影光束信号，并根据探测投影光束信号和参数调节单元的光路调节参数与标准探测信号的对应关系计算误差补偿因子，根据误差补偿因子与测量投影光束信号得到被测器件100的离焦量。

需要说明的是，该调焦调平装置用于减小由于被测器件100上的工艺图案使投影光束反射率不均匀而导致的测量误差。调焦调平装置的测量误差分为增益误差和偏移误差，偏移误差是指投影光束测量零位变化之间误差，增益误差是指随着投影光束测量值增大而增加的误差。本实施例主要针对增益误差进行补偿校准，增益误差的校准过程通常需要被测器件100在不同高度位置，得到其在调焦调平装置中不同高度时的测量结果，结合被测器件100的实际高度变化进而得到误差补偿因子。

图2是本发明实施例一提供的调焦调平装置的测量原理的示意图。参见图2，当被测器件100垂向位置发生变化时，例如，被测器件100的位置由实线位置变化到虚线位置，会引起投影光束在探测单元40的探测狭缝的位置发生变化，影响投影光束通过狭缝后的光能量，探测单元40中的探测器件接收到的光能量随之变化，进而引起转换后的电信号的变化，因此可以通过投影光束对应的电信号的大小得到被测器件100在调焦调平装置零位的相对高度。

本实施例中增设参数调节单元30，在被测器件100的高度不变时，通过调节参数调节单元30中的光路调节元件31，改变其光路调节参数，以此改变探测投影光束21被探测单元40测得的对应的探测投影光束信号，以此表征被测器件100的不同高度。通过调节参数调节单元30的光路调节参数，得到不同的探测投影光束信号，并以此计算误差补偿因子。

具体的，第二投影光束即为测量投影光束22，测量投影光束22用于测量被测器件100的离焦量。考虑到被测器件100上有工艺图案时测量投影光束22得到的离焦量存在测量误差，需要对其进行修正。探测投影光束21用于探测被测器件100上的工艺图案导致的测量投影光束22的测量误差。其中，探测投影光束21和测量投影光束22之间存在一定的安全距离，确保探测投影光束21不会影响测量投影光束22。通过调节探测投影光束21经过的参数调节单元30的光路调节参数得到对应的探测投影光束信号，计算误差补偿因子，以此修正因探测被测器件100上的工艺图案导致的测量投影光束22的测量误差。

为了计算误差补偿因子，需要在被测器件100上没有工艺图案时，提前构建参数调节单元的光路调节参数与标准探测信号的对应关系。即在被测器件100上没有工艺图案时，逐步改变参数调节单元31的光路调节参数，记录经过参数调节单元30的探测投影光束对应的标准探测信号，得出参数调节单元30的光路调节参数和标准探测信号的对应关系。其中，可以根据标准探测信号，得到被测器件100上没有工艺图案时被测器件100对应的离焦量。

调节参数调节单元30中的光路调节元件31，改变其光路调节参数，使经过参数调节单元30的探测投影光束21入射到被测器件100上的入射参数改变，以此测得对应的探测投影光束信号。根据该光路调节参数对应的标准探测信号和测得的探测投影光束信号可以得到一误差补偿因子。该误差补偿因子即为被测器件100上的工艺图案导致的增益误差因子。根据该误差补偿因子对测量投影光束信号进行补偿即可得到被测器件100的实际离焦量，补偿了被测器件100上工艺图案导致的误差，提高了测量的离焦量的准确度。

可以理解的是，为了得到一更为准确的误差补偿因子，示例性地，可以多次调节光路调节元件31，改变其光路调节参数，得到多个对应的探测投影光束信号，根据参数调节单元的光路调节参数与标准探测信号的对应关系，得到与各光路调节参数一一对应的标准探测信号和探测投影光束信号，以此得出多个误差因子，根据多个对应的误差因子计算得出误差补偿因子。

其中，可以通过光路调节参数调节单元调节光路调节元件的光路调节参数，光路调节参数调节单元可以为外力驱动单元，通过外力驱动使光路调节元件变动，以此调节光路调节参数，也可以是其他可以改变光路调节元件的光路调节参数的元件，示例性地，光路调节参数调节单元可以是温度控制单元，可以通过改变温度等方式使光路调节元件发生变动，以此调节光路调节参数。

本实施例提供的调焦调平装置，通过增设参数调节单元，调节参数调节单元的光路调节单元，使经过参数调节单元的探测投影光束得到对应的探测投影光束信号，并根据参数调节单元的光路调节参数与标准探测信号的对应关系计算误差补偿因子，根据误差补偿因子与测量投影光束信号得到被测器件的离焦量，补偿了被测器件上工艺图案导致的误差，提高了测量的离焦量的准确度。

可选的，调焦调平装置还包括：多个反射镜和/或折射镜，用于改变投影光束的传播方向。

需要说明的是，该调焦调平装置中的光路较多，为了可以更加方便的调节光路的传播方向，避免光路的传播方向而造成调整装置中的固定元件，可以在该调焦调平装置中设置多个反射镜或折射镜，以此可以灵活的改变投影光束的传播方向。

图3本发明实施例一提供的又一种调焦调平装置的结构示意图。参见图3，可选的，调焦调平装置还包括：投影成像单元50和探测镜组单元60；投影成像单元50位于参数调节单元30和被测器件100之间；探测镜组单元60位于被测器件100和探测单元之间。

探测投影光束21和测量投影光束22经过投影成像单元50入射到被测器件100上，并经过被测器件100的反射透射到探测镜组单元60并被探测单元40接收。

其中，投影成像单元50和探测镜组单元60可以对探测投影光束21和测量投影光束22进行整合调整，以便可以去除不必要的杂散光。

继续参见图3，可选的，投影单元20包括一个投影狭缝组(图中未示出)，以及投影成像单元50包括一个投影物镜组(图中未示出)，参数调节单元30设置在投影单元20和投影成像单元50之间。

需要说明的是，当投影单元20包括一个投影狭缝组时，光源10发出的光经过该投影狭缝组，可同时产生第一投影光束和第二投影光束，第一投影光束经过设置在投影单元20和投影成像单元50之间的参数调节单元30形成探测投影光束21，并投射到投影成像单元50上，而第二投影光束不经过参数调节单元30形成测量投影光束22，直接投射到投影成像单元50上。投射到投影成像单元50的探测投影光束21和测量投影光束22均经过该投影成像单元50中的投影物镜组在被测器件100上。即可经过光源10的照射，同一个投影狭缝组可以产生第一投影光束和第二投影光束，并投影到同一个投影物镜组进行离焦量的测量。

参见图3，为了改变光路的传播方向，可以在投影成像单元50和被测器件100之间以及在被测器件100和探测镜组单元60之间分别设置反射镜80。

图4是本发明实施例一提供的另一种调焦调平装置的结构示意图。参见图4，可选的，探测投影光束21包括第一子探测投影光束211和第二子探测投影光束212，第一子探测投影光束211和第二子探测投影光束212分别位于测量投影光束22扫描方向的两侧。

考虑到调焦调平装置可以沿扫描的正方向进行扫描，也可以沿扫描方向的负方向进行扫描，为了可以及时得出误差补偿因子并对测量投影光束信号进行补偿，需要确保探测投影光束21先于测量投影光束22进行扫描，因此，可以在测量投影光束22扫描方向的两侧分别设置第一子探测投影光束211和第二子探测投影光束212，以此使测量投影光束22扫描方向的正方向和负方向上，均先扫描探测投影光束21。

图5是本发明实施例一提供的还一种调焦调平装置的结构示意图。参见图5，可选的，投影单元20包括第一投影狭缝组201和第二投影狭缝组202，投影成像单元50包括第一投影物镜组501和第二投影物镜组502，参数调节单元30设置在第一投影狭缝组201和第一投影物镜组501之间；第一投影狭缝组201形成第一投影光束，第一投影光束经过参数调节单元30形成探测投影光束21，探测投影光束21投影到第一投影物镜组501，第二投影狭缝组202形成第二投影光束，第二投影光束不经过参数调节单元30形成测量投影光束22，测量投影光束22直接投影到第二投影物镜组502。

可以理解的是，为了使探测投影光束21和测量投影光束22之间互不干扰，可以在投影单元20中分别设置第一投影狭缝组201和第二投影狭缝组202，以此分别产生探测投影光束21和测量投影光束22，并使探测投影光束21和测量投影光束22分别投影到第一投影物镜组501和第二投影物镜组502，以此使二者之间互不干扰，提高测量的准确性。

图6是本发明实施例一提供的另又一种调焦调平装置的结构示意图。参见图6，可选的，光源包括第一光源101和第二光源102，探测镜组单元包括第一探测镜组单元601和第二探测镜组单元602，探测单元包括第一探测单元401和第二探测单元402；第一光源101发出的光经过第一投影狭缝组201和参数调节单元30形成的探测投影光束21依次经过第一投影物镜组501、被测器件100、第一探测镜组单元601和第一探测单元401得到所述探测投影光束信号；第二光源102发出的光经过第二投影狭缝组202形成的测量投影光束22依次经过第二投影物镜组502、被测器件100、第二探测镜组单元602和第二探测单元402得到测量投影光束信号；其中，探测投影光束21和测量投影光束22入射到被测器件100的位置相同。

需要说明的是，为了避免因扫描方向的改变，使探测投影光束21落后测量投影光束22进行扫描，无法及时得出误差补偿因子，对测量投影光束22进行补偿，可以设置探测投影光束21和测量投影光束22分别沿不同的光路方向进行传播测量。

其中，须确保探测投影光束21和测量投影光束22入射到被测器件100的位置相同，以此保证被测器件100上的工艺图案对探测投影光束21和测量投影光束22的误差影响相同，通过探测投影光束21得到的误差补偿因子可以对测量投影光束22进行补偿修正，得到真实可靠的离焦量。

可选的，光路调节元件31包括转动平板、双反射镜组或棱镜组中的至少一种。

可以理解的是，通过光路调节参数调节单元调节光路调节元件的光路调节参数，因此光路调节元件可以设置为可动的元件。示例性地，光路调节元件为转动平板、双反射镜组或棱镜组等。当需要在扫描方向的两侧均设置光路调节单元时，可以扫描方向两侧的光路调节单元可以相同也可以不同。

其中，在实际操作过程中，被测器件100具有一定的离焦范围，因此光路调节元件31的光路调节参数也具有对应的调节范围。

参见图1，当光路调节元件31为转动平板时，可选的，第一投影光束从转动平板的第一表面入射，并从与第一表面相对的第二表面出射，形成探测投影光束21，光路调节参数为转动平板的转动角度。

示例性地，通过光路调节参数调节单元驱动转动平板在垂直于第一表面和第二表面的面内转动，调节转动平板的转动角度，并根据不同的转动角度得到探测投影光束21经过转动平板后一一对应的探测投影光束信号，以此计算误差补偿因子。

图7是本发明实施例一提供的一种双反射镜组的结构示意图。参见图7，可选的，双反射镜组包括一个固定反射镜311和一个可动反射镜312，固定反射镜311和可动反射镜312相对设置；第一投影光束从固定反射镜311的表面入射，从可动反射镜213的表面出射，形成探测投影光束21，光路调节参数为固定反射镜311和可动反射镜312之间的距离d1。

示例性地，可以通过光路调节参数调节单元驱动可动反射镜312相对于固定反射镜311水平移动，调节固定反射镜311和可动反射镜312之间的距离d1。

图8是本发明实施例一提供的一种棱镜组的结构示意图。参见图8，可选的，棱镜组包括一个固定棱镜313和一个可动棱镜314，固定棱镜313和可动棱镜314相对设置；第一投影光束从固定棱镜313入射，经过可动棱镜314并出射，形成探测投影光束21，光路调节参数为固定棱镜313和可动棱镜314之间的距离d2。

示例性地，可以通过光路调节参数调节单元驱动可动棱镜314相对于固定棱镜313水平移动，调节固定棱镜313和可动棱镜314之间的距离d2。

需要说明的是，光路调节元件为转动平板、双反射镜组或棱镜组仅是本实施例提供的几种具体示例，也可以根据实际需要设置光路调节元件为其他可调节元件。

实施例二

图9是本发明实施例二提供的一种调焦调平方法的流程图。参见图9，本发明实施例提出的调焦调平方法，包括：

S10：光源发出的光经过投影单元形成投影光束，投影光束包括第一投影光束和第二投影光束。

S20：第一投影光束经过参数调节单元形成探测投影光束，探测投影光束投射到被测器件上，经过被测器件反射投影到探测单元，探测单元接收探测投影光束并转化为探测投影光束信号；第二投影光束不经过参数调节单元形成测量投影光束，测量投影光束直接投射到被测器件上，并经过被测器件反射投影到探测单元，探测单元接收测量投影光束并转化为测量投影光束信号。

其中，测量投影光束用于测量被测器件的离焦量。但是当被测器件上有工艺图案时，测量投影光束得到的离焦量存在测量误差，需要对其进行修正。探测投影光束用于探测被测器件上的工艺图案导致的测量投影光束的测量误差。

S30：多次调节参数调节单元的光路调节参数以调节探测投影光束在被测器件上的入射参数。

需要说明的是，调焦调平装置的测量误差分为增益误差和偏移误差，本实施例主要针对增益误差进行补偿校准，增益误差的校准过程通常需要被测器件在不同高度位置，得到其在调焦调平装置中不同高度时的测量结果，结合被测器件的实际高度变化进而得到误差补偿因子。

本实施例中在保证被测器件的高度不变，通过调节参数调节单元中的光路调节元件，改变其光路调节参数，以此改变探测投影光束被探测单元得到的对应的探测投影光束信号，以此表征被测器件的不同高度时对应的电信号大小，通过多次调节参数调节单元的光路调节参数，得到对应的探测投影光束信号。

S40：探测单元根据光路调节参数与标准探测信号的对应关系和探测投影光束信号计算误差补偿因子，根据误差补偿因子与测量投影光束信号得到被测器件的离焦量。

通过调节光路调节参数得到不同的探测投影光束信号，根据光路调节参数与标准探测信号的对应关系可以得到同一个光路调节参数对应的探测投影光束信号和标准探测信号。根据多个对应的探测投影光束信号和标准探测信号可以得到误差补偿因子，通过误差补偿因子对测量投影光束信号进行补偿修正，可以得到被测器件真实准确的离焦量。

本实施例提供的调焦调平方法，通过调节参数调节单元的光路调节单元，使经过参数调节单元的探测投影光束得到对应的探测投影光束信号，并根据参数调节单元的光路调节参数与标准探测信号的对应关系计算误差补偿因子，根据误差补偿因子与测量投影光束信号得到被测器件的离焦量，补偿了被测器件上工艺图案导致的误差，提高了测量的离焦量的准确度。

可选的，S40包括：

S41：构建光路调节参数与标准探测信号的对应关系。

其中，为了计算误差补偿因子，需要提前测量被测器件上无工艺图案时，经过光路调节单元的探测投影光束的标准探测信号与光路调节参数之间的对应关系。

本步骤具体实现方法有多种，下面就典型示例进行详细说明，但不构成对本申请的限制。

可选的，S41包括：首先，在被测器件上无工艺图案时，逐步调节参数调节单元的光路调节参数，记录每个光路调节参数对应的标准探测信号。

其次，建立标准探测信号和光路调节参数的对应关系。

S42：调节参数调节单元改变探测投影光束在被测器件上的光路调节参数，得到多个与光路调节参数一一对应的探测投影光束信号，根据光路调节参数与标准探测信号的对应关系以及多个探测投影光束信号得出多个的误差因子。

S43：根据多个对应的误差因子计算得出误差补偿因子。

需要说明的是，可以通过多个误差因子得出一个较为准确的误差补偿因子，以此使补偿后的测量投影光束信号更加接近被测器件真实离焦量对应的电信号，以此提高测量的离焦量的准确度。

可选的，S43包括：多个误差因子通过最小二乘法、平均法和均方根算法中的任意一种计算方式计算得出误差补偿因子。

其中，考虑到计算的简便性，示例性地，多个误差因子可以通过最小二乘法计算得出误差补偿因子。需要说明的是，最小二乘法、平均法和均方根算法等计算方式均是本实施例提供的几种具体示例，并非对本申请的限制，多个误差因子还可以根据其他计算方式计算得出误差补偿因子。

以上述实施例为基础，示例性地给出一种调焦调平方法的具体实例。图9是本发明实施例二提供的另一种调焦调平方法的流程图。其中，参数调节单元中的光路调节元件为转动平板，光路调节参数为转动平板的转动角度。

参见图9，示例性地，该调焦调平方法包括：

S100：在被测器件上无工艺图案时，逐步调节转动平板的转动角度，记录每个转动角度对应的标准探测信号，建立标准探测信号和转动角度的对应关系。

通过标定转动平板的转动角度θ和探测投影光束经过该转动角度θ的转动平板测得的标准探测信号Zero之间的关系，计算得到如下对应关系：

Zero＝f(θ)；

当被测器件位置不变时，标准探测信号Zero对应的调焦调平装置测量值H的变化为△H。其中，通过调焦调平装置的测量值H可以得到被测器件的离焦量。

被测器件上无工艺图案时，没有测量误差，△H＝△Zero。

S200：在被测器件上有工艺图案时，光源发出的光经过投影单元形成第一投影光束和第二投影光束。

S300：第一投影光束经过参数调节单元形成探测投影光束，探测投影光束依次经过投影成像单元、被测器件、探测镜组单元和探测单元形成探测投影光束信号。

S400：多次调节转动平板的转动角度以调节探测投影光束在被测器件上的入射参数。

S500：探测单元根据转动角度与标准探测信号的对应关系和探测投影光束信号计算误差补偿因子。

具体的，当工艺测量时，被测器件上有工艺图案，测量投影光束存在测量误差，转动平板可快速摆动，记录不同转动平板的转动角度θ时，与转动角度θ一一对应的探测投影光束信号T。

标记误差补偿因子为Er_gain，则

H＝T＝Zero×Er_gain＝f(θ)×Er_gain；

根据转动角度θ与标准探测信号Zero的对应关系以及多个探测投影光束信号T得出多个的误差因子Er：

△H＝△T＝△Zero×Er＝△f(θ)×Er；

H₂-H₁＝T₂-T₁＝(Zero₂-Zero₁)×Er₁＝[f(θ₂)-f(θ₁)]×Er₁；

……

H_n+1-H_n＝T_n+1-T_n＝(Zero_n+1-Zero_n)×Er_n＝[f(θ_n+1)-f(θ_n)]×Er_n；

根据每组对应的标准探测信号Zero和探测投影光束信号T可以计算得出对应的误差因子Er，多个误差因子Er可以通过最小二乘法拟合计算得到误差补偿因子为Er_gain。

S600：第二投影光束不经过参数调节单元形成测量投影光束，测量投影光束依次经过投影成像单元、被测器件、探测镜组单元和探测单元形成测量投影光束信号。

S700：根据误差补偿因子与测量投影光束信号得到被测器件的离焦量。

当测量投影光束信号为C时，可以通过误差补偿因子对测量投影光束信号进行补偿修正，补偿修正后的调焦调平装置的测量值H＝C/Er_gain。通过调焦调平装置的测量值H确定被测器件的离焦量。

可选的，调焦调平方法，还包括：计算探测投影光束和测量投影光束之间的时间延迟；根据时间延迟得到与探测投影光束对应的测量投影光束对应的补偿因子。

需要说明的是，由于扫描速度等因素的影响，探测投影光束与测量投影光束之间存在时间延迟。

在实际工艺测量过程中会先扫描探测投影光束，通过快速调节光路调节元件，记录不同光路调节参数对应的探测投影光束信号，计算出当前被测器件测量位置的误差补偿因子，并缓存下来。

通过扫描速度，可以计算探测投影光束和测量投影光束之间的时间延迟，根据调焦调平装置的测量周期，可以计算得出探测投影光束和测量投影光束之间的延迟周期数N，测量过程中，选择N个测量周期之后的测量投影光束信号，通过缓存下来的误差补偿因子对其进行补偿。

即，可以根据探测投影光束和测量投影光束之间的时间延迟，将已经缓存的误差补偿因子补偿到与该探测投影光束对应的测量投影光束上，以此对当前被测器件同一测量位置的离焦量进行补偿修正。

需要说明的是，当扫描方向需要发生改变时，可以在扫描方向两侧分别设置探测投影光束，当被测物扫描方向为扫描方向正向时，使用位于扫描方向正向的探测投影光束得到的误差补偿因子对测量投影光束进行补偿修正，当被测物扫描方向为扫描方向负向时，使用位于扫描方向负向的探测投影光束得到的误差补偿因子对测量投影光束进行补偿修正。

实施例三

本发明实施例三还提供一种光刻设备，该光刻设备包括上述任一实施例提供的调焦调平装置。

本发明实施例提供的光刻设备，通过调节参数调节单元的光路调节单元，使经过参数调节单元的探测投影光束得到对应的探测投影光束信号，并根据参数调节单元的光路调节参数与标准探测信号的对应关系计算误差补偿因子，根据误差补偿因子与测量投影光束信号得到被测器件的离焦量，补偿了被测器件上工艺图案导致的误差，提高了测量的离焦量的准确度。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (17)

1.一种调焦调平装置，其特征在于，包括：在光路上依次设置的光源、投影单元、参数调节单元和探测单元，所述参数调节单元和探测单元之间用于放置被测器件；

所述投影单元，用于产生投影光束，所述投影光束包括第一投影光束和第二投影光束，所述第一投影光束经过所述参数调节单元形成探测投影光束并投射到所述被测器件上，所述第二投影光束不经过所述参数调节单元形成测量投影光束直接投射到所述被测器件上；

所述参数调节单元，包括光路调节元件，所述光路调节元件的光路调节参数可调，以调节所述探测投影光束在所述被测器件上入射时的入射参数；

所述探测单元用于接收所述被测器件反射的探测投影光束并转化为探测投影光束信号，以及接收所述被测器件反射的测量投影光束并转化为测量投影光束信号，并根据所述探测投影光束信号和所述参数调节单元的光路调节参数与标准探测信号的对应关系计算误差补偿因子，根据所述误差补偿因子与所述测量投影光束信号得到所述被测器件的离焦量。

2.根据权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，还包括：投影成像单元和探测镜组单元；

所述投影成像单元位于所述参数调节单元和所述被测器件之间；

所述探测镜组单元位于所述被测器件和所述探测单元之间。

3.根据权利要求2所述的调焦调平装置，其特征在于，所述投影单元包括一个投影狭缝组，以及投影成像单元包括一个投影物镜组，所述参数调节单元设置在所述投影单元和所述投影成像单元之间。

4.根据权利要求2所述的调焦调平装置，其特征在于，所述投影单元包括第一投影狭缝组和第二投影狭缝组，所述投影成像单元包括第一投影物镜组和第二投影物镜组，所述参数调节单元设置在所述第一投影狭缝组和所述第一投影物镜组之间；

所述第一投影狭缝组形成所述第一投影光束，所述第一投影光束经过所述参数调节单元形成所述探测投影光束，所述探测投影光束投影到所述第一投影物镜组，所述第二投影狭缝组形成所述第二投影光束，所述第二投影光束不经过所述参数调节单元形成所述测量投影光束，所述测量投影光束直接投影到所述第二投影物镜组。

5.根据权利要求4所述的调焦调平装置，其特征在于，所述光源包括第一光源和第二光源，所述探测镜组单元包括第一探测镜组单元和第二探测镜组单元，所述探测单元包括第一探测单元和第二探测单元；

所述第一光源发出的光经过所述第一投影狭缝组和所述参数调节单元形成的探测投影光束依次经过第一投影物镜组、被测器件、第一探测镜组单元和所述第一探测单元得到所述探测投影光束信号；

所述第二光源发出的光经过所述第二投影狭缝组形成的测量投影光束依次经过所述第二投影物镜组、被测器件、第二探测镜组单元和所述第二探测单元得到所述测量投影光束信号；

其中，所述探测投影光束和所述测量投影光束入射到所述被测器件的位置相同。

6.根据权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述探测投影光束包括第一子探测投影光束和第二子探测投影光束，所述第一子探测投影光束和所述第二子探测投影光束分别位于所述测量投影光束扫描方向的两侧。

7.根据权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述光路调节元件包括转动平板、双反射镜组或棱镜组中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的调焦调平装置，其特征在于，所述第一投影光束从所述转动平板的第一表面入射，并从与所述第一表面相对的第二表面出射，形成所述探测投影光束，所述光路调节参数为所述转动平板的转动角度。

9.根据权利要求7所述的调焦调平装置，其特征在于，所述双反射镜组包括一个固定反射镜和一个可动反射镜，所述固定反射镜和所述可动反射镜相对设置；

所述第一投影光束从所述固定反射镜的表面入射，从所述可动反射镜的表面出射，形成所述探测投影光束，所述光路调节参数为所述固定反射镜和所述可动反射镜之间的距离。

10.根据权利要求7所述的调焦调平装置，其特征在于，所述棱镜组包括一个固定棱镜和一个可动棱镜，所述固定棱镜和所述可动棱镜相对设置；

所述第一投影光束从所述固定棱镜入射，经过所述可动棱镜出射，形成所述探测投影光束，所述光路调节参数为所述固定棱镜和所述可动棱镜之间的距离。

11.根据权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，还包括：多个反射镜和/或折射镜，用于改变所述第一投影光束和所述第二投影光束的传播方向。

12.一种调焦调平方法，其特征在于，包括：

光源发出的光经过投影单元形成投影光束，所述投影光束包括第一投影光束和第二投影光束；

所述第一投影光束经过参数调节单元形成探测投影光束，所述探测投影光束投射到被测器件上，经所述被测器件反射投影到探测单元，所述探测单元接收所述探测投影光束并转化为探测投影光束信号；

所述第二投影光束不经过所述参数调节单元形成测量投影光束，测量投影光束直接投射到所述被测器件上，并经过被测器件反射投影到探测单元，探测单元接收所述测量投影光束并转化为测量投影光束信号；

多次调节所述参数调节单元的光路调节参数以调节所述探测投影光束在所述被测器件上的入射参数；

所述探测单元根据所述光路调节参数与标准探测信号的对应关系和所述探测投影光束信号计算误差补偿因子，根据所述误差补偿因子与所述测量投影光束信号得到所述被测器件的离焦量。

13.根据权利要求12所述的调焦调平方法，其特征在于，所述探测单元根据所述光路调节参数与标准探测信号的对应关系和所述探测投影光束信号计算误差补偿因子包括：

构建所述光路调节参数与标准探测信号的对应关系；

调节所述参数调节单元改变所述探测投影光束在所述被测器件上的光路调节参数，得到多个与所述光路调节参数一一对应的所述探测投影光束信号，根据所述光路调节参数与标准探测信号的对应关系以及多个所述探测投影光束信号得出多个对应的误差因子；

根据多个对应的所述误差因子计算得出所述误差补偿因子。

14.根据权利要求13所述的调焦调平方法，其特征在于，构建所述光路调节参数与标准探测信号的对应关系包括：

在所述被测器件上无工艺图案时，逐步调节所述参数调节单元的光路调节参数，记录每个所述光路调节参数对应的所述标准探测信号；

建立所述标准探测信号和所述光路调节参数的对应关系。

15.根据权利要求13所述的调焦调平方法，其特征在于，根据多个对应的所述误差因子计算得出所述误差补偿因子包括：

多个所述误差因子通过最小二乘法、平均法和均方根算法中的任意一种计算方式计算得出所述误差补偿因子。

16.根据权利要求12所述的调焦调平方法，其特征在于，还包括：

计算所述探测投影光束和所述测量投影光束之间的时间延迟；

根据所述时间延迟得到与所述探测投影光束对应的所述测量投影光束对应的补偿因子。

17.一种光刻设备，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的调焦调平装置。

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