专利名称：一种调焦调平检测装置及方法
技术领域：
本发明涉及光刻领域，尤其涉及光刻装置的调焦调平检测装置及方法。
背景技术：
美国专利US4650983中记载了一种调焦调平检测装置和方法，其中采用振动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，并使经过振动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。在这种调焦调平检测方案中，由于模拟电信号容易受到光、电磁和热等环境因素的影响，会给模拟测量电路引入难以消除的环境噪声。另外，由于模拟测量电路对环境敏感，所以调焦调平检测系统的模拟电路模块相对于系统光机模块的布局必须进行特殊设计，这给调焦调平检测系统的模拟电路模块与光机模块的布局设计带来困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种调焦调平检测装置及检测方法，来克服现有技术中存在的上述缺陷。一种调焦调平检测装置，包括倾斜入射检测光学系统，具有光源与照明装置、投影狭缝、第一平面反射镜和第二平面反射镜，从光源与照明装置出射的光经投影狭缝后由第一平面反射镜反射至衬底表面，衬底表面将光反射至第二平面反射镜；振动反射镜光学系统，具有振动反射镜和振动反射镜驱动器，振动反射驱动器驱动振动反射镜的反射表面绕其旋转轴作周期性简谐振动，从第二平面反射镜出射的光入射至振动反射镜上；数字光电探测装置，将从第二平面反射镜出射的照射到其感光表面上的检测光斑的光信号转变为数字信号输出；调焦调平测量装置控制器，接收数字光电探测装置的输出信号，计算并输出离焦尚度。优选地，还包括运动台控制器，接收调焦调平测量装置控制器输出的离焦高度，根据该离焦高度驱动运动台将衬底表面调节到投影光学系统的最佳光学焦平面高度位置。其中，投影狭缝为投影狭缝阵列，该投影狭缝阵列使投影光束在衬底表面上形成测量光斑阵列；数字光电探测装置为数字光电探测装置阵列，其中每一个数字光电探测装置都对应衬底表面上的一个独立的测量光斑；调焦调平测量装置控制器接收数字光电探测装置阵列输出的一组输出信号，其中每一个输出信号都对应测量光斑阵列中的一个独立测量光斑，调焦调平测量装置控制器输出的离焦高度为衬底表面相对于最佳光学焦平面的整场离焦高度和倾斜度位置偏差。
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优选地，还包括运动台控制器，接收调焦调平测量装置控制器输出的整场离焦高度，根据上述整场离焦高度驱动运动台将衬底表面调节到投影光学系统的最佳光学焦平面高度位置。其中，上述运动台控制器接收上述倾斜度位置偏差，根据上述倾斜度位置偏差驱动运动台将衬底表面调平。其中，设定当衬底表面不存在离焦高度时，振动反射镜在振动平衡位置时检测光斑的几何中心和感光表面的几何中心重合，则当衬底表面存在离焦高度DefocusH时，振动反射镜在振动平衡位置时检测光斑的几何中心Pe在Z轴方向相对于感光表面的几何中心存在偏差e ；当振动反射镜的反射表面绕其旋转轴ft"作周期性简谐振动的过程中，在感光表面所在平面内，检测光斑将会沿Z轴方向，以Pe位置为中心作周期性摆动，将偏差e预先标定在范围[_E3，E3]内，根据偏差e与输出信号时间波形特征变化量列对应的时间量之间的关系，确立离焦高度DefocusH与输出信号时间波形特征变化量之间的量化关系，检测过程中通过计数获得输出信号时间波形特征变化量一列对应的时间量之后，根据预先标定出来的上述量化关系，计算出离焦高度DefocusH ；其中，对准装置中的投影光学系统的光轴为Z轴；检测光斑周期性摆动的振幅为 Amp,数字光电探测装置的有效感光表面沿Z轴方向的宽度为D1，检测光斑沿Z轴方向宽度为D2，振幅Amp大于Dl与D2之和的一半，E3 = (D1+D2)/2+Amp。其中，当衬底表面存在离焦高度DefocusH时，在振动反射镜表面位于振动平衡位置时，来自倾斜入射检测光学系统第二平面反射镜输出的检测光束相对振动反射镜表面的入射角为45度。其中，当衬底表面存在离焦高度DefocusH时，在振动反射镜表面位于振动平衡位置时，上述第二平面反射镜输出的检测光束因为离焦高度DefocusH发生的横向偏移ee，上述横向偏移ee = kk*e，其中Ick为一比例常数。其中，上述检测光束垂直入射感光表面时，上述比例常数Ick = 1。本发明的调焦调平检测方法和装置将现有技术的调焦调平检测方案中的光敏探测器和相敏解调(PSD)等模拟电路系统采用数字电路来替代，将经过振动反射镜调制的光信号通过数字光电探测装置直接转变为数字电路输出信号，并通过计数包含离焦高度信息的数字输出信号在振动反射镜一个振动周期时间内的时域波形的时间特征量来计算实际离焦高度数据。该种调焦调平检测方案采用了数字化检测方法，基本消除了模拟电路易受光、电磁和热等环境因素影响的弊端，显著增强了调焦调平检测系统的抗干扰性能，有利于调焦调平检测精度和测量稳定性的进一步提高。同时调焦调平检测系统的测量电路模块相对系统光机模块的布局无需进行特殊设计，方便了测量电路模块与系统光机模块的布局设计。
图1所示为根据本发明的调焦调平检测装置的优选实施例的结构示意图；图2所示为检测光斑摆动正半周的特征位置示意图；图3所示为图2中的特征位置对应的输出信号时间波形示意图；图4所示为检测光斑摆动负半周的特征位置示意图5所示为图4中的特征位置对应的输出信号时间波形示意图；图6和图7所示为数字光电探测装置的典型电路结构示意图；图8所示为检测光斑作周期性摆动的振幅示意图；图9所示为检测光斑在周期性摆动过程中偏离其摆动中心位置时的光路示意图。
具体实施例方式下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。为了便于描述和突出显示本发明，附图中省略了现有技术中已有的相关部件，并将省略对这些公知部件的描述。第一实施例本发明的调焦调平检测方法及装置的一个优选实施例如图1所示。对于图1所示实施例，先设坐标系定义投影光学系统9的光轴0102为Z轴，正方向为从02指向01 ；假定 0102垂直通过衬底11表面的点0位置，而且假定图1图1所示衬底11表面正好与投影光学系统9的理想光学焦平面重合，那么X轴定义为通过点0与Z轴垂直，并且X轴与图1图 1所示纸面平行，正方向为从左向右；Y轴通过点0垂直纸面向里。投影光束从光源与照明装置1发出的光束，在被衬底11表面反射之前被称为投影光束。测量光斑投影光束投射在衬底11表面上形成的几何光斑被称为测量光斑。检测光束从光源与照明装置1发出的光束，在被衬底11表面反射之后被称为检测光束。检测光斑检测光束投射到数字光电探测装置7的感光面所在平面S3S4上形成的几何光斑被称为检测光斑。离焦高度当衬底11表面位于虚线S1S2所示的Z轴高度位置时，衬底11表面相对投影光学系统9的理想光学最佳焦平面沿Z轴方向的高度偏差被定义为离焦高度。对于图1图1所示实施例，调焦调平检测设备的组成包括一个倾斜入射检测光学系统，该光学系统由光源与照明装置1、投影狭缝2、平面反射镜3和4组成。其中，光源与照明装置1产生和输出投影光束。投影光束垂直照射到投影狭缝2 表面，由于投影狭缝2表面具有指定几何形状(比如矩形或圆形)的狭缝开孔，所以通过投影狭缝2的投影光束的横截面被整形为与投影狭缝2表面狭缝开孔几何形状完全一致的几何形状。通过投影狭缝2的投影光束经过平面反射镜3被引导投射到衬底11表面上，并在衬底11表面上形成一个测量光斑，该测量光斑几何形状对应于投影狭缝2表面狭缝开孔几何形状。比如如果投影狭缝2表面狭缝开孔几何形状为矩形，那么测量光斑几何形状为矩形或正方形；如果投影狭缝2表面狭缝开孔几何形状为圆形，那么测量光斑几何形状为圆形或椭圆形。投影光束在测量光斑位置处经过反射后被称为检测光束，检测光束通过平面反射镜4被反射输出给振动反射镜光学系统。当衬底11表面位于图1中虚线S1S2所示高度位置时，衬底11表面存在离焦高度 DefocusH。在这种情况下，与离焦高度DefocusH对应，平面反射镜4输出的检测光束沿其光束垂直方向发生横向偏移ee。
一个振动反射镜光学系统该光学系统由振动反射镜5和振动反射镜驱动器6组成。振动反射镜驱动器6能够驱动振动反射镜5的反射表面绕其旋转轴ft"作周期性简谐振动，旋转轴ft·位于Y方向上。来自倾斜入射检测光学系统的检测光束被入射到振动反射镜5表面上，并被反射输出给数字光电探测装置7。如图1所示，假定振动反射镜5反射表面的振动平衡位置位于图中实线所示的位置，在这种情况下，如果衬底11表面也位于实线所示的没有发生离焦的位置，那么投影光束和检测光束位置也如图中实线所示。此时，被振动反射镜5反射表面反射输出给数字光电探测装置7的检测光束正好垂直入射到数字光电探测装置7的感光表面(位于S3S4平面内)，而且检测光束在数字光电探测装置7感光表面上形成的检测光斑的几何中心在Z轴方向也与数字光电探测装置7感光表面的几何中心Pc重合。在这种情况下，在振动反射镜 5的反射表面绕其旋转轴ft·作周期性简谐振动的过程中，在数字光电探测装置7感光表面所在平面S3S4内，检测光斑将会沿Z轴方向，以感光表面的几何中心Pc为中心作周期性摆动。如图1所示，假定振动反射镜5反射表面的振动平衡位置位于图中实线所示的位置，在这种情况下，如果衬底11表面位于虚线所示的发生离焦高度DefocusH位置，那么检测光束位置如图中虚线所示。此时，被振动反射镜5反射表面反射输出给数字光电探测装置7的检测光束也正好垂直入射到数字光电探测装置7感光表面(位于S3S4平面内)，而且检测光束在数字光电探测装置7感光表面上形成的检测光斑的几何中心位于Pe位置，Pe 在Z轴方向相对Pc位置存在偏差e (应该等于横向偏移ee)。在这种情况下，在振动反射镜 5的反射表面绕其旋转轴ft·作周期性简谐振动的过程中，在数字光电探测装置7感光表面所在平面S3S4内，检测光斑将会沿Z轴方向，以Pe位置为中心作周期性摆动。离焦高度DefocusH与检测光斑几何中心Pe在Z轴方向相对Pc位置的偏差e成线性比例关系。DefocusH = k*e，其中k为比例常数。振动反射镜驱动器6还能够输出振动同步信号SYNC给调焦调平测量装置控制器 8，相邻两个SYNC信号之间的时间为振动反射镜一个振动周期。振动反射镜一个振动周期也等于检测光斑的一个摆动周期，而且检测光斑的摆动周期与振动反射镜的振动周期保持同步。当一个SYNC信号输出时，假定振动反射镜5的反射表面正好振动到图1中实线所示的振动平衡位置，而且振动反射镜5的反射表面正在绕其旋转轴ft·向逆时针方向振动。与此相对应，检测光斑的几何中心也正好位于摆动中心位置Pe，而且检测光斑正在沿Z轴正方向向上摆动。在图1中，在振动反射镜5表面位于振动平衡位置时，来自倾斜入射检测光学系统平面反射镜4输出的检测光束相对振动反射镜5表面的入射角α布置为45度，这仅仅是一个优选角度，实际中也可以选择非45度角布置，只要能够保证在振动反射镜5表面相对其振动平衡位置振动过程中，平面反射镜4输出的检测光束始终能够被振动反射镜5表面反射到数字光电探测装置7感光表面所在表面即可。在图1中，在振动反射镜5表面位于振动平衡位置时，平面反射镜4输出的检测光束经振动反射镜5表面反射引导入射到数字光电探测装置7感光表面上的检测光束也不需要一定与感光表面垂直，在这种情况下，平面反射镜4输出的检测光束因为离焦高度
7DefocusH而发生的横向偏移ee不再等于上述偏差e。此时横向偏移ee = lik*e，其中Iik为一比例常数。上述检测光束垂直入射感光表面仅仅是一个优选实施例，在这种情况下，上述横向偏移ee等于上述偏差e，也即上述比例常数Ick = 1。一个数字光电探测装置7 数字光电探测装置7能够将照射到其感光表面上的检测光斑的光信号直接转变为数字信号out输出给调焦调平测量装置控制器8。如图6和图7所示，数字光电探测装置7可以是由工作在开关状态的光敏三极管电路或者光敏二极管电路构成。数字光电探测装置7的感光表面就是光敏三极管或者光敏二极管的感光表面。在检测光斑以图1所示Pe位置为中心作周期性摆动的过程中，当检测光斑的光束照射在数字光电探测装置7感光表面上时，对于图6和图7所示电路情况，数字信号out为高电平输出；当检测光斑光束没有照射在数字光电探测装置7感光表面上时，数字信号out 为低电平输出。对于这样的逻辑电平输出，我们定义其为正相逻辑输出。如果在数字光电探测装置7内部再加上数字逻辑反相电路，那么输出信号的高低电平也将会发生反相。对于这样的逻辑电平输出，我们定义其为反相逻辑输出。当衬底11表面的离焦高度DefocusH发生变化时，检测光斑的摆动中心Pe相对图 1所示感光面几何中心Pc的位置偏差e也会随之发生变化。检测光斑摆动中心位置偏差 e的变化，会引起输出信号在相邻两个SYNC信号之间的一个检测光斑摆动周期时间内的时间波形，相对SYNC信号发生变化。这些输出信号时间波形变化包括输出信号相对SYNC信号进行高低电平切换的时间点发生时间偏移和信号out输出高低电平的持续时间长短改变等。这里，我们将上述这些一个检测光斑摆动周期时间内的输出信号时间波形变化称为输出信号时间波形特征变化。在相邻两个SYNC信号之间的一个检测光斑摆动周期时间内，输出信号时间波形特征变化与离焦高度DefocusH之间存在一一对应关系。因此通过预先标定，可以建立离焦高度DefocusH与输出信号时间波形特征变化之间的量化关系。在实际测量过程中，通过实时采集获得在相邻两个SYNC信号之间的一个检测光斑摆动周期时间内，输出信号时间波形特征变化，然后再根据上述预先标定建立的离焦高度DefocusH与输出信号时间波形特征变化之间的量化关系，即可求出离焦高度DefocusH。如图8所示，检测光斑以图1所示Pe位置为中心作周期性摆动的振幅为Amp，数字光电探测装置7有效感光表面沿Z轴方向的宽度为Dl，检测光斑沿Z轴方向宽度为D2，那么为了保证在相邻两个SYNC信号之间的一个检测光斑摆动周期时间内，确保输出信号能够出现高低电平的转换，要求振幅Amp大于Dl与D2之和的一半。这里数字光电探测装置 7有效感光表面的含义定义如下对于输出信号的正相逻辑输出来说，当检测光斑的摆动位置与有效感光表面存在重合区域时，能够确保输出信号为高电平输出。对于输出信号的反相逻辑输出来说，当检测光斑的摆动位置与有效感光表面存在重合区域时，能够确保输出信号为低电平输出。一个调焦调平测量装置控制器8 调焦调平测量装置控制器8的主要作用是根据预先标定建立的离焦高度DefocusH与输出信号时间波形特征变化之间的量化关系，以及在相邻两个SYNC信号之间的一个检测光斑摆动周期时间内数字光电探测装置7输出的输出信号时间波形特征变化，计算出离焦高度DefocusH，并将离焦高度DefocusH输出给运动台控制器12，最终由运动台控制器12驱动运动台10将衬底11表面闭环控制到投影光学系统9的最佳光学焦平面高度位置。下面将详细描述在相邻两个SYNC信号之间的一个周期时间内，离焦高度 DefocusH与输出信号时间波形特征变化之间的量化关系。为了便于后续描述，首先作出如下定义离焦高度DefocusH的正负方向按照图1所示的光路结构，衬底11表面相对投影光学系统9最佳光学焦平面沿Z轴正方向的偏移定义为正离焦，反方向偏移则定义为负离
焦ο 检测光斑摆动中心相对数字光电探测装置7有效感光面几何中心Pc沿Z轴的高度偏移e的正负方向按照图1所示的光路结构，当离焦高度DefocusH为正时，检测光斑摆动中心相对数字光电探测装置7有效感光面几何中心Pc位于Z轴正方向，此时的高度偏移 e定义为正向偏移；当离焦高度DefocusH为负时，检测光斑摆动中心相对数字光电探测装置7有效感光面几何中心Pc位于Z轴负方向，此时的高度偏移e定义为负向偏移。检测光斑沿Z轴方向摆动的正向和负向最大摆动位置按照图1所示的光路结构， 当检测光斑相对摆动中心Pe沿Z轴正方向摆动到Z向最高位置时所确定的位置定义为摆动正向最大位置。当检测光斑相对摆动中心Pe沿Z轴负方向摆动到Z向最低位置时所确定的位置定义为摆动负向最大位置。检测光斑摆动正半周和负半周根据前述假定可知，当振动反射镜驱动器6发出一个SYNC信号时，检测光斑正在从其摆动中心Pe沿Z轴正方向运动，将此时刻定义为tl ； 从tl时刻起，检测光斑首先沿Z轴正方向摆动到摆动正向最大位置，然后再沿Z轴负方向摆动回到摆动中心Pe，将此时刻定义为t2 ；从t2时刻起，检测光斑首先沿Z轴负方向摆动到摆动负向最大位置，然后再沿Z轴正方向摆动回到摆动中心Pe，将此时刻定义为t3。在 t3时刻，振动反射镜驱动器6应该发出下一个SYNC信号。至此，我们定义tl到t2时刻的时间段作为检测光斑摆动正半周，定义t2到t3时刻的时间段作为检测光斑摆动负半周。 由于检测光斑摆动周期与振动反射镜5的振动周期保持同步，且两者的周期时间也完全相同，所以检测光斑摆动正半周也是振动反射镜5的振动正半周，检测光斑摆动负半周也是振动反射镜5的振动负半周。由于离焦高度DefocusH与图1所示的检测光斑摆动中心Pe相对数字光电探测装置7有效感光表面几何中心Pc的位置偏差e之间存在线性比例关系，所以离焦高度 DefocusH与输出信号时间波形特征变化之间的量化关系可以转化为偏差e与输出信号时间波形特征变化之间的量化关系。根据上面的几个定义，下面将根据检测光斑摆动中心Pe 位于一些特征位置时，输出信号out在检测光斑一个摆动周期内的时间波形图来描述偏差 e与输出信号时间波形特征变化之间的量化关系。图1所示的检测光斑摆动中心Pe相对数字光电探测装置7有效感光表面几何中心Pc的特征位置如下特征位置al和a2 该特征位置示意图如图2中的al位置和图4中的a2位置所示，与该特征位置对应的输出信号时间波形示意图分别如图3中的al和图5中的a2所示。 在该特征位置，偏差e等于零，Pe位置与Pc位置重合。
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特征位置bl 该特征位置示意图如图2中的bl位置所示，与该特征位置对应的输出信号时间波形示意图如图3中的bl所示。在该特征位置，偏差e为正，而且e取值范围为0 < e < El，El = (Dl+D2)/2。在该特征位置，当检测光斑摆动到摆动中心位置Pe时， 检测光斑与有效感光表面之间存在重叠部分。特征位置cl 该特征位置示意图如图2中的Cl位置所示，与该特征位置对应的输出信号时间波形示意图如图3中的cl所示。在该特征位置，偏差e为正，而且e等于E1。 在该特征位置，当检测光斑摆动到摆动中心位置Pe时，检测光斑下边沿与有效感光表面上边沿重合，此时检测光斑与有效感光表面之间刚好不存在重叠部分。特征位置dl 该特征位置示意图如图2中的dl位置所示，与该特征位置对应的输出信号时间波形示意图如图3中的dl所示。在该特征位置，偏差e为正，而且e等于E2， E2 = Amp-(Dl+D》/2。在该特征位置，当检测光斑摆动到摆动中心位置Pe时，检测光斑下边沿已经沿Z轴正向摆动偏离有效感光表面上边沿，而且此时检测光斑与有效感光表面之间不存在重叠部分。在该特征位置，当检测光斑摆动到摆动负向最大位置时，检测光斑上边沿刚好与有效感光表面下边沿重合。特征位置el 该特征位置示意图如图2中的el位置所示，与该特征位置对应的输出信号时间波形示意图如图3中的el所示。在该特征位置，偏差e为正，而且e取值范围为E2 < e < E3，E3 = Amp+(Dl+拟)/2。在该特征位置，当检测光斑摆动到摆动中心位置 Pe时，检测光斑下边沿已经沿Z轴正向摆动偏离有效感光表面上边沿，而且此时检测光斑与有效感光表面之间不存在重叠部分。在该特征位置，当检测光斑摆动到摆动负向最大位置时，检测光斑与有效感光表面存在重叠部分。特征位置fl 该特征位置示意图如图2中的fl位置所示，与该特征位置对应的输出信号时间波形示意图如图3中的fl所示。在该特征位置，偏差e为正，而且e等于E3。 在该特征位置，当检测光斑摆动到摆动负向最大位置时，检测光斑下边沿刚好与有效感光表面上边沿重合。在该特征位置，检测光斑在一个摆动周期内都不会出现与有效感光表面重叠的情况。特征位置1^2 该特征位置示意图如图4中的1^2位置所示，与该特征位置对应的输出信号时间波形示意图如图5中的1^2所示。在该特征位置，偏差e为负，而且e取值范围为-El < e < 0。在该特征位置，当检测光斑摆动到摆动中心位置Pe时，检测光斑与有效感光表面之间存在重叠部分。特征位置c2 该特征位置示意图如图4中的c2位置所示，与该特征位置对应的输出信号时间波形示意图如图5中的c2所示。在该特征位置，偏差e为负，而且e等于_E1。 在该特征位置，当检测光斑摆动到摆动中心位置Pe时，检测光斑上边沿与有效感光表面下边沿重合，此时检测光斑与有效感光表面之间刚好不存在重叠部分。特征位置d2 该特征位置示意图如图4中的d2位置所示，与该特征位置对应的输出信号时间波形示意图如图5中的d2所示。在该特征位置，偏差e为负，而且e等于_E2。 在该特征位置，当检测光斑摆动到摆动中心位置Pe时，检测光斑上边沿位于有效感光表面下边沿的下方，此时检测光斑与有效感光表面之间不存在重叠部分。在该特征位置，当检测光斑摆动到摆动正向最大位置时，检测光斑下边沿与有效感光表面上边沿重合。特征位置e2 该特征位置示意图如图4中的e2位置所示，与该特征位置对应的输出信号时间波形示意图如图5中的e2所示。在该特征位置，偏差e为负，而且e取值范围为-E3 < e < -E2。在该特征位置，当检测光斑摆动到摆动正向最大位置时，检测光斑与有效感光表面存在重叠部分。特征位置f2 该特征位置示意图如图4中的f2位置所示，与该特征位置对应的输出信号时间波形示意图如图5中的f2所示。在该特征位置，偏差e为负，而且e等于_E3。 在该特征位置，当检测光斑摆动到摆动正向最大位置时，检测光斑上边沿与有效感光表面下边沿重合。在该特征位置，检测光斑在一个摆动周期内都不会出现与有效感光表面重叠的情况。根据上述检测光斑摆动中心Pe相对数字光电探测装置7有效感光表面几何中心 Pc的特征位置描述，通过分析，可以得出偏差e与输出信号时间波形特征变化量之间的量化关系如下表所述表格1 偏差e与输出信号时间波形特征变化之间的量化关系
权利要求
1.一种调焦调平检测装置，其特征在于，包括倾斜入射检测光学系统，具有光源与照明装置、投影狭缝、第一平面反射镜和第二平面反射镜，从光源与照明装置出射的光经投影狭缝后由第一平面反射镜反射至衬底表面，衬底表面将光反射至第二平面反射镜；振动反射镜光学系统，具有振动反射镜和振动反射镜驱动器，振动反射驱动器驱动振动反射镜的反射表面绕其旋转轴作周期性简谐振动，从第二平面反射镜出射的光入射至振动反射镜上；数字光电探测装置，将从第二平面反射镜出射的照射到其感光表面上的检测光斑的光信号转变为数字信号输出；调焦调平测量装置控制器，接收数字光电探测装置的输出信号，计算并输出离焦高度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括运动台控制器，接收调焦调平测量装置控制器输出的离焦高度，根据该离焦高度驱动运动台将衬底表面调节到投影光学系统的最佳光学焦平面高度位置。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，投影狭缝为投影狭缝阵列，该投影狭缝阵列使投影光束在衬底表面上形成测量光斑阵列；数字光电探测装置为数字光电探测装置阵列，其中每一个数字光电探测装置都对应衬底表面上的一个独立的测量光斑；调焦调平测量装置控制器接收数字光电探测装置阵列输出的一组输出信号，其中每一个输出信号都对应测量光斑阵列中的一个独立测量光斑，调焦调平测量装置控制器输出的离焦高度为衬底表面相对于最佳光学焦平面的整场离焦高度和倾斜度位置偏差。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括运动台控制器，接收调焦调平测量装置控制器输出的整场离焦高度，根据上述整场离焦高度驱动运动台将衬底表面调节到投影光学系统的最佳光学焦平面高度位置。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，上述运动台控制器接收上述倾斜度位置偏差，根据上述倾斜度位置偏差驱动运动台将衬底表面调平。
6.根据权利要求1或3所述的装置进行调焦调平检测的方法，设定当衬底表面不存在离焦高度时，振动反射镜在振动平衡位置时检测光斑的几何中心和感光表面的几何中心重合，则当衬底表面存在离焦高度DefocusH时，振动反射镜在振动平衡位置时检测光斑的几何中心Pe在Z轴方向相对于感光表面的几何中心存在偏差e ；当振动反射镜的反射表面绕其旋转轴ft·作周期性简谐振动的过程中，在感光表面所在平面内，检测光斑将会沿Z轴方向，以Pe位置为中心作周期性摆动，将偏差e预先标定在范围[-E3，E3]内，根据偏差e与输出信号时间波形特征变化量列对应的时间量之间的关系，确立离焦高度DefocusH与输出信号时间波形特征变化量之间的量化关系，检测过程中通过计数获得输出信号时间波形特征变化量一列对应的时间量之后，根据预先标定出来的上述量化关系，计算出离焦高度 DefocusH ；其中，对准装置中的投影光学系统的光轴为Z轴；检测光斑周期性摆动的振幅为Amp， 数字光电探测装置的有效感光表面沿Z轴方向的宽度为Dl，检测光斑沿Z轴方向宽度为 D2，振幅 Amp 大于 Dl 与 D2 之和的一半，E3 = (D1+D2)/2+Amp。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当衬底表面存在离焦高度DefocusH时，在振动反射镜表面位于振动平衡位置时，来自倾斜入射检测光学系统第二平面反射镜输出的检测光束相对振动反射镜表面的入射角为45度。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当衬底表面存在离焦高度DefocusH时，在振动反射镜表面位于振动平衡位置时，上述第二平面反射镜输出的检测光束因为离焦高度 DefocusH发生的横向偏移ee，上述横向偏移ee = kk*e，其中Iik为一比例常数。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，上述检测光束垂直入射感光表面时，上述比例常数Ick= 1。
全文摘要
一种调焦调平检测装置及方法，该装置具有倾斜入射检测光学系统，振动反射镜光学系统，数字光电探测装置，调焦调平测量装置控制器，运动台控制器。该装置利用离焦高度引起的偏差通过振动反射镜调整后在数字光电探测装置上的检测光斑的位置偏差和时间段之间的量化关系测量离焦高度，从而实现调焦调平。该调焦调平检测方法采用了数字化检测方法，基本消除了模拟电路易受光、电磁和热等环境因素影响的弊端，显著增强了调焦调平检测系统的抗干扰性能，有利于调焦调平检测精度和测量稳定性的进一步提高。
文档编号G03F9/00GK102298278SQ20101020999
公开日2011年12月28日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者李志丹, 潘炼东, 田湍, 陈飞彪, 魏礼俊 申请人:上海微电子装备有限公司