一种焦面测量装置及其测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光刻机领域，尤其涉及一种焦面测量装置及其测量方法。
【背景技术】
[0002] 投影光刻机是一种把掩模上的图案通过投影物镜投影到硅片表面的设备，为了使 硅片表面位于指定的曝光位置，必须有自动调焦调平系统进行精确控制。在工艺过程中， 需要检测自动调焦调平系统是否正确调焦调平，即检测硅片表面是否已位于指定的曝光位 置，检测的方法是获得整个曝光场内硅片表面高度与倾斜信息，以此来判断自动调焦调平 系统是否正确调焦调平，而自动调焦调平系统又根据这些信息作相应调节，以精确控制硅 片位置。
[0003] 实现自动调焦调平控制功能有多种不同的技术方案。目前比较常用是非接触式光 电测量技术，例如激光三角测量法，其测量系统中光学部分都采用了满足倾斜成像的光学 结构，主要目的是使得用以调焦的标记在硅片表面成像清晰。
[0004] 激光三角测量法精度高、速度快，然而其受底层的工艺图案影响较大。在曝光工艺 中，光刻胶下层通常有各种工艺图案，这些图案形状、材料复杂多变，会导致硅片表面反射 率不均，从而引起测量光斑在探测面强度分布不均，进而产生测量误差。目前，有一种数字 补偿的方法，其在探测端增加一路成像单元，可以实时获取测量光斑的强度分布，计算出不 同位置的反射率差异，并根据该反射率的差异补偿焦面测量结果，降低底层图案的影响。
[0005] 然而上述方法需要增加额外的成像单元，光路设计复杂，并且对成像单元的探测 器响应速度、灵敏度要求较高，反馈补偿的时效性要求较高，因此在工程实现上难度较大。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种焦面测量装置及其测量方法，以解决焦面测量过程中，硅片反射 率不均以及工程实现难度大等问题。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供一种焦面测量装置，包括：
[0008] 投影单元，产生投影光束照射待测硅片表面，经所述硅片反射后产生探测光束；
[0009] 探测单元，用于探测所述探测光束；
[0010] 所述投影单元包括波长选择单元及偏振调制单元，所述波长选择单元对所述投影 光束的波长或波段进行选择，所述偏振调制单元对所述波长选择单元输出的投影光束的偏 振态进行调制；
[0011] 所述探测单元包括偏振解调单元，用于对控制从所述硅片上表面反射的探测光束 透过；以及
[0012] 参数设置单元，用于根据所述硅片的工艺特性对所述波长选择单元、偏振调制单 元及偏振解调单元的参数进行配置。
[0013] 较佳地，所述投影单元还包括光源以及狭缝阵列。
[0014] 较佳地，所述光源与所述波长选择单元之间还设有第一透镜。
[0015] 较佳地，所述狭缝阵列与所述硅片之间还设有投影镜组。
[0016] 较佳地，所述投影镜组由第二透镜和第三透镜组成。
[0017] 较佳地，所述探测单元还包括探测镜组，所述探测镜组由第四透镜和第五透镜组 成，所述第四透镜和第五透镜分设于所述偏振解调单元的入射光路和出射光路上。
[0018] 较佳地，所述光源为LED光源、氙灯、卤素灯或耦合了多个波长的光纤激光。
[0019] 较佳地，所述波长选择单元为光栅衍射型滤光片或多个透射型的带通滤光片。
[0020] 较佳地，所述偏振调制单元和偏振解调单元采用磁致旋光器、光电调制器或旋转 的偏振片。
[0021] 本发明还提供了一种焦面测量方法，应用于一焦面测量装置中，包括以下步骤：
[0022] S1 :将硅片上载到工件台上；
[0023] S2 :根据所述硅片的工艺特性选择调制方式；
[0024] S3 :根据选择的调制方式获取调制的配置参数；
[0025] S4:根据所述的配置参数对所述焦面测量装置的波长选择单元、偏振调制单元以 及偏振解调单元进行调节；
[0026] S5 :执行焦面测量作业：以一投影光束照射所述硅片表面并收集所述硅片表面反 射的探测光束，进而获取硅片表面各点的高度值。
[0027] 较佳地，在S2步骤中，若硅片的底层为周期性图案，则选用静态调制方式；若硅片 的底层为非周期性图案，则选用动态调制方式。
[0028] 较佳地，所述静态调制方式为：所述偏振调制单元调节投影光束，使其具有特定的 偏振方向所述偏振解调单元调节透振轴，使其与硅片上表面反射的光束的偏振方向相 同；所述动态调制方式为：所述偏振调制单元加载周期性信号，使投影光束的偏振方向周 期性变化，所述偏振解调单元也加载周期性信号，使任意时刻硅片上表面反射的探测光束 的偏振方向均与偏振解调单元的透振轴方向相同。
[0029] 较佳地，在S3步骤中，所述配置参数通过仿真建模的方式或者实验测试的方式获 得。
[0030] 与现有技术相比，具有如下优点：
[0031] 1.本发明通过在光路中设置波长选择单元进行波长和波段的选择、利用偏振调制 单元以及偏振解调单元对光束进行偏振控制，实现硅片上表面反射光束通过，底层图案的 反射光束被抑制，降低底层图案对测量光斑的影响，从光学上解决硅片反射率不均匀的问 题；
[0032] 2.本发明结构简单、容易实现；
[0033] 3.可通过仿真建模的方式进行计算分析，针对不同的硅片，能够快速有效的获取 合适的调制方式；
[0034] 4.可通过不同的配置参数对波长选择单元、偏振调制单元以及偏振解调单元进行 调整，使本发明的焦面测量装置及测量方法能够适用于各种不同的硅片。
【附图说明】
[0035] 图1为本发明一【具体实施方式】的焦面测量装置的结构示意图；
[0036] 图2为本发明一【具体实施方式】的焦面测量装置中偏振调制单元的结构示意图(采 用磁致旋光器）；
[0037] 图3为本发明一【具体实施方式】的焦面测量装置中照明光束在硅片上反射的示意 图；
[0038] 图4为本发明一【具体实施方式】的焦面测量装置中硅片上表面反射光束与底层反 射光束的偏振方向夹角随入射光偏振方向的变化的不意图；
[0039] 图5为本发明一【具体实施方式】的焦面测量装置中硅片的反射信号的提取过程示 意图；
[0040] 图6a为未采用本发明的焦面测量装置时获得的硅片反射光测量结果(硅片底层 为周期性图案）；
[0041] 图6b为采用本发明的焦面测量装置后获得的硅片反射光测量结果(硅片底层为 周期性图案）；
[0042] 图7a为未采用本发明的焦面测量装置时获得的硅片反射光测量结果(硅片底层 为非周期性图案）；
[0043] 图7b为采用本发明的焦面测量装置后获得的硅片反射光测量结果(硅片底层为 非周期性图案）；
[0044] 图8为本发明一【具体实施方式】的焦面测量方法的流程图。
[0045] 图中：10_光源、11-第一透镜、20-波长选择单元、30-偏振调制单元、31-起偏器、 32-磁致旋光器、40-狭缝阵列、50-娃片、51-上层介质、52-下层介质、60-偏振解调单兀、 61-透振轴、70-探测单元、71-探测器、80-投影物镜；
[0046] 41-第二透镜、42-第三透镜、43-第四透镜、44-第五透镜；
[0047] 100、101、102-光束，102a-硅片上表面反射的探测光束，102b-硅片底层图案的反 射光束。
【具体实施方式】
[0048] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加清晰易懂，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。
[0049] 请参考图1至图7b，本发明提供一种焦面测量装置，包括：投影单元，产生投影光 束照射待测硅片50表面，经所述硅片50反射后产生探测光束102 ;探测单元70,用于探测 所述探测光束102 ;具体地，所述投影单元包括波长选择单元20及偏振调制单元30,所述波 长选择单元20对所述投影光束的波长或波段进行选择，所述偏振调制单元30对所述波长 选择单元20输出的投影光束的偏振态进行调制；所述探测单元70包括偏振解调单元60， 用于对控制从所述硅片上表面反射的探测光束102a透过；以及参数设置单元（图中未示 出），用于根据所述硅片50的工艺特性对所述波长选择单元20、偏振调制单元30及偏振解 调单元60的参数进行