本发明涉及光刻技术领域，具体涉及一种调焦调平装置及方法。
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。现有技术中提供的调焦调平检测装置，其系统原理如图1所示。其中，照明单元101出射的光，经投影狭缝102后由第一平面反射镜103反射至硅片104表面，形成投影光斑；硅片104表面将光反射至第二平面反射镜105；从第二平面反射镜105出射的光入射至扫描反射镜106上；扫描反射镜106作周期性简谐振动，对光信号进行调制，以提高测量信号的信噪比；扫描反射镜106的出射光经探测狭缝107，入射到光电探测器108上，光电探测器108再根据所接收到的光强大小输出相应的电压信号。由于扫描反射镜106的调制作用，光电探测器108最终输出周期性的动态电压信号。最后，通过结合扫描反射镜106反馈方波对该动态电压信号进行分析处理，实现硅片104表面离焦量的探测。
然而上述采用基于扫描反射镜调制的调焦调平系统，存在如下2个问题：第一，扫描反射镜作为一个运动部件，且长期处于工作状态，由于温度，气压，湿度等因素，以及长期运动而导致的金属疲劳将会影响其稳定运行，进而导致测量误差；第二，扫描反射镜在调焦调平系统中的主要作用为在时间维度上对信号进行差分调制，这会导致所采集的差分值存在时间差，当扫描运动时，该时间差与硅片面局部面型耦合将会导致测量误差。
技术实现要素：
本发明提供了一种调焦调平装置及方法，以解决现有技术中存在的由于扫描反射镜的不稳定性及其调制特性而导致的测量误差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种调焦调平装置，包括分设于工件台上基底两侧的测量光发射部分和测量光接收部分，所述测量光发射部分包括沿光路依次设置的光源、投影狭缝组和投影组件；所述测量光接收部分包括沿光路依次设置的探测组件、探测狭缝组和探测器，所述投影狭缝组上设有多个探测狭缝对，每个所述探测狭缝对与一个投影光斑对应，且包括两个位置不重合的子探测狭缝。
进一步的，所述测量光发射部分还包括位于所述光源和投影狭缝组之间的照明组件。
进一步的，所述测量光接收部分还包括设于所述探测狭缝组和探测器之间的中继组件。
进一步的，两个所述子探测狭缝大小相等。
进一步的，两个所述子探测狭缝在投影方向的距离d，在非投影方向的距离l，子探测狭缝在投影方向的长度dd，子探测狭缝在非投影方向的宽度ld之间满足以下关系：l>ld，0<d<dd。
进一步的，所述投影光斑在探测狭缝组上所成的像在投影方向的长度dp，在非投影向宽度lp与探测狭缝对的关系满足：dp＝dd，lp>l+ld。
进一步的，两个所述子探测狭缝在投影方向的距离d，在非投影方向的距离l，子探测狭缝在投影方向的长度dd，子探测狭缝在非投影方向的宽度ld之间满足以下关系：l>ld，d≥dd。
进一步的，两个所述子探测狭缝在投影方向的距离d，在非投影方向的距离l，子探测狭缝在投影方向的长度dd，子探测狭缝在非投影方向的宽度ld之间满足以下关系：l<ld，d>dd。
进一步的，所述投影光斑在探测狭缝组上所成的像在投影方向的长度dp，在非投影向宽度lp与探测狭缝对的关系满足：dp＝d，lp>l+ld。
本发明还提供一种调焦调平方法，包括以下步骤：
s1:标定出解调量与离焦量的关系；
s2：打开光源，测量光依次经过投影狭缝组和投影组件，在工件台的基底上形成多个投影光斑，同时基底将光斑反射，并经过探测组件成像在探测狭缝组上，透过探测狭缝组中每个探测狭缝对的光线由探测器接收，探测器根据所接收到的光强大小输出相应的电压值；
s3：根据所述探测器输出的电压值，求出解调量；
s4：通过步骤s1中标定出的解调量与离焦量的关系，计算得到离焦量。
进一步的，所述步骤s1包括以下步骤：
s11：将工件台上的基底移动到负离焦极限位置或正离焦极限位置；
s12：步进工件台，同步记下电压值ai，bi，以及基底的离焦量zi，并求出对应的si＝(ai-bi)/(ai+bi)，i代表第i步；
s13：工件台步进完后，选取解调量si和离焦量zi之间的线性部分，使用多项式拟合得到解调量与离焦量的关系，保存拟合系数，并确定实际测量范围。
进一步的，所述步骤s2中每个投影光斑与探测狭缝组上的探测狭缝对一一对应，每个探测狭缝组包括两个位置不重合的子探测狭缝。
进一步的，所述步骤s2中每个投影光斑对应两个电压值a、b，满足：a＝ρ*d1，b＝ρ*d2；其中d1、d2分别为该投影光斑透过两个子探测狭缝沿投影方向的长度，ρ为对应的光功率密度系数。
本发明提供的调焦调平装置及方法，该装置包括分设于工件台上的基底两侧的测量光发射部分和测量光接收部分，所述测量光发射部分包括沿光路依次设置的光源、投影狭缝组和投影组件；所述测量光接收部分包括沿光路依次设置的探测组件、探测狭缝组和探测器，所述投影狭缝组上设有多个探测狭缝对，每个所述探测狭缝对包括两个位置不重合的子探测狭缝。通过在探测狭缝组上设置多个探测狭缝对，每个所述探测狭缝对与一个投影光斑对应，且包括两个位置不重合的子探测狭缝，根据每个投影光斑透过两个子探测狭缝沿投影方向的长度得到两个电压值，组成一对差分信号，从空间上采用差分探测法，不存在时间差，从而可以去除扫描反射镜的调制，进而避免由于扫描反射镜不稳定性及其调制特性而导致的测量误差。
附图说明
图1是现有技术中调焦调平检测装置的结构示意图；
图2是本发明实施例1中调焦调平装置的结构示意图；
图3是本发明实施例1中投影光斑像以及对应探测狭缝对的尺寸一具体示例；
图4是针对图3中硅片离焦量为零时投影光斑像与对应探测狭缝对之间位置关系图；
图5为针对图3中硅片正离焦极限时，投影光斑像与对应探测狭缝对之间位置关系图；
图6为针对图3中硅片负离焦极限时，投影光斑像与对应探测狭缝对之间位置关系图；
图7是本发明实施例2中投影光斑像以及对应探测狭缝对的尺寸一具体示例；
图8是针对图7中硅片离焦量为零时投影光斑像与对应探测狭缝对之间位置关系图；
图9为针对图7中硅片正离焦极限时，投影光斑像与对应探测狭缝对之间位置关系图；
图10为针对图7中硅片负离焦极限时，投影光斑像与对应探测狭缝对之间位置关系图。
图1中所示：101、照明单元；102、投影狭缝；103、第一平面反射镜；104、硅片；105、第二平面反射镜；106、扫描反射镜；107、探测狭缝；108、光电探测器；
图2-10中所示：1、基底；100、测量光发射部分；200、测量光接收部分；2、光源；3、投影狭缝组；4、投影组件；5、探测组件；6、探测狭缝组；61a-61b、子探测狭缝；62、投影光斑像；7、探测器；8、照明组件；9、中继组件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细描述：
如图2所示，本发明提供了一种调焦调平装置，包括分设于工件台上基底1两侧的测量光发射部分100和测量光接收部分200，所述测量光发射部分100包括沿光路依次设置的光源2、投影狭缝组3和投影组件4；所述测量光接收部分200包括沿光路依次设置的探测组件5、探测狭缝组6和探测器7，所述探测狭缝组6上设有多个探测狭缝对，每个所述探测狭缝对与一个投影光斑对应，该探测狭缝对包括两个位置不重合的子探测狭缝61a、61b。光源2发出的光线依次经过投影狭缝组3和投影组件4，在基底1上形成多个投影光斑，同时基底1将光线反射，并经过探测组件5成像在探测狭缝组6上，透过探测狭缝组6中每个探测狭缝对的光由探测器7接收，探测器7根据所接收到的光强大小采集相应的电压值；通过在探测狭缝组6上设置多个探测狭缝对，每个所述探测狭缝对与一个投影光斑对应，且包括两个位置不重合的子探测狭缝61a、61b，根据每个投影光斑像62透过两个子探测狭缝61a、61b沿投影方向的长度得到两个差分信号，从空间上采用差分探测法，不存在时间差，从而可以去除扫描反射镜的调制，进而避免由于扫描反射镜不稳定性及其调制特性而导致的测量误差。本实施例中，基底1为硅片。
优选的，所述测量光发射部分100还包括位于所述光源2和投影狭缝组3之间的照明组件8，光源2发出的光线经过照明组件8形成平行光。
优选的，所述测量光接收部分200还包括设于所述探测狭缝组6和探测器7之间的中继组件9，透过探测狭缝组6中光经中继组件9处理之后被探测器7接收。
优选的，两个所述子探测狭缝61a、61b在投影方向的距离d，在非投影方向的距离l，子探测狭缝61a、61b在投影方向的长度dd，子探测狭缝61a、61b在非投影方向的宽度ld之间满足以下关系：l>ld，d≥dd，所述投影光斑在探测狭缝组6上所成的像(即投影光斑像62)在投影方向的长度dp，在非投影向宽度lp与探测狭缝对的关系满足：dp＝d，lp>l+ld。
每个光斑对应两个电压值a、b，形成一对差分信号，满足：a＝ρ*d1，b＝ρ*d2；其中d1、d2分别为该投影光斑透过两个子探测狭缝61a、61b沿投影方向的长度，ρ为对应的光功率密度系数。
如图3所示，两个所述子探测狭缝61a、61b在投影方向的距离d＝dd，两个子探测狭缝61a、61b在非投影方向距离l>ld；投影光斑像62在投影方向的长度dp＝dd，在非投影方向的宽度lp>l+ld。
如图4所示，为硅片面的离焦量为零时，投影光斑像62相对于探测狭缝对的位置关系，在非投影方向上，投影光斑像62全覆盖探测狭缝对，在投影方向上，透过子探测狭缝61a的距离为d1＝dd/2，透过子探测狭缝61b的距离d2＝dd/2。其输出的对应电压值a＝b＝ρ*dd/2，ρ为对应的光功率密度系数，则解调量s＝(a-b)/(a+b)＝0。
如图5所示，为硅片面位于正离焦极限位置时，投影光斑像62相对于探测狭缝对的位置关系，在投影方向上，透过子探测狭缝61a的距离d1＝dd，透过子探测狭缝61b的距离d2＝0。其输出的对应电压值a＝ρ*dd，b＝0，则解调量s＝(a-b)/(a+b)＝1。
如图6所示，为硅片面位于负离焦极限位置时，投影光斑像62相对于探测狭缝对的位置关系，在投影方向上，透过子探测狭缝61a的距离d1＝0，透过子探测狭缝61b的距离d2＝dd。其输出的对应电压值a＝0，b＝ρ*dd，则解调量s＝(a-b)/(a+b)＝-1。
从理论上计算，使用传统光学的三角测量原理，当硅片离焦量为z时，将会导致投影光斑像62相对探测狭缝的平移量为d，d＝(a-b)/(ρ*ld)/2＝(a-b)*dd/(a+b)/2，且δz＝k*δd,k为转换系数，由光机设计决定，为常量。可知，z＝k*(a-b)*dd/(a+b)/2＝k*s*dd，解调量s＝(a-b)/(a+b)，因此根据电压值a、b即可算出离焦量z，然而在实际应用中，由于受环境因素影响，解调量s与离焦量z之间存在更复杂的关系，因此首先需要对两者的关系进行标定。
本实施例还提供了一种调焦调平方法，包括以下步骤：
s1:标定出解调量与离焦量的关系，包括以下步骤：
s11：将工件台上的基底移动到负离焦极限位置或正离焦极限位置；
s12：步进工件台，同步记下电压值ai，bi，以及基底的离焦量zi，并求出对应的解调量si＝(ai-bi)/(ai+bi)，i代表第i步；
s13：工件台步进完后，选取解调量si和离焦量zi之间的线性部分，使用多项式拟合得到解调量s与离焦量z的关系，保存拟合系数，并确定实际测量范围。
s2：打开光源2，测量光依次经过投影狭缝组3和投影组件4，在工件台的基底1上形成多个投影光斑，同时基底1将光斑反射，并经过探测组件5成像在探测狭缝组6上，透过探测狭缝组6中每个探测狭缝对的光由探测器7接收，探测器7根据所接收到的光强大小输出相应的电压值；每个投影光斑与探测狭缝组6上的探测狭缝对一一对应，每个探测狭缝组6包括两个位置不重合的子探测狭缝61a、61b，每个投影光斑对应两个电压值a、b，满足：a＝ρ*d1，b＝ρ*d2；其中d1、d2分别为该投影光斑透过两个子探测狭缝61a、61b沿投影方向的长度，ρ为对应的光功率密度系数。
s3：根据所述探测器7输出的电压值a、b，求出解调量s＝(a-b)/(a+b)；
s4：通过步骤s1中标定出的解调量s与离焦量z的关系，计算得到离焦量z。由于投影光斑具有多个，为了提高调焦调平精度，最终的离焦量需综合多个投影光斑的计算结果。
实施例2
与实施例1不同的是，本实施例中，两个所述子探测狭缝61a、61b在投影方向的距离d，在非投影方向的距离l，子探测狭缝61a、61b在投影方向的长度dd，子探测狭缝61a、61b在非投影方向的宽度ld之间满足以下关系：l<ld，d>dd。所述投影光斑在探测狭缝组6上所成的像在投影方向的长度dp，在非投影向宽度lp与探测狭缝对的关系满足：dp＝d，lp>l+ld。
如图7所示，两个所述子探测狭缝61a、61b在投影方向的距离d>dd，两个子探测狭缝61a、61b在非投影方向距离l＝0；投影光斑像62在投影方向的长度dp＝d，在非投影方向的宽度lp>ld。
如图8所示为硅片面的离焦量为零时，投影光斑像62相对于探测狭缝对的位置关系，在非投影方向上，投影光斑像62全覆盖探测狭缝对，在投影方向上，透过子探测狭缝61a的距离为d1＝dd/2，透过子探测狭缝61b的距离d2＝dd/2。其输出的对应电压值a＝b＝ρ*dd/2，ρ为对应的光功率密度系数，则解调量s＝(a-b)/(a+b)＝0。
如图9所示为硅片面位于正离焦极限位置时，投影光斑像62相对于探测狭缝对的位置关系，在投影方向上，透过子探测狭缝61a的距离d1＝dd，透过子探测狭缝61b的距离d2＝0。其输出的对应电压值a＝ρ*dd，b＝0，则s＝(a-b)/(a+b)＝1。
如图10所示为硅片面位于负离焦极限位置时，投影光斑像62相对于探测狭缝对的位置关系，在投影方向上，透过子探测狭缝61a的距离d1＝0，透过子探测狭缝61b的距离d2＝dd。其输出的对应电压值a＝0，b＝ρ*dd，则s＝(a-b)/(a+b)＝-1。
每个光斑对应两个电压值a、b，形成一对差分信号，满足：a＝ρ*d1，b＝ρ*d2；其中d1、d2分别为该投影光斑透过两个子探测狭缝61a、61b沿投影方向的长度，ρ为对应的光功率密度系数。从理论上可知，z＝k*(a-b)*dd/(a+b)/2＝k*s*dd，解调量s＝(a-b)/(a+b)，因此根据电压值a、b即可算出离焦量z，然而在实际应用中，由于受环境因素影响，解调量s与离焦量z之间存在更复杂的关系，因此首先需要对两者的关系进行标定。本实施例中标定解调量与离焦量的关系的方法与实施例1相同。
实施例3
与实施例1不同的是，本实施例中，两个所述子探测狭缝61a、61b在投影方向的距离d，在非投影方向的距离l，子探测狭缝61a、61b在投影方向的长度dd，子探测狭缝61a、61b在非投影方向的宽度ld之间满足以下关系：l>ld，0<d<dd，投影光斑在探测狭缝组6上所成的像在投影方向的长度dp，在非投影向宽度lp与探测狭缝对的61关系满足：dp＝dd，lp>l+ld。
每个光斑对应两个电压值a、b，形成一对差分信号，满足：a＝ρ*d1，b＝ρ*d2；其中d1、d2分别为该投影光斑透过两个子探测狭缝61a、61b沿投影方向的长度，ρ为对应的光功率密度系数。从理论上可知，z＝k*(a-b)*dd/(a+b)/2＝k*s*dd，解调量s＝(a-b)/(a+b)，因此根据电压值a、b即可算出离焦量z，然而在实际应用中，由于受环境因素影响，解调量s与离焦量z之间存在更复杂的关系，因此首先需要对两者的关系进行标定。本实施例中标定解调量与离焦量的关系的方法与实施例1相同。
综上所述，本发明提供的调焦调平装置及方法，该装置包括分设于工件台上的基底1两侧的测量光发射部分100和测量光接收部分200，所述测量光发射部分100包括沿光路依次设置的光源2、投影狭缝组3和投影组件4；所述测量光接收部分200包括沿光路依次设置的探测组件5、探测狭缝组6和探测器7，所述探测狭缝组6上设有多个探测狭缝对，每个所述探测狭缝对包括两个位置不重合的子探测狭缝61a、61b。通过在投影狭缝组6上设置多个探测狭缝对，每个所述探测狭缝对与一个投影光斑对应，且包括两个位置不重合的子探测狭缝61a、61b，根据每个投影光斑透过两个子探测狭缝61a、61b沿投影方向的长度得到两个电压值，组成一对差分信号，从空间上采用差分探测法，不存在时间差，从而可以去除扫描反射镜的调制，进而避免由于扫描反射镜不稳定性及其调制特性而导致的测量误差。
虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。