專利名稱：調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光機(jī)電設(shè)備，具體涉及投影光刻系統(tǒng)中的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系 統(tǒng)及其測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
光刻裝置(光刻機(jī))是大規(guī)模集成電路生產(chǎn)的重要設(shè)備之一。光刻機(jī)可將 掩模板上的圖形通過曝光裝置按一定比例轉(zhuǎn)移到要加工的對(duì)象上(如硅片等)。 硅片在這里泛指所有被曝光對(duì)象，包括襯底、鍍膜和光刻膠等。在曝光過程中， 需要使加工對(duì)象(如硅片等)的相應(yīng)表面保持在曝光裝置的焦深范圍之內(nèi)。為 此，光刻機(jī)采用了用于測(cè)量加工對(duì)象(如硅片等)的表面位置信息的調(diào)焦調(diào)平 測(cè)量系統(tǒng)。調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)可以和夾持加工對(duì)象(如硅片等)的工件臺(tái)一起 使加工對(duì)象(如硅片等)的被曝光區(qū)域一直處于光刻機(jī)曝光裝置的焦深之內(nèi)， 從而使掩模板上的圖形理想地轉(zhuǎn)移到加工對(duì)象(如硅片等)上。
隨著投影光刻機(jī)分辨率的不斷提高和投影物鏡焦深的不斷減小，對(duì)光刻機(jī) 內(nèi)調(diào)焦調(diào)平測(cè)量分系統(tǒng)的測(cè)量精度和能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量曝光區(qū)域等性能的要求也越 來越高。因此目前步進(jìn)掃描中所采用的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)通常為光電測(cè)量系統(tǒng)，
如基于光柵和四象限探測(cè)器的光電測(cè)量方法(美國(guó)專利US5191200)、基于狹 縫和四象限探測(cè)器的光電探測(cè)方法(美國(guó)專利US 6765647B1)、基于針孔和面 陣CCD的光電探測(cè)方法(美國(guó)專利US 6081614)和基于PSD (位置敏感器件) 的光電觀'J量方法(中國(guó)專利200610117401.0和Focusing and leveling system using PSDs for the wafer steppers. Proc.SPIE, 1994, 2197: 997-1003.)。上述調(diào)焦調(diào)平測(cè)量 系統(tǒng)都較為復(fù)雜，而且除基于光柵和四象限探測(cè)器的光電測(cè)量方法(美國(guó)專利 US5191200 )以及基于PSD的光電測(cè)量方法(中國(guó)專利:200610117401.0 )之夕卜， 上述調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)都是非差分測(cè)量系統(tǒng)，因此穩(wěn)定性較差。而除基于狹縫
和四象限探測(cè)器的光電探測(cè)方法(美國(guó)專利US6765647B1)外，上述調(diào)焦調(diào)平 測(cè)量系統(tǒng)都會(huì)受4皮測(cè)對(duì)象單點(diǎn)測(cè)量區(qū)域內(nèi)局部反射率不均的影響，因此其工藝 適應(yīng)性差。
局部反射率不均的現(xiàn)象產(chǎn)生于在IC制造過程中。IC制造過程中會(huì)有不同 的硅片基底、涂層、光刻膠、以及硅片上會(huì)有不同的已經(jīng)加工上去的圖形等工 藝相關(guān)的特性并最終引起整個(gè)硅片的局部和整體反射率等的變化。而這些局部 和整體的反射率的變化會(huì)引起調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量誤差，有人把這一類誤 差叫做"工藝相關(guān)性誤差"。根據(jù)現(xiàn)有的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)(如美國(guó)專利 US5191200等)實(shí)際工作測(cè)量，這一 "工藝相關(guān)性誤差"可達(dá)到^t米量級(jí)，而 一般100nm節(jié)點(diǎn)的光刻機(jī)對(duì)調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度要求為10nm量級(jí)， 所以這種誤差的存在會(huì)4吏整個(gè)光刻機(jī)無法正常工作。為了消除這一誤差，現(xiàn)有 的做法都是采用在線矯正的辦法。在線矯正的辦法需要做大量工藝試驗(yàn)來確定 各種不同工藝下工藝相關(guān)性誤差的修正因子，然后再在實(shí)際工作中根據(jù)不同的
工藝在線修正調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)的工藝相關(guān)性誤差。而且，為了安全和保證成 品率，每更換一次工藝還需要再進(jìn)行對(duì)調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)試。
另外，由于其自身原理上的缺陷，基于狹縫和四象限探測(cè)器的光電探測(cè)方 法(美國(guó)專利US 6765647B1)不但系統(tǒng)穩(wěn)定性差，而且測(cè)量精度不高。若基于 狹縫和四象限探測(cè)器的光電探測(cè)方法(美國(guó)專利US 6765647B1)達(dá)到與其他調(diào) 焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)相同精度時(shí)，該調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)會(huì)變得相當(dāng)冗雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種結(jié)構(gòu)筒單、相對(duì)穩(wěn)定、同樣高測(cè)量精 度且工藝適應(yīng)性較高的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)包括物光柵、第一 成像系統(tǒng)、第二成像系統(tǒng)、探測(cè)光柵和探測(cè)模塊，第一成像系統(tǒng)可將物光柵經(jīng) 光束照明成像于被測(cè)對(duì)象以形成第一光柵像，第二成像系統(tǒng)可將第一光柵像成 像于探測(cè)光柵以形成第一探測(cè)像，第一探測(cè)像與探測(cè)光柵疊加形成第 一莫爾條 紋，第一莫爾條紋被探測(cè)模塊探測(cè)，探測(cè)模塊的位置信息固定，被測(cè)對(duì)象的位 置信息表現(xiàn)于第 一莫爾條故相對(duì)于探測(cè)模塊的位置信息。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明系統(tǒng)，具有同樣高甚至更高的測(cè)量精度，卻結(jié)構(gòu) 更簡(jiǎn)單，成本更低，并可設(shè)計(jì)成差分結(jié)構(gòu)以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。而且，莫爾條紋 的平均作用可有效提高本發(fā)明調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)的工藝適應(yīng)性。


圖1為光刻機(jī)系統(tǒng)示意圖。
圖2為莫爾條紋形成示意圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例設(shè)計(jì)的具有非差分結(jié)構(gòu)的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)示意圖。
圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例設(shè)計(jì)的莫爾條紋探測(cè)示意圖。 圖5為光柵尺常規(guī)的信號(hào)檢測(cè)與處理示意圖。
圖6為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例設(shè)計(jì)的具有差分結(jié)構(gòu)的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)示意圖。
圖7為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例設(shè)計(jì)的光源模塊交替調(diào)制示意圖。 圖8為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例設(shè)計(jì)的另一具有非差分結(jié)構(gòu)的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系 統(tǒng)示意圖。
圖9為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例設(shè)計(jì)的另一具有差分結(jié)構(gòu)的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng) 示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1示出了光刻機(jī)系統(tǒng)10。圖1的XYZ坐標(biāo)系設(shè)定為如圖所示的右手直角 坐標(biāo)系，其中z軸沿著光刻機(jī)投影物鏡的光軸。光刻機(jī)系統(tǒng)10可將掩模板1上 的圖形通過投影物鏡3按一定比例轉(zhuǎn)移到要加工的對(duì)象4上(如硅片等)。其中， 數(shù)字2代表投影物鏡3的光軸。在圖1所示在光刻機(jī)系統(tǒng)10中，需要使加工對(duì) 象4 (如硅片等)的相應(yīng)表面保持在投影物鏡3的焦深范圍之內(nèi)。為此，光刻機(jī) 釆用了用于測(cè)量加工對(duì)象4(如硅片等)的表面位置信息的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)6。 調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)6可以和夾持加工對(duì)象4(如硅片等)的工件臺(tái)5—起使加工 對(duì)象4 (如硅片等)的被曝光區(qū)域一直處于光刻機(jī)投影物鏡3的焦深之內(nèi)，從而
使掩模板1上的圖形理想地轉(zhuǎn)移到加工對(duì)象4 (如硅片等)上。
由于本發(fā)明系統(tǒng)中的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)6是基于莫爾條故^r測(cè)原理設(shè)計(jì)的， 所以在介紹調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)6之前，下文將首先介紹莫爾條紋的形成及其特 性。圖2示出了莫爾條紋的形成示意圖。其中，圖2 (a)示出了當(dāng)兩個(gè)周期為 p的振幅光柵，圖2 (b)示出了圖2 (a)中的兩個(gè)周期為p的振幅光柵以某一 特定夾角(比如e)疊加在一起并被照明后形成的周期為S的莫爾條紋。當(dāng)兩個(gè)
周期為p的振幅光柵之間的夾角e很小時(shí)，振幅光柵周期p與其形成的莫爾條
紋的周期S之間滿足以下關(guān)系
s=p/e (i)
其中夾角e的單位為弧度。
根據(jù)莫爾條紋的形成原理可知莫爾條紋具有如下特性由式(1)可知莫爾 條紋具有放大性，這更有利于提高分辨率和測(cè)量精度以及探測(cè)器的布置；莫爾 條紋的移動(dòng)方向與兩振幅光柵的相對(duì)移動(dòng)方向垂直；莫爾條紋的移動(dòng)與兩振幅 光柵的相對(duì)移動(dòng)同步；莫爾條紋具有平均作用，也就是^^，莫爾條文可以平均 掉兩振幅光柵的局部誤差，如制造誤差等。本發(fā)明正是利用莫爾條紋的平均作 用特性來消除調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)被測(cè)對(duì)象單個(gè)測(cè)光斑區(qū)域內(nèi)的局部反射率不均 引入的工藝相關(guān)性誤差，從而提高本發(fā)明系統(tǒng)的工藝適應(yīng)能力。下文將結(jié)合本 發(fā)明對(duì)此做進(jìn)一步解釋。
另外，圖2所示為兩個(gè)周期相同的振幅光柵形成橫向莫爾條紋的過程。此 外，兩個(gè)不同周期的振幅光柵可以平行疊加并形成縱向莫爾條紋、斜向莫爾條 紋等。下文只以橫向莫爾條紋為例說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不只限于應(yīng)用橫向 莫爾條紋。
圖3為圖1中調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)6的結(jié)構(gòu)示意圖。調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)6屬 于多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)，且各個(gè)點(diǎn)的測(cè)量結(jié)構(gòu)和原理等特性完全相同，因此下文只以 一個(gè)測(cè)量點(diǎn)為例說明本調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)6。圖3中XYZ坐標(biāo)系與圖1中的光 刻機(jī)系統(tǒng)坐標(biāo)系 一 樣設(shè)定為如圖所示的右手直角坐標(biāo)系調(diào)焦調(diào)平觀"量系統(tǒng)。調(diào) 焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)6包括光柵13、第一成像系統(tǒng)20、第二成^f象系統(tǒng)22、探測(cè)光牙冊(cè) 16和探測(cè)模塊19,還可包括光源模塊11和照明模塊12。從光源模塊11發(fā)出的 光束經(jīng)過照明模塊12后照明物光柵13。在光束照明下的物光柵13可以經(jīng)第一 成像系統(tǒng)20成像于被測(cè)對(duì)象4處以形成光柵像。被測(cè)對(duì)象上的光柵像還可經(jīng)第
二成像系統(tǒng)20成像于探測(cè)光柵16上以形成探測(cè)像。探測(cè)光柵16與物光柵在探 測(cè)光柵16上形成的探測(cè)像參數(shù)相同。當(dāng)探測(cè)光柵16與探測(cè)像成某一特定夾角 放置時(shí)便形成了莫爾條紋，莫爾條紋進(jìn)一步被沿M軸探測(cè)的探測(cè)模塊19探測(cè)。 由于在兩次成像過程中，打到被測(cè)對(duì)象4上的光束被被測(cè)對(duì)象4反射后攜帶了 被測(cè)對(duì)象4上相應(yīng)位置的Z向信息，即物光柵13在探測(cè)光柵16上的探測(cè)〗"目 對(duì)于探測(cè)光柵16 ( 16位置固定)的位置關(guān)系代表了被測(cè)對(duì)象4上相應(yīng)位置的Z 向信息。根據(jù)莫爾條紋的特點(diǎn)可知，莫爾條紋的位置和移動(dòng)信息包含了被測(cè)對(duì) 象4上相應(yīng)位置的的Z向位置信息。通過探測(cè)模塊19探測(cè)和處理莫爾條紋的位 置和移動(dòng)信息，調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)6可最終得到纟皮測(cè)對(duì)象4上相應(yīng)位置的的Z 向位置信息。
在調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)6中，第一成l象系統(tǒng)20和第二成l象系統(tǒng)22分別由成 像模塊14和偏置平板15以及成像模塊18和偏置平板17組成。成像模塊14和 18 —般屬于結(jié)構(gòu)相同的單元倍率放大系統(tǒng)且鏡像于Z軸布置。成像模塊4至少 為像方遠(yuǎn)心系統(tǒng)，而成像模塊8至少為物方遠(yuǎn)心系統(tǒng)，以此消除由于被測(cè)對(duì)象4 上下移動(dòng)時(shí)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)造成的誤差。而為了降低裝配誤差對(duì)莫爾條紋的對(duì)比度 的影，成像模塊8也應(yīng)該是像方遠(yuǎn)心，即成像模塊8—般應(yīng)該是雙遠(yuǎn)心系統(tǒng)。 系統(tǒng)偏置平板15和17屬于結(jié)構(gòu)相同且對(duì)稱于調(diào)焦調(diào)平坐標(biāo)系Z軸布置的平行 平板。偏置平板15和17可利用平行平板對(duì)光線的偏置作用來調(diào)節(jié)整個(gè)調(diào)焦調(diào) 平測(cè)量系統(tǒng)6的零點(diǎn)。偏置平板15和17在調(diào)節(jié)調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)6零點(diǎn)時(shí)相 對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)且轉(zhuǎn)動(dòng)量相同。另外，探測(cè)模塊19應(yīng)該離探測(cè)光柵16足夠近以更好地 探測(cè)莫爾條紋。 —
為了消除被測(cè)對(duì)象4光刻膠上下表面間的層間干涉對(duì)調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)6 的影響，光源模塊11 一般選擇寬帶光源。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，光源 模塊11可以是調(diào)制光源或連續(xù)光源。調(diào)制光源有利于提高最終探測(cè)信號(hào)的信噪 比，但調(diào)制的寬帶光源要比連續(xù)的寬帶光源成本高。
此外，在調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)6中，物光柵13的周期要根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量 范圍和測(cè)量精度以及是采用單周期還是多周期覆蓋整個(gè)測(cè)量范圍進(jìn)行綜合確 定。如果采用多周期覆蓋調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)6的測(cè)量范圍，
計(jì)成類似絕對(duì)光柵尺的標(biāo)尺光柵的光柵，這是因?yàn)檎{(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)需要是一 個(gè)絕對(duì)測(cè)量系統(tǒng)而不是相對(duì)測(cè)量系統(tǒng)。在這里，僅以一個(gè)光柵周期覆蓋整個(gè)調(diào) 焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)6測(cè)量范圍的情況解釋本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此。而物光柵
13的外形尺寸需要根據(jù)在被測(cè)對(duì)象4上形成的光柵像的形狀尺寸和布置以及整 個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在此將不對(duì)物光柵13的外形尺寸設(shè)計(jì)做詳細(xì)闡述。 圖4示出了莫爾條紋的探測(cè)示意圖。其中，圖4 (a)示出了圖3形成的莫 爾條紋，圖4 (b)示出了圖3中探測(cè)模塊19的結(jié)構(gòu)。探測(cè)模塊19可以是單個(gè) 光電探測(cè)器組成的光電探測(cè)器陣列(未示出)，也可以是如圖4 (b)所示的柵形 光電探測(cè)器或線性CCD。其中柵形光電探測(cè)器的一個(gè)長(zhǎng)條柵形探測(cè)區(qū)域輸出一 個(gè)測(cè)量信號(hào)。探測(cè)模塊19相對(duì)于莫爾條紋的布置如圖4(a)中的虛線區(qū)域所示。 探測(cè)模塊19 (柵形探測(cè)器或線性CCD)的敏感(測(cè)量)方向應(yīng)該與莫爾條紋的 移動(dòng)方向一致，而且探測(cè)模塊19 (柵形條探測(cè)器或線性CCD)應(yīng)盡可能覆蓋所 有的莫爾條紋，以更徹底地平均掉如上所述的被測(cè)對(duì)象4上局部反射率變化等 引起的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量誤差。最終，將探測(cè)模塊19的每個(gè)單元探測(cè)器 (如柵形探測(cè)器的每個(gè)柵形條，光電探測(cè)器的每個(gè)探測(cè)單元或是線性CCD的每 個(gè)象素)探測(cè)到的光強(qiáng)對(duì)所有探測(cè)單元探測(cè)器探測(cè)到的光強(qiáng)總和進(jìn)行歸一化， 以使單個(gè)探測(cè)單元輸出的信號(hào)不受整個(gè)光源系統(tǒng)光強(qiáng)的變化以及被測(cè)對(duì)象反射 率整體變化等的影響。因此，本發(fā)明系統(tǒng)工藝適應(yīng)能力得到了提高。而且，由 于本發(fā)明系統(tǒng)原理上的特性消除或大大減少了 "工藝相關(guān)性誤差"，從而省去了 上述那些工藝試驗(yàn)和在線測(cè)試矯正等流程，從調(diào)焦調(diào)平測(cè)量分系統(tǒng)的角度提高 了整個(gè)光刻機(jī)的產(chǎn)率、成品率以及使用成本等，提高了整個(gè)光機(jī)的性能和竟?fàn)?力。
此外，由于本發(fā)明系統(tǒng)的原理是通過檢測(cè)物光柵13的探測(cè)像與探測(cè)光柵16 形成的莫爾條紋得到被測(cè)對(duì)象4的相應(yīng)位移或位置信息的，而傳統(tǒng)的光柵尺也 是通過檢測(cè)指示光柵和標(biāo)尺光柵形成的莫爾條紋得到相應(yīng)的位移信息的。既然 兩者都是通過檢測(cè)莫爾條紋的信息得到被測(cè)對(duì)象的位置或位移信息，因而本發(fā) 明系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)與傳統(tǒng)光柵尺的信號(hào)檢測(cè)與處理類似，也就是說，本發(fā)明系 統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)與處理在計(jì)算整個(gè)被測(cè)區(qū)域的位置信息之前可以借鑒光柵尺的成 熟的信號(hào)檢測(cè)與處理系統(tǒng)的，這樣就會(huì)大大減少本發(fā)明系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)成本。
圖5示出了光柵尺常規(guī)的信號(hào)檢測(cè)與處理示意圖。理論上，能量探測(cè)器探
測(cè)到的莫爾條紋光強(qiáng)與位移的關(guān)系如圖5 (a)所示。圖5 (a)所示的波形為線 性的鋸齒波形曲線。由于衍射等現(xiàn)象的存在以及后續(xù)處理的方便， 一般都把鋸 齒波形轉(zhuǎn)化成如圖5 (b)所示的正弦信號(hào)。而且，為了提高分辨率，如圖5(b) 所示的正弦信號(hào)一般都要采取細(xì)分措施。細(xì)分的方法有很多，在這里以倍頻細(xì) 分法為例進(jìn)行說明。從5 (b)得到的正弦信號(hào)被4倍頻后得到如圖5 (c)所示 的波形。倍頻后的正弦信號(hào)還可被轉(zhuǎn)化成如圖5 (d)所示的方波信號(hào)。圖5 (d) 所示的方波信號(hào)再進(jìn)行微分得到如圖5(e)所示的尖脈沖信號(hào)。圖5 (e)所示 的尖脈沖信號(hào)輸入到編碼和計(jì)數(shù)等電路中以便最終得到相應(yīng)的位移信息。
如圖3所示的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)6的結(jié)構(gòu)屬于非差分結(jié)構(gòu)，其可做為本發(fā) 明的基本結(jié)構(gòu)。本發(fā)明測(cè)量系統(tǒng)還可進(jìn)一步設(shè)計(jì)成如圖6所示的差分結(jié)構(gòu)。圖 6示出了具有差分結(jié)構(gòu)的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)60。調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)60包括物光 柵63、第一成像系統(tǒng)70、第二成像系統(tǒng)72、探測(cè)光柵74和探測(cè)模塊69,還可 包括光源模塊61和照明模塊62。從光源模塊61發(fā)出的光束經(jīng)過照明模塊62后 照明物光柵63。在光束照明下的物光柵63可以經(jīng)第一成l象系統(tǒng)70成像于一皮測(cè) 對(duì)象4以形成第一光柵像。被測(cè)對(duì)象上的第一光柵〗象還可經(jīng)第二成像系統(tǒng)72成 像于探測(cè)光柵74以形成第一探測(cè)像。探測(cè)光柵74與物光柵在探測(cè)光柵74上形 成的第一探測(cè)像參數(shù)相同。當(dāng)探測(cè)光柵74與第一探測(cè)像成某一特定夾角放置時(shí) 便形成了第一莫爾條紋，第一莫爾條紋進(jìn)一 步被沿M軸探測(cè)的探測(cè)模塊69探測(cè)。 同時(shí)，物光柵63還可以經(jīng)第一成像系統(tǒng)70成像于投影物鏡66下表面以形成第 二光柵像。投影物鏡66下表面的第二光柵像還可經(jīng)第二成像系統(tǒng)72成像于探 測(cè)光柵74以形成第二探測(cè)像。探測(cè)光柵74與第二探測(cè)像疊加形成了第二莫爾 條紋，第二莫爾條紋進(jìn)一步被沿M軸探測(cè)的探測(cè)模塊69探測(cè)。如上所述，探測(cè) 模塊69可以測(cè)得被測(cè)對(duì)象4的位置信息。同理，探測(cè)模塊69也可以測(cè)得投影 物鏡66下表面的位置信息。二者差分最終可以得到被測(cè)對(duì)象4的被測(cè)區(qū)域相對(duì) 于投影物鏡66下表面的位置信息。由于在正常工作情況下的^:影物鏡66的最 佳焦平面相對(duì)于投影物鏡66的下表面是固定的，所以得到被測(cè)對(duì)象4相對(duì)于投 影物鏡66下表面的位置信息也就得到了被測(cè)對(duì)象4相對(duì)于投影物鏡66最佳焦 平面的位置關(guān)系。
為了在被測(cè)對(duì)象4和投影物鏡66上分別形成第一和第二光柵像，光源模塊 61發(fā)出的光束被分束為參考光和測(cè)量光。光源模塊61可以采用一種波段的光也 可以采用兩種不同波^殳/波長(zhǎng)的光來生成參考光和測(cè)量光。
若光源模塊61采用一種波段的寬帶光時(shí)，光源模塊61發(fā)出的光束在通過 照明模塊62之前被分成了兩份。 一份是用來打到投影物鏡66下表面作為參考 光，另一份是用作測(cè)量被測(cè)對(duì)象4的測(cè)量光。參考光和測(cè)量光通過模塊62, 63， 64， 68， 74, 69的不同部位，即參考光和測(cè)量光采用離軸光學(xué)的方法對(duì)稱于光 軸地通過相關(guān)各光學(xué)元件。同樣，物光柵63和探測(cè)光柵74應(yīng)該設(shè)計(jì)成參考光 路中的光柵和測(cè)量光路中光柵對(duì)稱與光學(xué)系統(tǒng)光軸的辦法相應(yīng)布置。而且，一 般用于參考光路中的光柵和用于測(cè)量光路中的光柵相同并制作在同 一個(gè)基板 上。當(dāng)參考光和測(cè)量光最終到達(dá)探測(cè)模塊69時(shí)，探測(cè)模塊69相對(duì)于圖3非差 分結(jié)構(gòu)中的探測(cè)模塊19來說，應(yīng)該有兩套相同的探測(cè)系統(tǒng)，而且參考光和測(cè)量 光分別打到這兩套探測(cè)器上。
若光源模塊61采用 一種寬帶光和另 一個(gè)不同波段的窄帶或?qū)拵Ч怦詈显谝?起時(shí)，兩種不同波段的光被分別用作參考光和測(cè)量光，且兩種不同波段/波長(zhǎng)的 光是分時(shí)交替地通過后續(xù)的光學(xué)系統(tǒng)的。圖7示出了兩種不同波段/波長(zhǎng)的參考 光和測(cè)量光交替調(diào)制的示意圖。如圖7所示， 一個(gè)時(shí)刻只能有一種波段的光通 過后續(xù)的光學(xué)系統(tǒng)，即參考光和測(cè)量光是分時(shí)測(cè)量的。參考光和測(cè)量光分時(shí)共 用一套探測(cè)器系統(tǒng)。此時(shí)，光學(xué)模塊64和68包括有波長(zhǎng)分束/合束器，以使兩 種不同波段/波長(zhǎng)的光在模塊64處分開而分別打到投影物鏡66下表面和被測(cè)對(duì) 象4上，然后又在模塊68處被合在一起通過后續(xù)的光學(xué)系統(tǒng)和探測(cè)模塊。按照 如上方式進(jìn)行測(cè)量地系統(tǒng)也稱為分時(shí)差分測(cè)量系統(tǒng)。
具有差分結(jié)構(gòu)的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)60具有更多的優(yōu)點(diǎn)，比如它可以消除由 于投影物鏡66的機(jī)械位置變化或振動(dòng)引起的測(cè)量誤差。另外，由于用來測(cè)量損二 影物鏡66下表面和用來測(cè)量被測(cè)對(duì)象4的參考光和測(cè)量光通過相同的光學(xué)模 塊，所以調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)光路中振動(dòng)、熱或應(yīng)力引起的機(jī)械變形以及整個(gè)調(diào) 焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)的整體振動(dòng)或偏移等影響都得到了消除，從而整個(gè)調(diào)焦調(diào)平測(cè) 量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和重復(fù)性得到了提高。
如圖3所示的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)6和如圖6所示的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)60可
進(jìn)一步分別改進(jìn)成如圖8所示的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)6'和如圖9所示的調(diào)焦調(diào)平 測(cè)量系統(tǒng)60'。相比調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)6和60,調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)6'和60， 具有更高的系統(tǒng)分辨率和測(cè)量精度。這是通過在模塊18和19之間以及68和69 直接分別放置放大模塊80實(shí)現(xiàn)的。放置放大模塊80后，系統(tǒng)享有更高的分辨 率并可以實(shí)現(xiàn)更高精度的測(cè)量，而且分辨率和測(cè)量精度提高的倍數(shù)理論上就是 放大模塊80的放大倍數(shù)。但此時(shí)探測(cè)器模塊(19或69)的測(cè)量面積也要相應(yīng) 地增大以保證測(cè)量范圍不變，否則測(cè)量范圍會(huì)相應(yīng)變小。
上述附圖和具體實(shí)施方式
僅為本發(fā)明的常用實(shí)施例，在不背離本發(fā)明的發(fā) 明精神和后附的權(quán)利要求書所界定的發(fā)明范圍的前提下，本發(fā)明可以有各種增 補(bǔ)、修改和替代。因此，上述實(shí)施例系用于說明例證本發(fā)明而非限制本發(fā)明的 范圍，本發(fā)明的范圍由后附的權(quán)利要求書及其合法等同物來界定，而不限于此 前之描述。權(quán)利要求書旨在涵蓋所有此類等同物。
權(quán)利要求
1、一種調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于該調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)包括物光柵、第一成像系統(tǒng)、第二成像系統(tǒng)、探測(cè)光柵和探測(cè)模塊，該第一成像系統(tǒng)可將物光柵經(jīng)光束照明成像于被測(cè)對(duì)象以形成第一光柵像，該第二成像系統(tǒng)可將該第一光柵像成像于該探測(cè)光柵以形成第一探測(cè)像，該第一探測(cè)像與該探測(cè)光柵疊加形成第一莫爾條紋，該第一莫爾條紋被該探測(cè)模塊探測(cè)，該探測(cè)模塊的位置信息固定，該被測(cè)對(duì)象的位置信息表現(xiàn)于該第一莫爾條紋相對(duì)于該探測(cè)模塊的位置信息。
2、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于還包括一對(duì)偏置 平板相對(duì)該被測(cè)對(duì)象對(duì)稱分布于該第 一成像系統(tǒng)和該第二成像系統(tǒng)，該對(duì)偏置 平板用于調(diào)節(jié)該調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)的零點(diǎn)。
3、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于該探測(cè)光柵與該 第 一探測(cè)像參數(shù)相同且該探測(cè)光柵與該第 一探測(cè)像成一夾角放置。
4、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于該探測(cè)模塊的敏 感方向與該第一莫爾條紋的移動(dòng)方向一致。
5、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于還包括置于該第 二成像系統(tǒng)和該探測(cè)模塊之間的放大模塊。
6、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于該第一成像系統(tǒng) 還可將該物光柵經(jīng)該光束照明成像于投影物鏡下表面以形成第二光柵像，該第 二成像系統(tǒng)還可將該第二光柵像成像于該探測(cè)光柵以形成第二探測(cè)像，該第二 探測(cè)像與該探測(cè)光柵疊加形成第二莫爾條紋，該第二莫爾條紋被該探測(cè)模塊探 測(cè)，該投影物鏡下表面的位置信息表現(xiàn)于該第二莫爾條紋相對(duì)于該探測(cè)模塊的 位置信息。
7、 如權(quán)利要求6所述的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于該光束包括用于 形成該第 一 光柵像的測(cè)量光和用于形成該第二光柵像的參考光。
8、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于還包括光源模塊 和照明模塊，該光源模塊發(fā)出的該光束經(jīng)該照明模塊照明該物光柵。
9、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于該第一和第二成 像系統(tǒng)分別包括成像模塊，其中第一成像系統(tǒng)中的成像模塊為像方遠(yuǎn)心或雙遠(yuǎn) 心，第二成像系統(tǒng)中的成像模塊為物方遠(yuǎn)心或雙遠(yuǎn)心。
10、 一種采用權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于，該方法包括下列步驟物光柵經(jīng)光束照明成像于該被測(cè)對(duì)象以形成第 一光柵像；該第 一光柵像成像于探測(cè)光柵以形成第 一探測(cè)像；該第 一探測(cè)像與該探測(cè)光柵疊加形成第 一莫爾條紋；該第一莫爾條紋被探測(cè)模塊探測(cè)，其中該探測(cè)模塊位置固定；根據(jù)該第一莫爾條紋相對(duì)于該探測(cè)模塊的位置信息計(jì)算該被測(cè)對(duì)象的位置信息。
11、 如權(quán)利要求IO所述的測(cè)量方法，其特征在于該探測(cè)光4冊(cè)與該第一探 測(cè)像參數(shù)相同且該探測(cè)光柵與該第 一探測(cè)像成一 夾角放置。
12、 如權(quán)利要求IO所述的測(cè)量方法，其特征在于該探測(cè)模塊的敏感方向 與該第 一莫爾條紋的移動(dòng)方向 一致。
13、 如權(quán)利要求IO所述的測(cè)量方法，其特征在于，該方法還包括下列步驟 該物光柵經(jīng)該光束照明成像于投影物鏡下表面以形成笫二光柵像；該第二光柵像成像于該探測(cè)光柵以形成第二探測(cè)像； 該第二探測(cè)^象與該探測(cè)光柵疊加形成第二莫爾條紋； 根據(jù)該第二莫爾條紋相對(duì)于該探測(cè)模塊的位置信息計(jì)算該投影物鏡下 表面的位置信息；差分該被測(cè)對(duì)象和該投影物鏡下表面的位置信息以得到該被測(cè)對(duì)象相 對(duì)該投影物鏡下表面的位置信息。
14、 如權(quán)利要求13所述的測(cè)量方法，其特征在于，該方法還包括下列步驟 分束該光束為測(cè)量光和參考光，其中該測(cè)量光用于形成該第一光柵像，該參考光用于形成該第二光柵像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種調(diào)焦調(diào)平測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法。該測(cè)量系統(tǒng)包括物光柵、第一成像系統(tǒng)、第二成像系統(tǒng)、探測(cè)光柵和探測(cè)模塊，第一成像系統(tǒng)可將物光柵經(jīng)光束照明成像于被測(cè)對(duì)象以形成第一光柵像，第二成像系統(tǒng)可將第一光柵像成像于探測(cè)光柵以形成第一探測(cè)像，第一探測(cè)像與探測(cè)光柵疊加形成第一莫爾條紋，第一莫爾條紋被探測(cè)模塊探測(cè)，探測(cè)模塊的位置信息固定，被測(cè)對(duì)象的位置信息表現(xiàn)于第一莫爾條紋相對(duì)于探測(cè)模塊的位置信息。
文檔編號(hào)G03F7/20GK101187783SQ200710171968
公開日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
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