硅片表面高度和倾斜度检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种硅片表面高度和倾斜度检测装置及方法，该检测装置从探测光线路径看包括依次排列的光源、准直扩束镜、狭缝阵列、角度调节单元、第一透镜、待测硅片、第二透镜、探测器和信号处理单元，还包括位于所述直扩束镜和所述狭缝阵列间的偏振调制单元、位于所述第二透镜和所述探测器之间的多色光分离单元，探测器由若干个探测单元组成。本发明专利技术通过增加多色光分离单元，将宽波段的反射光分离成多个独立的波段，通过相应的探测单元对每个波段进行单独探测，并对各波段的探测信息进行综合处理，以更好的消除硅片底层图案的影响，得到更准确的硅片表面位置信息，同时使用宽波段光源提高了光源能量的利用率和检测装置对不同硅片的工艺适用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光刻机
，具体涉及一种硅片表面高度和倾斜度检测装置及方法。
技术介绍
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。在光刻机的曝光过程中，如果硅片相对于物镜焦平面的离焦或倾斜使曝光视场内某些区域处于有效胶深之外，将严重影响光刻质量，因此必须采用调焦调平系统进行精确控制。现有的调焦调平系统的一般工作原理是：首先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，并根据这些信息作相应调节，以精确控制硅片位置。目前通常采用非接触式光电测量技术来检测硅片表面高度与倾斜度信息，激光三角测量法就是最普遍的一种，其具有精度高、速度快的特点，然而其受底层的工艺图案影响较大。由于在曝光工艺中，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，而这些底层图案将导致硅片表面反射率不均，从而引起探测光斑在探测面强度分布不均，进而产生测量误差，最终影响调焦调平系统的准确度。现有技术中还提供一种基于数字补偿的检测方法，该方法通过在系统探测端增加一路成像单元，以实时获取探测光斑的强度分布，以及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，从而提高调焦调平系统的控制精确度。然而采用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、灵敏度以及对反馈补偿的时效性要求较高，因此在工程上使用难度较大。针对以上问题，之后又提出了一种基于偏振调制的检测方法，该方法从光学上解决硅片反射率不均的问题。然而该自动调焦调平系统仅适用于激光或单波长照明，每次只能探测一个波长，当需要探测多个波长时，需要多次更换探测光源，增加了检测的复杂度，同时也降低了光源能量的利用率和调焦调平系统对不同硅片的工艺适用性。
技术实现思路
本专利技术为了克服以上不足，提供了一种可提高光源能量利用率和对不同硅片的工艺适应性的硅片表面高度和倾斜度检测装置及方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种硅片表面高度和倾斜度检测装置，从探测光线路径看包括依次排列的光源、准直扩束镜、狭缝阵列、角度调节单元、第一透镜、待测硅片、第二透镜、探测器和信号处理单元，还包括位于所述直扩束镜和所述狭缝阵列间的偏振调制单元、位于所述第二透镜和所述探测器之间的多色光分离单元，探测器由若干个探测单元组成。进一步的，所述光源为宽波段光源。进一步的，所述偏振调节单元采用偏振片、磁致旋光器或电光调制器。进一步的，所述角度调节单元包括角度偏转单元和第三透镜。进一步的，所述第三透镜的后焦面与所述第一透镜的前焦面共面。进一步的，所述多色光分离单元可采用二向色分束镜组、棱镜或相位光栅。进一步的，所述每个探测单元包含偏振解调单元、透镜、探测狭缝和多个光电探测器，所述探测狭缝具有多个通光狭缝，所述光电探测器位所述通光狭缝后方，且每个光电探测器与一个通光狭缝相对应，用于检测通过该狭缝的光能量。本专利技术还提供一种硅片表面高度和倾斜度检测装置的检测方法，包括以下步骤：(1)检测硅片表面的工艺参数，包括各层的材料折射率、厚度，选择是否需要探测的多个波段的信号；(2)若只需要检测一个波段的信号，确定该探测信号的波段，并根据最优配置原理，对需要探测波段信号的偏振态、入射角参数进行最优配置；若需要检测多个波段的信号，确定多个探测信号的波段，并根据最优配置原理，对需要探测的多个波段信号的偏振态、入射角参数进行最优配置；(3)通过偏振调节单元、狭缝阵列和角度偏转单元，将照明光束转换成具有最优配置参数的探测光斑束，并经过所述待测硅片反射之后通过多色光分离单元分离出步骤(2)选定的一个或多个独立探测光斑，并分别进入相应的探测单元中进行探测，输出相应的探测信号，所述探测电信为电信号；(4)若只需要探测一个所述波段的信号，则信号处理单元仅对该波段测量信号进行处理之后计算得到所述待测硅片的高度h；若需要检测多个所述波段的信号，则信号处理单元接收所有所述探测单元输出的电信号，经过处理之后精确计算出每个波段信号对应的硅片高度hi，并对多个所述独立探测光斑的测量结果hi各自的比例权重wi进行计算得到最终的硅片高度计算的公式为：h‾=(h1×w1+h2×w2+...+hn×wn)/(w1+w2+...+wn);]]>各探测波段信号的比例权重wi根据硅片工艺特性来确定；其中i和n为大于1的正整数，并且i≤n；(5)根据计算得到的所述待测硅片表面高度值，拟合出其表面形貌，从而获得所述待测硅片表面的倾斜值。综上所述，本专利技术提供的硅片表面高度和倾斜度检测装置及方法，通过增加多色光分离单元，根据硅片的工艺特性，将宽波段的反射光分离成多个独立的波段，并通过相应的探测单元对每个波段进行单独探测，并对各波段的探测信息进行综合处理，以更好的消除硅片底层图案的影响，得到更准确的硅片表面位置信息，同时使用宽波段光源进行照明，提高了光源能量的利用率，也增加了检测装置对不同硅片的工艺适用性。附图说明图1是本专利技术的硅片表面高度和倾斜度检测装置的结构示意图；图2是本专利技术偏振调制单元为磁致旋光器进行偏振调制时的示意图；图3是本专利技术的多色光分离单元采用二向色分束镜组进行分光时的示意图；图4是本专利技术探测单元的结构图；图5是本专利技术的照明光束在硅片表面的反射示意图；图6是本专利技术的硅片表面高度和倾斜度检测装置的检测流程图。图中所示：1、光源；101、照明光束；102、偏振光束；103、探测光斑束；104、反射光斑束或衍射光斑束；105、独立探测光斑；2、准直扩束镜；3、偏振调制单元；31、起偏器；32、磁致旋光器；4、狭缝阵列；5、角度调节单元；501、角度偏转单元；6、硅片；7、多色光分离单元；701、第一分束镜；702、第二分束镜；703、第三分束镜；8、探测器；80、探测单元；801、偏振解调单元；802、透镜；803、探测狭缝；804、光电探测器；9、信号处理单元；10、第一透镜；11、第二透镜；12、第三透镜。具体实施方式下面结合附图对专利技术作详细描述：如图1所示，本专利技术提供一种硅片表面高度和倾斜度检测装置，从探测光线路径看包括依次排列的光源1、准直扩束镜2、狭缝阵列4、角度调节单元5、探测器8和信号处理单元9，还包括偏振调制单元3和多色光分离单元7，所述探测器8由若干个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅片表面高度和倾斜度检测装置，从探测光线路径看包括依次排列的光源、准直扩束镜、狭缝阵列、角度调节单元、第一透镜、待测硅片、第二透镜、探测器和信号处理单元，其特征在于：还包括位于所述直扩束镜和所述狭缝阵列间的偏振调制单元、位于所述第二透镜和所述探测器之间的多色光分离单元，所述探测器由若干个探测单元组成。

【技术特征摘要】
1.一种硅片表面高度和倾斜度检测装置，从探测光线路径看包括依次排列
的光源、准直扩束镜、狭缝阵列、角度调节单元、第一透镜、待测硅片、第二
透镜、探测器和信号处理单元，其特征在于：还包括位于所述直扩束镜和所述
狭缝阵列间的偏振调制单元、位于所述第二透镜和所述探测器之间的多色光分
离单元，所述探测器由若干个探测单元组成。
2.根据权利要求1所述的硅片表面高度和倾斜度检测装置，其特征在于：
所述光源为宽波段光源。
3.根据权利要求1所述的硅片表面高度和倾斜度检测装置，其特征在于：
所述偏振调节单元采用偏振片、磁致旋光器或电光调制器。
4.根据权利要求1所述的硅片表面高度和倾斜度检测装置，其特征在于：
所述角度调节单元包括角度偏转单元和第三透镜。
5.根据权利要求4所述的硅片表面高度和倾斜度检测装置，其特征在于：
所述第三透镜的后焦面与所述第一透镜的前焦面共面。
6.根据权利要求1所述的硅片表面高度和倾斜度检测装置，其特征在于：
所述多色光分离单元可采用二向色分束镜组、棱镜或相位光栅。
7.根据权利要求1所述的硅片表面高度和倾斜度检测装置，其特征在于：
所述每个探测单元包含偏振解调单元、透镜、探测狭缝和多个光电探测器，所
述探测狭缝具有多个通光狭缝，所述光电探测器位所述通光狭缝后方，且每个
光电探测器与一个通光狭缝相对应，用于检测通过该狭缝的光能量。
8.一种硅片表面高度和倾斜度检测装置的检测方法，其特征在于：包括以
下步骤：
(1)检测硅片表面的工艺参数，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏黎，徐文，王帆，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31