垂向测量装置、垂向测量方法及光刻机

本发明涉及光刻，特别涉及一种垂向测量装置、垂向测量方法及光刻机。

背景技术：

1、投影光刻机是一种将掩模上的图案通过投影物镜投影到基底(如硅片)表面的设备。在光刻机的曝光过程中，如果硅片相对于投影物镜的焦平面发生离焦或倾斜，使曝光视场内某些区域处于有效焦深之外，将严重影响光刻质量，因此必须采用调焦调平系统对曝光视场内硅片的位置进行精确控制。

2、调焦调平系统一般采用三角测量原理实现基底表面垂向位置或面型的测量。调焦调平系统中包括扫描反射单元，利用扫描反射单元实现光通量调制并采用三角测量原理测量垂向位置是一种高精度的垂向测量方案。然而，由于扫描反射单元本身为可动机构，长期使用或机构振动、控制误差等原因会导致其出现角度偏差，进而会引起垂向测量结果的误差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种垂向测量装置、垂向测量方法及光刻机，以解决因扫描反射单元角度误差而带来的垂向高度测量误差的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种垂向测量装置，包括：照明模块、投影光路模块和探测光路模块；

3、所述照明模块用于提供光束；

4、所述投影光路模块包括扫描反射单元；

5、其中，所述照明模块发出的光束经所述扫描反射单元反射后照射至待测表面，经过所述待测表面反射后被所述探测光路模块接收，所述探测光路模块计算获得所述扫描反射单元角度偏差引起的垂向测量误差和所述待测表面的绝对测量高度。

6、可选的，所述投影光路模块包括分光单元，所述光束经所述扫描反射单元反射后进入所述分光单元，经所述分光单元分为带宽不同的第一光束和第二光束，所述第一光束经过所述扫描反射单元一次反射且被所述待测表面反射后被所述探测光路模块接收，所述第二光束经过所述扫描反射单元二次反射且经过所述待测表面反射后被所述探测光路模块接收，根据差分测量计算所述第一光束和所述第二光束的扫描反射单元角度偏差引起的垂向测量误差以及所述待测表面的绝对测量高度。

7、可选的，所述第二光束的扫描反射单元角度偏差引起的垂向测量误差是所述第一光束的扫描反射单元角度偏差引起的垂向测量误差的二倍。

8、可选的，所述探测光路模块包括第一探测器和第二探测器，所述第一探测器用于接收所述第一光束并获得第一高度，所述第二探测器用于接收所述第二光束并获得第二高度。

9、可选的，所述第一高度包括第一光束的扫描反射单元角度偏差引起的高度误差和所述待测表面的绝对测量高度，所述第二高度包括第二光束的扫描反射单元角度偏差引起的高度误差和所述待测表面的绝对测量高度，所述第一高度与所述第二高度根据差分测量计算所述第一光束和所述第二光束的扫描反射单元角度偏差引起的垂向测量误差，并计算所述待测表面的绝对测量高度。

10、可选的，所述扫描反射单元位于90°相位和270°相位时，根据所述第二探测器接收的所述第二光束的光强，计算所述第二高度。

11、可选的，所述第一光束或者所述第二光束被所述待测表面反射后经过成像光路模块被所述探测光路模块接收，所述成像光路模块包括第一探测狭缝和第二探测狭缝，所述第一探测狭缝结合所述探测光路模块用于探测所述第一光束，所述第二探测狭缝结合所述探测光路模块用于探测所述第二光束，所述第二探测狭缝的宽度是所述第一探测狭缝的宽度的二倍。

12、可选的，所述投影光路模块包括投影狭缝，所述第一探测狭缝的宽度等于所述投影狭缝的宽度。

13、可选的，所述扫描反射单元位于90°相位时，所述第二探测器的能量为第一能量值，所述扫描反射单元位于270°相位时，所述第二探测器的能量为第二能量值，根据所述第一能量值与所述第二能量值的差与所述第一能量值与所述第二能量值的和的比值以及光斑的宽度计算所述扫描反射单元位于0°相位时光斑在所述第二探测狭缝的位置。

14、基于同一发明构思，本发明还提供一种垂向测量方法，包括：

15、照明模块发出光束；

16、所述光束经所述扫描反射单元反射后照射至待测表面，经过所述待测表面反射后被所述探测光路模块接收；

17、所述探测光路模块计算获得所述扫描反射单元角度偏差引起的垂向测量误差以及所述待测表面的绝对测量高度。

18、可选的，所述光束经所述扫描反射单元反射后进入分光单元，经所述分光单元分为带宽不同的第一光束和第二光束，所述第一光束经过所述扫描反射单元一次反射且经过待测表面反射后被所述探测光路模块接收，所述第二光束经过所述扫描反射单元两次反射且经过待测表面反射后被所述探测光路模块接收；以及根据差分测量计算所述第一光束和所述第二光束的扫描反射单元角度偏差引起的垂向测量误差，并计算所述待测表面的绝对测量高度。

19、可选的，根据差分测量计算所述第一光束和所述第二光束的扫描反射单元角度偏差引起的垂向测量误差，并计算所述待测表面的绝对测量高度包括：

20、第一探测器接收所述第一光束并获得第一高度，所述第一高度包括第一光束的扫描反射单元角度偏差引起的高度误差和所述待测表面的绝对测量高度；

21、第二探测器接收所述第二光束并获得第二高度；所述第二高度包括第二光束的扫描反射单元角度偏差引起的高度误差和所述待测表面的绝对测量高度；

22、根据第一光束的扫描反射单元角度偏差引起的高度误差与第二光束的扫描反射单元角度偏差引起的高度误差的关系，采用差分测量计算所述第一光束和所述第二光束的扫描反射单元角度偏差引起的垂向测量误差，并计算所述待测表面的绝对测量高度。

23、可选的，所述第二光束的扫描反射单元角度偏差引起的垂向测量误差是所述第一光束的扫描反射单元角度偏差引起的垂向测量误差的二倍。

24、可选的，采用至少两个位移传感器计算所述扫描反射单元的角度偏差。

25、基于同一发明构思，本发明还提供一种光刻机，包含上述任一项所述的垂向测量装置。

26、在本发明提供的垂向测量装置、垂向测量方法及光刻机中，照明模块发出光束，所述光束经扫描反射单元反射后照射至待测表面，经过所述待测表面反射后被所述探测光路模块接收，所述探测光路模块计算获得所述扫描反射单元角度偏差引起的垂向测量误差，以及所述待测表面的绝对测量高度。本发明可以计算扫描反射单元角度偏差引起的垂向高度测量误差以及待测表面的绝对测量高度，实现了扫描反射单元角度的监控及测量精度的提升。

27、进一步的，光束经扫描反射单元反射后进入分光单元，经分光单元分为带宽不同的第一光束和第二光束，第一光束经过扫描反射单元一次反射且被待测表面反射后被所述探测光路模块接收，第二光束经过扫描反射单元两次反射且经过待测表面反射后被所述探测光路模块接收，根据差分测量计算第一光束和第二光束的扫描反射单元角度偏差引起的垂向测量误差，并计算待测表面的绝对测量高度。该差分计算过程可以消除部分测量系统本身的误差，解决因扫描反射单元角度误差而带来的垂向高度测量误差，并实现绝对高度的测量。

28、进一步的，扫描反射单元的远离光束的一侧设置有至少两个位移传感器，用于监测所述扫描反射单元的角度偏差，以计算扫描反射单元角度偏差引起的垂向高度测量误差以及待测表面的绝对测量高度，有利于提高系统调焦调平测量性能稳定性。