一种高度测量装置及其测量方法
【专利摘要】一种高度测量装置及其测量方法，光源产生线偏振光，经过偏振分光器分为第一偏振光和第二偏振光；第二偏振光倾斜入射到被测物体表面形成偏振反射光，第一偏振光、偏振反射光分别通过第一、二四分之一波片入射到第一、二反射镜并沿原路返回，经过偏振分光器分别形成第一偏振出射光、第二偏振出射光；偏振反射光先后通过第一分束器和第二分束器分别形成第一光斑和第二光斑，根据第一光斑和第二光斑的位置信息计算被测物体表面的倾斜量；光束接收器接收第一偏振出射光和第二偏振出射光，获得被测物体运动产生的光程差；根据光程差计算出被测物体高度。本发明测量精度高，对硅片工艺衬底适应性强可用于表面形貌高低起伏变化的表面高度测量。
【专利说明】一种高度测量装置及其测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及物体高度测量装置及其测量方法，特别涉及一种利用光束测量物体高度的装置和方法。
【背景技术】
[0002]随着光刻关键尺寸的不断减小和数值孔径的不断增大，光刻机焦深变得越来越小，因此对光刻机垂向测量装置的精度要求越来越苛刻，特别是对不同的工艺衬底硅片的垂向测量变得更为困难和重要。
[0003]目前高精度的步进扫描投影光刻机中的硅片高度测量系统(调焦调平系统)，例如美国专利US5118957、US4866262，一般都采用几何成像的原理，将硅片表面高度的变化转化为探测传感器上位置或光强的变化，由于测量原理及工艺条件的限制，测量精度已经逐渐不能满足光刻需求，特别是针对不同工艺衬底的硅片，已经遇到了发展瓶颈。
【发明内容】
[0004]现有技术存在的技术问题是测量精度不能满足光刻要求。
[0005]为了解决该技术问题，本发明提供了一种高度测量装置，包括:
产生线偏振光的光源，包含频率不同的第一偏振光和第二偏振光，所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振方向互相垂直；
偏振分光器，所述线偏振光经过所述偏振分光器后分为所述第一偏振光和所述第二偏振光；其特征在于，还包括:
第一四分之一波片和第一反射镜，所述第一偏振光通过所述第一四分之一波片入射到所述第一反射镜并沿原路返回，再次通过所述第一四分之一波片后返回所述偏振分光器；第一分束器、第二分束器、位置探测器，所述第二偏振光倾斜入射到被测物体表面后，通过所述第一分束器和所述第二分束器分别形成第一光斑和第二光斑，所述位置探测器用于探测所述第一光斑和所述第二光斑的位置信息；
第二四分之一波片和第二反射镜，所述第二偏振光通过所述第二分束器后，通过所述第二四分之一波片垂直入射到所述第二反射镜并沿原路返回，再次通过所述第二四分之一波片、第二分束器、第一分束器和被测物体表面后，返回所述偏振分光器；
光束接收器，所述第一偏振光和所述第二偏振光在所述偏振分光器合束后被所述光束接收器接收。
[0006]其中，所述线偏振光被所述偏振分光器反射后得到所述第一偏振光，被透射后得到所述第二偏振光。
[0007]其中，所述线偏振光被所述偏振分光器透射后得到所述第一偏振光，被反射后得到所述第二偏振光。
[0008]本发明还提出一种光刻机，其采用上述的高度测量装置测量被测物体表面的高度。[0009]其中，所述高度测量装置为三套以上，且分布在同一平面上。
[0010]本发明还提供了一种高度测量方法，包括:
光源产生包含第一偏振光和第二偏振光的线偏振光，所述第一偏振光和所述第二偏振光的频率不同且偏振方向互相垂直；
所述线偏振光经过偏振分光器后分为所述第一偏振光和所述第二偏振光；
其特征在于，还包括:
所述第一偏振光通过第一四分之一波片入射到第一反射镜并沿原路返回，再次通过所述第一四分之一波片后返回所述偏振分光器；
所述第二偏振光以入射角α入射到被测物体表面后，通过第一分束器和第二分束器分别形成第一光斑和第二光斑，位置探测器探测所述第一光斑和所述第二光斑的位置信息，所述第二偏振光在通过第二分束器后经第二四分之一波片垂直入射到第二反射镜并沿原路返回，再次通过所述第二四分之一波片、第二分束器、第一分束器和被测物体表面后，返回所述偏振分光器与第一偏振光合束后被所述光束接收器接收，所述第二偏振光在所述被测物体表面的出射点至所述第二反射镜入射点的距离为d ；
被测物体表面发生倾斜后，调整第二反射镜以保持所述第二偏振光始终能垂直入射第二反射镜，根据所述第一光斑和所述第二光斑的位置信息计算所述入射角α和被测物体表面的倾斜量β，光束接收器探测倾斜前后光束途经的光程差Δ ；
根据第二偏振光的入射角α、被测物体表面的倾斜量β、所述距离d、光程差Λ计算出被测物体高度变化h ，进而计算出被测物体高度。
[0011]其中，计算被测物体高度变化h的公式为
【权利要求】
1.一种高度测量装置，包括: 产生线偏振光的光源，包含频率不同的第一偏振光和第二偏振光，所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振方向互相垂直； 偏振分光器，所述线偏振光经过所述偏振分光器后分为所述第一偏振光和所述第二偏振光；其特征在于，还包括:第一四分之一波片和第一反射镜，所述第一偏振光通过所述第一四分之一波片入射到所述第一反射镜并沿原路返回，再次通过所述第一四分之一波片后返回所述偏振分光器；第一分束器、第二分束器、位置探测器，所述第二偏振光倾斜入射到被测物体表面后，通过所述第一分束器和所述第二分束器分别形成第一光斑和第二光斑，所述位置探测器用于探测所述第一光斑和所述第二光斑的位置信息； 第二四分之一波片和第二反射镜，所述第二偏振光通过所述第二分束器后，通过所述第二四分之一波片垂直入射到所述第二反射镜并沿原路返回，再次通过所述第二四分之一波片、第二分束器、第一分束器和被测物体表面后，返回所述偏振分光器； 光束接收器，所述第一偏振光和所述第二偏振光在所述偏振分光器合束后被所述光束接收器接收。
2.根据权利要求1所述的高度测量装置，其特征在于，所述线偏振光被所述偏振分光器反射后得到所述第一偏振光，被透射后得到所述第二偏振光。
3.根据权利要求1所述的高度测量装置，其特征在于，所述线偏振光被所述偏振分光器透射后得到所述第一偏振光，被反射后得到所述第二偏振光。
4.一种光刻机，其特征在于，采用如权利要求1至3任一项所述的高度测量装置测量被测物体表面的高度。
5.根据权利要求4所述的高度测量装置，其特征在于，所述高度测量装置为三套以上，且分布在同一平面上。
6.一种高度测量方法，包括: 光源产生包含第一偏振光和第二偏振光的线偏振光，所述第一偏振光和所述第二偏振光的频率不同且偏振方向互相垂直；所述线偏振光经过偏振分光器后分为所述第一偏振光和所述第二偏振光； 其特征在于，还包括: 所述第一偏振光通过第一四分之一波片入射到第一反射镜并沿原路返回，再次通过所述第一四分之一波片后返回所述偏振分光器； 所述第二偏振光以入射角α入射到被测物体表面后，通过第一分束器和第二分束器分别形成第一光斑和第二光斑，位置探测器探测所述第一光斑和所述第二光斑的位置信息，所述第二偏振光在通过第二分束器后经第二四分之一波片垂直入射到第二反射镜并沿原路返回，再次通过所述第二四分之一波片、第二分束器、第一分束器和被测物体表面后，返回所述偏振分光器与第一偏振光合束后被所述光束接收器接收，所述第二偏振光在所述被测物体表面的出射点至所述第二反射镜入射点的距离为d ； 被测物体表面发生倾斜后，调整第二反射镜以保持所述第二偏振光始终能垂直入射第二反射镜，根据所述第一光斑和所述第二光斑的位置信息计算所述入射角α和被测物体表面的倾斜量β，光束接收器探测倾斜前后光束途经的光程差Δ ；根据第二偏振光的入射角α、被测物体表面的倾斜量β、所述距离d、光程差Λ计算出被测物体高度变化h，进而计算出被测物体高度。
7.根据权利要求6所述的高度测量方法，其特征在于，计算被测物体高度变化h的公式
8.根据权利要求6所述的高度测量方法，其特征在于，所述线偏振光被所述偏振分光器反射后得到所述第一偏振光，被透射后得到所述第二偏振光。
9.根据权利要求6所述的高度测量方法，其特征在于，所述线偏振光被所述偏振分光器透射后得到所述第一 偏振光，被反射后得到所述第二偏振光。
【文档编号】G01B11/02GK103529650SQ201210222725
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年7月2日 优先权日:2012年7月2日
【发明者】李术新, 孙刚, 段立峰 申请人:上海微电子装备有限公司