垂向测量系统、垂向测量方法及曝光机与流程

本发明涉及光刻，特别涉及一种垂向测量系统、垂向测量方法及曝光机。

背景技术：

1、如图1所示，传统的调焦调平光学测量系统(fls)包括光源11、第一反射镜12、第一待测靶面13、第二反射镜14和线阵相机15。光源11发出的光束经过第一反射镜12反射后到达第一待测靶面13上，经过第一待测靶面13反射到达第二反射镜14，再经过第二反射镜14反射后进去线阵相机15。所述调焦调平光学测量系统(fls)采用的原理是三角测量法，这种调焦调平光学测量系统在测量靶面发生倾斜的工况下，垂向测量值的偏差将导致调焦存在离焦的情况。

2、图2是图1中待测靶面倾斜时的光路示意图；如图2所示，当待测靶面处于第二待测靶面13a的位置时，将导致测量的高度值与真实高度存在偏差(即待测靶面高度变化)dz，同时测量点水平向位置也随待测靶面的垂向高度变化而偏移；当待测靶面处于第三待测靶面13b的位置时，将存在待测靶面的倾斜角度变化drp，线阵相机上测量的光斑相对于待测靶面无倾斜时产生了位移dl。

3、研究发现，真实测量工况中，待测靶面的垂向高度变化dz和待测靶面的倾斜角度变化drp是相互耦合的两个未知量，两者所共同决定线阵相机的测量值有且仅有一个，理论上通过单个测量点无法同时得到两个未知参量。故传统的调焦调平光学测量系统的求解模型中，仅将两者共同作用的测量值反推为待测靶面的垂向高度变化dz，而这种求解模型仅在待测靶面的倾斜角度变化drp较小的情况下适用，可见该模型存在一定缺陷。

4、另外，传统的调焦调平光学测量系统在测量靶面倾斜时无法通过单点测量直接获取(单点测量的数据存在偏差、精确度低)，采用多点测量可近似得到面形的倾斜信息。多点测量有两种方案：其一是单个调焦调平光学测量系统测量多个点位，但该方案的效率低，影响产率；其二是多调焦调平光学测量系统阵列进行多点测量，但该方案的成本高、占用空间大。在仅有单个调焦调平光学测量系统的机台中，不可避免在一些倾角变化drp较大的位置处，测量值偏差较大，进而影响其他测量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种垂向测量方法、垂向测量系统及曝光机，以解决待测靶面的倾斜角度drp较大的位置处，调焦调平光学测量系统测量值偏差较大的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种垂向测量系统，包括光源、偏振分光单元和探测单元，所述光源用于发出偏振光束，所述偏振光束经待测靶面反射后进入所述偏振分光单元分束以形成第一偏振光束和第二偏振光束，所述第一偏振光束和所述第二偏振光束以不同的角度照射在所述探测单元上形成第一光斑和第二光斑，以根据所述第一光斑和所述第二光斑的位置得到所述待测靶面的垂向高度和所述待测靶面的倾斜角度。

3、可选的，所述光源为自然偏振光源、椭圆偏振光源或者线偏振光源。

4、可选的，所述偏振分光单元包括第一偏振分光单元，所述偏振光束的一部分经所述第一偏振分光单元透射后形成第一偏振光束，所述偏振光束的另一部分经第一偏振分光单元反射形成第二偏振光束。

5、可选的，所述偏振分光单元还包括第二偏振分光单元和第三偏振分光单元，所述第二偏振分光单元和所述第一偏振分光单元并排设置，所述第三偏振分光单元位于所述第一偏振分光单元的正上方，所述第一偏振光束经所述第三偏振分光单元透射到达所述探测单元上，所述第二偏振光束经所述第二偏振分光单元和第三偏振分光单元多次反射后进入所述探测单元上。

6、可选的，所述偏振分光单元还包括第二偏振分光单元和第三偏振分光单元，所述第二偏振分光单元和所述第一偏振分光单元并排设置，所述第三偏振分光单元位于所述第二偏振分光单元的正上方，所述第一偏振光束经所述第三偏振分光单元反射到达所述探测单元上，所述第二偏振光束经所述第二偏振分光单元反射和透射后经第三偏振分光单元透射后进入所述探测单元上。

7、可选的，所述第二偏振分光单元上方设置有第四反射单元，所述第四反射单元为平面反射镜，所述第四反射单元连接有电机，所述电机用于带动所述第四反射单元旋转。

8、可选的，所述第二偏振分光单元上方设置有第四反射单元，所述第四反射单元为曲面反射镜。

9、可选的，所述偏振分光单元还包括第二偏振分光单元和第三偏振分光单元，所述第二偏振分光单元和所述第一偏振分光单元并排设置，所述第二偏振分光单元和所述第一偏振分光单元并排设置，所述第三偏振分光单元位于所述第二偏振分光单元的上方且不在同一中轴线上。

10、基于同一发明构思，本发明还提供一种曝光机，包括至少两组上述任一项所述的垂向测量系统，且至少两组所述的垂向测量系统之间具有夹角。

11、基于同一发明构思，本发明还提供一种垂向测量方法，包括：

12、提供一偏振光束，所述偏振光束经待测靶面反射后进入偏振分光单元分束以形成第一偏振光束和第二偏振光束，所述第一偏振光束和所述第二偏振光束以不同的角度照射在探测单元上形成第一光斑和第二光斑，根据所述第一光斑和所述第二光斑的位置得到所述待测靶面的垂向高度和所述待测靶面的倾斜角度。

13、可选的，所述第一光斑和所述第二光斑的变化方向不同且变化的快慢不同。

14、可选的，所述待测靶面的垂向高度为0时，所述第一光斑和所述第二光斑的中心点坐标与所述待测靶面的倾斜角度呈线性关系。

15、可选的，所述待测靶面的垂向高度不为0时，所述第一光斑的位置由所述待测靶面的垂向高度和所述待测靶面的倾斜角度共同决定，且所述第一光斑的位置与所述待测靶面的垂向高度和所述待测靶面的倾斜角度均呈线性关系，所述第二光斑的位置由所述待测靶面的垂向高度和所述待测靶面的倾斜角度共同决定，且所述第二光斑的位置与所述待测靶面的垂向高度和所述待测靶面的倾斜角度均呈线性关系。

16、在本发明提供的垂向测量方法、垂向测量系统及曝光机中，设置多个偏振分光单元，将偏振光束分束为第一偏振光束和第二偏振光束，第一偏振光束和第二偏振光束以不同的角度照射在探测单元上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计算待测靶面的垂向高度和待测靶面的倾斜角度。在待测靶面存在较大的倾斜角度时，相比于现有技术，采用较低的成本和较小的空间也可以准确和高效地计算出待测靶面的垂向高度和倾斜角度。

技术特征：

1.一种垂向测量系统，其特征在于，包括光源、偏振分光单元和探测单元，所述光源用于发出偏振光束，所述偏振光束经待测靶面反射后进入所述偏振分光单元分束以形成第一偏振光束和第二偏振光束，所述第一偏振光束和所述第二偏振光束以不同的角度照射在所述探测单元上形成第一光斑和第二光斑，以根据所述第一光斑和所述第二光斑的位置得到所述待测靶面的垂向高度和所述待测靶面的倾斜角度。

2.根据权利要求1所述的垂向测量系统，其特征在于，所述光源为自然偏振光源、椭圆偏振光源或者线偏振光源。

3.根据权利要求1所述的垂向测量系统，其特征在于，所述偏振分光单元包括第一偏振分光单元，所述偏振光束的一部分经所述第一偏振分光单元透射后形成第一偏振光束，所述偏振光束的另一部分经第一偏振分光单元反射形成第二偏振光束。

4.根据权利要求3所述的垂向测量系统，其特征在于，所述偏振分光单元还包括第二偏振分光单元和第三偏振分光单元，所述第二偏振分光单元和所述第一偏振分光单元并排设置，所述第三偏振分光单元位于所述第一偏振分光单元的正上方，所述第一偏振光束经所述第三偏振分光单元透射到达所述探测单元上，所述第二偏振光束经所述第二偏振分光单元和第三偏振分光单元多次反射后进入所述探测单元上。

5.根据权利要求3所述的垂向测量系统，其特征在于，所述偏振分光单元还包括第二偏振分光单元和第三偏振分光单元，所述第二偏振分光单元和所述第一偏振分光单元并排设置，所述第三偏振分光单元位于所述第二偏振分光单元的正上方，所述第一偏振光束经所述第三偏振分光单元反射到达所述探测单元上，所述第二偏振光束经所述第二偏振分光单元反射和透射后经第三偏振分光单元透射后进入所述探测单元上。

6.根据权利要求4所述的垂向测量系统，其特征在于，所述第二偏振分光单元上方设置有第四反射单元，所述第四反射单元为平面反射镜，所述第四反射单元连接有电机，所述电机用于带动所述第四反射单元旋转。

7.根据权利要求4所述的垂向测量系统，其特征在于，所述第二偏振分光单

8.根据权利要求3所述的垂向测量系统，其特征在于，所述偏振分光单元还包括第二偏振分光单元和第三偏振分光单元，所述第二偏振分光单元和所述第一偏振分光单元并排设置，所述第二偏振分光单元和所述第一偏振分光单元并排设置，所述第三偏振分光单元位于所述第二偏振分光单元的上方且不在同一中轴线上。

9.一种曝光机，其特征在于，包括至少两组如权利要求1～10任一项所述的垂向测量系统，且至少两组所述的垂向测量系统之间具有夹角。

10.一种垂向测量方法，其特征在于，包括：

11.根据权利要求10所述的垂向测量方法，其特征在于，所述第一光斑和所述第二光斑的变化方向不同且变化的快慢不同。

12.根据权利要求10所述的垂向测量方法，其特征在于，所述待测靶面的垂向高度为0时，所述第一光斑和所述第二光斑的中心点坐标与所述待测靶面的倾斜角度呈线性关系。

13.根据权利要求10所述的垂向测量方法，其特征在于，所述待测靶面的垂向高度不为0时，所述第一光斑的位置由所述待测靶面的垂向高度和所述待测靶面的倾斜角度共同决定，且所述第一光斑的位置与所述待测靶面的垂向高度和所述待测靶面的倾斜角度均呈线性关系，所述第二光斑的位置由所述待测靶面的垂向高度和所述待测靶面的倾斜角度共同决定，且所述第二光斑的位置与所述待测靶面的垂向高度和所述待测靶面的倾斜角度均呈线性关系。

技术总结本发明提供一种垂向测量方法、垂向测量系统及曝光机，所述垂向测量系统，包括光源、偏振分光单元和探测单元，所述光源用于发出偏振光束，所述偏振光束经待测靶面反射后进入所述偏振分光单元分束以形成第一偏振光束和第二偏振光束，所述第一偏振光束和所述第二偏振光束以不同的角度照射在所述探测单元上形成第一光斑和第二光斑，以根据所述第一光斑和所述第二光斑的位置得到所述待测靶面的垂向高度和所述待测靶面的倾斜角度。在待测靶面存在较大的倾斜角度时，采用较低的成本和较小的空间也可以准确和高效的计算出待测靶面的垂向高度和倾斜角度。技术研发人员：侯先飞,张民山,李煜芝受保护的技术使用者：上海微电子装备（集团）股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2