位置检测装置、位置检测方法及光刻设备与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种位置检测装置、位置检测方法及光刻设备。

背景技术：

1、光刻是集成电路制造中的一道关键工艺。在光刻工艺中，为了掩模图形能够准确曝光，需利用光刻设备精确测量基板(待测平面)的垂向位置，以便将其移动至指定位置(垂向位置)。

2、但现有针对待测平面的位置检测装置及位置检测方法在位置检测的精度还可进一步提高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种位置检测装置、位置检测方法及光刻设备，以提高位置检测的准确性。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的位置检测装置，用于检测待检测平面在其法向的位置，包括照明成像单元、投影单元、检测成像单元、四象限探测单元、信号处理单元及光路摆动单元，所述照明成像单元发射的光束经所述投影单元投射于所述待检测平面，所述待检测平面的反射光经所述检测成像单元后在所述四象限探测单元上形成像面光斑，所述信号处理单元与所述四象限探测单元连接并获得所述像面光斑的电信号；

3、其中，所述光路摆动单元设于所述照明成像单元至所述四象限探测单元之间的光路上，以预设频率摆动以使所述像面光斑往复移动，并向所述信号处理单元输出具有所述预设频率的参考信号，所述信号处理单元利用所述电信号及所述参考信号获得所述待检测平面的位置。

4、可选的，所述光路摆动单元为反射结构，经过所述光路摆动单元的光路随所述光路摆动单元的摆动而周期偏转。

5、可选的，所述光路摆动单元为透射结构且呈平板状，经过所述光路摆动单元的光路随所述光路摆动单元的摆动而周期平移。

6、可选的，所述光路摆动单元为透射结构且呈楔形状，经过所述光路摆动单元的光路随所述光路摆动单元的摆动而周期偏转。

7、可选的，在所述像面光斑往复移动过程中，所述像面光斑在所述四象限探测单元的四个象限的分量均大于或等于0。

8、可选的，所述参考信号与所述光路摆动单元的摆动具有固定相位差，所述信号处理单元利用所述电信号及所述参考信号进行锁相放大以获得所述待检测平面的位置。

9、可选的，所述光路摆动单元的摆动方向与所述待检测平面的法向正交。

10、基于本发明的另一方面，还提供一种光刻设备，包括物镜、工件台及如上所述的位置检测装置，其中，所述工件台用于承载待检测平面，所述位置检测装置及所述物镜设于所述工件台的上方，所述位置检测装置用于检测所述待检测平面在竖直方向的位置。

11、基于本发明的另一方面，还提供一种位置检测方法，用于检测待检测平面的垂向位置，所述位置检测方法包括：

12、获得像面光斑，所述像面光斑随光路摆动单元在四象限探测单元上以预设频率往复移动，且包括各自位于第一至第四象限的第一至第四分量；

13、获得所述第一至第四分量关于水平方向的差值交流分量；

14、获得所述光路摆动单元提供的参考信号，利用所述差值交流分量与所述参考信号获得所述待检测平面竖直方向的位置信息，并以此获得所述待检测平面竖直方向的位置。

15、可选的，获得所述第一至第四分量关于水平方向的差值交流分量的步骤包括：利用所述第二分量与所述第一分量的信号差作为第一信号差，利用所述第三分量与所述第四分量的信号差作为第二信号差，获取所述第一信号差与所述第二信号差的信号差的交流分量作为所述差值交流分量。

16、可选的，获得所述待检测平面竖直方向的位置的步骤包括：

17、将所述待检测平面从第一位置移至第二位置，获得所述待检测平面由第一位置移至第二位置的过程中所产生的差值交流分量；

18、采用三角测距法获得所述第一位置至所述第二位置的位置差异，以获得所述第一位置或所述第二位置的位置。

19、可选的，获得所述待检测平面竖直方向的位置的步骤包括：

20、建立所述待检测平面的不同位置与对应光强信息的标定数据；

21、根据所述差值交流分量与所述参考信号获得所述待检测平面的光强信息；

22、根据所述光强信息，利用所述标定数据，获得所述待检测平面的竖向位置。

23、综上所述，本发明通过在照明成像单元至四象限探测单元之间的光路上设置光路摆动单元，光路摆动单元以预设频率周期摆动，从而使像面光斑在四象限探测单元上周期往复移动并向信号处理单元输出具有预设频率的电信号，光路摆动单元还同时向信号处理单元输出参考信号，参考信号具有与光路摆动单元摆动周期相同的频率，由此，信号处理单元即可利用电信号及参考信号获得待检测平面在其法向上的位置。相较于其他位置检测装置及位置检测方法，本发明所提供的装置及方法，不仅在结构上较为简单，而且还可具有较高信噪比以提高位置检测的精度。

技术特征：

1.一种位置检测装置，用于检测待检测平面在其法向的位置，其特征在于，包括照明成像单元、投影单元、检测成像单元、四象限探测单元、信号处理单元及光路摆动单元，所述照明成像单元发射的光束经所述投影单元投射于所述待检测平面，所述待检测平面的反射光经所述检测成像单元后在所述四象限探测单元上形成像面光斑，所述信号处理单元与所述四象限探测单元连接并获得所述像面光斑的电信号；

2.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，所述光路摆动单元为反射结构，经过所述光路摆动单元的光路随所述光路摆动单元的摆动而周期偏转。

3.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，所述光路摆动单元为透射结构且呈平板状，经过所述光路摆动单元的光路随所述光路摆动单元的摆动而周期平移。

4.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，所述光路摆动单元为透射结构且呈楔形状，经过所述光路摆动单元的光路随所述光路摆动单元的摆动而周期偏转。

5.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，在所述像面光斑往复移动过程中，所述像面光斑在所述四象限探测单元的四个象限的分量均大于或等于0。

6.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，所述参考信号与所述光路摆动单元的摆动具有固定相位差，所述信号处理单元利用所述电信号及所述参考信号进行锁相放大以获得所述待检测平面的位置。

7.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，所述光路摆动单元的摆动方向与所述待检测平面的法向正交。

8.一种光刻设备，其特征在于，包括物镜、工件台及如权利要求1～7中任一项所述的位置检测装置，其中，所述工件台用于承载待检测平面，所述位置检测装置及所述物镜设于所述工件台的上方，所述位置检测装置用于检测所述待检测平面在竖直方向的位置。

9.一种位置检测方法，用于检测待检测平面的垂向位置，其特征在于，所述位置检测方法包括：

10.根据权利要求9所述的位置检测方法，其特征在于，获得所述第一至第四分量关于水平方向的差值交流分量的步骤包括：利用所述第二分量与所述第一分量的信号差作为第一信号差，利用所述第三分量与所述第四分量的信号差作为第二信号差，获取所述第一信号差与所述第二信号差的信号差的交流分量作为所述差值交流分量。

11.根据权利要求9至10中任一项所述的位置检测方法，其特征在于，获得所述待检测平面竖直方向的位置的步骤包括：

12.根据权利要求9至10中任一项所述的位置检测方法，获得所述待检测平面竖直方向的位置的步骤包括：

技术总结本发明提供了一种位置检测装置、位置检测方法及光刻设备，所述位置检测装置包括照明成像单元、投影单元、检测成像单元、四象限探测单元、信号处理单元及光路摆动单元，照明成像单元发射的光束经投影单元投射于待检测平面，待检测平面的反射光经检测成像单元后在四象限探测单元上形成像面光斑；其中，光路摆动单元设于照明成像单元至四象限探测单元之间的光路上，以预设频率摆动以使像面光斑往复移动，并向信号处理单元输出具有预设频率的参考信号，信号处理单元利用电信号及参考信号获得待检测平面的位置。本发明所提供的装置及方法，不仅在结构上较为简单，而且还可具有较高信噪比以提高位置检测的精度。技术研发人员：郑哲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：2024/9/2