CN102749808B - 一种调焦调平测量装置 - Google Patents

Abstract

一种调焦调平测量装置，包括：照明单元，具有宽带光源和照明镜组；投影单元，具有标记板、投影前透镜组、投影后透镜组和分束机构；接受成像单元，具有耦合机构、接受前透镜组和接受后透镜组；以及位置探测器单元，从所述照明单元发出的光均匀照明至所述标记板上，所述标记板上的标记经所述投影单元后，在被测目标的被测表面上形成多个标记，这些标记由被测表面反射后经所述接受成像单元成像于所述位置探测器上。

Description

一种调焦调平测量装置

技术领域

本发明涉及光刻领域，尤其涉及应用于光刻机的调焦调平测量装置。

背景技术

投影光刻机是一种把掩模上的图案通过物镜投影到硅片面上的装置。在投影曝光设备中，必须有自动调焦控制系统把硅片面精确带入到指定的曝光位置，实现该系统有多种不同的技术方案。目前比较常用是非接触式光电测量技术，为了增加测量区域和实时性，在NIKON的专利US6034780中采用了一个标记在被测量表面上来回反射的多分路测量机构，这样一个标记在被测面上的不同区域投影，测量受工艺影响比较大，而且更多的测量分支使结构复杂，占用较大的空间，设计困难。

发明内容

本发明提出了一种调焦调平测量装置，包括：照明单元，具有宽带光源和照明镜组；投影单元，具有标记板、投影前透镜组、投影后透镜组和分束机构；接受成像单元，具有耦合机构、接受前透镜组和接受后透镜组；以及位置探测器单元，从所述照明单元发出的光均匀照明至所述标记板上，所述标记板上的标记经所述投影单元后，在被测目标的被测表面上形成多个标记，这些标记由被测表面反射后经所述接受成像单元成像于所述位置探测器单元上。

更近一步地，还包括反射镜组，用于对投影光束和成像光束的反射。

其中，所述标记板与照明光轴垂直。

其中，所述投影前透镜组和所述投影后透镜组构成双远心光学系统。

其中，所述接受前透镜组和所述接受后透镜组构成双远心放大光学系统。

其中，所述分束机构由n分束棱镜和n-1个全反射棱镜构成，n分束棱镜的作用是把由所述投影前透镜组和所述投影后透镜组构成的投影光学系统所成的标记的像分成n束，每一束在被测表面上相应形成一个测量区域，每个测量区域内都各有多个测量点，其中，n>1。

其中，在所述n分束棱镜后设有补偿透镜。

其中，在部分全反射棱镜上设置平板，使到达被测表面的光的光程相等。

其中，所述耦合机构的结构与所述分束机构的结构相对应，具有耦合棱镜和n-1个全反射棱镜，但各元件之间的位置存在一定的偏移。

其中，在接收从所述n分束棱镜不经全反射棱镜入射至被测表面的标记所经过的合束面上镀覆增透膜，在其他标记经过的合束面上镀覆全反膜。

本发明提出了基于一套测量系统的大曝光场测量的解决方案，降低了大曝光场测量时多测量支路的对空间的要求，降低了测量系统的复杂性，同时由于各测量点独立测量且同用一套主体结构，提高了测量的稳定性，提高了工艺适应性。

附图说明

图1所示为根据本发明的调焦调平测量装置的结构示意图；

图2所示为根据本发明的调焦调平测量装置的结构展开示意图；

图3所示为根据本发明的调焦调平测量装置中的耦合机构的耦合原理示意图。

具体实施方式

下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。为了便于描述和突出显示本发明，附图中省略了现有技术中已有的相关部件，并将省略对这些公知部件的描述。

下面结合附图和具体实施方法，对本发明作进一步的描述：

图1所示为根据本发明的调焦调平测量装置的结构示意图。该测量装置包括：由宽带光源3和照明镜组4组成的照明单元，由标记板5和投影前透镜组6、投影后透镜组8和分束机构9构成的投影单元，由耦合机构10、接受前透镜组11和接受后透镜组构成的接受成像单元，以及位置探测器15。接受后透镜组包括接受后透镜组第一构件13和接受后透镜组第二构件14。图中，附图标记2为光刻机的曝光物镜，7和12为反射镜，1为待测目标。

光源3发出的光经过照明镜组4均匀照明到标记板5上，标记板与照明光轴垂直，标记板上的标记经过投影前透镜组6、投影后透镜组8和分束机构9后，在被测目标1的表面上形成多个标记，图示a1、a2、a3只是其中一个支路形成的三个标记，该支路只是分束机构9分出的三个支路中的一个(图中所示为a路)，详细描述参见图2的说明。标记经被测表面反射后经过耦合机构10、进入接受前透镜组11和接受后透镜组13、14构成的接受成像单元，成像到位置探测器15上，当被测面的位置发生变化时，位置探测器15上探测到的标记的位置也会发生相应的变化，从而达到探测的目的。

其中，投影前透镜组6和投影后透镜组8构成了双远心光学系统，接受前透镜组11和接受后透镜组13、14构成双远心放大光学系统，以提高测量精度。其中前透镜组11具有正的焦距，接受后透镜组13和14分别由具有负的和正的焦距的透镜组构成。

图2所示为根据本发明的测量装置的结构展开示意图。其是由图一结构沿着光路前进的方向在弧矢方向的展开图。分束机构9由多分束棱镜L1和全反射棱镜L2、L3及补偿透镜L4构成，L1的作用是把投影前透镜组6和投影后透镜组8构成的投影光学系统所成的标记5的像分成多束，图中所示为三束a0、b0、c0，这样在被测面上就可以形成三个测量区域a、b、c，结合图1，a1、a2、a3是测量区域a内的三个测量标记，同理在b和c内各有三个测量点，这样就可以实现对整个被测表面形貌的测量。

多分束棱镜L1有两个分束面，每个面都镀有1／3分束膜，以便让1/3的光反射，2／3的光透过。L2和L3为全反射棱镜，以便让进入的光全部按照指定的方向入射到被测表面上。L3增加一定厚度的平板以使c0和b0在入射到被测面时两者的光程相等，补偿透镜L4的作用是使a0光线会聚到被测面上。这样在a、b、c三个区域内的测量标记像都比较清晰，降低被测表面形貌变化对测量的影响。当多分束棱镜L1有三个分束面时，则需要三个全反射棱镜，其它工作原理与上述相同。

耦合机构10与分束机构9类似，只是在空间位置上各元件存在错位，具体结构如图3所示。该耦合机构由全反射棱镜L5和L7、耦合棱镜L6、补偿透镜L8构成，耦合棱镜L6所起的作用是把三个测量区域内的测量标记耦合到一个由接受前透镜组11和接受后透镜组13、14构成的接受成像单元里，其它元件的作用与分束机构9中各元件的作用类似。位置探测器15是一个探测器阵列，图中所示是由三个位置探测器T1、T2、T3构成。这样经过各机构的共同作用后三个测量区域a、b、c上的测量标记就可以清晰地成像到各自的位置探测器T2、T1、T3上，实现精确测量。

图3所示为耦合机构的原理示意图，其中，虚线所示为分束机构9中类似作用各元件对应的位置，当按此布局时，三个测量区域的测量光束b’c’与a0就会耦合到一起，不能分开，无法实现多区域测量。因此在实际布局中让L5和L7作一个Δ位移，这样三支测量光束就会分开耦合到接受光学系统，如图中实线所示，就可以实现对各区域的分开测量，如图2所示。而为了提高能量利用，可以在耦合棱镜上的b0和c0经过的合束面上镀全反膜，a0经过的合束面上镀相应的增透膜。

由上分析可知图1所示的探测器只是位置探测器阵列15里面的位置探测器T2。可知图中形成了三个测量支路(对应光路为a0、b0、c0)，每个测量支路有三个测量标记(见上述描述)，即共有九个测量点，可以对整个被测表面的位置变化精确测量。其中，测量支路及每个测量支路中的测量标记可以根据实际需要增减，工作原理与上述相同。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种调焦调平测量装置，包括：

照明单元，具有宽带光源和照明镜组；

投影单元，具有标记板、投影前透镜组、投影后透镜组和分束机构；

接受成像单元，具有耦合机构、接受前透镜组和接受后透镜组；

以及位置探测器单元，

从所述照明单元发出的光均匀照明至所述标记板上，所述标记板上的标记经所述投影单元后，在被测目标的被测表面上形成多个标记，这些标记由被测表面反射后经所述接受成像单元成像于所述位置探测器单元上。

2.根据权利要求1所述的测量装置，还包括反射镜组，用于对投影光束和成像光束的反射。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述标记板与照明光轴垂直。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述投影前透镜组和所述投影后透镜组构成双远心光学系统。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述接受前透镜组和所述接受后透镜组构成双远心放大光学系统。

6.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述分束机构由n分束棱镜和n-1个全反射棱镜构成，n分束棱镜的作用是把由所述投影前透镜组和所述投影后透镜组构成的投影光学系统所成的标记的像分成n束，每一束在被测表面上相应形成一个测量区域，每个测量区域内都各有多个测量点，其中，n＞1。

7.根据权利要求6所述的测量装置，其中，在所述n分束棱镜后设有补偿透镜。

8.根据权利要求7所述的测量装置，其中，在部分全反射棱镜上设置平板，使到达被测表面的光的光程相等。

9.根据权利要求6-7中任意一个所述的测量装置，其中，所述耦合机构的结构与所述分束机构的结构相对应，具有耦合棱镜和n-1个全反射棱镜，但各元件之间的位置存在一定的偏移。

10.根据权利要求9所述的测量装置，其中，在接收从所述n分束棱镜不经全反射棱镜入射至被测表面的标记所经过的合束面上镀覆增透膜，在其他标记经过的合束面上镀覆全反膜。