CN104749901A - 一种调焦调平装置 - Google Patents

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Abstract

一种调焦调平装置，包括：测量光线从照明单元出射后，依次经过投影狭缝、投影镜组、被测硅片、探测前组镜组、探测光阑、探测后组镜组、折光单元、中继镜组、光电探测器，光信号经过所述光电探测器转换成带有所述被测硅片表面相关的高度和倾斜度电信号后，传递给运算单元以及调焦调平控制器，产生控制信号，从而控制工件台对所述被测硅片的高度和倾斜度进行相应的调整；其特征在于，所述投影狭缝上具有多个不处于同一直线的标记，入射至所述折光单元的多束光经所述折光单元后生成处于同一直线上的多个光斑。

Description

一种调焦调平装置
技术领域
本发明涉及光刻领域，尤其涉及用于光刻机的带有折光单元的自动调焦装置。 
背景技术
目前的投影光刻系统中通常包括用以精确探测被测物体表面高度与倾斜的自动调焦调平分系统。调焦调平分系统的一般系统模型如上述专利所示通常包含有一个照明光源、一个具有收集光源发出光线功能的汇聚透镜、一个投影光阑、一个用于将光阑图案沿倾斜方向成像在物体表面的第一光学系统、一个用于将物体表面的像成像在探测光阑上的第二光学系统、一个探测光阑、另有一个光电探测器，用以接收探测光阑传递的光束，并根据所得光束会聚点的位置信息来获得与之相关的物体表面的高度信息和倾斜信息。 
美国专利US5414515的一个实施例的技术方案是设计单支光路，产生多个测量光斑，在满足一定测量视场范围的需求下，采用对应的多个CCD技术，上述方案存在的不足之处在于：所用CCD数量较多，CCD对应的图像采集卡及线缆也会较多，成本较高；另外，CCD数量多会造成空间约束比较紧张，不能更好地为整机增加空间约束的自由度。 
中国专利CN101710291示出了一种带平行光折光单元透镜的太阳能装置，该装置与本发明方案的不同在于应用上存在区别，CN101710291的技术方案着重于对光束进行能量的汇聚，并无像质的要求，而本发明用于成像位置的调整，且对成像分辨率、畸变、焦深等像质均有要求，故两者存在本质的差别。 
发明内容
不同于现有的技术常见的两种结构：第一种，设计多支光路，产生多个测量光斑，并且在较大测量视场的需求下，采用对应的多个线阵CCD技术；第二种，设计单支光路，产生多个测量光斑，并且在较大测量视场的需求下，采用单个面阵CCD技术。本发明在投影光刻机调平调焦分系统中，提出了一种新的结构：通过在光路中引入一种折光单元，以达到只需采用单支光路、单个线阵CCD就能满足大视场、多点测量的系统需求，并且总体上降低了成本，减少了空间占用率。 
根据本发明的一种调焦调平装置，包括：测量光线从照明单元出射后，依次经过投影狭缝、投影镜组、被测硅片、探测前组镜组、探测光阑、探测后组镜组、折光单元、中继镜组、光电探测器，光信号经过所述光电探测器转换成带有所述被测硅片表面相关的高度和倾斜度电信号后，传递给运算单元以及调焦调平控制器，产生控制信号，从而控制工件台对所述被测硅片的高度和倾斜度进行相应的调整； 
其特征在于，所述投影狭缝上具有多个不处于同一直线的标记，入射至所述折光单元的多束光经所述折光单元后生成处于同一直线上的多个光斑。
其中，所述不处于同一直线的标记数量至少为3个。 
其中，还包括一双棱镜组，所述投影狭缝夹在所述双棱镜组的两个棱镜中间。 
其中，所述折光单元由折光反射镜组、折光透镜组和折光棱镜组所组成。当不处于同一直线的标记数量至少为3个时，折光单元由折光反射镜为2对（4块）、折光透镜3块、折光棱镜2块组成，中间光束不需经过折光反射镜和折光棱镜，只需通过折光透镜。 
其中，所述折光单元还包括平行平板，入射至折光单元的中间光束经过所述折光透镜组后入射至所述平行平板，其他光束均依次经过所述折光反射镜组、折光透镜组和折光棱镜组后与中间光束一起，经过所述中继透镜组后，所有光束被所述光电探测器所接收。 
其中，所述折光单元为楔板组，所述楔板组由长斜面对应放置的偶数块楔板构成。
其中，所述楔板组中的第一块楔板中部和下半部的光束所经光路位置上有对应所述投影狭缝标记的小通孔，第二块楔板中部和上半部的光束所经光路位置上有对应所述投影狭缝标记的小通孔。 
其中，所述折光单元还包括平行平板，所述中间光束先经过所述第一块楔板和第二块楔板上的中部小通孔，再入射平行平板。 
其中，所述光电探测器为线阵CCD。 
通过折光单元的使用，根据本发明的调焦装置只需采用单支光路、单个线阵CCD就能满足大视场、多点测量的系统需求，总体上降低了成本，减少了空间占用率。 
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
图1所示为投影光刻机调焦调平系统原理图； 
图2所示为本发明带有折光单元的调焦调平系统原理图；
图3所示为本发明带有反射镜组折光单元的调焦调平装置原理图；
图4所示为本发明反射镜组折光单元局部图；
图5所示为本发明投影狭缝示意图；
图6所示为本发明折光单元的作用示意图；
图7所示为线阵CCD上的光斑位置示意图；
图8所示为本发明带有楔板组折光单元的调焦调平装置原理图；
图9所示为本发明楔板组折光单元局部图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。 
图1所示为投影光刻机调焦调平系统原理图。如图1所示，该投影光刻机调焦调平系统包括投影物镜14和分布于投影物镜14光轴两侧的测量光路。测量光路包括以光路依次连接的照明单元、投影单元、探测单元及中继单元。 
照明单元由照明光源1、照明镜组2及光纤（图中未示出）等组成；光源的出射光经透镜组聚光之后，由光纤传送至投影单元，为整个测量装置提供照明光源。 
投影单元由投影狭缝3、投影前组透镜组4、反射镜组5及投影后组透镜组6等组成；从照明单元出射的光通过投影狭缝后依次经过投影前组透镜组4、反射镜组5和投影后组透镜组6，在玻璃基板7表面当前曝光区域内形成测量光斑。 
探测单元由探测前组透镜组8、反射镜组9、探测后组透镜组10等组成；经过探测单元之后，测量光斑被探测狭缝所接收。 
中继单元由中继反射镜11中继透镜组12探测器13、调焦控制器14，运算单元15等组成，经过中继单元的光斑被探测器接收，形成带有被测物表面位置和倾斜信息的光强信号。 
第一实施例 
图2所示为本发明一种投影光刻机带有折光单元的调焦调平装置。如图所示，该装置包括照明光源101、照明镜组102、投影狭缝103、双棱镜组104、投影前组透镜组105、投影光阑106、投影后组透镜组107、投影反射镜108、被测硅片109、探测前组反射镜110、探测前组透镜组111、探测光阑112、探测后组透镜组113、探测后组反射镜114、折光单元115、中继透镜组116、线阵CCD117、调焦控制器118、运算单元119；光束从照明光源101发出的光束经过照明镜组102后投射到投影狭缝103上，投影狭缝夹在双棱镜组104的两个棱镜中间，由双棱镜组104出射的光束经过投影前组透镜组105、投影光阑106及投影后组透镜组107后，被投影反射镜108反射至被测硅片109上，经被测硅片109反射后到达探测前组反射镜110，再由探测前组反射镜110反射至探测前组透镜组111、探测光阑112及探测后组透镜组113，到达探测后组反射镜114后经过反射，通过折光单元115后，将光斑成像于同一线视场内，经过中继透镜组116后，被线阵CCD117所接收，线阵CCD117经过信息光电转换获得与之相关的物体表面的高度信息和倾斜信息，由调焦控制器118送至运算单元119后，控制工件台120，从而对被测硅片109的高度和倾斜进行相应的调整。    
图3为根据本发明第一实施例的一种投影式光刻机调焦调平分系统带有折光单元的调焦调平装置原理图，用于精确且高效地测量硅片表面位置。如图所示，所述装置包括照明光源201、照明镜组202、投影狭缝203、双棱镜组204、投影前组透镜组205、投影光阑206、投影后组透镜组207、投影反射镜208、被测硅片209、探测前组反射镜210、探测前组透镜组211、探测光阑212、探测后组透镜组213、探测后组反射镜214、折光单元反射镜组215、折光单元透镜组216、平行平板217、折光单元棱镜组218、中继透镜组219、线阵CCD220、调焦控制器221以及运算单元222。从照明光源201发出的光束经过照明镜组202后投射到投影狭缝203上，投影狭缝夹在双棱镜组204中间，由双棱镜组204出射的光束经过投影前组透镜组205、投影光阑206及投影后组透镜组207后，被投影反射镜208反射至被测硅片209上，经被测硅片209反射后到达探测前组反射镜210，再由探测前组反射镜210反射至探测前组透镜组211、探测光阑212及探测后组透镜组213，到达探测后组反射镜214后经过反射，分别至折光单元反射镜组215（215a-215h）后，入射折光单元透镜组216（216a-216e），中间光束经过平行平板217，边缘光束均经过折光单元棱镜组218（218a-218d）后与中间光束一起，经过中继透镜组219后，被线阵CCD220所接收，线阵CCD220经过信息光电转换获得与之相关的物体表面的高度信息和倾斜信息，由调焦控制器221送至运算单元222后，控制工件台223，从而对被测硅片209的高度和倾斜进行相应的调整。 
图4所示为反射镜折光单元局部图。如图所示，所述折光单元包括折光单元反射镜组215、折光单元透镜组216、平行平板217、折光单元棱镜组218；光束经过折光单元反射镜组215分别反射后，入射折光单元透镜组216，其中中间一路光束经过平行平板217，边缘四路光束均经过折光单元棱镜组218后与中间光束一起，经过中继透镜组219后，被线阵CCD220所接收。 
图5所示为投影狭缝结构示意图。投影狭缝被倾斜置于双棱镜组件204中间，且狭缝上标记位置如图中A、B、C、D、E所示。 
图6所示为折光单元的作用示意图。如图所示，光束经过折光单元前，像面上光斑位置为A′、B′、C′、D′、E′，光斑位置呈空间分布；经过折光单元后，像面上光斑位置为A″、B″、C″、D″、E″，光斑呈直线型排布；最终经过中继透镜组219，被线阵CCD220所接收，从而起到了将光斑分布从面视场分布转换成线视场分布的作用。 
图7所示为线阵CCD上光斑位置示意图。最终CCD上成像光斑为直线型排布的 、、、、。 
第二实施例 
图8所示为根据本发明第二实施例的一种投影式光刻机调焦调平分系统带有楔板组折光单元的调焦调平装置原理图，用于精确且高效地测量硅片表面位置。如图所示，所述装置包括照明光源301、照明镜组302、投影狭缝303、双棱镜组304、投影前组透镜组305、投影光阑306、投影后组透镜组307、投影反射镜308、被测硅片309、探测前组反射镜310、探测前组透镜组311、探测光阑312、探测后组透镜组313、探测后组反射镜314、平行平板315、折光单元楔板组316、中继透镜组317、线阵CCD318、调焦控制器319、运算单元320。从照明光源301发出的光束经过照明镜组302后投射到投影狭缝303上，投影狭缝夹在双棱镜组304中间，由双棱镜组304出射的光束经过投影前组透镜组305、投影光阑306及投影后组透镜组307后，被投影反射镜308反射至被测硅片309上，经被测硅片309反射后到达探测前组反射镜310，再由探测前组反射镜310反射至探测前组透镜组311、探测光阑312及探测后组透镜组313，后被探测后组反射镜314反射后至折光单元楔板组316后，中间光束经过平行平板315，边缘光束均经过楔板组316后与中间光束一起，经过中继透镜组317后，被线阵CCD318所接收，线阵CCD318经过信息光电转换获得与之相关的物体表面的高度信息和倾斜信息，由调焦控制器319送至运算单元320后，控制工件台321，从而对被测硅片309的高度和倾斜进行相应的调整。
图9所示为楔板组折光单元原理图。如图所示，所述折光单元包括平行平板315和折光单元楔板组316； 光束经过探测后组反射镜314反射后，经过一对特殊的楔板组316成像于同一像面上，并由中继透镜组317最终成像于线阵CCD318上，其中第一块楔板316a的下两路光束所经光路位置的楔板挖去一小孔，用以使得光束经过时不发生偏折，第二块楔板316b上两路光束所经光路位置的楔板挖去一小孔，用以使得光束经过时不发生偏折；而中间光束挖去一小孔使得中间光束不发生偏折，并且在中间光路上增加一块平行平板315用以补偿光程差，多路光束经过楔板组316折射后，使得光斑在经过楔板组316后能在像面上分布方式从面视场排布转变成线视场排布，并经过中继透镜组317后，最终被线阵CCD320所接收。 
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)

1.一种调焦调平装置，包括：测量光线从照明单元出射后，依次经过投影狭缝、投影镜组、被测硅片、探测前组镜组、探测光阑、探测后组镜组、折光单元、中继镜组、光电探测器，光信号经过所述光电探测器转换成带有所述被测硅片表面相关的高度和倾斜度电信号后，传递给运算单元以及调焦调平控制器，产生控制信号，从而控制工件台对所述被测硅片的高度和倾斜度进行相应的调整；
其特征在于，所述投影狭缝上具有多个不处于同一直线的标记，入射至所述折光单元的多束光经所述折光单元后生成处于同一直线上的多个光斑。
2.根据权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述不处于同一直线的标记数量至少为3个。
3.根据权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，还包括一双棱镜组，所述投影狭缝夹在所述双棱镜组的两个棱镜中间。
4.根据权利要求1 所述的调焦调平装置，其特征在于，所述折光单元由折光反射镜组、折光透镜组和折光棱镜组所组成。
5.根据权利要求4 所述的调焦调平装置，其特征在于，所述折光反射镜组由至少2对折光反射镜组成，所述折光透镜组由至少3块折光透镜组成，所述折光棱镜组由至少2块折光棱镜组成。
6.根据权利要求4所述的调焦调平装置，其特征在于，所述折光单元还包括平行平板，入射至折光单元的中间光束经过所述折光透镜组后入射至所述平行平板，其他光束均依次经过所述折光反射镜组、折光透镜组和折光棱镜组后与中间光束一起，经过所述中继透镜组后，所有光束被所述光电探测器所接收。
7.根据权利要求1所述的调焦调平装置，其特征在于，所述折光单元为楔板组，所述楔板组由长斜面对应放置的偶数块楔板构成。
8.根据权利要求7所述的调焦调平装置，其特征在于，所述楔板组中的第一块楔板中部和下半部的光束所经光路位置上有对应所述投影狭缝标记的小通孔，第二块楔板中部和上半部的光束所经光路位置上有对应所述投影狭缝标记的小通孔。
9.根据权利要求8所述的调焦调平装置，其特征在于，所述折光单元还包括平行平板，所述中间光束先经过所述第一块楔板和第二块楔板上的中部小通孔，再入射平行平板。
10. 根据权利要求1至9中任一所述的调焦调平装置，其特征在于，所述光电探测器为线阵CCD。
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