一种调焦调平测量装置

摘要

一种调焦调平测量装置，该装置具有照明标记单元，投影成像单元，接受成像单元，校正单元，以及探测器阵列，其中，还包括校正单元，所述校正单元具有校正棱镜单元和校正透镜组，从所述照明标记单元出射的投影标记经所述投影成像单元成像于硅片面上并被硅片面反射后由所述接受成像单元成像，并经所述校正单元校正后聚焦至探测器阵列的受光面。本发明的调焦调平测量装置，在校正棱镜之后采用与各标记对应的校正透镜使各标记垂直入射到探测器上，降低原系统的透射及反射损耗，同时由于没有对整个探测器面没有缩小，各探测点之间距离较大，也便于探测器阵列的位置安放。同时改变光源结构采用声光偏转器件替代振动反射镜，很容易实现精确调制。

权利要求

1.一种调焦调平测量装置，该装置具有照明标记单元，投影成像单元，接受成像单元，校正单元，以及探测器阵列，其中，还包括校正单元，所述校正单元具有校正棱镜单元和校正透镜组，从所述照明标记单元出射的投影标记经所述投影成像单元成像于硅片面上并被硅片面反射后由所述接受成像单元成像，并经所述校正单元校正后聚焦至探测器阵列的受光面，所述照明标记单元包括多个具有不用波长的角度调制单元及一合束器。

2.根据权利要求1所述的调焦调平测量装置，其中，所述校正棱镜单元包括探测标记板和校正棱镜。

3.根据权利要求1所述的调焦调平测量装置，还包括反射镜组，用于反射光束和成像光束的反射。

4.根据权利要求1所述的调焦调平测量装置，其中，投影标记面、所述投影成像单元与所述硅片面之间的关系满足Scheimpflug条件；所述探测标记面、所述接受成像单元和所述硅片面之间的关系满足Scheimpflug条件；所述探测标记与所述硅片面上的投影标记在所述硅片面没有离焦时成物像共轭关系。

5.根据权利要求1所述的调焦调平测量装置，其中，所述照明标记单元包括三个具有不用波长的角度调制单元。

6.根据权利要求1所述的调焦调平测量装置，其中，所述不同波长之间的波长之差的最大值大于300nm。

7.根据权利要求1所述的调焦调平测量装置，其中，所述角度调制单元包括LD激光器、准直透镜、投影标记板及声光调制器件。

8.根据权利要求1所述的调焦调平测量装置，其中，所述合束器包括一个立方棱镜，其上镀有第一膜层和第二膜层。

9.根据权利要求7所述的调焦调平测量装置，其中，所述声光调制器件采用Bragg衍射效应对光进行高精度的偏转调制。

10.根据权利要求8所述的调焦调平测量装置，其中，所述第一膜层透过第一波长光和第三波长光，反射第二波长光；所述第二膜层透过第一波长光和第二波长光，反射第三波长光；第一投影标记板和第二投影标记板在空间上相对于所述第一膜层的表面互为镜像关系，第一投影标记板和第三投影标记板在空间上相对于所述第二膜层的表面互为镜像关系。

11.根据权利要求5所述的调焦调平测量装置，其中，第二声光调制器件和第三声光调制器件都与第一声光调制器件互为镜像，所述第二声光调制器件和所述第三声光调制器件的调制方向和角度相同，与所述第一声光调制器件的调制方向相反角度大小相等。

说明书

一种调焦调平测量装置

技术领域

[0001] 本发明涉及光刻领域，尤其涉及应用于光刻机上的调焦调平测量装置。

背景技术

[0002] 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，其共同点是测量系统中光学部分都采用了满足Scheimpflug条件(即倾斜的物成倾斜的像所满足的条件)的光学结构，主要目的是使标记在硅片面上成像清晰，降低形貌对测量的影响。由于光刻机中物镜的口径和数值孔径都很大，其工作距离很小，这样就导致调焦分系统的投影角很大，即各物象面的入射角很大，在各倾斜标记上的反射损耗就很大，降低了系统的灵敏度；在NIKON公司的专利US5602399中采用的手段主要是利用了校正机构，降低了投影标记、探测标记及探测器上的反射损耗，同时采用振动反射镜进行调制，提高系统的灵敏度。但由于最后采用的是缩小倍率光学系统来减小探测面的入射角降低反射损耗，其结构复杂且入射角最终不能把最终像面校正到与光轴垂直，损耗还是存在。且由于投影标记很小，探测面上的倍率很大，这样导致振动反射镜需要工作在高频(几KHZ)小角度(亚mrad)状态下，振动反射镜设计难度很大。

发明内容

[0003] 针对上述缺陷，本发明提出了一种调焦调平测量装置，该装置具有照明标记单元，投影成像单元，接受成像单元，校正单元，以及探测器阵列，其中，还包括校正单元，所述校正单元具有校正棱镜单元和校正透镜组，从所述照明标记单元出射的投影标记经所述投影成像单元成像于硅片面上并被硅片面反射后由所述接受成像单元成像，并经所述校正单元校正后聚焦至探测器阵列的受光面。

[0004] 其中，所述校正棱镜单元包括探测标记板和校正棱镜。

[0005] 较佳地，还包括反射镜组，用于反射光束和成像光束的反射。

[0006] 其中，投影标记面、所述投影成像单元与所述硅片面之间的关系满足Scheimpflug条件；所述探测标记面、所述接受成像单元和所述硅片面之间的关系满足Scheimpflug条件；所述探测标记与所述硅片面上的投影标记在所述硅片面没有离焦时成物像共轭关系。

[0007] 其中，所述照明标记单元包括多个具有不用波长的角度调制单元及一合束器。

[0008] 其中，所述照明标记单元包括三个具有不用波长的角度调制单元。

[0009] 其中，所述不同波长之间的波长之差的最大值大于300nm。

[0010] 其中，所述角度调制单元包括LD激光器、准直透镜、投影标记板及声光调制器件。

[0011] 其中，所述合束器包括一个立方棱镜，其上镀有第一膜层和第二膜层。

[0012] 其中，所述声光调制器件采用Bragg衍射效应对光进行高精度的偏转调制。

[0013] 其中，所述第一膜层透过第一波长光和第三波长光，放射第二波长光；所述第二膜层透过第一波长光和第二波长光，放射第三波长光；第一投影标记板和第二投影标记板在空间上相对于所述第一膜层的表面互为镜像关系，第一投影标记板和第三投影标记板在空间上相对于所述第二膜层的表面互为镜像关系。

[0014] 其中，第二声光调制器件和第三声光调制器件都与第一声光调制器件互为镜像，所述第二声光调制器件和所述第三声光调制器件的调制方向和角度相同，与所述第一声光调制器件的调制方向相反角度大小相等。

[0015] 本发明的调焦调平测量装置，在校正棱镜之后采用与各标记对应的校正透镜使各标记垂直入射到探测器上，降低原系统的透射及反射损耗，同时由于没有对整个探测器面没有缩小，各探测点之间距离较大，也便于探测器阵列的位置安放。同时改变光源结构采用声光偏转器件替代振动反射镜，很容易实现精确调制。

附图说明

[0016] 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；

[0017] 图2所示为根据本发明的调焦调平测量装置中照明标记单元的结构示意图；

[0018] 图3所示为根据本发明的调焦调平装置的角度调制的原理示意图。

具体实施方式

[0019] 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。

[0020] 下面结合附图和具体实施方法，对本发明作进一步的描述：

[0021] 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。其中，PO为使用该测量装置的光刻机的曝光物镜，AX为该曝光物镜的光轴。该装置具有：照明标记单元(SR)2，投影成像单元，接受成像单元，校正单元，以及探测器阵列15。其中，投影成像单元具有投影前透镜组3和投影后透镜组5；接受成像单元具有接受前透镜组10和接受后透镜组11；校正单元具有校正棱镜单元13和校正透镜组14，校正棱镜单元具有探测标记板DS和棱镜PS。投影成像单元和接受成像单元均为双远心结构。

[0022] 图2所示为根据本发明的调焦调平测量装置中照明标记单元(SR)的结构示意图。该照明标记单元(SR)具有作为光源的三个不同波长的LD激光器21、22、23，其波长分别为λ1、λ2、λ3。从LD激光器21、22、23出射的光分别经准直透镜21a、22a、23a准直后入射至投影标记板21b、22b、23b(投影标记板上具有投影标记，且三者的结构完全一样)，然后由与上述光源分别对应的声光调制器件21c、22c、23c进行调制，这些调制器件的原理是Bragg衍射效应，其调制频率可以做到很高且角度可以做到很小，能对上述波长的光进行高精度的偏转调制。从调制器件出射的光经由合束器20(本实施例中采用一立方棱镜作为合束器)合成为图1所示的SR出射的投影标记。立方棱镜上镀有s1和s2膜层，s1膜层透过λ1和λ3，反射λ2，s2膜层透过λ1和λ2，反射λ3。投影标记板22b和21b在空间上相对于s1面互为镜像关系，投影标记板23b和21b在空间上相对于s2面互为镜像关系。
立方棱镜20的作用是将三个不同波长照射的投影标记合为一个。照明标记单元具有四个或四个以上的不用波长的LD激光器时，工作原理和上述说明类似。

[0023] 激光器21、准直透镜21a、投影标记板21b、声光调制器件21c构成了对λ1光的角度调制单元，激光器22、准直透镜22a、投影标记板22b、声光调制器件22c构成了对λ2光的角度调制单元，激光器23、准直透镜23a、投影标记板23b、声光调制器件23c构成了对λ3光的角度调制单元。上述各角度调制单元的目的是使投影标记在测量方向上简谐振动，起到信号调制的作用，提高测量信号的信噪比和灵敏度。采用三种波长的合成是为了降低单一波长的干涉效应对测量的影响，因此三种波长的差值最大值应大于300nm。

[0024] 图3所示为根据本发明的调焦调平装置的角度调制的原理示意图。其中虚线为没有进行角度调制时的位置，实线为调制角度为δ时的位置。声光调制器件22c、23c都与21c互为镜像，声光调制器件22c和23c的调制方向和角度相同，与声光调制器件21c的调制方向相反角度大小相等，从而保证在调制的过程中三个标记面上的标记经合束器20后完全重合，达到角度调制的目的。

[0025] 从SR2出射的投影标记(该投影标记为在测量方向上微振动的狭缝标记，标记面与光轴倾斜)经投影前透镜组3后由反射镜4反射，再经过投影后透镜组5后成放大的像，该像经由反射镜6、7反射后投影至硅片面1上。投影标记面(21b、22b、23b)、投影成像单元与硅片面之间的关系满足Scheimpflug条件。从硅片面出射的反射光经由反射镜8、9反射后入射至接受前透镜组10，再经反射镜11反射后入射至接受后透镜组12，从接受后透镜组12出射的光入射至校正棱镜单元的DS面上，DS上具有相应的探测标记，再经棱镜PS校正角度后由校正透镜组14聚焦到探测器阵列15上，形成测量信号。探测标记面、接受成像单元和硅片面之间的关系满足Scheimpflug条件，探测标记与硅片面上的投影标记在硅片面没有离焦时成物象共轭关系。

[0026] 棱镜PS调整光线经过探测标记板后的角度，校正透镜组14由与经棱镜PS出射后的各探测标记对应的不同的小透镜组成，其目的是使各标记聚焦到与各聚焦标记对应的探测器形成的探测器阵列15所在的与光轴垂直的平面上，从而调整入射角降低反射损耗，提高系统的信噪比，同时也便于布置探测器阵列。

[0027] 当硅片面1的位置发生变化时，接受标记与探测标记之间的相对位置发生变化，从而通过探测标记DS的光强也相应地发生变化，探测器15上的探测信号也产生对应的变化，从而可由探测信号得到硅片位置变化信息，达到探测的目的。

[0028] 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。