[發明專利]利用光學三角測量法的光學測量裝置

無效

• 申請號: 200680008771.9
• 申請日: 2006-03-17
• 公開（公告）號: CN101142535A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發明（設計）人: 讓－呂克·米什蘭
• 申請（專利權）人: 薩熱姆防務安全公司
• 主分類號: G03F9/00
• 分類號: G03F9/00
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 王達佐;韓克飛

本發明總體涉及通過光學三角測量法(或光學輪廓測定法)測量光學距離和/或傾斜的領域，具體涉及利用光學輪廓測定法對光學測量裝置做的改進，其用于測量，相對于平面參考面以及在與所述參考面基本垂直的方向，待測面兩個方向上的距離和傾斜，該待測面能夠局部地相似于平面。隨時間的變化，距離和傾斜既可以不變也可以改變。

本類型的測量裝置在微光刻(通過例如紫外線輻射的光輻射使沉積在襯底表面上的保護層曝光，在例如典型的硅的半導體材料襯底上制作微電路)領域獲得特別有利的應用，以即時地檢測部分所述半導體襯底，相對于微光刻儀器的物鏡的象平面的距離和/或傾斜偏差(平行度缺陷)，并實時提供對襯底的適當的位置校正。

本類型的測量裝置另一個特別有利的應用涉及，對任何具有近似平面外形的表面所做的三維測量：待測面在參考面(水平面)內兩個垂直的方向上精確地移動，以使得全部的表面被掃描，測量裝置檢測該表面的高度和局部傾斜；通過處理該測量，可以比三維測量機器能夠提供的標準更加精確地全面重建該表面。

應用在已知微光刻儀器中的測量裝置基于以下幾種技術，即光學三角測量法或光學輪廓測定法、準直分析、干涉測量法等等。

光學三角測量法或光學輪廓測定法技術，因為其實施的簡易性而似乎特別地有利，其允許涉及待應用的光學裝置以及用于處理得到所需信息信號的裝置。

光學三角測量法的一般原理很簡單：光學投影系統向待測面上投射圖像，被表面反射或散射的該圖像通過光學檢測系統捕獲；如果移動待測面或者如果改變其形狀，并且其上的圖像就會移動或者變形；光學檢測系統察覺該移動或者變形并且在焦平面上的圖像改變；在焦平面上，理論或原始圖像與移動或改變圖像之間偏差的測量通過數據處理提供關于待測面的移動或者變形的信息。

利用設計為用于實現上述測量的光學三角測量法的各種測量裝置是已知的，尤其是在微光刻儀器中：例如參見文件美國專利第4356392號、美國專利第4383757號、美國專利第4650983號、美國專利第4866262號、美國專利第5191200號、美國專利第5502311號以及美國專利第6721036號。

然而，從結構方面(例如活動的光學零件，如擺鏡)和/或從光學方面(例如微結構圖像的形成和檢測)來看，這些已知的裝置具有多種缺點，使得所述測量不夠精確(由活動部件引起的振動)，同時，所應用的裝置(尤其是光學裝置)顯得過于復雜和昂貴。

因此，本發明的目的是提供一種基于光學三角測量法的改進的技術方案，其更為令人滿意地滿足實際的各種需要，尤其涉及獲得更高的測量精度和可靠性、裝置布置的更加簡化，并最終在可接受的生產成本條件下得到改良品質的測量裝置。

為了達到上述目的，根據其第一方面，本發明提供一種利用光學三角測量法的光學測量裝置，其用于測量，相對于平面參考面以及在與所述參考面基本垂直的方向，待測面兩個方向上的距離和傾斜，該待測面能夠局部地類似于平面，根據本發明配置的裝置特征在于，其包括：

-光發射器裝置，其適于以給定的重復頻率在第一波長范圍內和第二波長范圍內交替地發射光束；

-分束器裝置，其適于從每條單獨的入射光束中生成若干條分開的平行光束，該平行光束的數量至少為三條且按預定的結構分布；

-分光器，其適于將每組入射光束分別導向兩個與上述兩個波長范圍相關的不同方向，所述分光器相對于參考面和待測面側向放置，以使得兩組輸出光束沿著長度基本相同的路徑分別導入參考面和待測面，分別經反射后彼此會聚。

-光束組合器，其適于收集來自同一入射光束的兩組反射光束，并將其沿著同一光學輸出路徑交替地引導；

-用于接收每組所述輸出光束的傳感器裝置，所述傳感器裝置包括光導發光傳感器：

·其數目少于或等于屏中的孔的數目，

·其以與屏中孔的配置相關的配置方式放置，以使每個光導發光傳感器交替地接收兩個光圖像(例如以光斑的形式)，所述兩個光圖像分別由參考面和待測面反射的兩組交替的光束形成，且

·其適于傳輸代表所述兩個光圖像的每一能量質心位置的輸出信號；

-同步裝置，其用于在光發射器裝置發射的光束波長范圍與在光導發光傳感器上形成的圖像之間建立時間聯系；

-用于處理所有由光導發光傳感器傳輸的信號的裝置，以提供有關待測面相對于參考面的位置和傾斜的信息。

在一優選的簡單的實施方式中，傳感器裝置的每一傳感器均是被稱為PSD(位置敏感探測器)傳感器的位置敏感型光敏傳感器，該PSD傳感器適合于傳輸代表所述兩個光圖像的每一能量質心位置的兩個輸出信號