[發明專利]一種同軸檢焦測量系統及其測量方法

無效

• 申請號: 201310138609.0
• 申請日: 2013-04-21
• 公開（公告）號: CN103207532A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 李光;陳銘勇;唐燕;朱江平
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

技術領域

本發明涉及一種距離檢測設備，具體涉及一種同軸檢焦測量系統及其測量方法，它主要是為調平調焦系統提供精確硅片表面的高度值，并計算出其距離焦平面的距離。

背景技術

光刻裝置（光刻機）是大規模集成電路生產的重要設備之一。集成電路工業的發展，很大程度上依賴于核心設備——光刻機的發展。隨著集成電路的集成度不斷提高，單線條尺寸要求越來越小，這對光刻機的分辨率提出了更高的要求。光刻分辨率的提高，導致焦深不斷變小，并且隨著集成電路尺寸的不斷擴大，硅片表面形貌也將影響焦點是否位于光刻面，為了充分利用光刻機的有效焦深，必須實時精確控制光刻面位于焦面內，這對檢焦精度提出了更高的要求。

目前的檢焦方法主要有：基于光柵和四象限探測器的光電測量方法（美國專利US5191200）、基于狹縫和四象限探測器的光電探測方法（美國專利US67656?47B1）、基于針孔和面陣CCD的光電探測方法（美國專利US6081614）、基于PSD的光電測量方法（中國專利：200610117401.0）、基于激光干涉的光電測量方法和基于空氣動力原理的氣動測量方法。上述調焦調平測量系統都較為復雜，而且除基于光柵的光電測量方法和氣動測量方法外，其他都能難獲得高精度的檢焦精度，光柵方法需要比較復雜的光學系統，氣動測量法速度太慢。

以往的光刻機的檢焦系統一般是離軸檢焦，檢焦光路系統位于聚焦物鏡的側向，光束從側向斜入射到光刻表面。而隨著投影光刻的發展，在很多的新的光刻方式中：如油浸光刻和需要浸油飛秒激光雙光子加工等，在聚焦物鏡和硅片之間隔著一層油層，探測光束很難通過側向光路到達硅片表面，此時這種離軸的檢焦系統顯然不能滿足這類光刻機的需要。

發明內容

本發明的目的是：提供一種同軸檢焦測量系統及測量方法，可以實現z向高精度的離焦量測量，適應于光刻機的同軸檢焦系統。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種同軸檢焦測量系統，包括光源，擴束鏡，分光棱鏡，反射鏡，物鏡，探測模塊組成；其中，光源發出的光沿光軸經擴束鏡擴束后，到達分光棱鏡，一部分光被反射到達反射鏡表面，反射鏡傾斜放置，和垂直方向有一個很小的夾角，光被反射鏡反射后穿過分光棱鏡到達探測模塊的表面，這部分光作為干涉條紋的參考光；從擴束鏡出來沿Y軸的光一部分被分光棱鏡反射，另外一部分光沿Y軸方向穿過分光棱鏡進入投影物鏡，平行光入射到物鏡表面以后，將會聚到焦平面上的焦點上，當被測物不在焦平面時，從被測物上反射回的球面光進入物鏡后，將不能形成平面光波，而是有一定形變的球面波，球面波經過分光棱鏡反射，沿光軸到達探測模塊表面，在探測模塊表面，球面波和平面波干涉疊加，形成具有一定傾斜的干涉條紋，被測物的離焦信息加載在條紋的相位之中，通過解條紋的相位，即可計算出被測物的離焦量。

根據同軸檢焦測量系統的特點，本發明提供了一種與之相應的信號處理算法。對圖像進行中值濾波、頂帽變換，提高圖像質量，利用傅里葉變換的方法對探測圖像提取相位，利用最小二乘法對相位進行解纏，利用解纏后的各個點相位值計算離焦量，最后通過zernike算法進行回復波面，即對各個點所求的離焦量進行擬合，以最大限度降低測量誤差，提高測量精度。該方法具體包括下列步驟：

步驟（1）、參考光波和測量光波在探測模塊的表面干涉形成平面波和球面波干涉條紋；

步驟（2）、干涉條紋被探測模塊探測，其中探測模塊位置固定；

步驟（3）、根據該干涉條紋相對于探測模塊的相位信息計算該被測對象的位置信息。

該方法還包括下列步驟：

步驟（4）、利用中值濾波、頂帽變換對圖像進行處理；

步驟（5）、利用傅里葉變換的方法對圖像進行相位提取；

步驟（6）、利用最小二乘法對相位進行解纏；

步驟（7）、利用恢復相位計算被測對象的位置信息；

步驟（8）、利用zernike多項式法進行波面擬合，提高測量精度。

本發明的原理是：