TWI553430B - A focusing leveling device - Google Patents

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TWI553430B
TWI553430B TW103146044A TW103146044A TWI553430B TW I553430 B TWI553430 B TW I553430B TW 103146044 A TW103146044 A TW 103146044A TW 103146044 A TW103146044 A TW 103146044A TW I553430 B TWI553430 B TW I553430B
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Description

一種調焦調平裝置
本發明係關於光刻領域，尤其係關於用於光刻機的帶有折光單元的自動調焦裝置。
目前的投影光刻系統中通常包括用以精確探測被測物體表面高度與傾斜的自動調焦調平分系統。圖1所示為現有的投影光刻機調焦調平系統原理圖。如圖1所示，該投影光刻機調焦調平系統包括投影物鏡19和分布於投影物鏡19光軸兩側的測量光路。測量光路包括沿光路依次排列的照明單元、投影單元、探測單元及中繼單元。照明單元由照明光源1、照明鏡組2及光纖(圖中未示出)組成；光源的出射光經照明鏡組2聚光之後，由光纖傳送至投影單元，為整個測量裝置提供照明光源。投影單元由投影狹縫3、投影前組透鏡組4、反射鏡組5及投影後組透鏡組6所組成；從照明單元出射的光通過投影狹縫後依次經過投影前組透鏡組4、反射鏡組5及投影後組透鏡組6，在被測物體7表面當前曝光區域內形成測量光斑。探測單元由探測前組透鏡組8、反射鏡組9、探測後組透鏡組10所組成；經過探測單元之後，進入中繼單元。中繼單元由中繼反射鏡11、中繼透鏡組12、探測器13、調焦控制器14、運算單元15所組成，經過中繼單元的光斑被探測器13接收，形成帶有被測物表面位置和傾斜資訊的光強信號。
美國專利US5414515的一個實施例的技術方案是設 計單一光路，產生多個測量光斑，在滿足一定測量視場範圍的需求下，採用對應的多個CCD，上述方案存在的不足之處在於：所用CCD數量較多，CCD對應的圖像採集卡及線纜也會較多，成本較高；另外，CCD數量多會造成空間限制比較吃緊，不能更好地為整機增加空間限制的自由度。
中國專利CN101710291示出了一種帶平行光折光單 元透鏡的太陽能裝置，該裝置與本發明方案的不同在於應用上存在區別，CN101710291的技術方案著重於對光束進行能量的匯聚，並無像質的要求，而本發明用於成像位置的調整，且對成像解析度、畸變、焦深等像質均有要求，故兩者存在本質的差別。
本發明的目的是提出了一種投影光刻機調平調焦分系統的新結構：通過在光路中引入一種折光單元，以達到只需採用單一光路、單個線陣CCD就能滿足大視場、多點測量的系統需求，並且總體上降低了成本，減少了空間佔用率。
根據本發明的一種調焦調平裝置，包括：用於發出一光束的照明光源，以及沿上述光束的一傳輸路徑依次排列的照明鏡組、投影鏡組、被測物體、探測鏡組、折光單元、中繼鏡組及光電探測器，上述光電探測器用於將從上述中繼鏡組出射的攜帶有與上述被測物體表面的高度和傾斜度相關資訊的光束轉換為電信號後，傳遞給運算單元以及調焦調平控制器，上述運算單元根據接收到的上述電信號產生一控制信號提供給上述調焦調平控制器，從而由上述調焦調平控制器控制承載有上述被測物體的一工件台對上 述被測物體的高度和傾斜度進行調整；上述投影鏡組包括一投影狹縫，上述投影狹縫上具有多個不處於同一直線的標記，使得照明光源發出的光束依次經過照明鏡組、投影鏡組、被測物體及探測鏡組後生成與上述多個標記對應的多個不處於同一直線的子光束，上述折光單元被配置為使得上述多個子光束經上述折光單元後生成處於同一直線上的多個光斑。
較佳為，上述投影狹縫上具有至少3個上述不處於同一直線的標記。
較佳為，上述投影鏡組還包括一雙稜鏡組具有兩個稜鏡，上述投影狹縫夾在上述雙稜鏡組的兩個稜鏡中間。
較佳為，上述折光單元包括折光反射鏡組、折光透鏡組及折光稜鏡組。
較佳為，上述折光反射鏡組由n-1塊折光反射鏡所組成，上述折光透鏡組由n塊折光透鏡所組成，上述折光稜鏡組由n-1塊折光稜鏡所組成，其中n為投影狹縫上不處於同一直線的標記的個數。
較佳為，上述折光單元還包括平行平板，入射至折光單元的多個子光束中的中間子光束經過對應的折光透鏡後入射至上述平行平板，其他子光束均依次經過對應的折光反射鏡、折光透鏡和折光稜鏡後與該中間子光束一起入射至上述中繼透鏡組。
較佳為，上述光電探測器為單個線陣CCD。
較佳為，上述折光單元包括兩塊楔板，上述兩塊楔板以長斜面相對的方式放置。
較佳為，上述兩塊楔板中的第一塊楔板的中部和下部 開有第一通孔，上述第一通孔的位置與入射至折光單元的多個子光束中位於中間和下方的子光束入射到第一塊楔板的位置對應，上述兩塊楔板中的第二塊楔板的中部和上部開有第二通孔，上述第二通孔的位置與入射至折光單元的多個子光束中位於中間和上方的子光束入射到第二塊楔板的位置對應。
較佳為，上述折光單元還包括平行平板，其放置位置 使得上述多個子光束中的中間子光束先經過上述第一塊楔板和第二塊楔板中部對應的第一和第二通孔，再入射至平行平板。
不同於現有的技術常見的兩種結構：第一種，設計多 光路，產生多個測量光斑，並且在較大測量視場的需求下，採用對應的多個線陣CCD；第二種，設計單一光路，產生多個測量光斑，並且在較大測量視場的需求下，採用單個面陣CCD。本發明在投影光刻機調平調焦分系統中，提出了一種新的結構：通過在光路中引入一種折光單元，通過折光單元的使用，本發明的調焦裝置只需採用單一光路、單個線陣CCD就能滿足大視場、多點測量的系統需求，總體上降低了成本，減少了空間佔用率。
關於本發明的優點與精神可以通過以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
1、101、201、301‧‧‧照明光源
2、102、202、302‧‧‧照明鏡組
3、103、203、303‧‧‧投影狹縫
4、105、205、305‧‧‧投影前組透鏡組
5、9‧‧‧反射鏡組
6、207、307‧‧‧投影後組透鏡組
7、109、209、309‧‧‧被測物體
8、111、211、311‧‧‧探測前組透鏡組
10、113、213、313‧‧‧探測後組透鏡組
11‧‧‧中繼反射鏡
12、116、219、317‧‧‧中繼透鏡組
13‧‧‧探測器
14、118、221、319‧‧‧調焦控制器
15、119、222、320‧‧‧運算單元
104、204、304‧‧‧雙稜鏡組
106、206、306‧‧‧投影光圈
108、208、308‧‧‧投影反射鏡
110、210、310‧‧‧探測前組反射鏡
112、212、312‧‧‧探測光圈
114、214、314‧‧‧探測後組反射鏡
115‧‧‧折光單元
117、220、318‧‧‧線陣CCD
120、223、321‧‧‧控制工件台
215(215a-215h)‧‧‧折光單元反射鏡組
216(216a-216e)‧‧‧折光單元透鏡組
217、316‧‧‧平行平板
218(218a-218d)‧‧‧折光單元稜鏡組
315‧‧‧楔板組
315a、315b‧‧‧楔板
A、B、C、D、E‧‧‧標記位置
圖1所示為投影光刻機調焦調平系統原理圖。
圖2所示為本發明帶有折光單元的調焦調平系統原理圖。
圖3所示為本發明帶有反射鏡組折光單元的調焦調平裝置原理圖。
圖4所示為本發明反射鏡組折光單元局部圖。
圖5A所示為本發明一實施例投影狹縫示意圖。
圖5B所示為本發明一實施例光束經過折光單元前在像面上的光斑位置。
圖5C所示為本發明一實施例光束經過折光單元後在像面上的光斑位置。
圖6A所示為本發明另一實施例投影狹縫示意圖。
圖6B所示為本發明另一實施例光束經過折光單元前在像面上的光斑位置。
圖6C所示為本發明另一實施例光束經過折光單元後在像面上的光斑位置。
圖7所示為圖5C和圖6C中的光束在線陣CCD上的光斑位置示意圖。
圖8所示為本發明帶有楔板組折光單元的調焦調平裝置原理圖。
圖9所示為本發明楔板組折光單元局部圖。
下面結合附圖詳細說明本發明的具體實施例。
[第一實施例]
圖2所示為本發明一種投影光刻機帶有折光單元的調焦調平裝置。如圖所示，該裝置包括照明光源101、照明鏡組102、投影狹縫103、雙稜鏡組104、投影前組透鏡組105、投影光圈106、投影後組透鏡組107、投影反射鏡108、被測物體109、探測前組反射鏡110、 探測前組透鏡組111、探測光圈112、探測後組透鏡組113、探測後組反射鏡114、折光單元115、中繼透鏡組116、線陣CCD117、調焦控制器118、運算單元119；光束從照明光源101發出的光束經過照明鏡組102後投射到投影狹縫103上，投影狹縫夾在雙稜鏡組104的兩個稜鏡中間，由雙稜鏡組104出射的光束經過投影前組透鏡組105、投影光圈106及投影後組透鏡組107後，被投影反射鏡108反射至被測物體109上，經被測物體109反射後到達探測前組反射鏡110，再由探測前組反射鏡110反射至探測前組透鏡組111、探測光圈112及探測後組透鏡組113，到達探測後組反射鏡114後經過反射，通過折光單元115後，將光斑成像於同一線視場內，經過中繼透鏡組116後，被線陣CCD117所接收，線陣CCD117經過資訊光電轉換獲得與之相關的物體表面的高度資訊和傾斜資訊，由調焦控制器118送至運算單元119後，控制工件台120，從而對被測物體109的高度和傾斜進行相應的調整。
圖3為根據本發明第一實施例的一種投影式光刻機調 焦調平分系統帶有折光單元的調焦調平裝置原理圖，用於精確且高效地測量矽晶片(硅片；矽片)表面位置。如圖所示，上述裝置包括照明光源201、照明鏡組202、投影狹縫203、雙稜鏡組204、投影前組透鏡組205、投影光圈206、投影後組透鏡組207、投影反射鏡208、被測物體209、探測前組反射鏡210、探測前組透鏡組211、探測光圈212、探測後組透鏡組213、探測後組反射鏡214、折光單元反射鏡組215、折光單元透鏡組216、平行平板217、折光單元稜鏡組218、中繼透鏡組219、線陣CCD220、調焦控制器221以及運算單元222。 從照明光源201發出的光束經過照明鏡組202後投射到投影狹縫203 上，投影狹縫夾在雙稜鏡組204中間，由雙稜鏡組204出射的光束經過投影前組透鏡組205、投影光圈206及投影後組透鏡組207後，被投影反射鏡208反射至被測物體209上，經被測物體209反射後到達探測前組反射鏡210，再由探測前組反射鏡210反射至探測前組透鏡組211、探測光圈212及探測後組透鏡組213，到達探測後組反射鏡214後經過反射，分別至折光單元反射鏡組215(215a-215h)，入射折光單元透鏡組216(216a-216e)，中間光束經過平行平板217，邊緣光束均經過折光單元稜鏡組218(218a-218d)，其中標記B對應215a、215b、216a和218a，標記A對應215c、215d、216b和218b，標記D對應215e、215f、216c和218c，標記E對應215g、215h、216d和218d，後與中間光束一起，經過中繼透鏡組219後，被線陣CCD220所接收，線陣CCD220經過資訊光電轉換獲得與之相關的物體表面的高度資訊和傾斜資訊，由調焦控制器221送至運算單元222後，控制工件台223，從而對被測物體209的高度和傾斜進行相應的調整。 本實施例中，雖然圖中顯示及描述為光束是沿水平方向入射，但是實際中並不限定為必須沿水平方向入射，折光單元反射鏡組215用於將各路光束分開，各路光束經過折光單元透鏡組216成像，再由折光單元稜鏡組218折光至中繼透鏡組219上，並最終在線陣CCD220上線狀排布。圖4所示為反射鏡折光單元局部圖。如圖所示，上述折光單元包括折光單元反射鏡組215、折光單元透鏡組216、平行平板217、折光單元稜鏡組218；光束經過折光單元反射鏡組215分別反射後，入射折光單元透鏡組216，其中中間一路光束經過平行平板217，邊緣四路光束均經過折光單元稜鏡組218後與中間光束一起，經過中繼透鏡組219後，被線陣CCD220所接收。
圖5A和圖6A所示為兩種投影狹縫結構示意圖。投影 狹縫被傾斜置於雙稜鏡組件204中間，且狹縫上標記位置如圖中A、B、C、D、E所示。圖5B和圖6B分別對應光束在經過圖5A和圖6A所示的兩種投影狹縫結構對應的折光單元前，像面上光斑位置為A'、B'、C'、D'、E'，光斑位置呈空間分布。圖5C和圖6C分別對應光束經過圖5A和圖6A所示的兩種投影狹縫結構對應的折光單元後，像面上光斑位置為A"、B"、C"、D"、E"，光斑呈直線型排布；最終經過中繼透鏡組219，被線陣CCD220所接收，從而起到了將光斑分布從面視場分布轉換成線視場分布的作用。
圖7所示為圖5C和圖6C中的光束在線陣CCD上光斑 位置示意圖。最終CCD上成像光斑為直線型排布的A'''、B'''、C'''、D'''、E'''。
[第二實施例]
圖8所示為根據本發明第二實施例的一種投影式光刻機調焦調平分系統帶有楔板組折光單元的調焦調平裝置原理圖，用於精確且高效地測量矽晶片(硅片；矽片)表面位置。如圖所示，上述裝置包括照明光源301、照明鏡組302、投影狹縫303、雙稜鏡組304、投影前組透鏡組305、投影光圈306、投影後組透鏡組307、投影反射鏡308、被測物體309、探測前組反射鏡310、探測前組透鏡組311、探測光圈312、探測後組透鏡組313、探測後組反射鏡314、折光單元楔板組315、平行平板316、中繼透鏡組317、線陣CCD318、調焦控制器319、運算單元320。從照明光源301發出的光束經過照明鏡組302後投射到投影狹縫303上，投影狹縫夾在雙稜鏡組304中間，由 雙稜鏡組304出射的光束經過投影前組透鏡組305、投影光圈306及投影後組透鏡組307後，被投影反射鏡308反射至被測物體309上，經被測物體309反射後到達探測前組反射鏡310，再由探測前組反射鏡310反射至探測前組透鏡組311、探測光圈312及探測後組透鏡組313，後被探測後組反射鏡314反射後至折光單元楔板組315後，中間光束經過平行平板316，邊緣光束均經過楔板組315後與中間光束一起，經過中繼透鏡組317後，被線陣CCD318所接收，線陣CCD318經過資訊光電轉換獲得與之相關的物體表面的高度資訊和傾斜資訊，由調焦控制器319送至運算單元320後，控制工件台321，從而對被測物體309的高度和傾斜進行相應的調整。
圖9所示為楔板組折光單元原理圖。如圖所示，上述折光單元包括平行平板316和折光單元楔板組315，楔板組315由兩塊楔板楔角相對放置而成；光束經過探測後組反射鏡314反射後，經過一對特殊的楔板組315成像於同一像面上。其中，315a的楔角方向與標記B、D同方向(即315a的楔角尖角朝上)，315b的楔角方向與標記A、E同方向(即315b的楔角尖角朝下)，其改變的角度滿足公式：δ=α(n-1)，n為楔板的折射率，α為楔板的角度小於5度，光線儘量垂直或接近垂直入射至楔板並由中繼透鏡組317最終成像於線陣CCD318上，其中下兩路光束入射至第一塊楔板315a的對應位置處挖去兩個小孔，上兩路光束經315a偏折後入射至第二塊楔板315b對應位置處挖去兩個小孔，而中間光束入射至楔板315a和315b的對應位置處挖去上各一小孔，這些孔都為通孔，這樣經過通孔的光束不發生偏折，並且在中間光路上增加一塊平行平板316用以補償光程差，多路光束經過楔板組315折射後，使得光斑在經過楔板 組315後能在像面上分布方式從面視場排布轉變成線視場排布，並經過中繼透鏡組317後，最終被線陣CCD318所接收。
本說明書中所述的只是本發明的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對本發明的限制。凡本領域技術人員依本發明的構思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本發明的範圍之內。
201‧‧‧照明光源
202‧‧‧照明鏡組
203‧‧‧投影狹縫
204‧‧‧雙稜鏡組
205‧‧‧投影前組透鏡組
206‧‧‧投影光圈
207‧‧‧投影後組透鏡組
208‧‧‧投影反射鏡
209‧‧‧被測物體
210‧‧‧探測前組反射鏡
211‧‧‧探測前組透鏡組
212‧‧‧探測光圈
213‧‧‧探測後組透鏡組
214‧‧‧探測後組反射鏡
215a-215h‧‧‧折光單元反射鏡組
216a-216e‧‧‧折光單元透鏡組
217‧‧‧平行平板
218a-218d‧‧‧折光單元稜鏡組
219‧‧‧中繼透鏡組
220‧‧‧線陣CCD
221‧‧‧調焦控制器
222‧‧‧運算單元
223‧‧‧控制工件台

Claims (10)

  1. 一種調焦調平裝置，包括：用於發出一光束的照明光源，以及沿上述光束的一傳輸路徑依次排列的照明鏡組、投影鏡組、被測物體、探測鏡組、折光單元、中繼鏡組及光電探測器，上述光電探測器用於將從上述中繼鏡組出射的攜帶有與上述被測物體表面的高度和傾斜度相關資訊的光束轉換為電信號後，傳遞給運算單元以及調焦調平控制器，上述運算單元根據接收到的上述電信號產生一控制信號提供給上述調焦調平控制器，從而由上述調焦調平控制器控制承載有上述被測物體的一工件台對上述被測物體的高度和傾斜度進行調整，上述光電探測器經過資訊光電轉換獲得與之相關的上述被測物體表面的高度資訊和傾斜資訊，由上述調焦調平控制器送至運算單元後，控制上述工件台，從而對上述被測物體的高度和傾斜進行相應的調整；其特徵在於，上述投影鏡組包括一投影狹縫，上述投影狹縫上具有多個不處於同一直線的標記，使得照明光源發出的光束依次經過照明鏡組、投影鏡組、被測物體及探測鏡組後生成與上述多個標記對應的多個不處於同一直線的子光束，上述折光單元被配置為使得上述多個子光束經上述折光單元後生成處於同一直線上的多個光斑。
  2. 如申請專利範圍第1項之調焦調平裝置，其中，上述投影狹縫上具有至少3個上述不處於同一直線的標記。
  3. 如申請專利範圍第1項之調焦調平裝置，其中，上述投影鏡組還包括一雙稜鏡組具有兩個稜鏡，上述投影狹縫夾在上述雙稜鏡組的兩個稜鏡中間。
  4. 如申請專利範圍第1項之調焦調平裝置，其中，上述折光單元包括折光反射鏡組、折光透鏡組及折光稜鏡組。
  5. 如申請專利範圍第4項之調焦調平裝置，其中，上述折光反射鏡組由n-1塊折光反射鏡所組成，上述折光透鏡組由n塊折光透鏡所組成，上述折光稜鏡組由n-1塊折光稜鏡所組成，其中n為投影狹縫上不處於同一直線的標記的個數。
  6. 如申請專利範圍第5項之調焦調平裝置，其中，上述折光單元還包括平行平板，入射至折光單元的多個子光束中的中間子光束經過對應的折光透鏡後入射至上述平行平板，其他子光束均依次經過對應的折光反射鏡、折光透鏡及折光稜鏡後與該中間子光束一起入射至上述中繼透鏡組。
  7. 如申請專利範圍第1項之調焦調平裝置，其中，上述光電探測器為單個線陣CCD。
  8. 如申請專利範圍第1項之調焦調平裝置，其中，上述折光單元包括兩塊楔板，上述兩塊楔板以長斜面相對的方式放置。
  9. 如申請專利範圍第8項之調焦調平裝置，其中，上述兩塊楔板中的第一塊楔板的中部和下部開有第一通孔，上述第一通孔的位置與入射至折光單元的多個子光束中位於中間和下方的子光束入射到第一塊楔板的位置對應，上述兩塊楔板中的第二塊楔板的中部和上部開有第二通孔，上述第二通孔的位置與入射至折光單元的多個子光束中位於中間和上方的子光束入射到第二塊楔板的位置對應。
  10. 如申請專利範圍第9項之調焦調平裝置，其中，上述折光單元還包括平行平板，其放置位置使得上述多個子光束中的中間子光束先經過上述第一塊楔板和第二塊楔板中部對應的第一和第二通 孔，再入射至平行平板。
TW103146044A 2013-12-31 2014-12-29 A focusing leveling device TWI553430B (zh)

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CN201310747393.8A CN104749901B (zh) 2013-12-31 2013-12-31 一种调焦调平装置

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