专利名称：一种用于投影光刻中的焦面检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及投影光刻系统中的检焦技术，是一种基于光学三角测量原理，利用编码光栅，实现对基片高度变化量进行大范围测量的技术。
背景技术：
投影光刻机是大规模集成电路生产的重要设备之一。投影光刻机中的投影物镜作为核心部件，其主要功能是将掩模板上的图形按一定比例成像到要加工的对象上。由于投影物镜焦深有限，为保证曝光质量，在曝光过程中需要使加工对象的相应表面始终位于物镜焦深范围之内。为此，投影光刻机采用了检焦系统对加工对象的表面高度变化量进行测量，并以此为依据对工件台进行调整，使待加工表面始终位于投影物镜焦平面上。现有光刻设备中的检焦系统，通常采用三角原理对待加工表面的高度变化信息进行测量。测量过程中，将狭缝光栅像投影到待加工表面，利用CCD或其他光电探测器件接收反射后的狭缝像，待加工表面的高度变化将使CCD探测到的狭缝像位置发生变化，通过求解CCD探测到的狭缝像中心位置信息能够获得待加工表面的高度变化量。由于采用狭缝作为位置标记，检焦系统的测量范围有限，但高度变化超出CCD视场范围，将无法进行测量。 并且测量过程中，狭缝像可能位于CCD边缘位置，为了获得高质量的成像结果，对CCD镜头质量有较高要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于投影光刻中的基于编码光栅的焦面检测装置，以解决现有光刻设备检焦系统存在的测量范围有限，CCD镜头成像质量要求高等问题。为了实现上述目的，本发明提供的用于投影光刻中的焦面检测装置，主要结构为一照明光源，发出的光照射到绝对编码光栅上，经绝对编码光栅调制后的光通过投影成像系统后被第一反射镜投影成像到待测面上，经待测面反射后，通过第二反射镜进入检焦标记放大系统后由探测器接收；待测面的高度变化，使探测器接收到的绝对编码光栅像发生变化，利用探测器接收绝对编码光栅像，并提取与待测面高度对应的光栅像绝对编码，完成对待测面位置高度的检测。所述的用于投影光刻中的焦面检测装置，其中，所述照明光源为宽带或单色光源。所述的用于投影光刻中的焦面检测装置，其中，所述照明光源为卤素灯、氙灯、发光二极管或激光器。所述的用于投影光刻中的焦面检测装置，其中，所述绝对编码光栅具有0、1两种透过率，并利用二进制编码对其透过率分布进行编码。所述的用于投影光刻中的焦面检测装置，其中，所述绝对编码光栅沿竖直方向由若干条码道组成，每条码道上由透光和不透光的矩形区相间组成，相邻码道的矩形区数目是两倍关系，绝对编码光栅上水平方向上每一个位置均与一个固定的二进制编码对应。
所述的用于投影光刻中的焦面检测装置，其中，待测面是投影光刻中待加工的表面，具有镜面反射、漫反射性质的平面或曲面。所述的用于投影光刻中的焦面检测装置，其中，所述探测器件为对光信号敏感的线阵或面阵光电探测类器件中的一种。所述的用于投影光刻中的焦面检测装置，其中，所述探测器件为CCD面阵探测器、 线阵CCD探测器或CMOS器件。本发明的有益效果是通过利用编码光栅代替传统狭缝，提高了检焦测量范围，并且仅利用CCD中心区域，或线阵光电探测器件记录编码光栅像，降低了对CCD镜头成像质量的要求。并且，本发明采用绝对编码光栅，仅需利用线阵光电探测器，或面阵光电探测器的中心部分对其光栅像进行探测，降低了对成像系统镜头的要求，利于实现高精度焦面测量。
图1为本发明中焦面检测装置原理2为编码光栅示意图附图中主要组件符号说明照明光源1 ；绝对编码光栅2 ；投影成像系统3 ；第一反射镜4 ；待测面5 ；第二反射镜6 ；检焦标记放大系统；探测器件8。
具体实施例方式本发明利用二元编码光栅代替传统狭缝，实现大范围，高精度的焦面检测。本发明由照明光源1、绝对编码光栅2、投影成像系统3、第一反射镜4、待测面5、第二反射镜6、检焦标记放大系统7和探测器件8组成。由照明光源1发出的光照射到绝对编码光栅2上，经绝对编码光栅2调制后的光通过投影成像系统3后被反射镜4投影成像到待测面5上，经待测面5反射后，通过反射镜6进入检焦标记放大系统7后被探测器件8接收。利用探测器8接收随待测面5高度变化而位置发生改变的绝对编码光栅像，通过提取与待测面5高度对应的光栅像绝对编码，完成对待测面5位置高度的检测。本发明的照明光源1采用宽带或单色光源，所述宽带或单色光源包括卤素灯、氙灯、LED、激光器或工程技术中常见的光源。本发明的绝对编码光栅2，作为检焦标记具有0、1两种透过率，并利用二进制编码对其透过率分布进行编码。绝对编码光栅沿竖直方向由若干条码道组成，每条码道上由透光和不透光的矩形区相间组成，相邻码道的矩形区数目是两倍关系，绝对编码光栅上水平方向上每一个位置均与一个固定的二进制编码对应。分辨率要求越高，测量范围要求越大， 码道就越多，对于一个具有N位编码的绝对编码光栅，必须具有N条码道。本发明的待测面5是投影光刻中待加工的表面，是具有镜面反射、漫反射性质的平面或曲面。本发明的探测器件8不仅可以为CXD面阵探测器，还可以是线阵CXD探测器，CMOS 器件等对光信号敏感的线阵或面阵光电探测类器件中的一种。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明的焦面检测装置如图1所示，包括由照明光源1、绝对编码光栅2、投影成像系统3、反射镜4、待测面5、反射镜6、检焦标记放大系统7和探测器件8组成。照明光源1采用LED作为光源，工作过程中，照明光源1发出的光照射到绝对编码光栅2上，经绝对编码光栅2调制后由投影成像系统3后及反射镜4投影成像到待测面5 上，待测面5为具有镜面反射性质的待加工平面。光栅像被待测面5反射后，经反射镜6及放大系统7后，由探测器件8接收。探测器件8为线阵光电探测器件。改检焦系统基于三角测量原理，当待测面高度发生变化时，探测器8接收到的光栅像将发生变化。本发明采用绝对编码光栅，光栅中每一个位置均与一个编码相对应，通过线阵探测器接收到光栅像并对其解调，就能够获得此时待测面5所处高度的对应编码。通过实验得到光刻投影物镜的理想成像焦面高度，并对该检焦系统进行标定，获得理想成像焦面对应的光栅像编码。工作过程中，通过对比理想成像焦面对应编码以及实时测量获得的待测面5的高度编码，就可以计算出待测面5与理想焦面的高度差，以此为依据对待测面 5的高度进行调整，从而保证待测面5始终位于物镜理想焦面上。本实施例中，系统入射角θ为7°，投影成像系统3缩小倍率为5倍，放大系统7的放大倍率为5倍，线阵光电探测器的单个线宽为5 μ m。根据三角测量原理，当基片高度变化 h时，所观察到的光栅像的移动量约为2h，为了达到1 μ m的焦面变化探测精度，以及32 μ m 的测量范围，采用的绝对编码光栅应具有5位编码，即具有5条码道，其结构如图2所示。绝对编码光栅2具有0、1两种透过率，沿竖直方向由5条码道组成，每条码道上由透光和不透光的矩形区相间组成，相邻码道的矩形区数目是两倍关系，最小光栅矩形宽度10 μ m。本发明未详细阐述的内容为本领域技术人员的公知常识。以上所述仅为本发明的具体实施实例，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改，等同替换或者改进等，均应包含在本发明的保护范围以内。
权利要求
1.一种用于投影光刻中的焦面检测装置，主要结构为一照明光源，发出的光照射到绝对编码光栅上，经绝对编码光栅调制后的光通过投影成像系统后被第一反射镜投影成像到待测面上，经待测面反射后，通过第二反射镜进入检焦标记放大系统后由探测器接收；待测面的高度变化，使探测器接收到的绝对编码光栅像发生变化，利用探测器接收绝对编码光栅像，并提取与待测面高度对应的光栅像绝对编码， 完成对待测面位置高度的检测。
2.根据权利要求1所述的用于投影光刻中的焦面检测装置，其中，所述照明光源为宽带或单色光源。
3.根据权利要求1或2所述的用于投影光刻中的焦面检测装置，其中，所述照明光源为卤素灯、氙灯、发光二极管或激光器。
4.根据权利要求1所述的用于投影光刻中的焦面检测装置，其中，所述绝对编码光栅具有0、1两种透过率，并利用二进制编码对其透过率分布进行编码。
5.根据权利要求1或4所述的用于投影光刻中的焦面检测装置，其中，所述绝对编码光栅沿竖直方向由若干条码道组成，每条码道上由透光和不透光的矩形区相间组成，相邻码道的矩形区数目是两倍关系，绝对编码光栅上水平方向上每一个位置均与一个固定的二进制编码对应。
6.根据权利要求1所述的用于投影光刻中的焦面检测装置，其中，待测面是投影光刻中待加工的表面，具有镜面反射、漫反射性质的平面或曲面。
7.根据权利要求1所述的用于投影光刻中的焦面检测装置，其中，所述探测器件为对光信号敏感的线阵或面阵光电探测类器件中的一种。
8.根据权利要求1或7所述的用于投影光刻中的焦面检测装置，其中，所述探测器件为 CXD面阵探测器、线阵CXD探测器或CMOS器件。
全文摘要
一种用于投影光刻中的焦面检测装置，主要结构为照明光源发出的光照射到绝对编码光栅上，经绝对编码光栅调制后的光通过投影成像系统后被第一反射镜投影成像到待测面上，经待测面反射后，通过第二反射镜进入检焦标记放大系统后由探测器接收；待测面的高度变化，使探测器接收到的绝对编码光栅像发生变化，利用探测器接收绝对编码光栅像，并提取与待测面高度对应的光栅像绝对编码，完成对待测面位置高度的检测。本发明采用绝对编码光栅代替传统光栅狭缝，通过增加绝对编码光栅编码位数，减小编码周期，能够增大焦面检测范围，提高检焦精度。
文档编号G01M11/02GK102243138SQ201110224619
公开日2011年11月16日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者唐燕, 胡松, 陈铭勇 申请人:中国科学院光电技术研究所