一种调焦调平系统及其调焦调平方法技术方案

本发明专利技术公开了一种调焦调平系统及其调焦调平方法，该调焦调平系统包括发射部分和接收部分，发射部分包括光源、衍射光发生及调制组件和第一反射镜组，接收部分包括第二反射镜组、光线汇聚镜组、光电传感器及信号处理单元，光源发出的照明光束经衍射光发生及调制组件产生出射方向不同的测量光束和参考光束，测量光束经第一反射镜组后经被测对象反射，并通过第二反射镜组后投射至光线汇聚镜组上，参考光束依次经第一、第二反射镜组后投射至光线汇聚镜组上，两束光线发生干涉并产生干涉条纹，光电传感器及信号处理单元根据干涉条纹获得被测对象表面高度的变化值进行调焦调平。本发明专利技术采用相移干涉技术，提高了系统的测量精度以及系统的稳定性、可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种调焦调平系统及其调焦调平方法
本专利技术涉及光刻机
，具体涉及一种调焦调平系统及其调焦调平方法。
技术介绍
投影光刻机是一种把掩模上的图案通过投影物镜投影到硅片表面的设备。在光刻机的曝光过程中，如果硅片相对于物镜焦平面的离焦或倾斜使曝光视场内某些区域处于有效焦深之外，将严重影响光刻质量，因此必须采用调焦调平系统进行精确控制。现有的调焦调平系统的一般工作原理是：首先获得整个曝光场内硅片表面高度与倾斜信息，以此来判断调焦调平系统是否正确调焦调平，并根据这些信息作相应调节，以精确控制硅片位置。随着对光刻工艺技术的要求不断提高，调焦调平系统的检测精度也须不断提高，而系统的测量稳定性是影响其测量精度一个非常重要的因素。目前的调焦调平系统通常采用的调焦调平技术主要有基于扫描反射镜调制解调信号处理技术和基于CCD相移传感器的图像处理技术。其中基于扫描反射镜调制解调信号处理技术容易受到扫描反射镜的调制频率和振镜机械结构稳定性的限制，而基于CCD相移传感器的图像处理技术容易受到图像处理技术的限制以及CCD传感器灵敏度的显著影响，从而影响系统的测量精度，最终降低硅片的调节精度以及调焦调平系统的稳定性和可靠性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种调焦调平系统及其调焦调平方法，以解决上述技术问题。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种调焦调平系统，包括发射部分和接收部分，所述发射部分包括光源、衍射光发生及调制组件和第一反射镜组，所述接收部分包括第二反射镜组、光线汇聚镜组、光电传感器及信号处理单元，所述光源发出的照明光束经过所述衍射光发生及调制组件后产生出射方向不同的测量光束和参考光束，所述测量光束经过所述第一反射镜组后经过被测对象反射，并通过所述第二反射镜组后投射至所述光线汇聚镜组上，所述参考光束依次经过所述第一反射镜组、第二反射镜组后投射至所述光线汇聚镜组上，两束光线发生干涉并产生干涉条纹，所述光电传感器及信号处理单元根据所述干涉条纹获得所述被测对象表面高度的变化值。进一步的，所述衍射光发生及调制组件包括声光晶体和与所述声光晶体连接的PZT传感器，所述声光晶体将所述照明光束分离成测量光束和参考光束，所述PZT传感器对所述声光晶体的密度进行调制。进一步的，所述第一反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜将所述测量光束反射到所述被测对象上，所述第二反射镜将所述参考光束反射到所述第二镜组上。进一步的，所述光源和衍射光发生及调制组件之间还设有孔径光阑。进一步的，所述发射部分还包括设于所述衍射光发生及调制组件和第一反射镜组之间，且沿光路依次排列的光阑组、准直透镜组和投影镜组。进一步的，所述光阑组包括第一光阑和第二光阑，所述准直透镜组包括第一准直透镜和第二准直透镜，所述投影镜组包括第一投影透镜和第二投影透镜，所述测量光束依次经过所述第一光阑、第一准直透镜、第一投影透镜和第一反射镜后投射到所述被测对象表面，所述参考光束依次经过所述第二光阑、第二准直透镜、第二投影透镜和第二反射镜后直接投射至所述第二反射镜组。进一步的，所述第二反射镜组包括第三反射镜和第四反射镜，所述第三反射镜接收并反射经所述被测对象反射的所述测量光束，所述第四反射镜接收并反射经所述第二反射镜反射的参考光束。进一步的，所述接收部分还包括设于所述第二反射镜组和光线汇聚镜组之间的探测镜组。进一步的，所述探测镜组与所述光线汇聚镜组之间还包括第三反射镜组和第四反射镜组，所述第三反射镜组用于接收和反射透过所述探测镜组后的测量光束，所述第四反射镜组用于接收和反射透过所述探测镜组后的参考光束。进一步的，所述探测镜组包括透射所述测量光束的第一探测镜和透射所述参考光束的第二探测镜。本专利技术还提供一种调焦调平方法，包括以下步骤：S1：照明光束通过衍射光发生及调制组件调制后衍射产生出射方向不同的测量光束和参考光束，所述测量光束经过第一反射镜组后经被测对象反射，并通过第二反射镜组后投射至光线汇聚镜组上；所述参考光束经过所述第一反射镜组后直接到达所述第二反射镜组，最终投射至所述光线汇聚镜组上，两束光线发生干涉并产生干涉条纹；S2：光电传感器及信号处理单元接收并处理所述干涉条纹，根据所述干涉条纹的相位差计算得到所述被测对象表面的高度变化值；S3：根据测量得到的被测对象表面高度的变化值进行调焦调平。进一步的，所述步骤S1中，所述衍射光发生及调制组件使所述测量光束和参考光束的频率随时间发生周期性变化。进一步的，所述步骤S2具体包括以下步骤：S21：所述光电传感器及信号处理单元根据所述干涉条纹在一个周期内时刻0、时刻π/4、时刻π/2、时刻3π/2在空间像上的光强分布I1、I2、I3、I4，计算所述干涉条纹的相位差△φ，计算公式为：其中，所述干涉条纹在空间像上的光强分布为：I(x,y,t)＝I'(x,y)+I”(x,y)cos[φ(x,y)+δ(t)]，式中，I'(x,y)表示平均光强，I”(x,y)为光强幅度，δ(t)为随时间t变化的相移量；S22：根据所述干涉条纹的相位差△φ计算所述被测对象表面的高度变化值△h，计算公式为：式中，λ为所述照明光束的波长，θ为所述测量光束在被测对象表面的入射角。本专利技术提供的调焦调平系统及其调焦调平方法，通过衍射光发生及调制组件产生出射角不同的测量光束和参考光束，并使两者的频率随时间发生周期性变化，通过第一反射镜组对两束光线的入射角进行调节，使其经过不同的光路到达光线汇聚透镜组并产生干涉，通过测量两束光线发生干涉时产生的相位差即可得到测量光束的光程变化量，最终得到被测对象表面的高度变化值，实现调焦调平功能，本专利技术采用相移干涉技术，提高了系统的测量精度，同时采用晶体调制的方法提高了调焦调平系统的稳定性、可靠性，降低了系统结构的复杂性。附图说明图1为本专利技术中调焦调平系统的结构示意图；图2为本专利技术中调焦调平系统的测量原理图；图3为本专利技术中调焦调平系统中硅片表面变化引起的光程变化示意图；图4a-4d为本专利技术中调焦调平系统生成的四个不同时刻的干涉条纹仿真图；图5本专利技术中光电传感器及信号处理单元输出的电压波形仿真图。图中所示：1、硅片；2、光源；201、照明光束；202、测量光束；203、参考光束；3、衍射光发生及调制组件；3、衍射光发生及调制组件；31、声光晶体；32、PZT传感器；4、第一反射镜组；41、第一反射镜；42、第二反射镜；5、第二反射镜组；51、第三反射镜；52、第四反射镜；6、光线汇聚镜组；7、光电传感器及信号处理单元；8、孔径光阑；9、光阑组；91、第一光阑；92、第二光阑；10、准直透镜组；101、第一准直透镜；102、第二准直透镜；11、投影镜组；111、第一投影透镜；112、第二投影透镜；12、探测镜组；121、第一探测镜；122、第二探测镜；13、第三反射镜组；14、第四反射镜组；131、132、141、142、反射镜。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作详细描述：如图1所示，本专利技术一种调焦调平系统，用于检测被测对象即硅片1表面的高度变化值，从而实现对硅片1的调焦调平，包括发射部分和接收部分，所述发射部分包括光源2、衍射光发生及调制组件3和第一反射镜组4，所述接收部分包括第二反射镜组5、光线汇聚镜组6、光电传感器及信号处理单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调焦调平系统，包括发射部分和接收部分，其特征在于，所述发射部分包括光源、衍射光发生及调制组件和第一反射镜组，所述接收部分包括第二反射镜组、光线汇聚镜组、光电传感器及信号处理单元，所述光源发出的照明光束经过所述衍射光发生及调制组件后产生出射方向不同的测量光束和参考光束，所述测量光束经过所述第一反射镜组后经过被测对象反射，并通过所述第二反射镜组后投射至所述光线汇聚镜组上，所述参考光束依次经过所述第一反射镜组、第二反射镜组后投射至所述光线汇聚镜组上，两束光线发生干涉并产生干涉条纹，所述光电传感器及信号处理单元根据所述干涉条纹获得所述被测对象表面高度的变化值。

【技术特征摘要】
1.一种调焦调平系统，包括发射部分和接收部分，其特征在于，所述发射部分包括光源、衍射光发生及调制组件和第一反射镜组，所述接收部分包括第二反射镜组、光线汇聚镜组、光电传感器及信号处理单元，所述光源发出的照明光束经过所述衍射光发生及调制组件后产生出射方向不同的测量光束和参考光束，所述测量光束经过所述第一反射镜组后经过被测对象反射，并通过所述第二反射镜组后投射至所述光线汇聚镜组上，所述参考光束依次经过所述第一反射镜组、第二反射镜组后投射至所述光线汇聚镜组上，两束光线发生干涉并产生干涉条纹，所述光电传感器及信号处理单元根据所述干涉条纹获得所述被测对象表面高度的变化值。2.根据权利要求1所述的调焦调平系统，其特征在于，所述衍射光发生及调制组件包括声光晶体和与所述声光晶体连接的PZT传感器，所述声光晶体将所述照明光束分离成测量光束和参考光束，所述PZT传感器对所述声光晶体的密度进行调制。3.根据权利要求1所述的调焦调平系统，其特征在于，所述光源和衍射光发生及调制组件之间还设有孔径光阑。4.根据权利要求1所述的调焦调平系统，其特征在于，所述第一反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜将所述测量光束反射到所述被测对象上，所述第二反射镜将所述参考光束反射到所述第二镜组上。5.根据权利要求4所述的调焦调平系统，其特征在于，所述发射部分还包括设于所述衍射光发生及调制组件和第一反射镜组之间，且沿光路依次排列的光阑组、准直透镜组和投影镜组。6.根据权利要求5所述的调焦调平系统，其特征在于，所述光阑组包括第一光阑和第二光阑，所述准直透镜组包括第一准直透镜和第二准直透镜，所述投影镜组包括第一投影透镜和第二投影透镜，所述测量光束依次经过所述第一光阑、第一准直透镜、第一投影透镜和第一反射镜后投射到所述被测对象表面，所述参考光束依次经过所述第二光阑、第二准直透镜、第二投影透镜和第二反射镜后直接投射至所述第二反射镜组。7.根据权利要求4所述的调焦调平系统，其特征在于，所述第二反射镜组包括第三反射镜和第四反射镜，所述第三反射镜接收并反射经所述被测对象反射的所述测量光束，所述第四反射镜接收并反射经所述第二反射镜反射的参考光束。8.根据权利要求7所述的调焦调平系统，其特征在于，所述接收部分还包括设于所述第二反射镜组和光线汇聚镜组之间的探测镜组。9...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓庆，王福亮，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，上海微高精密机械工程有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31