一种焦面探测单元以及自动调焦的对准系统技术方案

本发明专利技术提供的位于光刻机中的对准系统中的焦面探测单元，通过视场光阑、调焦透镜与探测器顺序排列放置，将透过视场光阑的入射光束通过调焦透镜折射到探测器上，由探测器显示出入射光束的投射在探测器上的坐标，并加以计算。因此这种焦面探测单元能够及时、简便地计算出入射光束的离焦量。本发明专利技术提供的自动调焦对准系统中的分光组件旁设置焦面探测单元，这样掩模或者工件上反射或者折射的光线进入焦面探测单元后，由探测器计算出离焦量，并输送至控制单元，由控制单元控制工件台的移动，直至焦面探测单元计算出的离焦量为0，成像传感器上呈现出清晰的对准标记像，完成了自动调焦。因此这种自动调焦对准系统具有及时、准确、操作简单的特点。

A focal plane detecting unit and an automatic focusing alignment system

The invention is provided in alignment system of photoetching machine in the focal plane of the detection unit, through field diaphragm and focusing lens and a detector arrangement placed through the incident beam field diaphragm by focusing lens refraction to the detector, the detector display coordinate projection of an incident beam on the detector, and to calculate. Therefore, the focal plane detector can calculate the defocusing amount of the incoming and outgoing beams in a timely and simple manner. The present invention provides automatic focusing alignment system in the light splitting component is arranged at the side of the focal plane detection unit, this mask or workpiece is reflected or refracted light into the focal plane detection unit, a detector to calculate the amount of defocus, and transmitted to the control unit, the control unit controls the workpiece by the mobile station, until the focal plane the detection unit calculates the defocusing amount is 0, imaging sensor shows a clear alignment mark like, complete automatic focusing. Therefore, the automatic focusing alignment system has the characteristics of timely, accurate and simple operation.

【技术实现步骤摘要】
一种焦面探测单元以及自动调焦的对准系统
本专利技术涉及一种探测单元和对准系统，尤其涉及一种焦面探测单元和自动调焦的对准系统。
技术介绍
在半导体器件制造过程中，一个完整的芯片通常需要经过多次光刻曝光才能制作完成。除了第一次光刻外，其余层次的光刻在曝光前都要将该层次的图形与以前层次曝光留下的图形进行精确定位，这样才能保证每一层图形之间有正确的相对位置，即套刻精度。通常情况下，套刻精度为光刻机分辨率指标的1/3～1/5，对于100纳米的光刻机而言，套刻精度指标要求小于35nm。套刻精度是投影光刻机的主要技术指标之一，而掩模与硅片之间的对准精度是影响套刻精度的关键因素。当特征尺寸要求更小时，对套刻精度的要求以及由此产生的对准精度的要求变得更加严格，如90nm的特征尺寸要求10nm或更小的对准精度，这就要求对准系统在工作过程中提高对焦面的控制精度，以减小离焦差生的误差。又如在TFT(ThinFilmTransistor薄膜场效应晶体管)工艺制程中，随着相关电子消费类产品的发展，对TFT的尺寸要求越来越大，现在五代以上的TFT曝光视场都在17英寸以上，大面积器件的变形产生的离焦效应对对准的影响尤为明显。在光刻机中，一般由对准系统来控制光刻机中的对准精度，从而提高光刻机的套刻精度，传统的对准系统主要通过人工调焦来调整对准精度。但目前，人工调焦已逐渐被精密复杂的机电系统自动调焦慢慢替代，一般需要标定最佳焦面，并通过数据分析使得机电系统探测到最佳焦面后作移动，并最终实现自动调焦。但现有技术中的自动调焦系统使用过于复杂，对整个曝光系统精密性要求较高，且由于步骤繁琐使得自动调焦产生滞后性，因此需要专利技术一种操作简单方便，能够实时进行自动调焦的曝光对准系统。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出了一种焦面探测单元和自动调焦的对准系统，焦面探测单元可以计算出入射光束的离焦量，并根据焦面探测单元的计算数据，控制工件台的移动，实现实时、简单、准确地自动调焦。为达到上述目的，本专利技术提供一种焦面探测单元，位于光刻机中的对准系统中，所述焦面探测单元依次包括形成光路连接的视场光阑、调焦透镜以及探测器，其特征在于，所述调焦透镜在垂向上偏离所述视场光阑光轴放置，偏离距离为D，入射光束的离焦量Δ可表示为：其中yN是所述对准系统设定的最佳焦面在所述探测器上标定的垂向高度，yM是所述入射光束显示在所述探测器上实际的垂向高度，β是所述视场光阑与所述探测器共轭面之间的光学放大倍率，Δy为离焦量Δ对应在所述视场光阑上的位移，L为所述调焦透镜与所述视场光阑之间的水平距离。作为优选，所述焦面探测单元为一维焦面探测单元，对应所述调焦透镜为单透镜或者对称排列的双透镜。作为优选，所述焦面探测单元为二维焦面探测单元，对应所述调焦透镜为三角排列的三透镜或者二维排列的四透镜或者阵列排布的多透镜。作为优选，所述调焦透镜为柱头镜或者柱面菲涅尔透镜或者球面透镜或者球面菲涅尔透镜。作为优选，所述探测器为线阵列或者面阵列或者单点能量探测器。本专利技术还提供一种自动调焦的对准系统，包括：具有对准标记的待测对象；光源：用于提供照明；照明组件：用于设置照明的方式，提供照明；成像探测器：用于将成像光强信号转化成图像的电信号；成像组件：用于提供一定的倍率，将所述对准标记成像到成像探测器上；上述的焦面探测单元：用于确定出入射光的离焦量和离焦方向；控制单元：与所述焦面探测单元、所述成像传感器电路连接，接收由所述焦面探测单元发送的数据信号；分光组件：用于将聚焦光束分别分到所述焦面探测单元和所述成像探测器所在的成像光路上；工件台：与所述控制单元电路连接，并由所述控制单元控制移动以形成自动调焦。作为优选，所述待测对象为掩模版。作为优选，还包括有具有基准标记的基准板和投影物镜。作为优选，所述光源、所述照明组件、所述掩模版、所述投影物镜、所述基准板、所述成像组件、所述分光组件依次形成光路连接，所述分光组件分别与所述焦面探测单元和所述成像传感器形成光路连接，所述基准板、所述成像组件、所述分光组件、所述成像传感器与所述焦面探测单元设置在所述工件台上。作为优选，所述成像组件与所述分光组件位置互换，并由所述成像组件与所述成像传感器光路连接，所述视场光阑放置在所述基准板上，并且与所述基准板表面重合。作为优选，所述待测对象为工件。作为优选，所述成像组件分为第一成像组件和第二成像组件，所述分光组件分为第一分光组件和第二分光组件。作为优选，所述光源、所述照明组件、所述第一分光组件、所述第二分光组件、第一成像组件以及工件依次形成光路连接，所述工件放置于所述工件台上，所述第一分光组件、所述第二成像组件与所述成像传感器依次形成光路连接，所述第二分光组件与所述焦面探测单元光路连接。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的焦面探测单元，通过视场光阑、调焦透镜与探测器顺序排列放置，将透过视场光阑的入射光束通过调焦透镜折射到探测器上，由探测器显示出入射光束的投射在探测器上的坐标，并加以计算。因此这种焦面探测单元能够及时、简便地计算出入射光束的离焦量。而在对准系统中的分光组件旁设置焦面探测单元，这样掩模或者工件上反射或者折射的光线进入焦面探测单元的视场光阑后，由调焦透镜折射至探测器上，探测器计算出该光线与设定的最佳焦面光线之间的距离，根据公式计算出离焦量，并输送至控制单元，由控制单元控制工件台的移动，直至焦面探测单元计算出的离焦量为0，成像传感器上呈现出清晰的对准标记像，完成了自动调焦。因此这种自动调焦对准系统具有及时、准确、操作简单的特点。附图说明图1为本专利技术实施例一的焦面探测单元结构图；图2为本专利技术实施例一的探测器自动调焦位置信号示意图；图3为本专利技术实施例一的对准系统结构示意图；图4为本专利技术实施例一的对准系统自动调焦方法示意图；图5为本专利技术实施例二中对准系统结构示意图；图6为本专利技术实施例三中对准系统结构示意图；图7为本专利技术实施例四中焦面探测单元的系统结构示意图；图8为本专利技术实施例五中焦面探测单元的系统结构示意图；图9为本专利技术实施例六中焦面探测单元的系统结构示意图；图10为本专利技术实施例七中焦面探测单元的系统结构示意图；图11为本专利技术实施例八中焦面探测单元的系统结构示意图；图12为本专利技术实施例九中焦面探测单元的系统结构示意图；图13本专利技术实施例十中焦面探测单元的系统结构示意图。图中：001-第一入射光线，002-第二入射光线，003-视场光阑，004-调焦透镜，005-探测器，006-焦面探测单元，007-照明组件，008-掩模版，009-投射物镜，010-基准板，011-成像组件，012-分光组件，013-成像传感器，014-工件台，015-工件，016-光源，017-控制单元，018-第一成像组件，019-第二分光组件，020-第一分光组件，021-第二成像组件。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。实施例一图1为本专利技术所提供的焦面探测单元006的结构示意图，所述焦面探测单元探测方案为一维焦面探测。在半导体光刻机中，焦面探测单元006位于对准系统中，请参照图1，视场光阑003、调焦透镜004与探测器005依次排列形成光路连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焦面探测单元，位于光刻机中的对准系统中，所述焦面探测单元依次包括形成光路连接的视场光阑、调焦透镜以及探测器，其特征在于，所述调焦透镜在垂向上偏离所述视场光阑光轴放置，偏离距离为D，入射光束的离焦量Δ可表示为：

【技术特征摘要】
1.一种焦面探测单元，位于光刻机中的对准系统中，所述焦面探测单元依次包括形成光路连接的视场光阑、调焦透镜以及探测器，其特征在于，所述调焦透镜在垂向上偏离所述视场光阑光轴放置，偏离距离为D，入射光束的离焦量Δ可表示为：其中yN是所述对准系统设定的最佳焦面在所述探测器上标定的垂向高度，yM是所述入射光束显示在所述探测器上实际的垂向高度，β是所述视场光阑与所述探测器共轭面之间的光学放大倍率，Δy为离焦量Δ对应在所述视场光阑上的位移，L为所述调焦透镜与所述视场光阑之间的水平距离。2.如权利要求1所述的焦面探测单元，其特征在于，所述焦面探测单元为一维焦面探测单元，对应所述调焦透镜为单透镜或者对称排列的双透镜。3.如权利要求1所述的焦面探测单元，其特征在于，所述焦面探测单元为二维焦面探测单元，对应所述调焦透镜为三角排列的三透镜或者二维排列的四透镜或者阵列排布的多透镜。4.如权利要求1所述的焦面探测单元，其特征在于，所述调焦透镜为柱头镜或者柱面菲涅尔透镜或者球面透镜或者球面菲涅尔透镜。5.如权利要求1所述的焦面探测单元，其特征在于，所述探测器为线阵列或者面阵列或者单点能量探测器。6.一种自动调焦的对准系统，其特征在于，包括：具有对准标记的待测对象；光源：用于提供照明；照明组件：用于设置照明的方式，提供照明；成像探测器：用于将成像光强信号转化成图像的电信号；成像组件：用于提供一定的倍率，将所述对准标记成像到成像探测器上；如权利要求1～5中任意一项所述的焦面探测单元：用于确定出入射光的离焦量和...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄栋梁，于大维，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31