一种光学测量系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种光学测量系统，包括光源单元、照明单元、投影图案单元、投影支路、探测支路以及探测器；投影支路包括至少一个投影凹面反射镜和一个投影凸面反射镜，投影凹面反射镜和投影凸面反射镜为offner结构；探测支路包括至少一个探测凹面反射镜和一个探测凸面反射镜，探测凹面反射镜和探测凸面反射镜为offner结构；投影图案单元的图案面与接收平面满足Scheimpflug条件；接收平面与探测器探测面满足Scheimpflug条件。采用上述技术方案，通过设置投影支路和探测支路均为offner结构，同时投影图案单元的图案面与接收平面满足Scheimpflug条件，接收平面与探测器探测面满足Scheimpflug条件，将Scheimpflug条件与Offner结构相结合，保证光学测量系统的测量效率与信噪比，同时元件种类少，结构简单。

An optical measurement system

【技术实现步骤摘要】
一种光学测量系统
本专利技术实施例涉及投影曝光设备的调平调焦
，尤其涉及一种光学测量。
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成像到硅片面进行光刻的设备。硅片面必须准确位于指定位置才能曝光，为了达到这一目的，需由自动调焦调平系统(FLS)精确控制。其工作原理是测量硅片面的表面高度与倾斜信息，并通过控制器反馈给工件台，工件台移动硅片面以保证硅片面在曝光过程中处于投影物镜的最佳焦平面处。为了获得整个曝光场的硅片面信息，通常在硅片面上标记多个测量点，根据每个测量点的高度和倾斜信息得到整个硅片面的高度和倾斜信息。图1为典型的基于图像处理技术的FLS三角测量原理示意图，来自投影支路的光线入射到硅片面后，经硅片面反射到达探测支路，最终被光电探测器所接收。当硅片面的上表面位置与投影物镜最佳焦平面位置的高度偏差为Δz时，光斑在光电探测器上所成像的位置改变量Δy与Δz的关系为：其中，ε为探测支路的放大率，ω为来自投影支路的光斑入射到硅片面上的入射角。根据三个或三个以上测量点的高度偏差Δz可得到硅片面的倾斜量Rx、Ry。探测器将硅片面的高度偏差Δz和倾斜量Rx、Ry反馈给控制器，控制器根据以上信息操控工件台，工件台带动硅片面将其调节到误差范围允许内的最佳曝光位置。现有技术中使用FLS三角测量技术对硅片面的测量的过程中，测量效率低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种光学测量系统，以解决现有技术中对硅片面测量过程中测量效率低的技术问题。本专利技术实施例提供了一种光学测量系统，包括光源单元、照明单元、投影图案单元、投影支路、探测支路以及探测器；所述光源单元发出的光线经所述照明单元投射到所述投影图案单元上，所述投影图案单元上的投影图案经所述投影支路后在接收平面上形成投影图像，所述投影图像经所述探测支路后在所述探测器上形成探测图像；所述投影图案单元位于所述投影支路的物面位置，所述接收平面位于所述投影支路的像面位置以及所述探测支路的物面位置，所述探测器位于所述探测支路的像面位置；所述投影支路包括至少一个投影凹面反射镜和一个投影凸面反射镜，所述投影凹面反射镜的焦点和所述投影凸面反射镜的焦点之间的距离满足第一预设距离，所述投影凸面反射镜为所述投影支路的孔径光阑；所述探测支路包括至少一个探测凹面反射镜和一个探测凸面反射镜，所述探测凹面反射镜的焦点和所述探测凸面反射镜的焦点之间的距离满足第二预设距离，所述探测凸面反射镜为所述探测支路的孔径光阑；所述投影图案单元与所述投影支路的入射光线之间的夹角为α，所述接收平面与所述投影支路的出射光线之间的夹角为β，所述投影支路的放大倍率为m11，其中，tan(90°-β)＝m11tan(90°-α)；所述接收平面与所述探测支路的入射光线之间的夹角为γ，所述探测器与所述探测支路的出射光线之间的夹角为δ，所述探测支路的放大倍率为m12，其中，tan(90°-δ)＝m12tan(90°-γ)。可选的，至少一个投影凹面反射镜包括第一投影凹面反射镜和第二投影凹面反射镜，所述第一投影凹面反射镜和第二投影凹面反射镜具备不同的曲率半径；所述投影支路还包括第一平面反射镜和第二平面反射镜，入射至所述投影支路的光线依次经过所述第一平面反射镜、第一投影凹面反射镜、投影凸面反射镜、第二投影凹面反射镜以及所述第二平面反射镜。可选的，至少一个探测凹面反射镜包括第一探测凹面反射镜和第二探测凹面反射镜，所述第一探测凹面反射镜和第二探测凹面反射镜具备不同的曲率半径；所述探测支路还包括第三平面反射镜和第四平面反射镜，入射至所述探测支路的光线依次经过所述第三反射镜、第一探测凹面反射镜、探测凸面反射镜、第二探测凹面反射镜以及所述第四反射镜。可选的，所述投影支路包括一个投影凹面反射镜和一个投影凸面反射镜，所述投影凹面反射镜的曲率半径R11与所述投影凸面反射镜的曲率半径R12之间满足如下关系：可选的，所述探测支路包括一个探测凹面反射镜和一个探测凸面反射镜，所述探测凹面反射镜的曲率半径R13与所述探测凸面反射镜的曲率半径R14之间满足如下关系：可选的，所述投影图案单元包括第一透射平板式投影狭缝。可选的，所述投影图案单元包括棱镜和第二透射式平板投影狭缝，所述棱镜位于所述第二透射式平板投影狭缝靠近所述光源单元的一侧，光源单元发出的光线垂直入射至所述棱镜的光线入射面。可选的，所述投影图案单元位于所述照明单元的孔径光阑位置。可选的，所述投影支路还包括位于所述投影凹面反射镜和投影凸面反射镜之间的第五平面反射镜和扫描反射镜，所述第五平面反射镜位于靠近所述投影凹面反射镜的一侧，所述扫描反射镜位于靠近所述投影凸面反射镜的一侧；所述第五平面反射镜接收所述投影凹面反射镜的反射光线并将所述投影凹面反射镜的反射光线反射至所述扫描反射镜；所述扫描反射镜在光线传播平面以预设角度进行周期性简谐振动，所述扫描反射镜用于接收所述第五平面反射镜的反射光线并将所述第五平面反射镜的反射光线反射至所述投影凸面反射镜。可选的，所述探测器包括位于靠近所述探测支路一侧的探测狭缝以及远离所述探测支路一侧的探测面；所述探测狭缝上设置有多组探测狭缝阵列，每组所述探测狭缝阵列与所述投影图案单元上的每个投影光斑一一对应。可选的，所述光学测量系统还包括位于所述探测支路与所述探测器之间的分光元件和成像镜组；所述分光元件用于将所述探测支路的出射光线分为至少两束光束；所述成像镜组接收所述至少两束光束，并将所述至少两束光束成像在所述探测器上。可选的，所述分光元件包括分光棱镜、透射式衍射光栅或者反射式衍射光栅。可选的，所述光学测量系统还包括调整单元，所述调整单元用于调整光线在所述探测器探测面上的入射位置或者入射角度；其中，所述调整单元位于所述投影图案单元与所述投影支路之间，或者所述调整单元位于所述探测支路与所述探测器之间，或者所述调整单元位于所述接收平面位置处。可选的，所述调整单元包括调整平板或者调整楔形板。本专利技术实施例提供的光学测量系统，通过设置投影支路和探测支路均为offner结构，同时投影图案单元的图案面与接收平面满足Scheimpflug条件，接收平面与探测器探测面满足Scheimpflug条件，将Scheimpflug条件与Offner结构相结合，保证光学测量系统的测量效率与信噪比，同时元件种类少，结构简单。附图说明为了更加清楚地说明本专利技术示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本专利技术所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。图1是调焦调平系统的三角测量原理示意图；图2是现有技术中一种光学测量系统的结构示意图；图3是图2提供的光学测量系统中投影图案与投影图像的对比示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学测量系统，其特征在于，包括光源单元、照明单元、投影图案单元、投影支路、探测支路以及探测器；所述光源单元发出的光线经所述照明单元投射到所述投影图案单元上，所述投影图案单元上的投影图案经所述投影支路后在接收平面上形成投影图像，所述投影图像经所述探测支路后在所述探测器上形成探测图像；所述投影图案单元位于所述投影支路的物面位置，所述接收平面位于所述投影支路的像面位置以及所述探测支路的物面位置，所述探测器位于所述探测支路的像面位置；/n所述投影支路包括至少一个投影凹面反射镜和一个投影凸面反射镜，所述投影凹面反射镜的焦点和所述投影凸面反射镜的焦点之间的距离满足第一预设距离，所述投影凸面反射镜为所述投影支路的孔径光阑；/n所述探测支路包括至少一个探测凹面反射镜和一个探测凸面反射镜，所述探测凹面反射镜的焦点和所述探测凸面反射镜的焦点满足第二预设距离，所述探测凸面反射镜为所述探测支路的孔径光阑；/n所述投影图案单元与所述投影支路的入射光线之间的夹角为α，所述接收平面与所述投影支路的出射光线之间的夹角为β，所述投影支路的放大倍率为m

【技术特征摘要】
1.一种光学测量系统，其特征在于，包括光源单元、照明单元、投影图案单元、投影支路、探测支路以及探测器；所述光源单元发出的光线经所述照明单元投射到所述投影图案单元上，所述投影图案单元上的投影图案经所述投影支路后在接收平面上形成投影图像，所述投影图像经所述探测支路后在所述探测器上形成探测图像；所述投影图案单元位于所述投影支路的物面位置，所述接收平面位于所述投影支路的像面位置以及所述探测支路的物面位置，所述探测器位于所述探测支路的像面位置；
所述投影支路包括至少一个投影凹面反射镜和一个投影凸面反射镜，所述投影凹面反射镜的焦点和所述投影凸面反射镜的焦点之间的距离满足第一预设距离，所述投影凸面反射镜为所述投影支路的孔径光阑；
所述探测支路包括至少一个探测凹面反射镜和一个探测凸面反射镜，所述探测凹面反射镜的焦点和所述探测凸面反射镜的焦点满足第二预设距离，所述探测凸面反射镜为所述探测支路的孔径光阑；
所述投影图案单元与所述投影支路的入射光线之间的夹角为α，所述接收平面与所述投影支路的出射光线之间的夹角为β，所述投影支路的放大倍率为m11，其中，tan(90°-β)＝m11tan(90°-α)；
所述接收平面与所述探测支路的入射光线之间的夹角为γ，所述探测器与所述探测支路的出射光线之间的夹角为δ，所述探测支路的放大倍率为m12，其中，tan(90°-δ)＝m12tan(90°-γ)。


2.根据权利要求1所述的光学测量系统，其特征在于，至少一个投影凹面反射镜包括第一投影凹面反射镜和第二投影凹面反射镜，所述第一投影凹面反射镜和第二投影凹面反射镜具备不同的曲率半径；
所述投影支路还包括第一平面反射镜和第二平面反射镜，入射至所述投影支路的光线依次经过所述第一平面反射镜、第一投影凹面反射镜、投影凸面反射镜、第二投影凹面反射镜以及所述第二平面反射镜。


3.根据权利要求1所述的光学测量系统，其特征在于，至少一个探测凹面反射镜包括第一探测凹面反射镜和第二探测凹面反射镜，所述第一探测凹面反射镜和第二探测凹面反射镜具备不同的曲率半径；
所述探测支路还包括第三平面反射镜和第四平面反射镜，入射至所述探测支路的光线依次经过所述第三平面反射镜、第一探测凹面反射镜、探测凸面反射镜、第二探测凹面反射镜以及所述第四平面反射镜。


4.根据权利要求1所述的光学测量系统，其特征在于，所述投影支路包括一个投影凹面反射镜和一个投影凸面反射镜，所述投影凹面反射镜的曲率半径R11与所述投影凸面反射镜的曲率半径R12之间满足如下关系：





5.根据权利要求1所述的光学测量系统，其特征在于，所述探测支路包括一个探...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛静超，徐荣伟，庄亚政，孙建超，季桂林，
申请(专利权)人：上海微电子装备集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31