一种对准4F光学系统技术方案

本发明专利技术提出了一种用于光刻设备的对准4F光学系统，用于把物面上硅片对准标记成像在参考光栅板后表面，其特征在于，从物面开始沿光轴依次包括前组透镜L1、L2、L3，经偏振分束器PBS组件分光后，分为红光后组透镜L4、L5、L6和绿光后组透镜L4'、L5'、L6'。本发明专利技术提出的一种4F光学系统，具有较长的前工作距L，其与前组焦距fL之比达0.816；透镜的口径较小，其有效通光口径与前组焦距之比小至0.61；几乎将标记的各级次衍射光均成像在参考光栅后表面上，各干涉像的纵向范围小于2.2um；各级次像波前像差很小，均小于0.05λ；结构前后对称，光线很流畅地通过各透镜，因此公差很松，易于加工与装调。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光刻
，特别涉及一种用于光刻装置对准系统的4F光学系统。
技术介绍
光刻曝光系统的典型结构如图1所示。目前光刻设备大多所采用的对准方式为光栅对准，光栅对准是指均匀照明光束照射在光栅对准标记上发生衍射，衍射后的出射光携带有关于对准标记结构的全部信息。高级衍射光以大角度从相位对准光栅上散开，通过空间滤波器滤掉零级光后，采集衍射光土 I级衍射光，或者随着CD要求的提高，同时采集多级衍射光(包括高级)在像平面 干涉成像，经光电探测器和信号处理，确定对准中心位置。光栅对准是通过4F光学系统实现的。目前的ATHENA对准系统，采用如图2所示的四象限相位光栅作为对准标记。成像光路图如图3所示，L1、L2、L3构成4f光学系统的前组,1^4、1^5、]^6构成4f光学系统的后组,对准标记位于4F光学系统的前焦面上,参考光栅位于4F光学系统后焦面上。相干成像过程如下:使激光束垂直照射标记，位于频谱面上的滤波光阑只让分支光栅Plb与pic的衍射±1—±7级、分支光栅pla与pld的衍射± I级光通过；位于频谱面附近的楔板组，使±m (I≤m≤7)级次衍射光偏折相同的角度，则在像面上一定的横向位置+m、-m级次光相干涉，形成干涉条纹。由于不同m级次衍射光的偏转角度不同，则在像面上形成光强正弦分布、相互错开、周期不等的16组干涉条纹，如图4所示。当硅片相对于参考光栅板移动扫描时，透过各子振幅光栅的光强发生周期性变化。当各子光栅后的光强均为最大时，即对准位置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种4F光学系统,根据机械空间布局的需要,使前工作距L较长、透镜的口径较小。本专利技术提出了一种用于光刻设备的对准4F光学系统，用于把物面上硅片对准标记成像在参考光栅板后表面，其特征在于，从物面开始沿光轴依次包括前组透镜L1、L2、L3，经偏振分束器？83组件分光后，分为红光后组透镜1^4、1^5、1^6和绿光后组透镜1^4’、1^5’、1^6’，所述透镜L1、L2、L3全部为球面镜，光焦度均为正；所述透镜L1、L2、L3之间焦距满足以下关系式:0.316<fLl/fL<0.4430.276<fL2/fL<0.40.247<fL3/fL<0.334 其中:fLl为透镜LI的焦距；fL2为透镜L2的焦距；fL3为透镜L3的焦距；fL为前组透镜L1、L2、L3的总焦距； 所述透镜L4、L5、L6全部为球面镜，光焦度均为正；所述透镜L4、L5、L6之间焦距满足以下关系式: 0.247〈fL4/fL’〈0.3340.276<fL5/fL> <0.40.316〈fL6/fL’ <0.443 其中:fL4为透镜L4的焦距；fL5为透镜L5的焦距；fL6为透镜L6的焦距；fL’为后组透镜L4、L5、L6的总焦距。其中，所述前工作距L与前组透镜焦距fL之比为0.816。其中，所述光学系统的数值孔径与前组透镜焦距fL之比为0.61。较优地，所述红、绿光支路共用前组透镜；红光支路的前、后组透镜完全对称；绿光支路的L1、L2完全对称于L6’、L5’，L3与L4’弯曲方向相同，曲率接近对称，其光焦度之比在0.95与1.05之间。较优地，所述透镜LI为弯月透镜，且透镜弯向物面；主光线的物距I与所述透镜LI的第一表面的曲率半径r满足关系0.98<r/l<l.24 ;主光线的物距I与所述透镜LI的第二表面的齐明点物距10满足关系1.03<10/1<1.13。较优地，所述透镜L2为弯月透镜，且透镜弯向物面；主光线的物距I小于所述透镜L2的第一表面的曲率半径r2 ;主光线的物距I与所述透镜L2的第二表面的齐明点物距102满足关系 0.935<102/1<1.063。较优地，所述透镜L3的第一表面几乎为平面，其曲率半径与4F前组透镜的焦距之比大于10,第二表面为凸面。较优地，所述透镜L4的第一表面为凸面，第二表面几乎为平面，其曲率半径与4F前组透镜的焦距之比大于10。较优地，所述透镜L5和L5’为弯月透镜，且透镜弯向像面；主光线的像距I’与该透镜第一表面的齐明点像距102’满足关系0.979〈102’/I’〈1.074 ;其主光线的像距I’小于该透镜第二表面的曲率半径r2’。较优地，所述透镜L6和L6’为弯月透镜，且透镜弯向像面；主光线的像距I’与该透镜第一表面的齐明点像距10’满足关系1.05〈10’ /I’〈1.13 ;主光线的像距I’与该透镜第二表面曲率半径r’满足关系0.997〈r’ / I’〈1.334。本专利技术提出的一种4F光学系统，具有较长的前工作距L，其与前组焦距fL之比达0.816 ;透镜的口径较小，其有效通光口径与前组焦距之比小至0.61 ;几乎将标记的各级次衍射光均成像在参考光栅后表面上，各干涉像的纵向范围小于2.2um ;各级次像波前像差很小，均小于0.05 λ ;结构前后对称，光线很流畅地通过各透镜，因此公差很松，易于加工与装调。附图说明关于本专利技术的优点与精神可以通过以下的专利技术详述及所附图式得到进一步的了解。图1为光刻装置的对准系统工作原理结构示意 图2为光刻装置常用对准标记示意 图3为4F光学系统光路意 图4为参考光栅各分支光栅的分布、对准位置时参考光栅面上的标记干涉像分布示意图；图5为本专利技术双波长光路4F光学系统结构示意 图6为主光线通过前组透镜的光路图。具体实施例方式下面结合附图详细说明本专利技术的具体实施例。 如图5所示，本专利技术的4F光学系统工作波长532nm、633nm ;共用4F光学系统前组，且前工作距不小于75mm (焦距约92mm);四象限标记每象限的尺寸200umX200um ;多级次光的视场角如下表I所示(本设计将多级次衍射光作多重结构处理): 表I权利要求1.一种用于光刻设备的对准4F光学系统,用于把物面上娃片对准标记成像在参考光栅板后表面，其特征在于，从物面开始沿光轴依次包括前组透镜L1、L2、L3，经偏振分束器PBS组件分光后，分为红光后组透镜L4、L5、L6和绿光后组透镜L4’、L5’、L6’，所述透镜L1、L2、L3全部为球面镜，光焦度均为正；所述透镜L1、L2、L3之间焦距满足以下关系式:0.316<fLl/fL<0.4430.276<fL2/fL<0.40.247<fL3/fL<0.334 其中:fLl为透镜LI的焦距；fL2为透镜L2的焦距；fL3为透镜L3的焦距；fL为前组透镜L1、L2、L3的总焦距； 所述透镜L4、L5、L6全部为球面镜，光焦度均为正；所述透镜L4、L5、L6之间焦距满足以下关系式: 0.247〈fL4/fL’〈0.3340.276<fL5/fL>〈0.40.316〈fL6/fL’ 〈0.443 其中:fL4为透镜L4的 焦距；fL5为透镜L5的焦距；fL6为透镜L6的焦距；fL’为后组透镜L4、L5、L6的总焦距。2.根据权利要求1所述的4F光学系统，其特征在于:所述前工作距L与前组透镜焦距fL之比为0.816。3.根据权利要求1所述的4F光学系统，其特征在于:所述光学系统的数值孔径与前组透镜焦距fL之比为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光刻设备的对准4F光学系统，用于把物面上硅片对准标记成像在参考光栅板后表面，其特征在于，从物面开始沿光轴依次包括前组透镜L1、L2、L3，经偏振分束器PBS组件分光后，分为红光后组透镜L4、L5、L6和绿光后组透镜L4’、L5’、L6’，所述透镜L1、L2、L3全部为球面镜，光焦度均为正；所述透镜L1、L2、L3之间焦距满足以下关系式：???0.316

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王诗华，
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：