[发明专利]测量光学系统参数的测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量光学系统参数的测量装置及其测量方法，特别涉及用于光刻投影中光刻物镜装配过程中的定心和间距检测。

背景技术

近年来，在半导体光刻领域，投影光刻技术的不断进步，线条向更精细方向推进，目前芯片关键尺寸已能达到45nm的光刻分辨能力。光刻系统中的光学投影物镜的成像质量是影响光刻分辨力的关键因素，光刻物镜的装调过程中的定心以及不同光学镜片之间的厚度会很大程度会影响物镜的最终光学质量，这就需要有精密的在线测量设备来指导物镜的装配。

目前装配过程中，一般都使用定心偏折仪对光学镜片和光学系统的偏心或倾斜进行检测，这类定心检测设备主要使用调焦望远镜，产生和光学元件匹配的会聚或发散的球面波，从透镜透射或反射的点或十字叉丝像随着旋转轴的旋转而在CCD上所划圆的直径来判断透镜的光轴或某个表面光轴和旋转轴的偏离大小，这类仪器可以方便的测量单个光学元件或多个光学元件组成的光学系统相对旋转轴的偏心情况，但是由于受点光源或十字叉丝的尺寸影响，偏心测量精度通常在几角秒。为了提高测试精度，也有人采用干涉的方法对光学元件进行定心测量的(台湾专利I264523)，它是利用光学元件表面的干涉条纹来精确测量表面的倾斜，这种干涉定心装置和像移动相比精度高，可以测量单个元件有非球面时的偏心情况，但是使用相对负杂，只能测量单个光学元件的偏心，在测量时还需要对光学元件进行180度旋转，无法测量多个透镜的光学系统的偏心情况。

装配过程中除了定心校正外，还希望能精确的测量透镜的厚度和光学系统中不同透镜的间距，目前一般使用机械的方法在装配过程中对这些厚度或间距进行测量。这种方法有时需要和光学表面进行接触测量，在装配好以后就无法进行测量。

发明内容

本发明提供的一种测量光学系统参数的测量装置及其测量方法，提供一种高检测精度的干涉定心检测系统，提高了透镜的偏心检测精度以满足更高的偏心要求，实现了对光学系统内部间距的最终测量，同时可以测量光学系统装配结束后的间距。

为了达到上述目的，本发明提供了一种测量光学系统参数的测量装置，包含：

光源，所述的光源为短相干光源；

聚焦镜，位于光源下方；

针孔，位于聚焦镜的下方焦距处；

准直透镜，位于针孔下方；

分光镜，位于准直透镜下方；

一维移动台，水平设置在分光镜的一侧；

角反射镜，设置在所述的一维移动台上，随所述的一维移动台进行精确移动；

CCD(电荷耦合器件)器件，水平设置在分光镜的另一侧；

可移动聚焦透镜，设置在所述分光镜和CCD器件之间；

调焦望远镜，位于分光镜的下方；

所述的调焦望远镜包含两组镜片，第一组镜片为负焦距透镜组，第二组镜片为正焦距透镜组，通过移动两组透镜组之间的间距实现不同的会聚或发散波前，实现不同曲率半径的光学表面测量；

精密旋转台，位于调焦望远镜下方，该精密旋转台上放置被测光学系统，带动被测光学系统做精密旋转；

短相干光源经过聚焦镜会聚到针孔中，从针孔出来的光经过准直透镜后变为平行光，从准直透镜出射的平行光经过分光镜变成两束光，反射的参考光和透视的测量光，反射的参考光经过一个角反射镜，反射的光再次经过分光镜后进入CCD，从分光镜透射的测量光经过一个调焦望远镜中的第一组镜片和第二组镜片的调焦，从调焦望远镜出射的测量光达到被测光学系统，被测光学系统可以在精密旋转台上进行精密的旋转，从被测光学系统的被测表面反射后再次经过可调焦望远镜和分光镜后的测量光，与参考光发生干涉，干涉条纹被CCD接收，对接收到的干涉条纹进行计算处理后，可以得到被测光学系统的透镜内部或透镜之间的偏心、倾斜、透镜的厚度以及不同透镜之间的距离。

由半导体发光二极管(LED)出射的宽谱光，一路进入由角反射镜构成参考臂I，另一路经过调焦望远镜和被测光学系统，并返回构成测量臂II，参考臂和测量臂共同构成一个Michelson(麦克逊)干涉仪，当参考臂和测量比具有一定光程差时，只有当Michelson干涉仪两个干涉臂之间引入的光程差之和小于光源相干长度时，CCD上将发生干涉现象；当二者光程差之和为零时，干涉条纹对比度出现极大值，此时称为光程匹配条件。因此，如果已知参考光在Michelson干涉仪中引入的光程差，那么就可以通过对CCD上接收的各个白光干涉条纹峰值位置(对应于光程差)的精确计量，得到测量光在干涉仪两臂之间引入的光程差，从而转换得到臂长差。