[发明专利]一种同轴检焦测量系统及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种距离检测设备，具体涉及一种同轴检焦测量系统及其测量方法，它主要是为调平调焦系统提供精确硅片表面的高度值，并计算出其距离焦平面的距离。

背景技术

光刻装置（光刻机）是大规模集成电路生产的重要设备之一。集成电路工业的发展，很大程度上依赖于核心设备——光刻机的发展。随着集成电路的集成度不断提高，单线条尺寸要求越来越小，这对光刻机的分辨率提出了更高的要求。光刻分辨率的提高，导致焦深不断变小，并且随着集成电路尺寸的不断扩大，硅片表面形貌也将影响焦点是否位于光刻面，为了充分利用光刻机的有效焦深，必须实时精确控制光刻面位于焦面内，这对检焦精度提出了更高的要求。

目前的检焦方法主要有：基于光栅和四象限探测器的光电测量方法（美国专利US5191200）、基于狭缝和四象限探测器的光电探测方法（美国专利US67656 47B1）、基于针孔和面阵CCD的光电探测方法（美国专利US6081614）、基于PSD的光电测量方法（中国专利：200610117401.0）、基于激光干涉的光电测量方法和基于空气动力原理的气动测量方法。上述调焦调平测量系统都较为复杂，而且除基于光栅的光电测量方法和气动测量方法外，其他都能难获得高精度的检焦精度，光栅方法需要比较复杂的光学系统，气动测量法速度太慢。

以往的光刻机的检焦系统一般是离轴检焦，检焦光路系统位于聚焦物镜的侧向，光束从侧向斜入射到光刻表面。而随着投影光刻的发展，在很多的新的光刻方式中：如油浸光刻和需要浸油飞秒激光双光子加工等，在聚焦物镜和硅片之间隔着一层油层，探测光束很难通过侧向光路到达硅片表面，此时这种离轴的检焦系统显然不能满足这类光刻机的需要。

发明内容

本发明的目的是：提供一种同轴检焦测量系统及测量方法，可以实现z向高精度的离焦量测量，适应于光刻机的同轴检焦系统。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种同轴检焦测量系统，包括光源，扩束镜，分光棱镜，反射镜，物镜，探测模块组成；其中，光源发出的光沿光轴经扩束镜扩束后，到达分光棱镜，一部分光被反射到达反射镜表面，反射镜倾斜放置，和垂直方向有一个很小的夹角，光被反射镜反射后穿过分光棱镜到达探测模块的表面，这部分光作为干涉条纹的参考光；从扩束镜出来沿Y轴的光一部分被分光棱镜反射，另外一部分光沿Y轴方向穿过分光棱镜进入投影物镜，平行光入射到物镜表面以后，将会聚到焦平面上的焦点上，当被测物不在焦平面时，从被测物上反射回的球面光进入物镜后，将不能形成平面光波，而是有一定形变的球面波，球面波经过分光棱镜反射，沿光轴到达探测模块表面，在探测模块表面，球面波和平面波干涉叠加，形成具有一定倾斜的干涉条纹，被测物的离焦信息加载在条纹的相位之中，通过解条纹的相位，即可计算出被测物的离焦量。

根据同轴检焦测量系统的特点，本发明提供了一种与之相应的信号处理算法。对图像进行中值滤波、顶帽变换，提高图像质量，利用傅里叶变换的方法对探测图像提取相位，利用最小二乘法对相位进行解缠，利用解缠后的各个点相位值计算离焦量，最后通过zernike算法进行回复波面，即对各个点所求的离焦量进行拟合，以最大限度降低测量误差，提高测量精度。该方法具体包括下列步骤：

步骤（1）、参考光波和测量光波在探测模块的表面干涉形成平面波和球面波干涉条纹；

步骤（2）、干涉条纹被探测模块探测，其中探测模块位置固定；

步骤（3）、根据该干涉条纹相对于探测模块的相位信息计算该被测对象的位置信息。

该方法还包括下列步骤：

步骤（4）、利用中值滤波、顶帽变换对图像进行处理；

步骤（5）、利用傅里叶变换的方法对图像进行相位提取；

步骤（6）、利用最小二乘法对相位进行解缠；

步骤（7）、利用恢复相位计算被测对象的位置信息；

步骤（8）、利用zernike多项式法进行波面拟合，提高测量精度。

本发明的原理是：