專利名稱：物體位置測量裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及物體位置的測量，特別涉及光刻設備的硅片位置測量裝置及方法。
背景技術：
投影光刻機是一種把掩模上的圖案通過物鏡投影到硅片面上的裝置。在投 影曝光設備中，必須有自動調(diào)焦控制系統(tǒng)把硅片面精確帶入到指定的曝光位置， 實現(xiàn)該系統(tǒng)有多種不同的技術方案。目前比較常用是非接觸式光電測量技術，其中NIKON、 CANON、 ASML的調(diào)焦技術最具代表性，為了得到整個曝光場 內(nèi)高度和傾斜信息，都采用在曝光場內(nèi)設計多個測量標記，這樣對標記板和關 機系統(tǒng)的設計加工裝調(diào)要求很高。而在
公開日期為1984年4月18日美國專利 號為4823014的CANON專利中提供了一種獨特的解決方案，其利用多個不同 波長的LD合成寬帶波長，以解決層間干涉效應對測量精度的影響，為了利用單 點來實現(xiàn)對硅片多點測量，其利用了 BRAGG聲光4汙射效應進行掃描測量和布 置不同角度的入射光點兩種方式來達到該目的。該方案只需使用一個測量點即 可達到多點探測，克服了多光斑測量的缺點。但其也存在以下缺點1) 照明光源結構復雜、選擇單一，為了實現(xiàn)多束激光的耦合到聲光衍射器 件，其使用了多個衍射光柵來實現(xiàn)。2) 為了達到掃描的目的，其采用了聲光器件，且掃描角度小，即對曝光場 的測量區(qū)域有限。3) 只能實現(xiàn)一維掃描，即只能對過曝光場中心且垂直于調(diào)焦系統(tǒng)光軸與投 影物鏡光軸所構成的面的線上的點進行測量，只能測量一個確定方向的傾斜和 離焦信息。降低了對整個曝光場的測量精度。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種物體位置測量裝置及方法，以實現(xiàn)對整個曝光 場范圍內(nèi)全覆蓋的掃描測量。為了達到上述的目的，本發(fā)明提供一種物體位置測量裝置，包括照明單元， 投影單元，接受單元，探測單元，其中，照明單元產(chǎn)生測量光，探測單元根據(jù) 經(jīng)被測物體面反射的測量光信號來確定被測物體的位置，所述物體位置測量裝置還包括掃描單元，前補償單元和后補償單元；其中掃描單元控制測量光在被 測物體面上沿一維方向或二維方向移動，以實現(xiàn)被測物體面的全場掃描；所述 前補償單元在光路上位于投影單元之前，對投影單元的入射光進行光程補償； 所述后補償單元在光路上位于接受單元之后，對接受單元的出射光進行光程補 償。所述照明單元發(fā)出的測量光的波長范圍為630nm到980nm;所述投影單元 由投影前組鏡頭和投影后組鏡頭構成，且所述投影前組和后組鏡頭構成雙遠心 系統(tǒng)；所述掃描單元包含掃描反射鏡和控制器，所述控制器控制掃描反射鏡繞 該反射鏡的鏡面中心線旋轉；所述接受單元由接受前組鏡頭和接受后組鏡頭構 成，且所述接受前組和后組鏡頭構成雙遠心系統(tǒng)；所述前補償單元和所述后補 償單元包含多個在空間上按梯級分布排列的補償反射鏡，測量光經(jīng)過所述前補償單元補償后構成的掃描軌跡面與物體表面相對于所迷;t殳影單元為物象共輥關系，且滿足斜置場面成像條件，測量光經(jīng)過所述后補償單元補償后構成的掃描 軌跡面與物體表面滿足斜置場面成像條件，且該掃描軌跡面與所述探測成像單 元的光軸垂直；所述探測單元由探測成像單元和探測器構成，所述探測成像單 元為雙遠心光學系統(tǒng)，將經(jīng)過后補償單元的光信號成像到所述探測器上，所述 探測器為面陣CCD陣列或線陣CCD陣列或面陣PSD陣列?？蛇x的，所述照明單元由至少三個單色光源和耦合單元構成，所述耦合單 元將所述單色光源發(fā)出的光準直耦合；所述掃描單元包括掃描運動單元和掃描透鏡單元，所述掃描運動單元使照明光對物體表面進行二維掃描，所述掃描透 鏡單元實現(xiàn)掃描聚焦；所述單色光源為激光二極管或發(fā)光二極管。所述耦合單 元由與所述單色光源數(shù)量相同的準直鏡頭和合束棱鏡組成，所述準直鏡頭對相 應的單色光源準直，所述合束棱鏡將經(jīng)過準直鏡頭的多個單色準直光耦合成一 束準直光。所述每一合束棱鏡對相應的單色光源發(fā)出的光進行反射，而透射其他單色光源發(fā)出的光。所述掃描運動單元由兩個掃描軸互相垂直的掃描反射鏡和一個控制器構成；其中一個掃描反射鏡實現(xiàn)物體表面上的橫向掃描，另一個掃描反射鏡實現(xiàn) 物體表面上的縱向掃描；所述控制器控制所述兩個掃描反射鏡的掃描過程，以 實現(xiàn)單個光點對整個曝光場的掃描測量。實現(xiàn)縱向掃描的掃描反射鏡位于照明 單元的孔徑光闌處，其中心與掃描單元的孔徑光闌的中心重合；實現(xiàn)橫向掃描 的掃描反射鏡位于投影單元的孔徑光闌位置處，其中心與投影單元的孔徑光闌 的中心重合。所述掃描透鏡單元為像方遠心鏡頭，將準直光束聚焦到其焦平面 上，并保證在掃描運動單元掃描時，掃描光線的主光線與掃描透鏡單元的焦平 面垂直。所述前補償單元中每一個補償反射鏡的寬度大于入射光點的大小，所述后 補償單元的每個補償反射鏡的寬度大于橫向掃描寬度?？蛇x的，所述照明單元由一個寬帶光照明單元構成；所述掃描單元由掃描 運動單元和掃描透鏡單元構成，所述掃描運動單元使照明光對物體表面進行一 維掃描，所述掃描透鏡單元是柱面掃描透鏡組，用于聚焦掃描光束。所述寬帶 光照明單元由寬帶光源、照明鏡頭、柱面鏡構成；所述照明鏡頭將寬帶光源出 射的光成像到無窮遠，所述柱面鏡單方向壓縮從照明鏡頭出射的光束，壓縮方 向和掃描方向相同。所述寬帶光源為石英卣素光源。所述掃描運動單元由縱向掃描反射鏡和驅動器組成，經(jīng)過縱向掃描反射鏡 產(chǎn)生對物體表面作縱向掃描的掃描光束；所述柱面掃描透鏡組為像方遠心光學 系統(tǒng)，其光焦度所在方向與掃描方向相同，所述掃描光束在柱面掃描透鏡組的 像方焦面上形成的為一線光斑，所述線光斑與曝光場的橫向平行，長度與曝光 場的橫向相等。所述縱向掃描反射鏡位于所述柱面掃描透鏡組的物方焦點位置 處。所述前補償單元和后補償單元中的每一個補償反射鏡的寬度均大于等于曝 光場的橫向大小。本發(fā)明還提供了 一種物體位置測量方法，用于對一被測物體面進行掃描并 測量被測物體位置，其包括以下步驟1)產(chǎn)生照明光束，所述照明光束包含至少三種不同波長的照明光；2) 使所述照明光束在物體表面成像為一個光點，并使該光點位于物體表面 第一維方向上的初始位置；3) 使所述光點沿垂直于所述第一維方向的第二維方向掃描所述物體表面， 并獲取對應于該第二維方向掃描的探測點信息；4) 調(diào)整所述光點成像在物體表面第一維方向上的位置，并判斷該光點是否 已經(jīng)到達終點位置，若否，重復步驟3，否則，進入步驟5;5) 綜合上述探測點信息，確定物體位置。其中，步驟2至4具體包括初始化掃描反射鏡，鎖定橫向掃描反射鏡； 驅動縱向掃描反射鏡使掃描光點入射到前補償單元的第一個補償反射鏡的位置 后，鎖定縱向掃描反射鏡；驅動橫向掃描反射鏡，完成曝光場內(nèi)第一個縱向位 置橫向掃描后，鎖定橫向掃描反射鏡；驅動縱向掃描反射鏡使掃描光點入射到 前補償單元的第二個補償反射鏡的位置后，鎖定縱向掃描反射鏡；驅動橫向掃 描反射鏡，完成曝光場內(nèi)第二個縱向位置橫向掃描后，鎖定橫向掃描反射鏡； 重復以上過程，直到完成曝光場內(nèi)第n個縱向位置的橫向掃描；其中，n為前補 償單元的補償反射鏡個數(shù)。本發(fā)明還提供了另 一種物體位置測量方法，用于對一被測物體面進行掃描 并測量被測物體位置，其包括以下步驟1) 采用寬帶光源產(chǎn)生一照明光束；2) 使所述照明光束在物體表面成像為一條沿第一維方向的線光斑，并使該 線光斑位于物體表面垂直于該第一維方向的第二維方向的初始位置；3 )獲取對應于該沿第一維方向的線光斑的^:測點信息；4) 調(diào)整所述線光斑在物體表面第二維方向上的位置，并判斷是否已經(jīng)到達 終點位置，若否，重復步驟3，否則，進入步驟5;5) 綜合上述#:測點信息，確定物體位置。其中，步驟2至4具體包括初始化掃描反射鏡，使線光斑入射到前補償 單元第一個補償反射鏡的位置；完成曝光場內(nèi)對應于線光斑的第一個條形光斑 的掃描；驅動掃描反射鏡使線光斑入射到前補償單元第二個補償反射鏡的位置； 完成曝光場內(nèi)對應于線光斑的第二個條形光斑的掃描；重復以上過程，直到完 成曝光場內(nèi)第n個條形光斑的掃描；其中，n為前補償單元的補償反射鏡個數(shù)。本發(fā)明采用了掃描測量的思想，提出了全曝光場測量方案，所需照明結構 簡單，直接采用掃描組和一種光學補償結構來實現(xiàn)整個曝光場范圍內(nèi)全覆蓋的 掃描測量，使測量精度得到大幅度提高。


圖1是本發(fā)明第一實施例的物體位置測量裝置的測量原理圖；圖2是本發(fā)明第一實施例的照明單元及部分掃描單元結構示意圖；圖3a是本發(fā)明第一實施例的縱向掃描及補償原理圖；圖3b是本發(fā)明第一實施例的補償原理詳解圖；圖4是本發(fā)明第一實施例的補償單元結構圖；圖5是本發(fā)明第一實施例的橫向掃描示意圖；圖6是硅片面上掃描軌跡示意圖；圖7是本發(fā)明第二實施例的物體位置測量裝置的測量原理圖； 圖8是本發(fā)明第二實施例的照明單元及部分掃描單元結構示意圖； 圖9是本發(fā)明第二實施例的補償單元結構圖； 圖IO是本發(fā)明第二實施例的掃描示意圖； 圖ll是探測器結構圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的說明。 本發(fā)明第一實施例的物體位置測量裝置，應用于光刻設備的硅片位置測量， 所述裝置由照明單元，掃描單元，投影單元，接受單元和探測單元組成。照明 單元提供多波長準直光束，經(jīng)縱向(在硅片面上表現(xiàn)為z向)掃描反射鏡及掃 描鏡頭后聚焦到補償鏡組上，經(jīng)補償鏡組反射后經(jīng)過投影及橫向(在硅片面上 表現(xiàn)為x向)掃描反射鏡后投影到硅片上，由硅片面反射后經(jīng)接受鏡頭、補償 鏡組和探測單元成像在4冢測器上，經(jīng)處理后即可獲得所需測量信息。圖l是整個測量裝置測量原理示意圖，由投影物鏡l，硅片2，照明掃描單 元(LC) 3，掃描透鏡單元4，前補償單元5，投影前組鏡頭6,橫向掃描反射 鏡7，投影后組鏡頭8,接受前組鏡頭9，孔徑光闌10，接受后組鏡頭11，后補償單元12，探測成像透鏡13、 14,光電探測器15組成。其中，投影前組鏡 頭6和投影后組鏡頭8構成投影單元，接受前組鏡頭9和接受后組鏡頭11構成 接受單元，探測成像透鏡13和14構成探測成像單元。LC單元3提供的準直光束經(jīng)掃描透鏡單元4聚焦到前補償單元5上，經(jīng)前 補償單元5反射，并經(jīng)過投影前組鏡頭6后平行入射到橫向掃描反射鏡7上， 反射后經(jīng)投影后組鏡頭8聚焦到硅片面2上，經(jīng)硅片面2反射后再經(jīng)過接受單 元9和11、后補償單元12、探測成像單元13和14后成像到探測器15上。當 硅片離焦z后，在探測面上得到一個對應的變化量/,通過測量該變化量即得到 硅片的離焦量，關系如下其中^為投影光線的入射角，即投影物鏡1的光軸和投影后組鏡頭8的光軸之間 的夾角。A為接受單元9和11的光學放大倍率，A為探測成像單元13和14的 光學放大倍率。在上述結構中，投影單元，接受單元和探測成像單元都為雙遠心結構，保 證測量精度。其中橫向掃描鏡7置于投影前后組鏡頭6和8的焦闌位置處，以 構成遠心掃描系統(tǒng)。探測器15為面陣電荷耦合器件(CCD)或是線陣CCD或 是位置敏感探測器(PSD)陣列。如果是線陣CCD或PSD陣列，其布局如圖 11所示，可根據(jù)需求布置k個探測器15。本發(fā)明第一實施例的具體結構如下所述圖2為LC單元的結構示意圖，其包含了照明單元及掃描單元中縱向掃描部 分的結構。其中，照明單元由光源31、 32、 33，準直鏡頭311、 321、 331，合 束棱鏡312、 322、 332組成，縱向掃描反射鏡34和驅動器35屬于掃描單元。光源31、 32、 33為發(fā)光二極管(LED)或者激光二極管(LD)光源，波長 分別為XI、 M、人3,為了避開曝光波長和光刻膠的層間千涉效應對測量精度的 影響，因此光源設計波長選取在630nm 980nm。光源31、 32、 33發(fā)出的光分別 經(jīng)過準直鏡頭311、 321、 331準直后，分別平行入射到合束棱鏡312、 322、 332, 合束棱鏡332的分光面上l^射波長為？3的高反膜，合束棱鏡322的分光面上 !1^射波長U而透射的介質(zhì)膜，合束棱鏡312的分光面上鍍反射人l而透射 A2、入3的介質(zhì)膜，這樣經(jīng)過三個棱鏡后三種不同波長的準直光纟皮耦合成一束后入射到縱向掃描反射鏡34上，縱向掃描反射鏡在驅動器35的驅動下以^的角 速度運動。LC單元中的光源個數(shù)可以根據(jù)需要調(diào)整為多個，但要保證所增加光源的 波長在設計波長范圍內(nèi)。下面結合圖3a至圖6進一步分析其工作原理。圖3a為本發(fā)明第一實施例的縱向掃描及補償原理圖，耦合了人l、 >2、 M 的準直光束入射到縱向掃描反射鏡34上，經(jīng)過掃描透鏡單元4后聚焦到前補償 單元5上，再經(jīng)過投影單元成像到硅片面2上形成單個測量光點O。而此時橫 向掃描反射鏡7不工作，只起到反射鏡的作用，圖3a是把掃描反射鏡7等效光 路拉直后的示意圖。縱向掃描反射鏡34置于掃描透鏡單元4的物方焦點位置處，形成像方遠心 掃描結構，以便使其像方掃描主光線始終垂直于其像方焦平面。當縱向掃描反 射鏡34在驅動器35的驅動下繞過鏡面中心垂直于yz平面的軸以^作掃描運動 時，在硅片面2上的掃描光點就會沿z方向由A點掃到B。經(jīng)過后面的接受和 探測系統(tǒng)后即可得到掃描點的位置信息。為了補償一f圭片面AB與光軸的夾角，物方采用了前補償單元5對不同位置掃 描點的光程作補償，如圖3b所示，當掃描反射鏡34作掃描運動時，其所在的 掃描面為掃描透鏡組4的像方焦平面A"B"。前補償單元5是由空間上位于不同 位置的n個反射鏡組成的，其除了起補償作用的面(圖4中垂直于c向的面) 為反射面外，其他部分都吸收光線。向下的掃描光線經(jīng)掃描透鏡單元4后會聚 在A"點，經(jīng)過前補償單元5的后反射像為A，點；通過掃描透鏡單元4后的光點 O，的位置不變；向上的掃描光線經(jīng)掃描透鏡單元4后會聚在B"點，經(jīng)過前補償 單元5的后反射像為B，點。經(jīng)前補償單元5后所成的像點A，、 O'、 B，共線且與 投影前組鏡頭6的光軸成一定夾角，A，、B，經(jīng)過雙遠心投影系統(tǒng)后所成的像為A、 B， A，B，經(jīng)投影單元形成的像AB滿足沙伊姆弗勒(scheimpflug)條件(即斜置 場面成像條件傾斜的物成傾斜的像)，這樣就能避免硅片面2上的掃描點由于 像面的傾斜而擴"f^人而影響測量的狀況。為了獲取硅片面2上當前曝光場內(nèi)足夠多的信息，可才艮據(jù)需求設計相應的 縱向掃描點點數(shù)，而縱向掃描點的個數(shù)由前補償單元5所用反射鏡的個數(shù)而決定，因此可以由實際需求來設計前補償單元5的補償反射鏡個數(shù)n。每個補償反 射鏡的中心高度相同，每個補償反射鏡的寬度(c向視圖)只需要比s (光點的 大小)大即可滿足要求。n個掃描點經(jīng)過n個反射鏡補償后的鏡像也共線，投 影單元滿足scheimpflug成像條件。至此完成了曝光場內(nèi)縱向掃描的工作過程。而硅片面2上的橫向掃描過程如圖5所示，此時縱向掃描反射鏡34不工作， 只起到反射鏡的作用，此圖是把縱向掃描反射鏡34和前補償單元5等效拉直后 的示意圖。準直光束經(jīng)過縱向掃描反射鏡34反射后進入掃描透鏡單元4后聚焦 到其焦平面上，經(jīng)前補償單元5反射后通過投影前組鏡頭6入射到橫向掃描反 射鏡7上，再通過4殳影后組鏡頭8后成像到硅片面2上。橫向掃描反射鏡7在 驅動器35驅動下繞過該鏡面中心且垂直于投影光軸截面的軸以《2作掃描運動 時，在硅片面2上的掃描光點就會沿x向由C點掃到D點，由于橫向掃描反射 鏡7置于雙遠心投影單元的孔徑光闌位置處，硅片面2上的掃描點始終保持最 小，不會發(fā)生彌散。經(jīng)過后面的接受和探測系統(tǒng)后即可得到掃描點的位置信息。后補償單元12的補償原理和前補償單元5 —樣，其補償鏡的個數(shù)n也與前 補償單元5相同，其補償反射鏡的寬度要大于橫向掃描寬度CD。光線由硅片2反射后經(jīng)接受單元和后補償單元12補償后掃描點形成的平面 與探測成像單元13、 14的光軸垂直，這樣最終在探測面上測量點的主光線與探 測器15垂直(即主光線在探測器15上的入射角為零)，提高了探測器15的探 測效率。為了保證該裝置對曝光場進行有效的掃描測量，其工作流程如下 光源31~33打開后，驅動器35對縱向掃描反射鏡34和橫向掃描反射鏡7 進行初始化，然后驅動縱向掃描反射鏡34旋轉一定角度以使掃描光線進入前補 償單元5的第1個補償反射鏡，形成硅片面上的測量點A，如圖6所示，此時 驅動器35鎖定縱向掃描反射鏡34，驅動橫向掃描反射鏡7開始掃描，完成曝光 場x向掃描，掃描位置即圖6中線條l所示曝光場的橫向長度p,這樣在探測方 就會形成與探測器15對應的k個位置信息。然后驅動器35鎖定橫向掃描反射 鏡7，驅動縱向掃描反射鏡34進入第2個補償反射鏡后，鎖定縱向掃描反射鏡 34，驅動橫向掃描反射鏡7完成曝光場內(nèi)第2條線上的掃描，在探測方就會形成與探測器15對應的第2條線上的k個位置信息。重復以上過程，直到完成第 n個位置處的掃描，得到第n條線上的k個位置信息。則總測量點的個數(shù)為iVMc 個，得到曝光場內(nèi)橫縱向r^k個位置信息，從而提高了測量精度。 本發(fā)明的第二實施例如下所述如圖7為本發(fā)明第二實施例的原理示意圖，同時也描^^了光線壓縮的過程， 3，為照明掃描單元(LC，)， 4'為柱面掃描透鏡組，50為前補償單元，7'為投影單 元的孔徑光闌，其余結構與第一實施例相同。LC，單元3，出射光線a進入柱面掃描透鏡組4'，單方向壓縮后在柱面掃描透 鏡組4，的焦平面上形成一條形光束，經(jīng)過前補償單元50，并經(jīng)過投影單元6、 8 成像到硅片面2上，測量原理同第一實施例。圖8所示為本發(fā)明第二實施例的照明及掃描單元結構圖，其中，36為寬帶 光源，37為照明鏡頭，38和39為柱面鏡，36 39組成照明單元。34為掃描反 射鏡，35，為掃描反射鏡驅動器。光源36可以是石英卣素光源，輸出波長范圍為630nm 980nm，經(jīng)過照明4竟 頭37后，進入38和39的柱面鏡組構成柱面望遠鏡擴束系統(tǒng)，以便在z，方向壓 縮光束寬度而保持另一方向光束的寬度不變。這樣經(jīng)過該照明單元出來的光束 為長條形準直光束?！﹊設6和8構成投影單元的倍率為-l，則照明鏡頭37照明 視場直徑應為p,以便與曝光場的橫向長度相適應。掃描反射鏡34位于柱面掃 描透鏡組4'的物方焦面上，這樣經(jīng)過柱面掃描透鏡組4'后形成一個長條形的測 量光斑，前補償單元50的工作原理同第一實施例，不過每個補償反射鏡的寬度 (c，向視圖)相應的調(diào)整為p，以便對柱面掃描透鏡組4'焦面條形光斑進行光程 補償，如圖9所示。圖10為本發(fā)明第二實施例的掃描光路示意圖，圖中把掃描反射鏡34作了 等效光路的拉直處理。光源36出射的光經(jīng)照明鏡頭37后進入柱面鏡頭38、 39 的非壓縮方向，再經(jīng)過掃描反射鏡34和柱面掃描透鏡組4'進入前補償單元50。 結合第一實施例的描述，由圖10可知最終該光學系統(tǒng)在硅片面2上形成一條形 測量光斑C，D，，而第一實施例中為一個點光斑。由于第二實施例在硅片面2上形成的是一條橫向分布的條形光斑，其橫向 長度為曝光場的橫向大小p，因此只需要驅動掃描反射鏡34沿縱向掃描，即可實現(xiàn)整個曝光場的掃描測量。其掃描工作流程如下打開光源36，驅動器35，驅動掃描反射鏡34以一定的步距完成對前補償單 元50的第1到第n補償反射鏡的掃描，即可在硅片面2上曝光場內(nèi)形成如圖6 所示的l到n條掃描線，假設所用光電探測器15為線陣探測器，在可測量范圍 內(nèi)布置為k個，則測量點的個數(shù)為一k個，得到曝光場內(nèi)Wk個位置信息，由 于減少了橫向掃描過程，從而在保證測量精度的同時提高了測量速度。
權利要求
1、一種物體位置測量裝置，包括照明單元，投影單元，接受單元，探測單元，其中，照明單元產(chǎn)生測量光，探測單元根據(jù)經(jīng)被測物體面反射的測量光信號來確定被測物體的位置，其特征在于所述物體位置測量裝置還包括掃描單元，前補償單元和后補償單元；其中掃描單元控制測量光在被測物體面上沿一維方向或二維方向移動，以實現(xiàn)被測物體面的全場掃描；所述前補償單元在光路上位于投影單元之前，對投影單元的入射光進行光程補償；所述后補償單元在光路上位于接受單元之后，對接受單元的出射光進行光程補償。
2、 如權利要求1所述的物體位置測量裝置，其特征在于所述照明單元發(fā) 出的測量光的波長范圍為630nm到980nm。
3、 如權利要求1所述的物體位置測量裝置，其特征在于所述投影單元由 投影前組鏡頭和投影后組鏡頭構成，且所述投影前組和后組鏡頭構成雙遠心系 統(tǒng)。
4、 如權利要求1所述的物體位置測量裝置，其特征在于所述掃描單元包 含掃描反射鏡和控制器，所述控制器控制掃描反射鏡繞該反射鏡的鏡面中心線 旋轉。
5、 如權利要求l所述的物體位置測量裝置，其特征在于所述接受單元由 接受前組鏡頭和接受后組鏡頭構成，且所述接受前組和后組4竟頭構成雙遠心系 統(tǒng)。
6、 如權利要求1所述的物體位置測量裝置，其特征在于所述前補償單元 和所述后補償單元包含多個在空間上按梯級分布排列的補償反射鏡；測量光經(jīng) 過所述前補償單元補償后構成的掃描軌跡面與物體表面相對于所述投影單元為 物象共軛關系，且滿足斜置場面成像條件；測量光經(jīng)過所述后補償單元補償后 構成的掃描軌跡面與物體表面滿足斜置場面成像條件，且該掃描軌跡面與所述 探測成像單元的光軸垂直。
7、 如權利要求1所述的物體位置測量裝置，其特征在于所述探測單元由 探測成像單元和探測器構成。
8、 如權利要求7所述的物體位置測量裝置，其特征在于所述探測成像單元為雙遠心光學系統(tǒng)，將經(jīng)過后補償單元的光信號成^象到所述^:測器上。
9、 如權利要求7所述的物體位置測量裝置，其特征在于所述探測器為面 陣電荷耦合器件陣列或線陣電荷耦合器陣列或面陣位置敏感探測器陣列。
10、 如權利要求1~9中任一項所述的物體位置測量裝置，其特征在于所 述照明單元由至少三個單色光源和耦合單元構成，所述耦合單元將所述單色光 源發(fā)出的光準直耦合；所述掃描單元包括掃描運動單元和掃描透鏡單元，所述 掃描運動單元使照明光對物體表面進行二維掃描，所述掃描透鏡單元實現(xiàn)掃描 聚焦。
11、 如權利要求IO所述的物體位置測量裝置，其特征在于所述單色光源 為激光二極管或發(fā)光二極管。
12、 如權利要求IO所述的物體位置測量裝置，其特征在于所述耦合單元 由與所述單色光源數(shù)量相同的準直鏡頭和合束棱鏡組成，所述準直鏡頭對相應 的單色光源準直，所述合束棱鏡將經(jīng)過準直鏡頭的多個單色準直光耦合成一束 準直光。
13、 如權利要求12所述的物體位置測量裝置，其特征在于所述每一合束 棱鏡對相應的單色光源發(fā)出的光進行反射，而透射其他單色光源發(fā)出的光。
14、 如權利要求IO所述的物體位置測量裝置，其特征在于所述掃描運動 單元由兩個掃描軸互相垂直的掃描反射鏡和一個控制器構成；其中一個掃描反 射鏡實現(xiàn)物體表面上的橫向掃描，另 一個掃描反射鏡實現(xiàn)物體表面上的縱向掃 描；所述控制器控制所述兩個掃描反射鏡的掃描過程，以實現(xiàn)單個光點對整個 曝光場的掃描測量。
15、 如權利要求14所述的物體位置測量裝置，其特征在于實現(xiàn)縱向掃描 的掃描反射鏡位于照明單元的孔徑光闌處，其中心與掃描單元的孔徑光闌的中 心重合；實現(xiàn)橫向掃描的掃描反射鏡位于投影單元的孔徑光闌位置處，其中心 與投影單元的孔徑光闌的中心重合。
16、 如權利要求IO所述的物體位置測量裝置，其特征在于所述掃描透鏡 單元為像方遠心鏡頭，將準直光束聚焦到其焦平面上，并保證在掃描運動單元 掃描時，掃描光線的主光線與掃描透^^單元的焦平面垂直。
17、 如權利要求IO所述的物體位置測量裝置，其特征在于所述前補償單元和所述后補償單元包含多個在空間上按梯級分布排列的補償反射鏡，所述前 補償單元中每一個補償反射鏡的寬度大于入射光點的大小，所述后補償單元的 每個補償反射鏡的寬度大于橫向掃描寬度。
18. 如權利要求1~9中任一項所述的物體位置測量裝置，其特征在于所 述照明單元由一個寬帶光照明單元構成；所述掃描單元由掃描運動單元和掃描 透鏡單元構成，所述掃描運動單元使照明光對物體表面進行一維掃描，所述掃 描透鏡單元是柱面掃描透^:組，用于聚焦掃描光束。
19. 如權利要求18所述的物體位置測量裝置，其特征在于所述寬帶光照 明單元由寬帶光源、照明鏡頭、柱面鏡構成；所述照明鏡頭將寬帶光源出射的 光成像到無窮遠，所述柱面鏡單方向壓縮從照明鏡頭出射的光束，壓縮方向和 掃描方向相同。
20. 如權利要求19所述的物體位置測量裝置，其特征在于所述寬帶光源 為石英囟素光源。
21. 如權利要求18所述的物體位置測量裝置，其特征在于所述掃描運動 單元由縱向掃描反射鏡和驅動器組成，經(jīng)過縱向掃描反射鏡產(chǎn)生對物體表面作 縱向掃描的掃描光束；所述柱面掃描透鏡組為像方遠心光學系統(tǒng)，其光焦度所 在方向與掃描方向相同，所述掃描光束在柱面掃描透鏡組的像方焦面上形成的 為一線光斑，所述線光斑與曝光場的橫向平行，長度與曝光場的橫向相等。
22. 如權利要求21所述的物體位置測量裝置，其特征在于所述縱向掃描 反射鏡位于所述柱面掃描透鏡組的物方焦點位置處。
23. 如權利要求18所述的物體位置測量裝置，其特征在于所述前補償單 元和所述后補償單元包含多個在空間上按梯級分布排列的補償反射鏡，所述前 補償單元和后補償單元中的每一個補償反射鏡的寬度均大于等于曝光場的橫向 大小。
24. 一種物體位置測量方法，用于對一被測物體面進行掃描并測量被測物 體位置，其特征在于，包括以下步驟1) 產(chǎn)生照明光束，所述照明光束包含至少三種不同波長的照明光；2) 使所述照明光束在物體表面成像為一個光點，并使該光點位于物體表面 第一維方向上的初始位置；3) 使所述光點沿垂直于所述第一維方向的第二維方向掃描所述物體表面， 并獲取對應于該第二維方向掃描的探測點信息；4) 調(diào)整所述光點成像在物體表面第一維方向上的位置，并判斷該光點是否 已經(jīng)到達終點位置，若否，重復步驟3，否則，進入步驟5;5) 綜合上述纟罙測點信息，確定物體位置。
25 、如權利要求23所述的物體位置測量方法，其特征在于，步驟2至4具 體包括初始化掃描反射鏡，鎖定橫向掃描反射鏡；驅動縱向掃描反射鏡使掃描光點入射到前補償單元的第 一個補償反射鏡的 位置后，鎖定縱向掃描反射鏡；驅動橫向掃描反射鏡，完成曝光場內(nèi)第一個縱向位置橫向掃描后，鎖定橫 向掃描反射鏡；驅動縱向掃描反射鏡使掃描光點入射到前補償單元的第二個補償反射鏡的 位置后，鎖定縱向掃描反射鏡；驅動橫向掃描反射鏡，完成曝光場內(nèi)第二個縱向位置橫向掃描后，鎖定橫 向掃描反射鏡；重復以上過程，直到完成曝光場內(nèi)第n個縱向位置的橫向掃描； 其中，n為前補償單元的補償反射鏡個數(shù)。
26、 一種物體位置測量方法，用于對一被測物體面進行掃描并測量被測物 體位置，其特征在于，包括以下步驟1) 采用寬帶光源產(chǎn)生一照明光束；2) 使所述照明光束在物體表面成像為一條沿第一維方向的線光斑，并使該 線光斑位于物體表面垂直于該第一維方向的第二維方向的初始位置；3) 獲取對應于該沿第一維方向的線光斑的探測點信息；4) 調(diào)整所述線光斑在物體表面第二維方向上的位置，并判斷是否已經(jīng)到達 終點位置，若否，重復步驟3，否則，進入步驟5;5) 綜合上述探測點信息，確定物體位置。
27、 如權利要求25所述的物體位置測量方法，其特征在于，步驟2至4具 體包括初始化掃描反射鏡，使線光斑入射到前補償單元第一個補償反射鏡的位置; 完成曝光場內(nèi)對應于線光斑的第 一個條形光斑的掃描； 驅動掃描反射鏡使線光斑入射到前補償單元第二個補償反射鏡的位置； 完成曝光場內(nèi)對應于線光斑的第二個條形光斑的掃描； 重復以上過程，直到完成曝光場內(nèi)第n個條形光斑的掃描； 其中，n為前補償單元的補償反射鏡個數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明采用了直接掃描測量的思想，提出了全曝光場測量方案，所需照明結構簡單，直接采用掃描組和一種光學補償結構來實現(xiàn)整個曝光場范圍內(nèi)全覆蓋的掃描測量，大幅度提高了測量精度。簡要原理如下掃描組實現(xiàn)光點在硅片面曝光場上的全場掃描，光學補償結構確保曝光場上的掃描點成像清晰和最終的測量光斑垂直入射到探測器上，這樣通過探測就可以獲得曝光場上各處的位置信息。
文檔編號G03F7/20GK101403866SQ20081020289
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月18日 優(yōu)先權日2008年11月18日
發(fā)明者沖 張 申請人:上海微電子裝備有限公司