[发明专利]一种适用于投影光刻系统的检焦系统及检焦方法

权利要求书

1.一种适用于投影光刻系统的检焦系统，其特征在于：包括照明系统、对称成像系统，光栅调制系统，偏振调制系统，光弹调制系统(103)及光电探测器(119)；其中照明系统由照明小孔光源(101)、准直镜(102)、光弹调制器(103)和两个楔形镜(104、104’)组成，照明小孔光源(101)经过准直镜(102)准直后进入光弹调制器(103)，光弹调制器(103)位于准直镜(102)后的照明光路中，照明光经过光弹调制器(103)后被调制成高频50kHz的正弦信号；楔形镜(104)位于光弹调制器(103)后，使得物光栅标记(105)的主光线发生偏折，而在对称成像系统的像方有相同的另一个楔形镜(104’)，将前一个楔形镜(104)偏折后的主光线再次折射，使偏折的光线方向与光轴平行并垂直于探测器(119)；楔形镜(104)产生两个方向的照明光，分别为测量光路(106)和参考光路(107)，这两路光分别照明物光栅面上的测量光栅(401)和参考光栅(402)并被第一镜组(108)分别成像于被测面(113)和参考面(112)上，经过反射后进入第二镜组(114)再次成像，参考面(112)为投影物镜末端平面，被测面为投影光刻的光刻对象；第一镜组(108)和第二镜组(114)组成对称成像系统，两个成像透镜组对称于投影光刻物镜(111)光轴且均为双远心结构，对称成像系统倾斜或水平放置，同时放置两组两片反射镜(109、110、109’、110’)将成像光束反射到测量空间内，对称成像系统的光轴在测量空间是水平的，两组两片反射镜(109、110、109’、110’)的夹角正好为对称成像系统的倾斜角的二分之一；偏振调制系统由偏振片(115)、第一平行分束剪切片(116)和第二平行分束剪切片(118)组成，偏振片(110)透光轴与第一平行分束剪切片(116)的光轴成45°角，使得透过第一平行分束剪切片(116)的寻常光分量和非寻常光分量正好相等，并且所述45°角正好位于线性区；光栅调制系统由物光栅(105)和调制光栅(117)组成，物光栅(105)位于第一个楔形镜(104)后，调制光栅(117)放置于偏振调制系统中的第一个平行分束剪切片(106)之后并正好位于物光栅(105)经第二镜组成像后的像面上；第二平行分束剪切片将成像光束分成两束偏振方向相互垂直的光并在空间上完全分开，最后垂直入射到探测器(119)上。

2.根据权利要求1所述的适用于投影光刻系统的检焦系统，其特征在于：所述光弹调制系统(103)包括信号发生器，两片透光轴相互垂直的检偏器以及位于检偏器之间的光学晶体，位于光学晶体前的检偏器透光轴方向与光学晶体的光轴夹角为45°，信号发生器204将调制信号加于光学晶体上，使得光学晶体光产生的相位差从-π到π之间变化。

3.根据权利要求1所述的适用于投影光刻系统的检焦系统，其特征在于：所述两个楔形镜(104、104’)分别由两块棱镜胶合而成，使入射平行光向两侧折射，两块棱镜倾斜角根据成像系统主光线在被测面(112)和参考面(113)上的掠入射角计算。

4.根据权利要求1所述的适用于投影光刻系统的检焦系统，其特征在于：所述第一个平行分束剪切片(116)为双折射材料，是根据光栅标记的周期设计的，将入射光束的寻常光和非寻常光在垂直于光束传播方向上发生剪切，第一平行分束剪切片(116)的最大剪切量等于光栅周期的一半。

5.根据权利要求1所述的适用于投影光刻系统的检焦系统，其特征在于：所述第二个平行分束剪切片(118)由方解石晶体组成，这是因为方解石晶体寻常光和非寻常光具有很大的折射率差，便于获得较大的光束剪切量，其作用是将偏振方向相互正交的光栅像在空间上完全分离。

6.根据权利要求1所述的适用于投影光刻系统的检焦系统，其特征在于：所述参考面(112)和被测面(113)的位置正比于寻常光和非寻常光的光强差与光强和的比值。

7.根据权利要求1所述的适用于投影光刻系统的检焦系统，其特征在于：所述对称成像系统内包含两束成像光束，分别将物光栅标记成像到被测区域，并以掠入射照射在参考面和被测面上，从参考面反射后出射的光信号称为参考信号，从被测面反射后出射的信号称为被测信号，信号相互独立，参考面为标准平晶面，被测信号以参考信号作为参考可以消除参考面和被测面之间的任何扰动。