CN103091992B - 一种工件位置校正装置及其校正方法 - Google Patents

Abstract

一种工件位置校正装置及其校正方法，该装置包括线阵电荷耦合器件、探测镜组、投影镜组、狭缝、照明镜组和光源，光源发出光线，依次通过照明镜组和狭缝后被分为若干束光线后通过投影镜组倾斜入射到工件上经工件反射后，通过探测镜组后入射到线阵电荷耦合器件形成光斑像。该方法包括根据光斑像获得子光斑间的距离；计算获得对应的工件位置高度；获得多个光斑像对应的工件位置高度，拟合获得工件的平面位置信息和倾斜角度θ；根据拟合曲线、倾斜角获得校正后的子光斑间距离，重新计算工件位置高度，并拟合工件位置平面，作为校正后的工件位置。该装置及方法提高了调焦调平传感器在测量不同形貌的工件时的准确度和精确性，具有良好的适应性。

Description

一种工件位置校正装置及其校正方法

技术领域

本发明涉及位置测校领域，特别涉及光刻机工件位置的校正装置及其校正方法。

背景技术

曝光装置是将掩膜上的图样通过投影物镜投影到工件表面上的装置。在投影曝光设备中，工件的厚度偏差、面形起伏以及投影物镜焦平面位置的不准确性和不重复性等因素会造成工件相对于焦平面产生离焦或倾斜，若工件的离焦或倾斜使曝光视场内某些区域处于有效焦深之外，将严重影响测量精度。目前解决此问题，比较常用的是采用基于扫描反射镜的非接触式光电测量技术，其测量原理为曝光之前利用调焦调平传感器扫描工件上预先确定的曝光视场，利用测量结果拟合出硅片形貌，获得测量误差校正数据，用于硅片工件调焦调平过程中的数据校正，从而提高调焦调平的精度。然而该测量方法对被测对象表面反射率的局部不均匀性很敏感，调焦调平传感器FLS的复现性较差。

美国专利US5602400提供了一种表面位置检测方法，即在计算工件的表面位置时加入精确计算得到的曝光场的表面形貌，从而提高测量的精度，该方法能有效地校正位置误差和倾斜误差，但是工件表面的形貌精确计算较困难，且适应性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有工件位置校正技术依赖工件表面的形貌，计算困难且适应性差。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种工件位置校正装置，位于投影物镜和工件之间，掩膜的图样通过所述投影物镜投影到所述工件的上表面，其特征在于，

该校正装置包括线阵电荷耦合器件、探测镜组、投影镜组、狭缝、照明镜组和光源，

所述光源发出光线，依次通过所述照明镜组和所述狭缝后被分为若干束光线，所述若干束光线通过所述投影镜组后倾斜入射到所述工件上，形成入射光线，

所述入射光线经所述工件反射后，形成携带有掩膜图样信息的反射光线，所述反射光线通过所述探测镜组后，入射到所述线阵电荷耦合器件，形成光斑像。

优选的，所述光源为LED光源。

优选的，所述光源为卤素灯。

本发明还提供了一种利用上述工件位置校正装置的校正方法，包括以下步骤：

步骤1，根据所述光斑像，获得光斑像中子光斑间的距离D_CCD；

步骤2，根据所述子光斑间的距离D_CCD，计算获得该光斑像对应的工件位置高度；

步骤3，获得多个光斑像对应的工件位置高度，通过拟合获得所述工件的平面位置信息和倾斜角度θ；

步骤4，判断是否需要倾斜校正；若需要，执行步骤5；若不需要，则输出所述工件的平面位置信息和倾斜角度θ；

步骤5，根据子光斑间的距离D_CCD与倾斜角θ之间的拟合曲线、倾斜角度θ获得校正后的子光斑间距离D_CCD，返回步骤2，计算对应的工件位置高度，并拟合工件位置平面，作为校正后的工件位置。

进一步，所述子光斑间的距离D_CCD与所述倾斜角θ之间的拟合曲线通过以下步骤获得：

在不同倾斜角θ下倾斜工件，获取线阵电荷耦合器件上的光斑像；

根据所述光斑像，获得光斑像中子光斑间的距离D_CCD；

对不同倾斜角θ下的子光斑间的距离D_CCD进行三次拟合处理，获得子光斑间的距离D_CCD与倾斜角θ之间的关系式                                                ，其中，a、b、c、d为拟合所得到的参数。

进一步，根据所述光斑像，获得光斑像中子光斑间的距离D_CCD这一步骤包括子光斑边缘定位和中心定位。

进一步，在对子光斑边缘定位和中心定位之前，还包括对图像进行预处理。

优选的，在对图像进行预处理之前还包括将所述光斑像转化为像素点灰度值曲线。

优选的，根据所述像素点灰度值曲线进行子光斑边缘定位和中心定位。

优选的，通过所述子光斑边缘定位和中心定位，获得相邻子光斑的距离D₁和D₂，将其平均值作为子光斑间的距离D_CCD。

进一步，所述预处理为消图像背景和对图像进行平滑滤波。

其中，所述判断是否需要倾斜校正包括两个方面内容：一方面，是否需要对拟合的平面进行校正；另一方面，是否已经对平面进行校正。

较优地，所述倾斜角的取值范围为-30mrad< θ <30mrad，所述工件从-30mrad开始倾斜，并每增加1个mrad测量一次。

本发明工件位置校正装置及其校正方法的优点在于能有效校正曝光装置中高度测量结果，提高调焦调平传感器在测量不同形貌的工件时的准确度和精确性，避免了拟合工件表面的形貌，具有很好的适应性。 

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1为本发明工件位置校正装置的结构示意图；

图2为图1中线阵电荷耦合器件上所成图像灰度值图；

图3为线阵电荷耦合器件上光斑位置变化与工件离焦量的几何关系示意图；

图4为线阵电荷耦合器件上光斑位置变化与工件倾斜的几何关系示意图；

图5为光斑距离与工件倾斜角度函数关系拟合流程图；

图6为本发明工件位置校正方法流程图。 

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

参见图1所示，本发明工件位置校正装置包括线阵电荷耦合器件4（线阵CCD）、探测镜组5、投影镜组6、狭缝7、照明镜组8和光源9，所述光源9为LED光源或者卤素灯。掩膜1的图样通过投影物镜2投影到工件3的上表面，形成光斑，工件3位于工件台上。所述工件位置校正装置位于所述投影物镜2和所述工件3之间。所述线阵电荷耦合器件4（线阵CCD）和所述探测镜组5位于所述投影物镜2光轴的一侧，所述投影镜组6、所述狭缝7、所述照明镜组8和所述光源9位于所述投影物镜2光轴的另一侧。所述光源9发出的光线，依次通过照明镜组8和狭缝7后，被分为若干束光线，该若干束光线通过投影镜组6后以一定角度倾斜入射到工件3上，形成入射光线，该入射光线与投影物镜光轴的夹角为α。入射光线经工件3反射后，形成携带有掩膜图样信息的反射光线，反射光线通过探测镜组5后，入射到线阵CCD4，线阵CCD4对工件3上的光斑图像进行成像。在一个投影曝光设备中，通过多个上述光斑测量，能测量工件的不同部位，从而模拟出工件的位置信息，包括高度和倾斜。

参见图2所示，该图图示了一个光斑在线阵CCD所成像的灰度值，其中纵坐标为图像的灰度值，横坐标为线阵CCD上的像素点，从左到右为低像素点至高像素点，d₁、d₂、d₃分别为光斑中三个子光斑中心在CCD上的位置，D₁、D₂为中心子光斑d₂分别到边缘子光斑d₁、d₃的距离。光源所发出的光线在通过等间距的狭缝作用后，在工件（FLS中所使用的是玻璃基板）上投影的光斑为包含至少两个等间距的子光斑，在本实施例中，为了确保测量的准确性，选用三个子光斑，以方便图像处理。因此理论上来说在线阵CCD上的图像中，光斑间的距离值相等的，即D₁=D₂。但是在曝光设备的实际使用中，玻璃基板并不完全水平，导致了两个边缘子光斑相对与中心子光斑的距离并不相等。

参见图3所示，线阵CCD探测到的光斑的位置变化H与工件位置的关系可以通过图示几何关系得到，

                               (公式1)

公式1表征了基板离焦量Z与线阵CCD 探测到的光斑位置变化H的关系，其中α为投影光路的入射角，γ为探测镜头的放大倍数，其值为固定。

当玻璃基板发生倾斜时，如图4 所示，假设入射角仍为α，离焦量为Z，倾斜角为θ，设相邻投影光斑距离为L，则中心测量点即中心子光斑在探测器上的位置为：

      （公式2）

则CCD上两子光斑的距离为：

                      （公式3）

上式中探测镜头的放大倍数γ为已知量，倾斜角θ为变量，相邻投影子光斑距离为L则为未知量，需要通过CCD探测得到，因此式3无法表征线阵CCD上两子光斑的距离与倾斜角θ之间的关系。

参见图6所示，本发明工件（玻璃基板）位置校正方法包括以下步骤：

步骤1，对线阵CCD所采集的图像进行预处理，包括消图像背景和对图像进行平滑滤波两个步骤；

消图像背景是把采集的图像与CCD的背景图像相减，以消去CCD的背景噪声对图像的影响。而平滑滤波是消去图像本身的噪声，而保留图像的特性。该步骤是为了减小噪声和背景对采集图像的影响，减小测量误差。

步骤2，将采集到的图像转换成如图2所示的像素点灰度值曲线，根据该曲线分别得到子光斑的边缘位置信息；

步骤3，根据子光斑的边缘位置信息得到三个子光斑的中心位置信息，并计算出相邻两子光斑的距离D₁和D₂，对其取平均，得到子光斑间的距离D_CCD；

步骤4，根据子光斑间的距离D_CCD计算得到该光斑对应的基板高度；

计算公式为：                                （公式4）

其中为常数，其数值对应于不同的基板。

步骤5，得到多个光斑的基板高度后，拟合出该玻璃基板的平面位置信息，并得出该平面的倾斜角度θ；

每个光斑的高度可以是子光斑高度的平均值。

步骤6，判断是否需要倾斜校正，若需要校正，则根据平面的倾斜角度θ和子光斑间的距离D_CCD与倾斜角θ之间的拟合曲线，得到校正后的子光斑间的距离，返回步骤4，重新计算光斑对应的玻璃基板的高度，并拟合平面。若不需要校正，则将拟合得到的平面位置信息和该平面的倾斜角度θ作为结果进行输出，即输出平面位姿信息。判断过程包括两个方面：一方面，是否需要对拟合的平面进行校正；另一方面，是否已经对平面进行校正。若已校正，则不需要再校正；若没有，则需要校正，即每幅图像的处理过程中只需进行一次校正。

参见图5所示，上述光斑间距离D_CCD与倾斜角θ之间的拟合曲线通过以下步骤拟合得到：

步骤1，在不同倾斜角下倾斜工件，获取线阵CCD上的图像；

步骤2，将线阵CCD获取的离散的像素点，转换为对应像素点的灰度图像，以方便图像处理；

步骤3，通过图6所示的图像处理过程中的预处理、边缘提取和中心定位三个步骤，可以计算得到中心子光斑与边缘子光斑间的距离D₁和D₂，并对这两个距离取平均值，已该平均值作为D_CCD；

步骤4，把每个倾斜角度下的子光斑距离用离散点表示，纵坐标为两个子光斑间的距离D_CCD，横坐标为倾斜角θ，进行三次拟合处理，得到两子光斑间的距离D_CCD与倾斜角θ之间的关系式，即

          （公式5）

上式中的a、b、c、d为三次拟合所得到的参数。

为了更好的说明倾斜角的关系，优选的把步骤1中的倾斜角的范围设置为-30mrad< θ <30mrad，工件从-30mrad开始倾斜，并每增加1个mrad测量一次。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (10)

1. 一种使用工件位置校正装置的工件位置校正方法，所述工件位置校正装置位于投影物镜和工件之间，掩膜的图样通过所述投影物镜投影到所述工件的上表面，该校正装置包括线阵电荷耦合器件、探测镜组、投影镜组、狭缝、照明镜组和光源，所述光源发出光线，依次通过所述照明镜组和所述狭缝后被分为若干束光线，所述若干束光线通过所述投影镜组后倾斜入射到所述工件上，形成入射光线，所述入射光线经所述工件反射后，形成携带有掩膜图样信息的反射光线，所述反射光线通过所述探测镜组后，入射到所述线阵电荷耦合器件，形成光斑像；其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据所述光斑像，获得光斑像中子光斑间的距离D_CCD；

步骤2，根据所述子光斑间的距离D_CCD，计算获得该光斑像对应的工件位置高度；

步骤3，获得多个光斑像对应的工件位置高度，通过拟合获得所述工件的平面位置信息和倾斜角度θ；

步骤4，判断是否需要倾斜校正；若需要，执行步骤5；若不需要，则输出所述工件的平面位置信息和倾斜角度θ；

步骤5，根据子光斑间的距离D_CCD与倾斜角θ之间的拟合曲线、倾斜角度θ获得校正后的子光斑间距离D_CCD，返回步骤2，计算对应的工件位置高度，并拟合工件位置平面，作为校正后的工件位置。

2.根据权利要求1所述的工件位置校正方法，其特征在于，所述子光斑间的距离D_CCD与所述倾斜角θ之间的拟合曲线通过以下步骤获得：

在不同倾斜角θ下倾斜工件，获取线阵电荷耦合器件上的光斑像；

根据所述光斑像，获得光斑像中子光斑间的距离D_CCD；

对不同倾斜角θ下的子光斑间的距离D_CCD进行三次拟合处理，获得子光斑间的距离D_CCD与倾斜角θ之间的关系式                                               ，其中，a、b、c、d为拟合所得到的参数。

3.根据权利要求1或2所述的工件位置校正方法，其特征在于，根据所述光斑像，获得光斑像中子光斑间的距离D_CCD这一步骤包括子光斑边缘定位和中心定位。

4.根据权利要求3所述的工件位置校正方法，其特征在于，在所述子光斑边缘定位和中心定位之前，还包括对图像进行预处理。

5.根据权利要求4所述的工件位置校正方法，其特征在于，在所述对图像进行预处理之前还包括将所述光斑像转化为像素点灰度值曲线。

6.根据权利要求5所述的工件位置校正方法，其特征在于，根据所述像素点灰度值曲线进行子光斑边缘定位和中心定位。

7.根据权利要求4所述的工件位置校正方法，其特征在于，通过所述对图像进行预处理、子光斑边缘定位和中心定位，获得相邻子光斑的距离D₁和D₂，将其平均值作为子光斑间的距离D_CCD。

8.根据权利要求4所述的工件位置校正方法，其特征在于，所述预处理为消图像背景和对图像进行平滑滤波。

9.根据权利要求1所述的工件位置校正方法，其特征在于，所述判断是否需要倾斜校正包括两个方面内容：一方面，是否需要对拟合的平面进行校正；另一方面，是否已经对平面进行校正；

10.根据权利要求2所述的工件位置校正方法，其特征在于，所述倾斜角的取值范围为-30mrad< θ <30mrad，所述工件从-30mrad开始倾斜，并每增加1个mrad测量一次。