CN104081153B - 确定衬底形状变化的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种设备和一种方法，用于确定衬底(16)的平行于它的衬底表面(16o)的形状变化，具有下列特征：‑至少一个检测装置(2)，用于检测在衬底表面(16o)上设置的结构(14、15、20)的图像，‑由至少两个光学装置(4、7、21)组成的光学系统，具有至少两条不同的用于在检测装置上成像结构(14、15、20)的光路(10、11、12、13、26、27)，其中通过所述设备可确定结构(14、15、20)的图像(14’、15’、20’)的距离(dx1、dy1、dx2、dy2、dxn、dyn)和/或所述距离(dx1、dy1、dx2、dy2、dxn、dyn)的变化。

Description

确定衬底形状变化的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定衬底平行于它的衬底表面的形状变化的设备以及对应的方法。
背景技术
通过半导体工业中始终持续进步的微型化，晶片彼此的定向不再仅是－特别鉴于越来越重要的未来的3D技术－具有意义，而且通过晶片的处理出现的形状变化，特别是平行于晶片表面的形状变化也具有意义。
首先在结合技术中人们希望通过持续不断变小的结构实现尽可能高的对准精度并从而实现尽可能高的结合精度。两个结构在彼此的结合处理前的精确的对准的问题已经通过不同的技术成功地解决。不过已经表明，在结合过程期间还可能发生彼此接触的结构的变形。此外结构可能由于其他的物理参数在已经执行结合处理之后彼此相对移动。通过该移动或者变形导致先前非常好的对准精度特别在已经执行了结合处理后重新的或者加强的偏差。当今的现有技术首先包括这样的测量设备，它们相对于固定定义的坐标系扫描两个表面，标记在这些表面上的结构的位置，并且在相应的结合过程之后重复测量，以便获得关于变形的结论。
在衬底处理前和后对衬底表面的单个的结构的测量花费非常大而与相应的成本联系。
发明内容
因此本发明的任务在于，提供一种用于确定衬底的平行于它的衬底表面的形状变化的设备和方法，通过所述设备和方法能够快速、高精度、可靠而且低成本地进行所述确定。
该任务通过如下所述的方案来解决。本发明的有利的扩展方案在下文中说明。在本发明的范围内还包括至少两种特征的全部组合。在说明的值范围的情况下应该也公开了位于所述边界内的值作为边界值并且可以以任意的组合要求保护。具体说，根据本发明的用于确定衬底的平行于其衬底表面的形状变化的设备，具有：至少一个检测装置，用于检测在衬底表面设置的结构的图像；由至少两个光学装置组成的光学系统，其具有至少两条不同的光路用于在检测装置上成像结构，其中通过所述设备能确定结构的图像的距离和/或所述距离的变化，也就是说通过重叠或者聚集光路，以及其中所述结构的许多沿衬底表面分布的检测对的距离能被检测并且能分配给各检测对地存储。所述设备可以优选地具有校准装置，用于对衬底表面或者对夹紧衬底的衬底夹紧器校准所述光学系统。光路中的至少一条可调整地构建。所述光路能彼此相对固定地构建。所述的设备可以具有抑制振动的和/或热绝缘的夹紧装置，用于夹紧和用于使光学装置一起相对衬底运动。所述检测装置可以具有唯一的照相机，使用所述照相机能够一起检测结构的图像。所述光路可以通过光学装置的偏转装置能如此对准，使得它们为成像结构在检测装置内汇合。所述光学装置可以至少在面对衬底表面的端面彼此相对地平行于衬底表面齐平地设置。根据本发明的用于确定衬底的平行于其衬底表面的形状变化的方法，其具有下列步骤：对准由至少两个光学装置组成的光学系统，其具有至少两条不同的光路用于在检测装置上成像位于衬底表面上的结构；使用检测装置检测结构的图像；处理衬底；使用检测装置检测结构的图像；通过重叠或者聚集光路确定图像的距离和/或所述距离在衬底处理前和后的变化；检测所述结构的许多沿衬底表面分布的检测对的距离；以及存储能分配给各检测对的距离。
这里本发明的基本思想是，特别使用机械-光学的测量系统借助根据本发明的光学系统(用于成像两个或者多个在衬底表面上分布的结构)和检测装置(用于检测成像的结构)确定衬底表面上的两个(或者多个)结构的彼此相对的移动(距离dxn/dyn)，所述结构位于光学系统的两个(或者多个)光学装置的两个不同的视野(field-of-view)内。因此本发明去掉了用于测量相对移动(距离dxn/dyn)的绝对的或者固定的参照系统，使得在为确定形状变化而重新测量的情况下再次确定两个(或者多个)要检测的结构之间的相对位置，以便能够确定两个(或者多个)结构特别通过加工衬底引起的相对的移动或者能够反推出衬底的形状变化。因此根据本发明的实施方式一般通过n个光学装置，在特殊情况下仅通过两个光学装置，拍摄n个或者两个不同的位置的表面。所述拍摄是所有n个或者两个图像的重叠。所述拍摄特别通过CCD检测器进行，类似照相机等。
作为根据本发明的结构特别可以想到检测标记，但是也可以想到压印的结构或其一部分。在压印的结构的情况下－特别在重复步骤方法(step-and-repeat-verfahren)中－可以想到各压印的压印结构的一部分或者各压印结构或者联合的多个压印结构。
所述光学系统或者光学装置(特别它的透镜)和要测量的衬底的表面之间的距离A取决于使用的透镜的特性。专业人员知晓，术语“working distance”下的距离指相应工作距离。根据本发明的实施方式具有微米范围内的工作距离。其他的尺寸同样是可以的。“depth-of-focus(DOF)(景深)”变化约为5-50μm。在20倍的放大级的情况下DOF的变化应该小于10μm，在10倍的放大级的情况下DOF的变化应该小于20μm，在5倍的放大级的情况下DOF的变化应该小于50μm。
在另外的过程中术语“实际距离”(距离B)和“虚拟距离”(距离dxn/dyn)。实际距离在本发明内理解为两个结构之间的真实的距离，正如其通过每个任意一种其他的测量方法所确定的那样。虚拟距离理解为在检测场(照相机空间)内两个结构之间的距离(dxn/dyn)。虚拟距离取决于两个(或者多个)光学装置彼此相对的X-Y位置，然而与光学装置对要测量的衬底(试样坐标系，见下述)的X-Y位置无关。因此根据本发明的检测场不强制由具有至少一个结构的结构场覆盖。结构场特别可以是在重复步骤方法中产生的压印结构。为每一个结构场可以提供多个检测场，反之亦然。
根据本发明的实施方式在大多数情况下为事前测量/事后测量应用。同样重要的是在单个的、特别同时的测量过程中为确定表面结构的相对距离使用根据本发明的光学系统，以便得到关于所述结构在该表面上的相对距离的统计的结论。由此人们在可能的结合过程前就已经得到关于所述结构之间的距离的统计的结论。第三可以想到在表面变形期间因此也就是说例如在结合过程期间的现场测量。
根据本发明存在多个值得一题的坐标系。涉及所述光学系统的光学系统坐标系、与要测量的衬底连接的或者对其或者衬底夹紧器固定的试样坐标系、和其内设置根据本发明的设备的实验室坐标系。
通过本发明的实施方式可以想到，计算由工具引起的位移(Tool-Induced-Shift，TIS)。专业人员知晓所述TIS。这里它涉及结构由于工具错误或者光学系统错误从理想的、期望的位置的偏离。例如一条或者多条光学轴线不必总是垂直于要测量的表面。为计算光学轴线关于衬底表面有多大的误差，根据本发明在0°的转动位置确定所述结构的X-Y位置。其后把整个系统转动180°并且重新确定该结构在该表面上的X-Y位置。所述TIS是两个任意的结构在0°和180°的情况下确定的X-Y位置的算术平均值。该TIS在理想的情况下每一设备仅需确定一次。实际上该TIS计算在更换每一个晶片(衬底)后执行。TIS值依赖于表面形貌。表面形貌越高，TIS越大。该依赖性和由此产生的技术问题对于专业人员同样知晓。
根据本发明的设备首先适用于，借助多个彼此刚性连接的光学装置无需借助固定的参照系确定晶片上两个(或者多个)远离的点之间的相对移动或者“虚拟距离”。如果在移动之外或者代替移动要确定在X方向和/或Y方向的实际距离B，则可以事先把光学系统与校准晶片校准。在校准晶片上作为结构存在多个标记，但是至少存在两个标记，它们彼此的距离以很高的精度已知。这样的晶片例如可以通过具有很高位置分辨率的方法例如电子射线写方法制造。
光学装置根据这两个标记对准并且在它们的位置固定。之后根据本发明的实施方式可以通过图像重叠精确测量位于相似距离的点。根据本发明重要的是，光学系统的光学装置在校准后和/或在同一衬底上的测量之间彼此不再相对移动。借助校准晶片根据本发明的实施方式可以用于确定试样支架和光学系统之间的转动误差。为此以确切知道的距离聚焦两个(在n重光学系统的情况下相应为n个)测量点。此时光学装置位置有利地围绕试样支架的转动轴线中心地或者彼此线性地。在n个光学装置的情况下每两个光学装置之间的角度为360/n度。在0度转动位置进行n结构的拍摄(检测)。之后把晶片转动360/n度。进行另一次拍摄。由此在最优的情况下产生n张照片。从该n张照片能够确定试样支架表面的倾斜位置。
再次明确表明，为确定变形通过事前/事后比较不需要校准根据本发明的光学系统。由此同样公开了两种方法的结合。
从公开的可能性根据本发明借助矢量计算和/或统计的方法能够在任意处理(特别是结合处理)前、期间或之后确定和/或计算关于衬底在衬底表面(也就是说特别在X方向和/或Y方向，优选衬底表面平面的X方向和/或Y方向)上的位置、变形和移动的所有需要的信息。
所有在结合处理前获得的数据能够，特别通过数据线和相应的频带向第二设备例如结合器传输。优选这样的传送在在线处理链中进行，在该在线处理链中具有不同任务的多个设备应顺序处理晶片系统。
在这种情况下形状变化特别可以是沿衬底表面发生的伸长和/或变形，其例如通过晶片的热处理，特别在从根据本发明的设备分开的装置上，引起。根据本发明涉及的形状变化小于1000nm，特别小于500nm，还更好小于200nm，优选小于100nm，更优选小于50nm。
所述方法优选，但是不限制仅，在尚未进行背面减薄处理的晶片的情况下使用。这种晶片具有统一规格的标准厚度。因此所述晶片例如适合作为衬底，特别具有小于1000μm、优选小于800μm、更优选小于725μm的厚度。晶片的典型的直径是200mm、300mm或者450mm。所述方法严格说与晶片厚度无关。但是通过根据本发明的光学系统主要在厚的尚未进行背面减薄处理的晶片上使用，能够把彼此结合不好的晶片在后来的重加工处理中彼此重新分开。彼此结合不好的晶片的该分开亦即“重加工”特别在后来发生的热处理步骤前有意义。在这样处理后在两个晶片之间多建立如此强的永久连接，使得它们不再能够用任何方法彼此分开。该方法不限于规定的晶片材料。因此可以使用由不同材料制成的所有类型的晶片。在半导体工业中主要使用由半导体材料制成的晶片。还可以想到陶瓷、金属或者塑料物质组成的材料，特别如：
Si、Ge、GeAs、InP、等…
Cu、Au、Ag、Ti、Cr、等…
聚合物
陶瓷
复合材料
作为根据本发明的结构，特别可以考虑所述对准标记、晶片上的电子零件、小方块、IC结构和边缘。在这种情况下这些结构优选不同地、更优选彼此互补地构造。
根据本发明的用于检测距离的检测装置能够检测和分配上述结构彼此相对的位置，特别在使各光学装置对相应的结构聚焦后。
根据本发明的光学装置的组成部分特别可以是棱镜、反射镜(偏转设备)和/或透镜。棱镜以有利的方式作为反射棱镜和/或偏振棱镜构造。所述透镜具有大于1的放大系数，特别大于2，优选大于5，更优选大于10，再更优选大于100，最优选大于1000。在这种情况下所述透镜这样构造，使得在各光学装置的透镜和各衬底或者各个要检测的结构之间能够实现尽可能小的距离。至于所述光路，根据本发明也可以指光路段。反射镜用于使光路偏转/对准。光学系统的上述组成部分的位置和/或定向可在光学系统内固定(也就是说关于光学系统坐标系)。
本发明的一个方面还在于，特别通过重叠或者聚集两个光学装置的光路而不强制测量结构之间的实际的距离，而是测量想象的或者通过光学装置投影的距离，因为根据本发明重要的仅是距离变化的精确测量。
根据本发明的有利的实施方式规定，所述设备具有校准装置，用于彼此相对校准第一和第二光学装置(或者多个光学装置)。因此本发明的设备可以在不同的衬底和结构距离上调整。
只要第一和/或第二光路(或者相应多条光路)可调整地构造，则根据本发明的设备就可以灵活地使用，特别为不同的衬底或者在衬底上具有不同结构的衬底类型。这里具有优点的是，当光路的调整通过各光学装置的透镜的调整、特别通过每一光学装置的唯一的透镜的调整进行时。在这种情况下优选提供6个自由度，平动的3个自由度和转动的3个自由度。
特别有利的是，当第一和第二光路可彼此相对固定构造时，因为那时特别在第一和第二结构的距离的两次测量之间不可能进行调整，使得在确定距离变化时给出最大可能的准确度。
根据本发明的另一个方面，在一种有利的实施方式中规定，提供特别抑制振动的和/或热绝缘的夹紧装置，用于相对于衬底夹紧第一和第二(或者另外的)光学装置并使其一起运动。以这种方式光学装置尽管彼此相对(亦即在光学系统坐标系内)进行固定但是仍然保持可移动。
此外有利地规定，检测装置具有唯一的、特别是数字式的照相机，使用该照相机能够特别共同地、优选同时地检测第一和第二光学装置上的第一和第二结构。检测装置获得为第一结构的位置和为第二结构的位置的数字的或者数字化的值并且从中确定这两个结构之间的距离，特别分别在X方向和在Y方向，亦即dx1和dy1。
只要第一和第二光路特别通过第一和/或第二光学装置的偏转装置能够如此定向，使得它们为通过检测装置检测距离而汇合，则在最大可能的分辨率的情况下尽管这两个结构之间有大的距离(也就是说大于每一单个光学装置的检测区)也能够进行第一和第二结构的同时检测。
根据本发明的另一种有利的实施方式规定，通过所述设备能够检测沿衬底表面分布的检测对(各具有第一和第二结构)的许多距离并且可以给各检测对分配。以这种方式不仅能够确定衬底上的单个的形状变化，而且能够确定形式为变化矢量的形状变化图，亦即为各衬底的预应力图和/或延伸图，它们能够用于衬底的继续处理。
根据本发明的实施方式的零件的材料对于热负荷尽可能不敏感。在特殊情况下它们具有几乎为零的热膨胀系数，在最好的情况下具有零的热膨胀系数。在这一方面值得一提InvarTM合金的使用。
根据本发明的光学系统的应用可能性是多种多样的。可以想到结合处理前和后表面结构的测量。在这种情况下把本发明的光学系统与光源结合，该光源的电磁辐射能够穿透要检测的晶片。通过在结合前和后对结构的测量，在最优的情况下两个结构的在结合过程期间亦即现场的测量，能够测量所述结构彼此的移动，亦即变形。为这种测量的理由在于由半导体工业一直推进和要求的对准精度。彼此要结合的结构越小，这种对准精度越重要。如果在这种结合过程之后确定变形过大，则可以把晶片彼此重新分开和重新使用。
按照一种有利的实施方式，在衬底表面和一个/多个光学装置之间，可引入一种特别是液体的流体，用于改变检测期间的折射指数。
在所有的光路中可以设置不同的滤光镜。在一种优选的实施方式中使用半影滤光镜和/或偏振滤光镜。此外可以为完全中断光路而装入滤光镜，以便通过顺序接通和关断单个的光路较容易地识别图像空间(或者检测装置内的重叠的图像)内的结构。可以想到对于专业人员公知的、满足合乎目的的特性的所有其他的滤光镜。
只要设备方面的特征实现或者说明方法特征，则显然这些特征在方法方面有效，反之亦然。
附图说明
本发明的其他的优点、特征和实施方式从下面的附图说明以及相关附图中产生。附图中：
图1a表示具有检测场的衬底的平面图，
图1b表示由两个检测场组成的、具有结构的检测对的细节视图，
图2a表示本发明的设备在检测第一结构的图像和第二结构的图像之间的第一距离时的示意横截面图，
图2b表示在本发明的第一实施方式中由检测装置检测的图像(具有按照图2a的图像)的一个示意的视图，用于评估和确定按照图2a的图像的距离，
图3a表示在一个处理步骤后本发明的设备在检测第一结构的图像和第二结构的图像之间的第二距离时的示意横截面图，
图3b表示由检测装置检测的图像(具有按照图3a的图像)的一个示意的视图，用于评估和确定按照图3a的图像的距离，
图4a表示本发明的具有三个光学装置的第二实施方式的一个示意的横截面图，
图4b表示由检测装置检测的图像(具有按照图4a的图像)的一个示意的视图，用于评估和确定按照图4a的图像的距离，
图5表示本发明的具有两个光学装置和滤波装置的第三实施方式的一个示意的横截面图，和
图6表示本发明的具有一个接一个连接的光学系统的第四实施方式的一个示意的透视图。
附图中相同或者相同作用的部件用相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1a表示具有许多检测场17的衬底16的衬底表面16o的平面图，其中两个检测场17构成检测对18。在这种情况下检测对18可以是两个(或者多个)任意的检测场17，然而优选是相邻的检测场17。在检测对18的每个检测场17上按照图1b分别提供至少一个结构14、15。在按照图1b的左边的检测场17上提供第一结构14并在右边提供第二结构15。第一结构14根据本发明和第二结构15不同地表示，特别是互补，由此能够实现简单地区分/识别结构14、15。但是结构14、15也可以具有相同的形状和/或大小，亦即是全等的。
在衬底16的衬底表面16o上具有一个或者多个结构14、15的检测场17或者检测对18分布的越多，越能够准确地确定沿或者平行于衬底表面16o的衬底的形状变化。
检测场17特别可以是切割片，其中该切割片的参考标记同时用作结构14、15。这里涉及那样的区域，其在后来的后端处理中通过切分工具彼此分开。
图中的示意表示不是按照比例的，以便能够简单地领会所述本发明的设备的组成部分的功能。从该理由出发，对于本发明的说明较少或者不相关的部件或者其功能已知的部件在图中未表示。于是例如未表示衬底夹紧器，因为这里可以动用已知的衬底夹紧器(卡盘)。此外未表示用于所述设备的框架或者外壳，因为这里也可以动用已知的框架，特别结合用于保持和定位具有用于夹紧并且相对于衬底16特别平行于衬底表面16o一起移动第一光学装置4和第二光学装置7的光学系统1的机器人臂。机器人臂特别可以属于夹紧装置3。
第一光学装置4装备透镜6和棱镜5，其中透镜6在方向上可以以端面4s几乎(距离A)到达第一结构14，由此包含第一结构14的检测场17至少部分地可由第一光学装置4的光路12在它的检测区19内检测(视野)。光路12通过特别作为会聚透镜构成的透镜6延伸，所述透镜6用于放大从衬底表面16o入射透镜6的不平行的光波并且使之平行化。
第一光学装置4通过所述设备的一个未表示的控制装置可在第一结构14上聚焦。
作为棱镜5和/或8特别考虑尤其至少部分地、还优选在它的倾斜面5s和/或8s上非结晶的玻璃棱镜。这允许在它的倾斜面5s、8s上至少部分地反射从光源产生的并且由结构14、15反射的光波。由此从结构15反射的光波(光路13)至少在倾斜面8s上向光路11偏转(通过至少部分反射)。光路11的光波在倾斜面5s上至少部分地朝向光路10偏转/反射。
光源可以位于检测装置2内，在本发明的实施方式中在要测量的衬底的旁边或者在下面。在第二种情况下，也就是说光从侧面入射，在第三种情况下要测量的衬底必须在光源的相应的波长范围内透明。
同时从结构14反射的光波(光路12)在倾斜面5s(反射面)上进入光路10内，其中进行尽可能小的偏转，优选不偏转。
因此第一光学装置4在检测装置2上构成包括结构14的视野，其中结构14可作为图像14’由检测装置2检测。
光源(未图示)可以作为反射光源、特别产生控制光的光源构成。另外可选的方案是，也可以提供通过衬底16传送的光源。该光源特别可以分配给照相机(检测装置2)。
给第二光学装置7类似第一光学装置4提供有棱镜8和透镜9，并且第二光学装置7的光路13可如此设置，使得第二结构15或者具有第二结构15的检测场17或者其中的检测区(视野)可被检测。
在第二光学装置7内提供的棱镜8使光路13向转向的光路11在第一光学装置的棱镜5的方向上偏转，在那里光路11与光路12聚集为公共的光路10并且碰撞形式为尤其具有高分辨率的图像传感器的数字照相机的检测装置2。检测装置2检测在图2b中表示的图像，该图像同时包括第一结构14的放大的图像14’和特别对应的、第二结构15的放大的图像15’。
图2a中的棱镜8也可以由反射镜代替，因为在那里表示的实施方式中不需要任何另外传送的光路。
第一光学装置4对于第一结构14的对准和第二光学装置7对于第二结构15的对准仅在那样的情况下需要，即结构14、15完全由各光学装置4、7检测(在检测区或者视野内)。该对准优选通过移动衬底16(或者夹紧衬底16的衬底夹紧器)进行，而光学装置4、7在对准期间固定。根据本发明可以想到，在光学装置4、7和衬底接收器之间分配不同方向(X、Y、Z和必要时旋转)的对准。可以不用为确定结构14、15的绝对位置而精确地把光学装置4、7对准结构14、15，由此产生本发明的重要的优点。
按照图2b的由检测装置2检测的、光学装置4和7的两个检测区的具有图像14’、15’的重叠的图像可如此评估，使得能够在X方向上确定第一结构14的图像14’到第二结构15的图像15’的距离dx1。同样可确定在对X方向正交延伸的Y方向(两者都平行于衬底表面16o)上的距离dy1。距离dx1和dy1通常不与衬底表面16o上的结构14、15的实际距离对应。
可选通过规定/确定光学参数特别是转向的光路11的长度L，能够通过事先校准第一和第二光学装置4、7彼此来计算结构14、15之间的实际距离B。该长度L优选三倍、更优选五倍、再优选十倍、再再优选十五倍大于视野区域的长度和/或宽度。
只要在Y方向不进行光路12、13的偏转并且把光路13精确平行地校准或者特别对准，则从通过透镜9可能发生的放大看距离dy1相应于结构14、15在Y方向的实际距离或者错位。但是这点因为距离dxn、dyn的相对确定根据本发明不是必要的，使得为在光学装置4、7的检测空间内具有这些结构并且能够(为检测)聚焦，根据本发明仅需粗略地进行光学装置4、7的对准。
为校准或者调整光学装置4、7，至少第二光学装置7可在X和Y方向行驶，由此光学装置4、7可如此彼此相对定位，使得结构14、15位于各光路12、13内并且可被检测。在这种情况下第二光学装置7相对于夹紧装置3运动，而第一光学装置4相对于夹紧装置3固定。第一光学装置4可以通过使夹紧装置3在X和Y方向行驶而运动，直到第一结构14由光路12检测并且位于第一光学装置4的检测区19内。接着使第二光学装置7如上述运动，直到第二结构15在光路13和对应的检测区19’(视野)内设置。
Z方向的运动通过夹紧装置3的运动进行，用于在检测结构14、15的情况下调整光学装置4、7对结构14、15的尽可能小的、特别是均匀的(端面4s与第二光学装置7的端面7s齐平地对准)距离。Z方向的操作用于调整焦点和/或工作距离。该领域的专业人员知晓该距离在英语的专业术语中为“workingdistance(工作距离)”。
光学装置4、7、检测装置2和夹紧装置3或者衬底夹紧器的操作通过未图示的驱动装置，通过控制装置控制地进行。
只要能够到达上述位置，第二光学装置7可相对于第一光学装置4固定。
给第一和第二光学装置4、7的透镜6、9优选提供六个自由度，以便能够实现光路12、13在棱镜5、8的方向上的聚焦和精确的调整/校准。
光路12、13优选彼此平行地和对衬底表面16o正交地延伸到棱镜5、8。光路12通过棱镜5方向不变化地过渡为光路10，而光路13经历在光路12的方向上的方向变化，其形式为通过棱镜8(或者反射镜)偏转的光路11。该偏转优选精确正交于光路13进行。
该偏转的光路11在光路12从棱镜5射出或者光路12向光路10过渡的区域内撞到棱镜5上，并且在那里如此偏转，使得光路11与光路12汇集成光路10，更确切说在检测装置2的方向上。光路10优选正交于光路11。
以这种方式结构14和结构15能够在检测装置2上汇集成重叠的图像并且被评估。该评估通过特别在检测装置2内集成的或者在与该检测装置逻辑连接的控制装置内进行。
以相应的方式能够沿衬底表面16o检测许多检测对18并且存储对应的第一和第二结构14、15对各检测对的各相对距离和它们在衬底表面16o上的位置。
接着衬底16可以执行一个或者多个处理步骤，这些步骤可能导致衬底16特别在X和Y方向上的形状变化。这里指伸长/变形。
在图3a和3b表示的方法步骤中相应于距离dx1和dy1的上述检测确定存储的检测对18的可能变化的距离dx2和dy2。在这种情况下不强制要求第一光学装置4或者第二光学装置7相对于第一结构14或者第二结构15准确再次相同地定位。仅考虑结构14、15在各检测区19、19’(视野)内可由光学装置4、7检测。此外重要的是，光学装置4、7彼此相对占据相同的位置并且光路12、13、11和10和在为检测距离dx1、dy1的按照图2a和2b的第一次检测时相同地延伸。
在检测距离dx2、dy2后可以计算在X方向(δx＝dx2－dx1)和在Y方向(δy＝dy2－dy1)各自的变化并且从计算的矢量能够反推出衬底16沿衬底表面16o的形状变化。由此通过确定在多个检测对18上的多个距离变化能够制定各衬底16的形状变化图或者伸长图和/或变形图。它可以为衬底16的继续处理，特别为对于其他衬底精确地定位和对准该衬底16使用。这样能够显著提高产量(yield)。
结构14、15优选位于光学装置4、7特别是透镜6、9的焦点内。根据本发明的设备可以用可见光、红外线或者紫外线以反射方式或者以透射方式驱动，仅由使用的衬底材料的反射或者透射特性限制。相应的与根据本发明的光学系统1一起使用的检测器和/或光源因此可以位于要测量的系统的相同的侧面上或者位于各相对的侧面上。在使用红外线的情况下它的波长优选大于1000nm，更优选大于1050nm，最优选大于1700nm，并且特别小于10μm。在一种特别的实施方式中光学系统可以是聚焦显微镜的一部分，特别是聚焦激光扫描显微镜的一部分。为专门的应用可以使用激光作为光源。
在检测结构14、15的情况下夹紧装置3或者光学装置4、7的从端面4s、7s到衬底表面16o的距离A优选小于结构14、15之间的实际距离B。此外距离A小于被偏转的光路11的长度L。
在按照图4a和4b的根据本发明的另一种实施方式中，其中光学系统1’包括多于两个(这里是三个)的光学装置4、7、21，能够在一个步骤中在检测装置2内同时检测结构14、14、20的多个通过光学系统1’产生的图像14’、15’、20’并且能够快速地确定它们的距离或者距离变化。
具有透镜23和具有用于向光路26偏转光路27的倾斜面22s的棱镜22(或者反射镜)的第三光学装置21的功能类似于上面对图3a、3b、4a、4b说明的第二光学装置7，其中光路26在其至少部分穿过棱镜8的倾斜面8s后至少部分与光路11一致。
因此在检测图像14’、15’和20’的检测装置2内产生图4b中表示的图像并且特别由控制装置由此确定图像14’、15’和20’之间的距离和/或距离变化。
在另一种未表示的实施方式中光学装置4的(在该情况下中心的)光路10优选通过光学系统的重心，其中所述光学系统的其他的光学装置优选围绕该中心的光学装置4对称设置。通过使用这样一种n重的光学系统那时总共能够同时分析n个位置。由此通过事前/事后拍摄也能够确定和计算关于试样支架关于所述光学系统的转动不准确性的修正。其后能够通过相应的修正措施实现光学系统和试样支架之间的相对转动，给该转动提供尽可能小的误差。还公开了这样的可能性，即特别在具有n重光学系统的系统中，单个加速每一个光学系统。
根据本发明的实施方式优选以数字方式存储重叠的图像，以便以数字方式分析和/或后处理它们(特别提高对比度)。由此同样公开了以数字方式存储的图像的应用、它们的评估、为通过相应的软件算法提高分辨率能力的准备。
在根据本发明的按照图5的另一种特别可以与上述实施方式结合的实施方式中，提供用于优化检测的滤光镜24、24’、25。它们能够作为半影滤光镜和/或偏振滤光镜构造。例如为对对应的结构14、15(和也许20)分配图像14’、15’(和也许20’)而使滤光镜24、24’、25驶入各光路10、11、12、13(和也许26、27)内。如果把滤光镜14驶入光路12内(或者使在其内激活)，则在检测装置2的图像内仅还能看见图像15。图像14’由滤光镜14“吞噬”并且仅当滤光镜24从光路12中驶出(或者解除激活)才能够重新看见。这点对于滤光镜24’或者25对于光路13或者11类似有效。
在特殊的实施方式中通过把多个光学系统1、1’、1”一个接一个连接能够把多个根据本发明的上述光学系统在新的实施方式中组合。在这种情况下两个下面的光学系统1、1’的重叠的光路10、10’变成为光学系统1”的各一条新的输出辐射12”、13”(图6)。光学系统1”类似光学系统1、1’构造，其中可以省去透镜(类似透镜6、9)。因此在所示实施方式中检测四个不同的、特别相邻的检测区17并且在检测装置上构成它们的结构14、15、20(和另一个，未表示)。该图像可类似上述实施方式－也许与按照图5的滤光镜结合－评估。
使用这种堆叠的“多重光学系统”能够同时检测多于两个的结构。
附图标记
1、1’、1” 光学系统
2 检测装置
3 夹紧装置
4 第一光学装置
5 棱镜
5s 倾斜面
5s 倾斜面
6 透镜
6s 倾斜面
7 第二光学装置
8 棱镜(或者反射镜)
8s 倾斜面
9 透镜
10、10’、10” 光路
11、11’、11” 光路
12、12’、12” 光路
13、13’、13” 光路
14 第一结构
15 第二结构
16 衬底
16o 衬底表面
17 检测场
18 检测对
19、19’ 检测区
20 另外的结构
21 另外的光学装置
22 棱镜(或者反射镜)
22s 倾斜面
23 透镜
24、24’ 滤光镜
25 滤光镜
26 光路
27 光路
dx1、dy1 第一距离
dx2、dy2 第二距离
A 距离
B 距离
D 直径
L 长度

Claims (9)

1.用于确定衬底（16）的平行于其衬底表面（16o）的形状变化的设备，具有下列特征：
至少一个检测装置（2），用于检测在衬底表面（16o）上设置的结构（14、15、20）的图像，
由至少两个光学装置（4、7、21）组成的光学系统，其具有至少两条不同的光路（10、11、12、13、26、27）用于在检测装置上成像结构（14、15、20），
其中通过在所述设备中重叠或者聚集光路（10、11、12、13、26、27）能确定结构（14、15、20）的图像（14’、15’、20’）的距离（dx1、dy1、dx2、dy2、dxn、dyn）和/或所述距离（dx1、dy1、dx2、dy2、dxn、dyn）的变化，以及
其中所述结构（14、15、20）的许多沿衬底表面（16o）分布的检测对（18）的距离能被检测并且能与各检测对（18）相对应地存储。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备具有校准装置，用于对衬底表面（16o）或者对夹紧衬底（16）的衬底夹紧器校准所述光学系统。
3.根据权利要求1所述的设备，其中光路（10、11、12、13、26、27）中的至少一条可调整地构建。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述光路（10、11、12、13、26、27）能彼此相对固定地构建。
5.根据上述权利要求1-4中的任一项所述的设备，其中具有抑制振动的和/或热绝缘的夹紧装置（3），用于夹紧和用于使光学装置（4、7、21）一起相对衬底（16）运动。
6.根据上述权利要求1-4中的任一项所述的设备，其中所述检测装置（2）具有唯一的照相机，使用所述照相机能够一起检测结构（14、15、20）的图像（14’、15’、20’）。
7.根据上述权利要求1-4中的任一项所述的设备，其中所述光路（10、11、12、13、26、27）通过光学装置（4、7、21）的偏转装置（5、8、22）能如此对准，使得它们为成像结构（14、15、20）在检测装置（2）内汇合。
8.根据上述权利要求1-4中的任一项所述的设备，其中所述光学装置（4、7、21）至少在面对衬底表面（16o）的端面（4s、7s、21s）彼此相对地平行于衬底表面（16o）齐平地设置。
9.用于确定衬底（16）的平行于其衬底表面（16o）的形状变化的方法，其具有下列步骤：
对准由至少两个光学装置（4、7、21）组成的光学系统，其具有至少两条不同的光路（10、11、12、13、26、27）用于在检测装置（2）上成像位于衬底表面（16o）上的结构（14、15、20），
使用检测装置（2）检测结构（14、15、20）的图像（14’、15’、20’），
处理衬底（16），
使用检测装置（2）检测结构（14、15、20）的图像（14’、15’、20’），
通过重叠或者聚集光路（10、11、12、13、26、27）确定图像（14’、15’、20’）的距离（dx1、dy1、dx2、dy2、dxn、dyn）和/或所述距离（dx1、dy1、dx2、dy2、dxn、dyn）在衬底处理前和后的变化，
检测所述结构（14、15、20）的许多沿衬底表面（16o）分布的检测对（18）的距离，以及
存储能分配给各检测对（18）的距离。
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