CN109426093A - 一种调焦调平检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种调焦调平检测装置，包括投影单元、探测单元和智能控制单元，所述投影单元发出入射光线入射到待测物表面形成区域测量标记，所述待测物将入射光线反射，形成携带有待测物表面信息的反射光线进入所述探测单元，所述智能控制单元对经过探测单元处理的反射光线进行再处理，得出所述待测物的位置信息。本发明所提供的调焦调平检测装置，区域测量标记可以覆盖待测物上一个区域，而不仅仅是单点，实现了区域测量，提高了效率，并且根据不同待测物可以采用不同大小的区域测量标记，从而提高了测量的准确性；并且采用智能控制单元，实现了实时测量。

Description

一种调焦调平检测装置
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种调焦调平检测装置。
背景技术
在现今的扫描投影光刻装置中，多使用光学测量法来实现对硅片的调焦调平测量，且多利用三角测量原理。常用的光学测量方法基本原理为，利用光学照明系统和投影系统，将光斑照射到工件表面，并利用成像和探测系统去探测工件反射的光斑。当工件表面高度和倾斜发生变化时，从工件表面反射的光斑的位置也发生变化，或者光斑探测信号规律发生变化，通过检测这种光斑位置的变化信息，或光斑探测信号规律信息，就可以确定工件表面高度或整体清晰度，典型案例见美国专利US4558949。
在三角测量方案中尤以线阵CCD(charged-coupled device)方式为常见，其利用反射光斑在CCD的成像位置来推算工件表面的高度信息。此方案在直接使用时，直接静态测量区域有限，可认为是点测量，为测量多个位置信息，通常需要动态扫描测量，耗时，或布置多套装置，增加使用成本，此外在某些硅片工艺条件下，如当光斑对应硅片区域范围内，由于工艺条件不同，反射率不一致的条件下，都会发生探测位置不准的情况。比如硅片表面上有器件图形，有的位置有金属层，而有的位置没有，反射率则不一样；再比如光斑位置覆盖切割道和器件区，也会有反射率不一样的情况。由于反射率不一致，在CCD上探测到光斑的轮廓发生变化，导致计算光斑中心位置结果发生偏差，或是无法测量。
另外受制光斑尺寸，线阵CCD在光刻机装调时或是在现场更换重定位时，都困难重重，需要对齐光斑，又要防止光斑有倾斜。
因此，亟需一种检测装置和方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种调焦调平检测装置，以解决现有的调焦调平检测装置具有测量区域有限，测量耗时、测量不准确等问题。
本发明提供一种调焦调平检测装置，包括投影单元、探测单元和智能控制单元，所述投影单元发出入射光线入射到待测物表面形成区域测量标记，所述待测物将入射光线反射，形成携带有待测物表面信息的反射光线进入所述探测单元，所述智能控制单元对经过探测单元处理的反射光线进行再处理，得出所述待测物的位置信息。
可选的，所述智能控制单元控制调焦调平检测装置工作在两种模式下，分别为静态测量模式和动态扫描模式。
可选的，所述投影单元包括光源、照明镜组、狭缝、投影镜组，所述光源发出的光线依次通过所述照明镜组、狭缝以及投影镜组后，入射到待测物表面形成所述区域测量标记。
可选的，所述区域测量标记为多组光斑。
可选的，所述多组光斑平行排列。
可选的，所述探测单元包括探测镜组、测量探测器，所述反射光线通过所述探测镜组进入所述测量探测器，所述测量探测器接收反射光线并模拟出区域测量标记的图像信息。
可选的，所述智能控制单元包括控制电路模块，所述控制电路模块发出控制信号并接收经过探测单元处理的反射光线。
可选的，所述控制电路模块包括主控制器、时序发生器和采集处理器，所述主控制器识别用户选择的是静态测量模式或者动态扫描模式，进而确定时序发生器发出的时钟信号，所述时钟信号发出给测量探测器后，所述测量探测器根据时钟信号进行静态测量或者动态扫描，模拟出光斑的图像信息，反馈给采集处理器，所述采集处理器一方面将信息反馈给主控制器，一方面将信息进行数据传输给到用户。
可选的，所述测量探测器为面阵相机，所述面阵相机包括线阵模式和面阵模式。
可选的，所述智能控制单元采用静态测量模式时，所述面阵相机采用面阵模式。
可选的，所述智能控制单元采用动态扫描模式时，所述面阵相机采用线阵模式。
可选的，每个所述光斑包含多个子光斑，所述子光斑是非等间距的。
可选的，所述待测物的信息包括表面高度和倾斜度，在所述区域测量标记上任取i个点，所述表面高度和倾斜度满足公式：AXi+BYi+C＝Z i，并且A＝-Ry，B＝Rx；
其中Xi为所取点的横坐标，Yi为所取点的纵坐标，A、B、C表示拟合系数，可根据上述公式算出Rx和Ry和Zi，其中Rx和Ry表示表面的倾斜度，Zi表示高度。
可选的，所述i个点不在一条直线上，i大于等于3。
本发明所提供的调焦调平检测装置，区域测量标记可以覆盖待测物上一个区域，而不仅仅是单点，实现了区域测量，提高了效率，并且根据不同待测物可以采用不同大小的区域测量标记，从而提高了测量的准确性；并且采用智能控制单元，实现了实时测量；
进一步的，区域测量标记为多组平行排列的光斑，每组光斑都具有子光斑，当某个光斑出问题无法反射时，可以通过其子光斑来计算高度和倾斜度；利用面阵相机两种模式的交替使用，提高检测的效率。
附图说明
图1是本发明所提出的调焦调平检测装置的示意图；
图2是智能控制单元的结构原理图；
图3是3组光斑投影在待测物表面的效果图；
图4是光斑投影在测量探测器上的静态测量效果图；
图5是光斑投影在测量探测器上待测物表面不平整时的静态测量效果图；
图6是光斑投影在测量探测器上动态扫描效果图；
图7是4组光斑在投影在待测物表面的效果图；
图8是面阵相机的工作流程图。
图中附图标记：1-掩膜；2-投影物镜；3-待测物；4-测量探测器；5-探测物镜；6-投影镜组；7-狭缝；8-照明镜组；9-光源；10-用户；11-控制电路模块；111-主控制器；112-时序发生器；113-采集处理器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种调焦调平检测装置及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
现有的调焦调平检测装置具有测量区域有限，测量耗时、测量不准确等问题，本发明的发明人经过长期的研究和实验，研究出了一种新型的调焦调平检测装置，解决了上述问题。
本发明的主要思想是，提供一种调焦调平检测装置，包括投影单元、探测单元和智能控制单元，所述投影单元发出入射光线入射到待测物表面形成区域测量标记，所述待测物将入射光线反射，形成携带有待测物表面信息的反射光线进入所述探测单元，所述智能控制单元对经过探测单元处理的反射光线进行再处理，得出所述待测物的位置信息。区域测量标记可以覆盖待测物上一个区域，而不仅仅是单点，实现了区域测量，提高了效率，并且根据不同待测物可以采用不同的区域测量标记数量，从而提高了测量的准确性；并且采用智能控制单元，实现了实时测量。
请参考图1和图2，所述调焦调平检测装置包括投影单元、探测单元和智能控制单元，所述投影单元包括光源9、照明镜组8、狭缝、7和投影镜组6，所述探测单元包括探测镜组5和测量探测器4，其中，掩膜1通过投影物镜2投影到待测物3表面，所述光源9发出的光线经过照明镜组8后进入狭缝7，然后再经过投影镜组6形成入射光线，入射光线以一定角度入射到待测物3表面上形成区域测量标记，所述区域测量标记覆盖待测物上的一个区域，入射光线经待测物3反射后形成反射光线经过探测镜组5后进入测量探测器4中，所述测量探测器4接受反射光线并模拟出区域测量标记的图像信息，所述智能控制单元对经过探测单元处理的反射光线进行再处理，得出待测物3的位置信息，所述信息包括待测物的高度和倾斜度等。所述智能控制单元包括控制电路模块11，所述控制电路模块11发出控制信号并接受所述探测单元处理的反射光线。所述智能控制单元控制调焦调平检测装置的工作模式，包括静态测量模式和动态扫描模式，由用户10选择采用何种工作模式。
所述控制电路模块11包括主控制器111、时序发生器112和采集处理器113，主控制器111识别用户10选择的模式，进而确定时序发生器112发出的时钟信号，所书时钟信号发出给区域测量探测器4后，所述测量探测器4根据时钟信号进行静态测量或者动态扫描，模拟出光斑的图像信息，反馈给采集处理器113，所述采集处理器113一方面将信息反馈给主控制器111，一方面将信息进行数据传输给到用户10。
所述区域测量标记优选的为多组平行排列的光斑，请参考图3，本实施例中光斑为三组为例，分别为第一组光斑H，第二组光斑J和第三组光斑K，所述三组光斑H、J、K平行排列。其中第一组光斑H含有3个子光斑、第二组光斑J含有3个子光斑，第三组光斑K含有3个子光斑，各子光斑之间的距离都是非等距的。
将所述三组光斑都投影到测量探测器上，在X方向上分为三个区域，在Y方向上也分为三个区域，其中X方向和Y方向垂直，X方向上第一组光斑H在测量探测器的第一区域H’，第二组光斑J在测量探测器的第二区域J’，第三组光斑K在测量探测器的第三区域K’，同样的，在Y方向上也分为三个区域N、M、S，N、M、S分别都具有三组光斑的一部分，在测量探测器处于静态测量模式时，一般情况下会形成如图4所示的效果。而当待测物表面不平整时，如M区域不平整时，其静态效果如图5所示。
当测量探测器处于动态测量模式时，利用ROI技术(Region ofinterest)，通过寻址的方式抽取N/M/S三个区域的图像，从而获取9个区域的光斑图像信息，三组光斑在测量探测器上的实际效果如图6所示。
在三组光斑中任选不在直线上的三点来计算得到待测物表面的位置信息和姿态信息Z，Rx，Ry，其中Z表示平面的高度值，Rx、Ry分别表示平面绕X轴和Y轴的旋转角度，即平面的倾斜度。将3个光斑的实际高度Zi和前述的水平位置(Xi，Yi)代入公式AXi+BYi+C＝Zi，进一步得到如下公式：
从而得到拟合系数A、B、C，并且求出Z1、Z2、Z3。同时又因为Rx＝B，Ry＝-A，从而求出平面的倾斜度。其中Xi，Yi分别表示三组光斑的X方向和Y方向的位置坐标，Zi表示三组光斑的所表示平面的实际高度值。
在实际应用的过程中，为了在曝光视场的范围内，能够测量更多的点和适应一些待测物的要求，可以增加光斑的数量，如图7所示，采用4组同规格的测量光斑，每组光斑内的子光斑数量不等。
可以理解的是，所述光斑数量还可以有着更多，本实施例仅示出了3组光斑的情况，本领域技术人员可以依据实际需要灵活增加光斑的数量。
本实施例中，测量探测器优选的为面阵相机，也可以是其他具有区域探测功能的器件。以下将以面阵相机为例，说明测量探测器的工作流程。
所述面阵相机有两种工作模式：面阵模式和线阵模式。在初始装调或更换相机时，通过面阵模式快速找到光斑位置，减少装调时间；在调焦调平扫描时，利用线阵模式来实现高速采集光斑信息。
如图8所示，用户选择采用静态测量模式或者动态扫描模式，当采用静态测量模式时，面阵相机切换至面阵模式测量待测物表面高度和倾斜度。
当采用动态扫描模式时，首先判断是否需要设置动态扫描参数，如果不需要，直接将面阵相机切换至线阵模式测量待测物表面高度和倾斜度；如果需要设置动态扫描参数，则面阵相机先获取整幅光斑图像，再判断动态扫描参数是否正确获取，如果获取不正确，则重新获取光斑图像，再判断动态扫描参数是否正确获取，重复这一步骤，直到动态扫描参数获取正确为止，如果正确获取，则将面阵相机切换到线阵模式测量待测物表面高度和倾斜度。
在面阵相机需要初步安装并更换时，整个检测装置处于测试模式，此时相机处于面阵模式，采用两组以上的光斑，形成上下投影，实现高速装配。并且也采用测试模式时的方式，让光斑彼此保持一定的间距，来测量不同曝光场下的待测物的垂向位置。当需要探测更大的视场，可以通过光学拼接的方式，实现多个面阵相机的拼接。
下表表示本发明所提供的调焦调平检测装置在不同分辨率情况下对应的帧率，可以看出，当分辨率为3*2048时，帧率可达到106KHz，对应的时间约为10μs，可以忽略不计，因此极大地提高了检测的效率，并且能够同时计算9个点的高度，在单位时间内，效率提高了9倍。
分辨率(长*宽〕 1280×1024 816×600 648×480 96×96 3×2048
帧频(帧每秒〕 500 1242 1862 25000 106000
综上所述，本发明所提供的调焦调平检测装置，区域测量标记可以覆盖待测物表面的一个区域，而不仅仅是单点，实现了区域测量，提高了效率，并且根据不同待测物采用不同大小的区域测量标记，提高了测量的准确性；并且采用智能控制单元，实现了实时测量；同时区域测量标记优选为多组平行排列的光斑，每组光斑都具有子光斑，当某个光斑出问题无法反射时，可以通过其子光斑来计算高度和倾斜度；利用面阵相机两种模式的交替使用，提高检测的效率。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (14)

1.一种调焦调平检测装置，其特征在于，包括投影单元、探测单元和智能控制单元，所述投影单元发出入射光线入射到待测物表面形成区域测量标记，所述待测物将入射光线反射，形成携带有待测物表面信息的反射光线进入所述探测单元，所述智能控制单元对经过探测单元处理的反射光线进行再处理，得出所述待测物的位置信息。
2.如权利要求1所述的调焦调平检测装置，其特征在于，所述智能控制单元控制调焦调平检测装置工作在两种模式下，分别为静态测量模式和动态扫描模式。
3.如权利要求1所述的调焦调平检测装置，其特征在于，所述投影单元包括光源、照明镜组、狭缝、投影镜组，所述光源发出的光线依次通过所述照明镜组、狭缝以及投影镜组后，入射到待测物表面形成所述区域测量标记。
4.如权利要求1或3所述的调焦调平检测装置，其特征在于，所述区域测量标记为多组光斑。
5.如权利要求4所述的调焦调平检测装置，其特征在于，所述多组光斑平行排列。
6.权利要求1所述的调焦调平检测装置，其特征在于，所述探测单元包括探测镜组、测量探测器，所述反射光线通过所述探测镜组进入所述测量探测器，所述测量探测器接收反射光线并模拟出区域测量标记的图像信息。
7.如权利要求2所述的调焦调平检测装置，其特征在于，所述智能控制单元包括控制电路模块，所述控制电路模块发出控制信号并接收经过探测单元处理的反射光线。
8.如权利要求7所述的调焦调平检测装置，其特征在于，所述控制电路模块包括主控制器、时序发生器和采集处理器，所述主控制器识别用户选择的是静态测量模式或者动态扫描模式，进而确定时序发生器发出的时钟信号，所述时钟信号发出给测量探测器后，所述测量探测器根据时钟信号进行静态测量或者动态扫描，模拟出光斑的图像信息，反馈给采集处理器，所述采集处理器一方面将信息反馈给主控制器，一方面将信息进行数据传输给到用户。
9.如权利要求6所述的调焦调平检测装置，其特征在于，所述测量探测器为面阵相机，所述面阵相机包括线阵模式和面阵模式。
10.如权利要求9所述的调焦调平检测装置，其特征在于，所述智能控制单元采用静态测量模式时，所述面阵相机采用面阵模式。
11.如权利要求9所述的调焦调平检测装置，其特征在于，所述智能控制单元采用动态扫描模式时，所述面阵相机采用线阵模式。
12.如权利要求4所述的调焦调平检测装置，其特征在于，每个所述光斑包含多个子光斑，所述子光斑是非等间距的。
13.如权利要求1所述的调焦调平检测装置，其特征在于，所述待测物的信息包括表面高度和倾斜度，在所述区域测量标记上任取i个点，所述表面高度和倾斜度满足公式：AXi+BYi+C＝Zi，并且A＝-Ry，B＝Rx；
其中Xi为所取点的横坐标，Yi为所取点的纵坐标，A、B、C表示拟合系数，可根据上述公式算出Rx和Ry和Zi，其中Rx和Ry表示表面的倾斜度，Zi表示高度。
14.如权利要求13所述的调焦调平检测装置，其特征在于，所述i个点不在一条直线上，i大于等于3。
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