一種基于相位檢測(cè)的工件高度測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于相位檢測(cè)的工件高度測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟：使用包括光電轉(zhuǎn)換器件、探測(cè)鏡組、投影鏡組、狹縫、照明鏡組和光源的測(cè)量裝置，從光源發(fā)出的光線依次通過(guò)照明鏡組和狹縫后被分為多束光線，該多束光線通過(guò)投影鏡組后以一定的角度斜入射到位于工件臺(tái)的工件上，形成多個(gè)投影光斑，工件將光線反射后形成多束反射光線，該多束反射光線通過(guò)探測(cè)鏡組后，在光電轉(zhuǎn)換器件上形成多個(gè)光斑，并獲取多個(gè)光斑的圖像信號(hào)；對(duì)采集的圖像做傅里葉變換；提取出相位的頻率為Fm的相位值P；根據(jù)相位值P，對(duì)標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行計(jì)算并求出離焦量H。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于相位檢測(cè)的工件高度測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光刻領(lǐng)域，尤其涉及用于在投影光刻機(jī)中基于相位檢測(cè)的工件高度測(cè) 量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 投影光刻機(jī)是一種把掩模上的圖案通過(guò)物鏡投影到硅片面上的裝置。在投影 曝光設(shè)備中，必須有自動(dòng)調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)把硅片面精確帶入到指定的曝光位置。美國(guó)專(zhuān)利 US4558949中記載了一種調(diào)焦調(diào)平檢測(cè)裝置，其系統(tǒng)原理如圖1所示。其中，照明單元（101) 出射的光，經(jīng)投影狹縫（102)后由第一平面反射鏡（103)反射至硅片表面（104)，形成投影 光斑；硅片表面（104)將光反射至第二平面反射鏡（105);從第二平面反射鏡（105)出射的 光入射至掃描反射鏡（106)上；掃描反射鏡（106)作周期性簡(jiǎn)諧振動(dòng)，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制， 以提高測(cè)量信號(hào)的信噪比；掃描反射鏡（106)的出射光經(jīng)探測(cè)狹縫（107)，入射到光電探測(cè) 器（108)上，光電探測(cè)器（108)再根據(jù)所接收到的光強(qiáng)大小輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)。由于掃 描反射鏡（106)的調(diào)制作用，光電探測(cè)器（108)最終輸出的為周期性的動(dòng)態(tài)電壓信號(hào)。最 后，通過(guò)對(duì)該動(dòng)態(tài)電壓信號(hào)進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)硅片表面（104)離焦量的探測(cè)。
[0003] 然而，通常情況下，由于單個(gè)光斑中的光強(qiáng)分布并不均勻，將會(huì)使最終輸出的動(dòng)態(tài) 電壓信號(hào)發(fā)生畸變，此時(shí)對(duì)硅片表面（104)離焦量的探測(cè)將會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，進(jìn)而導(dǎo)致 無(wú)法精確的計(jì)算出離焦量和傾斜量。圖2為有工藝（單光斑內(nèi)光強(qiáng)分布不均勻）與無(wú)工藝 (單光斑內(nèi)光強(qiáng)分布均勻）的情況下，采用該技術(shù)方案，解調(diào)量與離焦量之間的關(guān)系圖，由 圖中可以明顯看出單光斑內(nèi)的光強(qiáng)分布不均勻?qū)﹄x焦量的探測(cè)影響很大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于相位檢測(cè)的工件高度測(cè)量方法，其特 征在于，包括以下步驟：使用包括光電轉(zhuǎn)換器件、探測(cè)鏡組、投影鏡組、狹縫、照明鏡組和光 源的測(cè)量裝置，從光源發(fā)出的光線依次通過(guò)照明鏡組和狹縫后被分為多束光線，該多束光 線通過(guò)投影鏡組后以一定的角度斜入射到位于工件臺(tái)的工件上，形成多個(gè)投影光斑，工件 將光線反射后形成多束反射光線，該多束反射光線通過(guò)探測(cè)鏡組后，在光電轉(zhuǎn)換器件上形 成多個(gè)光斑，并獲取多個(gè)光斑的圖像信號(hào)；對(duì)采集的圖像做傅里葉變換；提取出相位的頻 率為Fm的相位值P;根據(jù)相位值P，對(duì)標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行計(jì)算并求出離焦量H。
[0005] 其中，提取所述頻率Fm包括以下步驟：在工件臺(tái)零位時(shí)，獲取此時(shí)光電轉(zhuǎn)換器件 中的圖像；計(jì)算相鄰子光斑之間的距離；根據(jù)相鄰子光斑之間的距離，計(jì)算理論的空間頻 率Fn;對(duì)所獲取的圖像做傅里葉變換，提取出幅值與頻率之間的關(guān)系，然后在Fn附近尋找 幅值最大時(shí)的頻率Fm,頻率Fm即為所要提取的相位的頻率。
[0006] 其中，還包括標(biāo)定相位與離焦量之間的線性關(guān)系，并生成數(shù)據(jù)庫(kù)的步驟：根據(jù)設(shè)計(jì) 值，將工件臺(tái)移動(dòng)到負(fù)離焦極限位置；步進(jìn)工件臺(tái)，用光電轉(zhuǎn)換器件采集圖像，對(duì)采集的圖 像做傅里葉變換，提取出頻率為Fm的相位值并記下此時(shí)工件臺(tái)的位置私；工件臺(tái)步進(jìn)完 后，選取A和私之間的線性部分，保存為標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)，并確定實(shí)際測(cè)量范圍，即數(shù)據(jù)庫(kù)中私 的上下限。
[0007] 其中，所述光電轉(zhuǎn)換器件為線陣CCD。求得離焦量H的計(jì)算為線性插值計(jì)算。
[0008] 本發(fā)明提出的工件高度探測(cè)方法，主要利用了相鄰子光斑之間空間頻率成分的相 位，與離焦量之間的線性關(guān)系。通過(guò)預(yù)先標(biāo)定好離焦量與相位的數(shù)據(jù)庫(kù)，在正式測(cè)量時(shí)，根 據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)得的相位，對(duì)標(biāo)定好的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行線性插值計(jì)算，進(jìn)而求出離焦量。通過(guò)相位探 測(cè)，避免了因被測(cè)物反射率分布不均勻?qū)е碌臏y(cè)量誤差，有效地提高離焦量測(cè)量的精確度， 具有良好的工藝適應(yīng)性，并且易于工程實(shí)現(xiàn)。且在其中使用的都是成熟的工程方法，易于在 不同的機(jī)型上實(shí)現(xiàn)。
[0009] 特別注明，除了后步驟需要用到前步驟確定的結(jié)果外，各步驟間不分先后順序。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010] 關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過(guò)以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了 解。
[0011] 圖1所示為美國(guó)專(zhuān)利US4558949中所記載的調(diào)焦調(diào)平檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2所示為利用圖1所示的裝置，對(duì)有、無(wú)工藝情況下，離焦量與探測(cè)量之間的關(guān)系 圖； 圖3所示為本發(fā)明的方法中所利用的測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4所示為投影面上的光斑位置的示意圖； 圖5所示為工件零位時(shí)，CCD所采集的圖像的灰度值圖； 圖6所不為對(duì)圖4中的圖像做傅里葉變換后的，幅值-頻率關(guān)系圖； 圖7所示為線陣CCD上光斑位置變化與玻璃基板離焦量的幾何關(guān)系圖； 圖8所示為離焦量與頻率Fm的相位關(guān)系圖； 圖9所不為尋找空間頻率Fm的流程圖； 圖10所示為標(biāo)定相位與離焦量關(guān)系的流程圖。
[0012] 圖11所示為實(shí)際測(cè)量的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的工件高度測(cè)量方法所使用的測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)如圖3所示，該裝置包 括線陣CXDl、探測(cè)鏡組2、掩模臺(tái)3、反射鏡組4、工件臺(tái)5、投影物鏡6、投影鏡組7、狹縫8、 照明鏡組9和光源10。掩模臺(tái)3上設(shè)置有具有掩模圖案的掩模，通過(guò)投影物鏡6將掩模3 上的圖案投影到設(shè)置于工件臺(tái)5上的工件的上表面上，該工件可為硅片或玻璃基板。
[0015] 該裝置的工作原理為：從光源10發(fā)出的光線，依次通過(guò)照明鏡組9和狹縫8后，被 分為若干束光線，該若干束光線通過(guò)投影鏡組7后將以一定的角度傾斜入射到位于工件臺(tái) 5的工件上，形成投影光斑。工件將光線反射后，形成反射光線。反射光線通過(guò)反射鏡組4 后，通過(guò)探測(cè)鏡組2,射入線陣CXDl中。線陣CXDl能對(duì)工件上光斑圖像進(jìn)行成像。
[0016] 圖4所示為投影面上的光斑位置的示意圖，其中該投影面是與FLS(調(diào)焦調(diào)平系 統(tǒng))主光軸垂直的投影狹縫所處的平面，Y軸為FLS的測(cè)量方向，X軸為FLS的非測(cè)量方向。 一組測(cè)量光斑由三個(gè)子測(cè)量光斑（子光斑U、子光斑C和子光斑d)組成，其測(cè)量方向的寬度 為L(zhǎng)P，非測(cè)量方向的長(zhǎng)度為SP，子測(cè)量光斑的中心均位于Y軸上，相鄰子測(cè)量光斑的中心之 間的距離為DP。
[0017] 圖5所示為在工件臺(tái)零位時(shí)，光斑在線陣C⑶上所成像的灰度值，其中縱坐標(biāo)為圖 像的灰度值，橫坐標(biāo)為線陣CCD上的像素點(diǎn)，從左到右依次為低像素點(diǎn)至高像素點(diǎn)，由圖上 可以看出相鄰子光斑之間距離DP=256個(gè)像素點(diǎn)，又由于一幅圖像的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)為2048個(gè)， 則相鄰子光斑的理論空間頻率為Fn= 2048/DP=4HZ。
[0018] 圖6所示為在工件臺(tái)零位時(shí)，對(duì)此時(shí)CXD所獲取的圖像做傅里葉變換，其中縱坐標(biāo) 為能量值，橫坐標(biāo)為空間頻率，在Fn附近尋找能量最大值對(duì)應(yīng)的Fm,此時(shí)Fm=Fn=4HZ。
[0019] 圖7所示為線陣C⑶中光斑位置的變化Hccd與工件位置之間的關(guān)系，可以通過(guò)幾 何關(guān)系表不為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于相位檢測(cè)的工件高度測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟： 使用包括光電轉(zhuǎn)換器件、探測(cè)鏡組、投影鏡組、狹縫、照明鏡組和光源的測(cè)量裝置，從光 源發(fā)出的光線依次通過(guò)照明鏡組和狹縫后被分為多束光線，該多束光線通過(guò)投影鏡組后以 一定的角度斜入射到位于工件臺(tái)的工件上，形成多個(gè)投影光斑，工件將光線反射后形成多 束反射光線，該多束反射光線通過(guò)探測(cè)鏡組后，在光電轉(zhuǎn)換器件上形成多個(gè)光斑，并獲取多 個(gè)光斑的圖像信號(hào)； 對(duì)采集的圖像做傅里葉變換； 提取出相位的頻率為Fm的相位值P; 根據(jù)相位值P，對(duì)標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行計(jì)算并求出離焦量H。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中，提取所述頻率Fm包括以下步驟： 在工件臺(tái)零位時(shí)，獲取此時(shí)光電轉(zhuǎn)換器件中的圖像； 計(jì)算相鄰子光斑之間的距離； 根據(jù)相鄰子光斑之間的距離，計(jì)算理論的空間頻率Fn; 對(duì)所獲取的圖像做傅里葉變換，提取出幅值與頻率之間的關(guān)系，然后在Fn附近尋找幅 值最大時(shí)的頻率Fm，頻率Fm即為所要提取的相位的頻率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，還包括標(biāo)定相位與離焦量之間的線性關(guān)系， 并生成數(shù)據(jù)庫(kù)的步驟： 根據(jù)設(shè)計(jì)值，將工件臺(tái)移動(dòng)到負(fù)離焦極限位置； 步進(jìn)工件臺(tái)，用光電轉(zhuǎn)換器件采集圖像，對(duì)采集的圖像做傅里葉變換，提取出頻率為Fm的相位值并記下此時(shí)工件臺(tái)的位置私； 工件臺(tái)步進(jìn)完后，選取A和私之間的線性部分，保存為標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)，并確定實(shí)際測(cè)量 范圍，即數(shù)據(jù)庫(kù)中私的上下限。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述光電轉(zhuǎn)換器件為線陣CCD。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，求得離焦量H的計(jì)算為線性插值計(jì)算。
【文檔編號(hào)】G03F7/20GK104516208SQ201310461256
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月8日
【發(fā)明者】莊亞政, 陳飛彪 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司