本發(fā)明涉及自動(dòng)對(duì)焦設(shè)備領(lǐng)域，特別是涉及用于自動(dòng)對(duì)焦傳感器的中繼系統(tǒng)、自動(dòng)對(duì)焦傳感器、自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)以及自動(dòng)對(duì)焦方法。

背景技術(shù)：

1、自動(dòng)對(duì)焦傳感器是一種廣泛使用在半導(dǎo)體晶圓自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備上的傳感器，傳感器以高頻率輸出離焦量（defocus?value），實(shí)時(shí)反映物鏡下方樣品離焦信息，并反饋給控制系統(tǒng)，用于調(diào)整樣品至物鏡最佳焦面，保證成像實(shí)時(shí)清晰。

2、理想情況下，傳感器輸出的離焦量（defocus?value）應(yīng)只和樣品的離焦距離相關(guān)，即傳感器輸出的離焦量（defocus?value）與樣品離焦距離關(guān)系（也稱為s-curve）在一個(gè)自動(dòng)對(duì)焦傳感器系統(tǒng)中是固定的。但是，實(shí)際應(yīng)用中，自動(dòng)對(duì)焦傳感器卻極易受對(duì)焦的樣品表面工藝的影響，例如樣品是晶圓，晶圓表面會(huì)有多個(gè)膜層，還會(huì)有圖案，圖案有的是反射率分布的明顯差異，如黑白臉，切割道，也有密集的陣列圖案，或者溝槽。這就導(dǎo)致defocusvalue數(shù)值對(duì)離焦距離的變化曲線（s-curve）相比預(yù)先標(biāo)定的曲線發(fā)生偏離，影響離焦距離計(jì)算，造成對(duì)焦不準(zhǔn)，產(chǎn)生傳感器的工藝適應(yīng)性問(wèn)題。因此，自動(dòng)對(duì)焦傳感器的s-curve穩(wěn)定至關(guān)重要。

3、傳感器defocus?value信號(hào)對(duì)離焦距離的變化曲線會(huì)有一段線性區(qū)域，該區(qū)域傳感器信號(hào)與離焦距離一一對(duì)應(yīng)，為線性區(qū)間，可以用斜率（slope）與偏置（offset）描述s-curve的特性。

4、自動(dòng)對(duì)焦傳感器通常采用光學(xué)三角測(cè)量原理，光線斜入射進(jìn)樣品表面，樣品高度變化將導(dǎo)致樣品表面的光斑產(chǎn)生位移，位移量隨離焦距離變化的靈敏度即為斜率，顯然斜率與光線入射角度直接相關(guān)。光線的入射角度在顯微應(yīng)用中則直接由物鏡瞳面的光斑分布決定，即斜率與自動(dòng)對(duì)焦傳感器的瞳面光斑分布決定，光斑質(zhì)心越靠近瞳面邊緣,光線入射角度（na）越大，系統(tǒng)越靈敏。

5、傳統(tǒng)的自動(dòng)對(duì)焦傳感器只注意控制發(fā)射光線以一個(gè)預(yù)設(shè)的傾斜角度照射樣品，返回光線一般默認(rèn)處理為經(jīng)過(guò)反射，對(duì)稱的角度返回物鏡，遵循反射定律。但實(shí)際上，當(dāng)光線返回物鏡時(shí)，光線的返回角度分布會(huì)受樣品表面圖形的影響，例如光柵、陣列圖形影響，反映在物鏡瞳面上就是光斑出現(xiàn)衍射級(jí)次，能量重新分布。由于這些級(jí)次相對(duì)物鏡的光軸是不對(duì)稱的，導(dǎo)致通過(guò)物鏡光瞳的返回光斑質(zhì)心變化，也就是接收到的返回光線的角度發(fā)生變化，從而?s-curve斜率較大幅度隨陣列圖案出現(xiàn)而波動(dòng)，偏離程度隨樣品表面陣列圖案周期，取向等參數(shù)波動(dòng)。故在自動(dòng)對(duì)焦傳感器中，控制接收到的返回光線角度，是影響傳感器工藝適應(yīng)性的重要因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，提供一種用于自動(dòng)對(duì)焦傳感器的中繼系統(tǒng)。該中繼系統(tǒng)有利于在樣品表面出現(xiàn)陣列圖案時(shí)，抑制返回光線角度變化，保持s-curve斜率穩(wěn)定。

2、一種用于自動(dòng)對(duì)焦傳感器的中繼系統(tǒng)，包括依次設(shè)置的第一中繼透鏡、中繼孔徑光闌和第二中繼透鏡，

3、第一中繼透鏡用于對(duì)光束進(jìn)行準(zhǔn)直,?中繼孔徑光闌位于第一中繼透鏡與第二中繼透鏡之間，中繼孔徑光闌用于對(duì)光束進(jìn)行，后的光束進(jìn)入第二中繼透鏡，第二中繼透鏡用于對(duì)光束進(jìn)行聚焦。

4、在上述基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的是，還包括探測(cè)器，所述探測(cè)器位于第二中繼透鏡的一側(cè)，所述探測(cè)器用于接收第二中繼透鏡聚焦后的光束。

5、一種自動(dòng)對(duì)焦傳感器，包括所述的用于自動(dòng)對(duì)焦傳感器的中繼系統(tǒng)，

6、還包括發(fā)射光路和返回光路，所述發(fā)射光路上設(shè)置有若干個(gè)光學(xué)元件，所述返回光路上設(shè)置有所述中繼系統(tǒng)以及探測(cè)器，所述探測(cè)器位于第二中繼透鏡的一側(cè)，所述探測(cè)器用于接收第二中繼透鏡聚焦后的光束。

7、在上述基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的是，所述發(fā)射光路上設(shè)置的若干光學(xué)元件包括依次設(shè)置的照明系統(tǒng)、視場(chǎng)光闌、分光棱鏡和管鏡，照明系統(tǒng)發(fā)射出的光束依次經(jīng)過(guò)視場(chǎng)光闌、分光棱鏡和管鏡，所述第一中繼透鏡位于分光棱鏡的一側(cè)。

8、在上述基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的是，所述照明系統(tǒng)包括依次設(shè)置的光源、第一透鏡、擋板和第二透鏡，所述第一透鏡用于對(duì)光源發(fā)射的光束進(jìn)行準(zhǔn)直，所述擋板用于對(duì)經(jīng)過(guò)第一透鏡的光束的一部分進(jìn)行遮擋，所述第二透鏡用于對(duì)光束進(jìn)行聚焦。

9、一種自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，包括所述的用于自動(dòng)對(duì)焦傳感器的中繼系統(tǒng)，

10、還包括發(fā)射光路和返回光路，所述發(fā)射光路上設(shè)置有若干個(gè)光學(xué)元件，發(fā)射光路上的光束經(jīng)過(guò)樣品反射后返回物鏡,所述返回光路上設(shè)置有所述中繼系統(tǒng)以及探測(cè)器，所述探測(cè)器位于第二中繼透鏡的一側(cè)，所述探測(cè)器用于接收第二中繼透鏡聚焦后的光束。

11、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述發(fā)射光路上設(shè)置的若干光學(xué)元件包括依次設(shè)置的照明系統(tǒng)、視場(chǎng)光闌、分光棱鏡和管鏡，照明系統(tǒng)發(fā)射出的光束依次經(jīng)過(guò)視場(chǎng)光闌、分光棱鏡和管鏡，所述第一中繼透鏡位于分光棱鏡的一側(cè)，所述管鏡射出的光束經(jīng)過(guò)反射后進(jìn)入物鏡，所述管鏡也用于接收由物鏡返回的光束。

12、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述照明系統(tǒng)包括依次設(shè)置的光源、第一透鏡、擋板和第二透鏡，所述第一透鏡用于對(duì)光源發(fā)射的光束進(jìn)行準(zhǔn)直，所述擋板用于對(duì)經(jīng)過(guò)第一透鏡的光束的一部分進(jìn)行遮擋，所述第二透鏡用于對(duì)光束進(jìn)行聚焦。

13、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述管鏡與物鏡之間設(shè)置有二向色鏡或分光棱鏡。

14、一種自動(dòng)對(duì)焦方法，采用所述的用于自動(dòng)對(duì)焦傳感器的中繼系統(tǒng),?通過(guò)中繼系統(tǒng)限制中繼瞳面光斑區(qū)域，抑制光斑質(zhì)心受樣品表面圖案，尤其是陣列圖案影響這一現(xiàn)象，從而控制返回光線的角度。

15、本申請(qǐng)的有益效果為：

16、1、由于光束經(jīng)過(guò)后才被探測(cè)器接收，這樣可以很大程度減弱樣品表面圖案對(duì)光束質(zhì)心的影響，即使樣品表面具有陣列圖形或其它類型的密集圖形，s-curve斜率也不會(huì)發(fā)生大幅度變化，本申請(qǐng)的中繼系統(tǒng)有利于保持s-curve斜率穩(wěn)定。

17、2、降低了樣品表面陣列圖形對(duì)自動(dòng)對(duì)焦傳感器信號(hào)的影響，同時(shí)具有實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)。

18、3、應(yīng)用本申請(qǐng)的中繼系統(tǒng)后，與沒(méi)有圖形的樣品對(duì)應(yīng)的s-curve斜率相比，有陣列圖形的樣品對(duì)應(yīng)的s-curve斜率的變化幅度在8%以內(nèi)。

19、4、本申請(qǐng)通過(guò)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了s-curve斜率穩(wěn)定，本申請(qǐng)的中繼系統(tǒng)適用于多種現(xiàn)有的自動(dòng)對(duì)焦傳感器。

技術(shù)特征：

1.一種用于自動(dòng)對(duì)焦傳感器的中繼系統(tǒng)，其特征在于，包括依次設(shè)置的第一中繼透鏡、中繼孔徑光闌和第二中繼透鏡，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于自動(dòng)對(duì)焦傳感器的中繼系統(tǒng)，其特征在于，還包括探測(cè)器，所述探測(cè)器位于第二中繼透鏡的一側(cè)，所述探測(cè)器用于接收第二中繼透鏡聚焦后的光束。

3.自動(dòng)對(duì)焦傳感器，其特征在于，包括權(quán)利要求1所述的用于自動(dòng)對(duì)焦傳感器的中繼系統(tǒng)，

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動(dòng)對(duì)焦傳感器，其特征在于，所述發(fā)射光路上設(shè)置的若干光學(xué)元件包括依次設(shè)置的照明系統(tǒng)、視場(chǎng)光闌、分光棱鏡和管鏡，照明系統(tǒng)發(fā)射出的光束依次經(jīng)過(guò)視場(chǎng)光闌、分光棱鏡和管鏡，所述第一中繼透鏡位于分光棱鏡的一側(cè)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動(dòng)對(duì)焦傳感器，其特征在于，所述照明系統(tǒng)包括依次設(shè)置的光源、第一透鏡、擋板和第二透鏡，所述第一透鏡用于對(duì)光源發(fā)射的光束進(jìn)行準(zhǔn)直，所述擋板用于對(duì)經(jīng)過(guò)第一透鏡的光束的一部分進(jìn)行遮擋，所述第二透鏡用于對(duì)光束進(jìn)行聚焦。

6.自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求1所述的用于自動(dòng)對(duì)焦傳感器的中繼系統(tǒng)，

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射光路上設(shè)置的若干光學(xué)元件包括依次設(shè)置的照明系統(tǒng)、視場(chǎng)光闌、分光棱鏡和管鏡，照明系統(tǒng)發(fā)射出的光束依次經(jīng)過(guò)視場(chǎng)光闌、分光棱鏡和管鏡，所述第一中繼透鏡位于分光棱鏡的一側(cè)，所述管鏡射出的光束經(jīng)過(guò)反射后進(jìn)入物鏡，所述管鏡也用于接收由物鏡返回的光束。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，其特征在于，所述照明系統(tǒng)包括依次設(shè)置的光源、第一透鏡、擋板和第二透鏡，所述第一透鏡用于對(duì)光源發(fā)射的光束進(jìn)行準(zhǔn)直，所述擋板用于對(duì)經(jīng)過(guò)第一透鏡的光束的一部分進(jìn)行遮擋，所述第二透鏡用于對(duì)光束進(jìn)行聚焦。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，其特征在于，所述管鏡與物鏡之間設(shè)置有二向色鏡或分光棱鏡。

10.自動(dòng)對(duì)焦方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1所述的用于自動(dòng)對(duì)焦傳感器的中繼系統(tǒng),通過(guò)中繼系統(tǒng)限制中繼瞳面光斑區(qū)域，抑制光斑質(zhì)心受樣品表面圖案，尤其是陣列圖案影響這一現(xiàn)象，從而控制返回光線的角度。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種用于自動(dòng)對(duì)焦傳感器的中繼系統(tǒng)、傳感器、系統(tǒng)以及方法。主要包括依次設(shè)置的第一中繼透鏡、中繼孔徑光闌和第二中繼透鏡，第一中繼透鏡用于對(duì)光束進(jìn)行準(zhǔn)直,中繼孔徑光闌位于第一中繼透鏡的后焦面或后焦面附近，中繼孔徑光闌相對(duì)光軸偏心且具有一定大小，用于限制中繼瞳面光斑區(qū)域，然后光束進(jìn)入第二中繼透鏡，第二中繼透鏡用于對(duì)光束進(jìn)行聚焦。由于返回光束角度被偏心的中繼孔徑光闌控制，再被探測(cè)器接收，這樣可以很大程度減弱樣品表面圖案對(duì)光束質(zhì)心的影響，即使樣品表面具有陣列圖形，S?Curve斜率也不會(huì)發(fā)生大幅度變化，本申請(qǐng)的中繼系統(tǒng)有利于保持S?Curve斜率穩(wěn)定。

技術(shù)研發(fā)人員：夏建培,曾旭,張位春,邢玲玲,何婕,崔楊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇集萃蘇科思科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19