一種基于相位檢測的工件高度測量方法
【專利摘要】一種基于相位檢測的工件高度測量方法，其特征在于，包括以下步驟：使用包括光電轉(zhuǎn)換器件、探測鏡組、投影鏡組、狹縫、照明鏡組和光源的測量裝置，從光源發(fā)出的光線依次通過照明鏡組和狹縫后被分為多束光線，該多束光線通過投影鏡組后以一定的角度斜入射到位于工件臺的工件上，形成多個投影光斑，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探測鏡組后，在光電轉(zhuǎn)換器件上形成多個光斑，并獲取多個光斑的圖像信號；對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，對標(biāo)定數(shù)據(jù)庫進行計算并求出離焦量H。
【專利說明】一種基于相位檢測的工件高度測量方法

【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中基于相位檢測的工件高度測 量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 投影光刻機是一種把掩模上的圖案通過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。美國專利 US4558949中記載了一種調(diào)焦調(diào)平檢測裝置，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)作周期性簡諧振動，對光信號進行調(diào)制， 以提高測量信號的信噪比；掃描反射鏡（106)的出射光經(jīng)探測狹縫（107)，入射到光電探測 器（108)上，光電探測器（108)再根據(jù)所接收到的光強大小輸出相應(yīng)的電壓信號。由于掃 描反射鏡（106)的調(diào)制作用，光電探測器（108)最終輸出的為周期性的動態(tài)電壓信號。最 后，通過對該動態(tài)電壓信號進行分析處理，實現(xiàn)硅片表面（104)離焦量的探測。
[0003] 然而，通常情況下，由于單個光斑中的光強分布并不均勻，將會使最終輸出的動態(tài) 電壓信號發(fā)生畸變，此時對硅片表面（104)離焦量的探測將會出現(xiàn)較大的誤差，進而導(dǎo)致 無法精確的計算出離焦量和傾斜量。圖2為有工藝（單光斑內(nèi)光強分布不均勻）與無工藝 (單光斑內(nèi)光強分布均勻）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)的光強分布不均勻?qū)﹄x焦量的探測影響很大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述問題，本發(fā)明提出了一種基于相位檢測的工件高度測量方法，其特 征在于，包括以下步驟：使用包括光電轉(zhuǎn)換器件、探測鏡組、投影鏡組、狹縫、照明鏡組和光 源的測量裝置，從光源發(fā)出的光線依次通過照明鏡組和狹縫后被分為多束光線，該多束光 線通過投影鏡組后以一定的角度斜入射到位于工件臺的工件上，形成多個投影光斑，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探測鏡組后，在光電轉(zhuǎn)換器件上形 成多個光斑，并獲取多個光斑的圖像信號；對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，對標(biāo)定數(shù)據(jù)庫進行計算并求出離焦量H。
[0005] 其中，提取所述頻率Fm包括以下步驟：在工件臺零位時，獲取此時光電轉(zhuǎn)換器件 中的圖像；計算相鄰子光斑之間的距離；根據(jù)相鄰子光斑之間的距離，計算理論的空間頻 率Fn;對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)庫的步驟：根據(jù)設(shè)計 值，將工件臺移動到負離焦極限位置；步進工件臺，用光電轉(zhuǎn)換器件采集圖像，對采集的圖 像做傅里葉變換，提取出頻率為Fm的相位值并記下此時工件臺的位置私；工件臺步進完 后，選取A和私之間的線性部分，保存為標(biāo)定數(shù)據(jù)庫，并確定實際測量范圍，即數(shù)據(jù)庫中私 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的計算為線性插值計算。
[0008] 本發(fā)明提出的工件高度探測方法，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。通過預(yù)先標(biāo)定好離焦量與相位的數(shù)據(jù)庫，在正式測量時，根 據(jù)實時測得的相位，對標(biāo)定好的數(shù)據(jù)庫進行線性插值計算，進而求出離焦量。通過相位探 測，避免了因被測物反射率分布不均勻?qū)е碌臏y量誤差，有效地提高離焦量測量的精確度， 具有良好的工藝適應(yīng)性，并且易于工程實現(xiàn)。且在其中使用的都是成熟的工程方法，易于在 不同的機型上實現(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。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進一步的了 解。
[0011] 圖1所示為美國專利US4558949中所記載的調(diào)焦調(diào)平檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2所示為利用圖1所示的裝置，對有、無工藝情況下，離焦量與探測量之間的關(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，CCD所采集的圖像的灰度值圖； 圖6所不為對圖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所示為實際測量的流程圖。

【具體實施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施例。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的工件高度測量方法所使用的測量裝置的結(jié)構(gòu)如圖3所示，該裝置包 括線陣CXDl、探測鏡組2、掩模臺3、反射鏡組4、工件臺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3上設(shè)置有具有掩模圖案的掩模，通過投影物鏡6將掩模3 上的圖案投影到設(shè)置于工件臺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，該若干束光線通過投影鏡組7后將以一定的角度傾斜入射到位于工件臺 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。反射光線通過反射鏡組4 后，通過探測鏡組2,射入線陣CXDl中。線陣CXDl能對工件上光斑圖像進行成像。
[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的測量方向，X軸為FLS的非測量方向。 一組測量光斑由三個子測量光斑（子光斑U、子光斑C和子光斑d)組成，其測量方向的寬度 為LP，非測量方向的長度為SP，子測量光斑的中心均位于Y軸上，相鄰子測量光斑的中心之 間的距離為DP。
[0017] 圖5所示為在工件臺零位時，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，從左到右依次為低像素點至高像素點，由圖上 可以看出相鄰子光斑之間距離DP=256個像素點，又由于一幅圖像的像素點個數(shù)為2048個， 則相鄰子光斑的理論空間頻率為Fn= 2048/DP=4HZ。
[0018] 圖6所示為在工件臺零位時，對此時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應(yīng)的Fm,此時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，可以通過幾 何關(guān)系表不為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于相位檢測的工件高度測量方法，其特征在于，包括以下步驟： 使用包括光電轉(zhuǎn)換器件、探測鏡組、投影鏡組、狹縫、照明鏡組和光源的測量裝置，從光 源發(fā)出的光線依次通過照明鏡組和狹縫后被分為多束光線，該多束光線通過投影鏡組后以 一定的角度斜入射到位于工件臺的工件上，形成多個投影光斑，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探測鏡組后，在光電轉(zhuǎn)換器件上形成多個光斑，并獲取多 個光斑的圖像信號； 對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，對標(biāo)定數(shù)據(jù)庫進行計算并求出離焦量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： 在工件臺零位時，獲取此時光電轉(zhuǎn)換器件中的圖像； 計算相鄰子光斑之間的距離； 根據(jù)相鄰子光斑之間的距離，計算理論的空間頻率Fn; 對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)庫的步驟： 根據(jù)設(shè)計值，將工件臺移動到負離焦極限位置； 步進工件臺，用光電轉(zhuǎn)換器件采集圖像，對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工件臺的位置私； 工件臺步進完后，選取A和私之間的線性部分，保存為標(biāo)定數(shù)據(jù)庫，并確定實際測量 范圍，即數(shù)據(jù)庫中私的上下限。
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的計算為線性插值計算。
【文檔編號】G03F7/20GK104516208SQ201310461256
【公開日】2015年4月15日 申請日期: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 申請人:上海微電子裝備有限公司