專利名稱：投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻機(jī)中投影物鏡調(diào)整，特別涉及光刻機(jī)中投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置及方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體封裝、液晶顯示元件等微型器件制造工藝中的，光刻機(jī)是經(jīng)常用到的，因此光刻機(jī)中鏡頭的自動(dòng)調(diào)焦也顯得尤為重要。專利CN101498831A提出了一種光學(xué)成像系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)焦方法，通過(guò)移動(dòng)載物臺(tái)到一個(gè)位置，利用圖像傳感器獲取當(dāng)前位置的清晰度值，再移動(dòng)到下一個(gè)位置，尋找最大的清晰度值，直到前后兩個(gè)最大清晰度的絕對(duì)差值小于預(yù)先設(shè)定的清晰度閾值，該最大清晰度值對(duì)應(yīng)的載物臺(tái)位置即為最佳焦面位置；而實(shí)際上，雖然總的趨勢(shì)是離焦平面越近，清晰度值越大，但是由于環(huán)境(溫度，濕度)，光源，圖像傳感器的隨機(jī)噪聲影響及鏡頭的非線性，即使同一個(gè)焦平面位置的清晰度值也會(huì)在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生明顯波動(dòng)，這造成相鄰焦面位置很難獲得穩(wěn)定的清晰度值，這樣也就很難說(shuō)明相鄰焦面位置哪一個(gè)位置更好，所以采用該方法獲得的最佳焦面位置具有隨意性，是不可靠的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中投影物鏡的最佳焦面位置具有隨意性、不可靠性的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置，與光刻機(jī)配合使用以確定所述投影物鏡的最佳焦面，所述投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置包括基準(zhǔn)版，安裝在所述光刻機(jī)的工件臺(tái)上；光電探測(cè)裝置，安裝在所述工件臺(tái)中，位于所述基準(zhǔn)版正下方、且與水平面成一定夾角；光照射在所述光刻機(jī)中掩模版上的測(cè)量標(biāo)記陣列上時(shí)，所述測(cè)量標(biāo)記陣列通過(guò)所述投影物鏡在所述基準(zhǔn)版上成像，所述光電探測(cè)裝置探測(cè)到所述基準(zhǔn)版上的像。進(jìn)一步的，所述投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置中，所述光電探測(cè)裝置包括相互連接的鏡頭和圖像傳感器。進(jìn)一步的，所述投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置中，所述圖像傳感器為電子耦合器件或互補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體。進(jìn)一步的，所述投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置中，所述測(cè)量標(biāo)記陣列為光柵。進(jìn)一步的，所述投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置中，所述標(biāo)記陣列中子標(biāo)記間的距離大于等于lum。進(jìn)一步的，所述投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置中，所述夾角的范圍為小于等于 arccos(a/c)且大于等于arcsin(d/c)，其中，a為標(biāo)記陣列的橫向?qū)挾?，d為所述投影物鏡的景深，c為所述光電探測(cè)裝置水平放置時(shí)的視場(chǎng)寬度。進(jìn)一步的，所述投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置中，所述基準(zhǔn)版的材質(zhì)為硅片、玻璃或石英。利用上述的影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置檢測(cè)投影物鏡最佳焦面的方法，包括以下步驟a:將掩模版上的測(cè)量標(biāo)記陣列移入視場(chǎng)，使所述光電探測(cè)裝置探測(cè)到所述基準(zhǔn)版上的像；b 計(jì)算測(cè)量標(biāo)記陣列中每一個(gè)子標(biāo)記的中軸位置和清晰度值；C:根據(jù)視場(chǎng)中每一個(gè)子標(biāo)記的中軸位置和清晰度，利用最小二乘法擬合中軸位置和清晰度的關(guān)系曲線；d:計(jì)算所述關(guān)系曲線的拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的中軸位置與所述測(cè)量標(biāo)記陣列的視場(chǎng)的中軸位置的差值；e 當(dāng)所述差值的絕對(duì)值小于T/tan θ時(shí)，拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的中軸位置對(duì)應(yīng)的焦面為最佳焦面，其中，T為投影物鏡焦深測(cè)量誤差閾值，θ為所述光電探測(cè)裝置與水平面的夾角。進(jìn)一步的，檢測(cè)投影物鏡最佳焦面的方法中，當(dāng)所述差值的絕對(duì)值大于等于T/ tan θ時(shí)，將所述工件臺(tái)在豎直方向上移動(dòng)距離l*tane，循環(huán)步驟a至d直至所述差值的絕對(duì)值小于T/tan θ，其中，1為所述差值的絕對(duì)值。進(jìn)一步的，檢測(cè)投影物鏡最佳焦面的方法中，計(jì)算測(cè)量標(biāo)記陣列中每一個(gè)子標(biāo)記的中軸位置和清晰度值，是利用二維梯度算子進(jìn)行計(jì)算的。進(jìn)一步的，檢測(cè)投影物鏡最佳焦面的方法中，所述二維梯度算子是Roberts算子、 Prewitt算子或Sobel算子。所述投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置，通過(guò)移動(dòng)工件臺(tái)，而所述投影物鏡處于靜止?fàn)顟B(tài)，就可以完成測(cè)量所述投影物鏡最佳焦面的目的。所述投影物鏡最佳焦面檢測(cè)方法，采用最小二乘法的數(shù)據(jù)處理方式對(duì)環(huán)境和光電傳感器的噪聲、及鏡頭的非線性具有一定的容忍性，抑制噪聲對(duì)最佳焦面搜索的影響，對(duì)最佳焦面位置的檢測(cè)效率更高，得出的投影物鏡最佳焦面位置更為穩(wěn)定、可靠。


圖1為本實(shí)施例中投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置與光刻機(jī)配合使用的示意圖；圖2所示為本實(shí)施例中檢測(cè)投影物鏡最佳焦面的方法的流程圖；圖3為本實(shí)施例的測(cè)量標(biāo)記陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的核心思想為在光刻機(jī)上安裝投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置，具體的，在工件臺(tái)上安裝基準(zhǔn)版，來(lái)接收掩模版上的標(biāo)記陣列經(jīng)過(guò)投影物鏡后所成的像，在所述基準(zhǔn)版正下方的所述工件臺(tái)中安裝光電探測(cè)器，來(lái)獲取基準(zhǔn)版上的像；從而可以通過(guò)調(diào)整所述工件臺(tái)在豎直方向的位置，來(lái)對(duì)所述投影物鏡的位置進(jìn)行補(bǔ)償，直到得到所述投影物鏡的最佳焦面位置。實(shí)施例1圖1為本實(shí)施例中投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置與光刻機(jī)配合使用的示意圖。參照 1所示，本實(shí)施例中，投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置，與光刻機(jī)配合使用以確定所述投影物鏡5的最佳焦面，所述投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置包括基準(zhǔn)版8，安裝在所述光刻機(jī)的工件臺(tái)7上；在本實(shí)施例中，光電探測(cè)裝置由鏡頭 10和圖像傳感器9相互連接構(gòu)成，所述光電探測(cè)裝置安裝在所述工件臺(tái)中，位于所述基準(zhǔn)版正下方、且與水平面成一定夾角；光源1發(fā)出的光照射在所述光刻機(jī)中掩模版3上的測(cè)量標(biāo)記陣列4上時(shí)，所述測(cè)量標(biāo)記陣列4通過(guò)所述投影物鏡5在所述基準(zhǔn)版8上成像，所述光電探測(cè)裝置探測(cè)到所述基準(zhǔn)版上的像，具體的在本實(shí)施例中，圖像傳感器9通過(guò)鏡頭10探測(cè)所述基準(zhǔn)版8上的像。本實(shí)施例中的所述投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置，通過(guò)移動(dòng)工件臺(tái)，而所述投影物鏡處于靜止?fàn)顟B(tài)，就可以完成測(cè)量所述投影物鏡最佳焦面的目的?？蛇x的，在所述投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置中，所述圖像傳感器9可以為電子耦合器件(CCD)或互補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體(CM0Q或其它光電傳感器件。其中，在所述投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置中，所述測(cè)量標(biāo)記陣列可以為組成陣列的多個(gè)十字標(biāo)記，也可以為成陣列分布的光柵。優(yōu)選的，所述光柵中的子標(biāo)記間的距離相等且所述子標(biāo)記的寬度相同?？蛇x的，在所述投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置中，所述標(biāo)記陣列中子標(biāo)記間的距離大于等于lum。在所述投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置中，所述光電探測(cè)裝置與水平面所成的夾角， 由所述測(cè)量標(biāo)記陣列4的寬度和所述光電探測(cè)裝置的視場(chǎng)共同確定，所述標(biāo)記陣列的橫向?qū)挾葹閍，所述光電探測(cè)裝置水平放置時(shí)的視場(chǎng)寬度為c，則所述光電探測(cè)裝置與水平面所成的夾角的最大值為θ max = arccos (a/c)若所述投影物鏡5的景深為d，則所述光電探測(cè)裝置與水平面所成的夾角的最小值為θ min = arcsin(d/c)例如，測(cè)量標(biāo)記陣列4的寬度為250um，圖像傳感器9和鏡頭10構(gòu)成的視場(chǎng)的寬度為500um，投影物鏡的焦深為30um，圖像電傳感器9和鏡頭10組成的光電探測(cè)裝置與水平面所成的夾角的最大值為30度，所述光電探測(cè)裝置與水平面所成的夾角的最小值為3. 44度。也就是說(shuō)，所述光電探測(cè)裝置與水平面所成的夾角的范圍為小于等于 arccos (a/c)且大于等于arcsin (d/c)，在本實(shí)施例中，所述夾角的范圍為3. 44度至30度。在保證覆蓋所述投影物鏡焦深的前提下，覆蓋整個(gè)測(cè)量標(biāo)記陣列，那么圖像傳感器9和鏡頭10實(shí)際安裝的傾斜角度(即所述光電探測(cè)裝置與水平面所成的夾角)θ為θ = arccos (c ‘ /c)c'為圖像傳感器9和鏡頭10傾斜安裝時(shí)測(cè)得的視場(chǎng)寬度?？蛇x的，在所述投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置中，所述基準(zhǔn)版的厚度與工件臺(tái)上晶圓的厚度相同。可選的，在所述投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置中，所述基準(zhǔn)版8的材質(zhì)為硅片、玻璃或石英，以能夠接收到所述測(cè)量標(biāo)記陣列4的像為標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例2
圖2所示為本實(shí)施例中投影物鏡最佳焦面檢測(cè)方法的流程圖。參照?qǐng)D2和圖1所示，所述投影物鏡最佳焦面檢測(cè)方法，包括以下步驟a 將掩模版上的測(cè)量標(biāo)記陣列移入視場(chǎng)，使所述光電探測(cè)裝置探測(cè)到所述基準(zhǔn)版上的像；具體的，將掩模版3上的測(cè)量標(biāo)記陣列4移入視場(chǎng)，可以是通過(guò)水平移動(dòng)掩模臺(tái)2 或工件臺(tái)7，使光電探測(cè)器能夠探測(cè)到位于基準(zhǔn)版上的所述測(cè)量標(biāo)記陣列的像；b 計(jì)算測(cè)量標(biāo)記陣列中每一個(gè)子標(biāo)記的中軸位置和清晰度值；可選的，計(jì)算測(cè)量標(biāo)記陣列4中每一個(gè)子標(biāo)記的中軸位置Xi和清晰度值清晰度值是利用二維梯度算子進(jìn)行計(jì)算的，所述二維梯度算子可以是Roberts算子、Prewitt算子或Sobel算子；還可以是直接計(jì)算什么水平方向和豎直方向數(shù)據(jù)的差值，將處理的信號(hào)值求和作為清晰度判據(jù)；C:根據(jù)視場(chǎng)中每一個(gè)子標(biāo)記的中軸位置和清晰度，利用最小二乘法擬合中軸位置和清晰度值的關(guān)系曲線；具體的，將測(cè)量標(biāo)記陣列4中的子標(biāo)記的中軸位置Xi與其對(duì)應(yīng)的清晰度值Yi作為輸入，擬合中軸位置和清晰度值的關(guān)系曲線y = ax2+bx+c采用最小二乘法，獲得方程
權(quán)利要求
1.投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置，與光刻機(jī)配合使用以確定所述投影物鏡的最佳焦面， 所述投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置包括基準(zhǔn)版，安裝在所述光刻機(jī)的工件臺(tái)上；光電探測(cè)裝置，安裝在所述工件臺(tái)中，位于所述基準(zhǔn)版正下方、且與水平面成一定夾角；光照射在所述光刻機(jī)中掩模版上的測(cè)量標(biāo)記陣列上時(shí)，所述測(cè)量標(biāo)記陣列通過(guò)所述投影物鏡在所述基準(zhǔn)版上成像，所述光電探測(cè)裝置探測(cè)到所述基準(zhǔn)版上的像。
2.如權(quán)利要求1所述的投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置，其特征在于，所述光電探測(cè)裝置包括相互連接的鏡頭和圖像傳感器。
3.如權(quán)利要求2所述的投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置，其特征在于，所述圖像傳感器為電子耦合器件或互補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體。
4.如權(quán)利要求1所述的投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置，其特征在于，所述測(cè)量標(biāo)記陣列為光柵。
5.如權(quán)利要求4所述的投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置，其特征在于，所述標(biāo)記陣列中子標(biāo)記間的距離大于等于lum。
6.如權(quán)利要求1所述的投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置，其特征在于，所述夾角的范圍為小于等于arCC0S(a/C)且大于等于arcsin (d/c)，其中，a為標(biāo)記陣列的橫向?qū)挾?，d為所述投影物鏡的景深，c為所述光電探測(cè)裝置水平放置時(shí)的視場(chǎng)寬度。
7.如權(quán)利要求1所述的投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置，其特征在于，所述基準(zhǔn)版的材質(zhì)為硅片、玻璃或石英。
8.利用權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置的投影物鏡最佳焦面檢測(cè)方法，包括以下步驟a 將掩模版上的測(cè)量標(biāo)記陣列移入視場(chǎng)，使所述光電探測(cè)裝置探測(cè)到所述基準(zhǔn)版上的像；b 計(jì)算測(cè)量標(biāo)記陣列中每一個(gè)子標(biāo)記的中軸位置和清晰度值； c 根據(jù)視場(chǎng)中每一個(gè)子標(biāo)記的中軸位置和清晰度，利用最小二乘法擬合中軸位置和清晰度的關(guān)系曲線；d:計(jì)算所述關(guān)系曲線的拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的中軸位置與測(cè)量標(biāo)記陣列的視場(chǎng)的中軸位置的差值；e 當(dāng)所述差值的絕對(duì)值小于T/tan θ時(shí)，拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的中軸位置對(duì)應(yīng)的焦面為最佳焦面，其中，T為投影物鏡焦深測(cè)量誤差閾值，θ為所述光電探測(cè)裝置與水平面的夾角。
9.如權(quán)利要求8所述的投影物鏡最佳焦面檢測(cè)方法，其特征在于，當(dāng)所述差值的絕對(duì)值大于等于T/tan θ時(shí)，將所述工件臺(tái)在豎直方向上移動(dòng)距離l*tan θ，循環(huán)步驟a至d直至所述差值的絕對(duì)值小于T/tan θ，其中，1為所述差值的絕對(duì)值。
10.如權(quán)利要求8所述的投影物鏡最佳焦面檢測(cè)方法，其特征在于，計(jì)算測(cè)量標(biāo)記陣列中每一個(gè)子標(biāo)記的中軸位置和清晰度值，是利用二維梯度算子進(jìn)行計(jì)算的。
11.如權(quán)利要求10所述的投影物鏡最佳焦面檢測(cè)方法，其特征在于，所述二維梯度算子是Roberts算子、Prewitt算子或Sobel算子。
全文摘要
本發(fā)明提出投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置，包括安裝在光刻機(jī)工件臺(tái)上的基準(zhǔn)版和光電探測(cè)裝置，光照射在所述光刻機(jī)中掩模版上的測(cè)量標(biāo)記陣列上時(shí)，所述測(cè)量標(biāo)記陣列通過(guò)所述投影物鏡在所述基準(zhǔn)版上成像，所述光電探測(cè)裝置探測(cè)到所述基準(zhǔn)版上的像；使用所述投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，利用最小二乘法得到中軸位置和清晰度的關(guān)系曲線，從而根據(jù)所述關(guān)系曲線的拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的中軸位置與測(cè)量標(biāo)記陣列的視場(chǎng)的中軸位置的差值，來(lái)判斷所述投影物鏡最佳焦面的位置。投影物鏡最佳焦面檢測(cè)裝置及方法，通過(guò)移動(dòng)工件臺(tái)，而所述投影物鏡處于靜止?fàn)顟B(tài)，就可以完成測(cè)量所述投影物鏡最佳焦面的目的。
文檔編號(hào)G03F9/00GK102455247SQ201010530560
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者徐兵, 王端秀, 蔡巍, 賈翔, 陳躍飛 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司