CN116991046A - 一种基于空间编码照明的芯片套刻测量装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于空间编码照明的芯片套刻测量装置及其方法，包括显微成像单元，用于将待检测芯片反射成像得到图像，并获取调节指令进行光线调节直至获取到高精度测量图像；计算机控制单元，用于获取图像分析明暗信息，计算误差后进行输出或上传调节指令；所述显微成像单元包括激光驱动器、会聚透镜、可调光阑、准直物镜、聚焦物镜、分光棱镜一、分光棱镜二、显微物镜、管镜和图像传感器。本发明装置结构简单，容易集成，通过空间光调制器对光线的强度、照射角度进行动态调制，解决了现有芯片套刻测量方法中照明光线不均、角度有限导致的芯片套刻检测图像质量较差、检测精度低的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及光学检测技术领域，具体涉及一种基于空间编码照明的芯片套刻测量装置及其方法。
背景技术
芯片制造过程中，实时性能与缺陷检测是确保产品质量可控性的重要步骤。在关键层的光学套刻对准直接影响芯片的性能、成品率和可靠性。随着芯片集成度的提高、线宽缩小和多重光刻工艺的应用，对套刻误差的控制要求越来越严格。因此，套刻误差测量成为关键的工艺控制步骤之一。
套刻误差测量常通过光学显微成像***进行。该***会获取两层刻套目标图形的数字化图像，并利用数字图像算法计算每一层的中心位置，从而得出套刻误差的数值。具体而言，该方法涉及获取当前层和前一层测量标识的图像，并进行影像分析以确定两层测量标识的相对位移。为了获得测量标识的图像，使用了亮场显微镜，并通过分析图像的灰度来确定测量标识的重心，进而获得位移矢量。因此，图像质量对于套刻误差的测量结果至关重要。由于前层被多种材质的薄膜层所覆盖，因此在检测过程中需要不断调整焦距和照射光波的波长，以获取高对比度的图像。光线高光和测量遮挡导致的线宽不一致是常见产生测量误差的原因。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于空间编码照明的芯片套刻测量装置及其方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于空间编码照明的芯片套刻测量装置，包括：
显微成像单元，用于将待检测芯片反射成像得到图像，并获取调节指令进行光线调节直至获取到高精度测量图像；
计算机控制单元，用于获取图像分析明暗信息，计算误差后进行输出或上传调节指令；
所述显微成像单元包括激光驱动器、会聚透镜、可调光阑、准直物镜、聚焦物镜、分光棱镜一、分光棱镜二、显微物镜、管镜和图像传感器，所述会聚透镜、可调光阑、准直物镜依次同轴设置，且可调光阑分别对应会聚透镜的像方焦面以及准直物镜的物方焦面，所述显微物镜、管镜依次同轴设置，所述分光棱镜一位于准直物镜远离可调光阑的一侧，所述分光棱镜二位于显微物镜与管镜之间，且分光棱镜一、分光棱镜二相对应且平行设置，所述聚焦物镜设置在分光棱镜一、分光棱镜二之间，所述图像传感器位于管镜远离分光棱镜二的一侧，所述激光驱动器用于产生白光光源，该白光光源依次通过会聚透镜、可调光阑、准直物镜、分光棱镜一形成平行光线；
所述显微成像单元还包括空间光调制器，所述空间光调制器位于分光棱镜一远离聚焦物镜的一侧，通过空间光调制器获取调节指令并对平行光线进行调节后，该平行光线依次经过聚焦物镜、分光棱镜二、显微物镜最终聚到待检测芯片上并成像在图像传感器上。
进一步地，所述会聚透镜由多个同轴的透镜组成，用于把白光光源产生的光线汇聚在可调光阑处。
进一步地，所述激光驱动器产生的白光光源的光谱范围为170nm-2100nm。
进一步地，所述分光棱镜一、分光棱镜二的分光比50：50，且分光棱镜一、分光棱镜二均为消偏振分光棱镜。
进一步地，所述空间光调制器像素大小为1920×1200。
进一步地，所述显微物镜为半复消色差显微物镜。
一种基于空间编码照明的芯片套刻测量方法，包括如下步骤：
在显微物镜下方放置待检测芯片；
通过显微成像单元将待检测芯片反射成像得到图像，获得待检测芯片反射光线明暗信息并上传；
计算机控制***分析明暗信息后计算误差，并根据误差进行输出或发送调节指令；
显微成像单元获取调节指令，进行光线调节直至获取到高精度测量图像。
进一步地，所述通过显微成像单元将待检测芯片反射成像得到图像的具体方法为：
激光驱动器产生的白光光源依次通过会聚透镜、可调光阑、准直物镜、分光棱镜一形成平行光线，该平行光线依次经过聚焦物镜、分光棱镜二、显微物镜最终聚到待检测芯片，光线经过待检测芯片反射后，依次经过显微物镜、分光棱镜二、管镜，最终成像在图像传感器上。
进一步地，所述计算机控制***分析明暗信息后计算误差，并根据误差进行输出或上传调节指令的具体方法为：
计算机控制***分析明暗信息后计算误差，并根据误差进行判断，若误差在范围内则满足测量精度，输出测量结果；若误差不在范围内则不满足测量精度，计算机控制***发送上传调节指令。
进一步地，所述显微成像单元获取调节指令，进行光线调节直至获取到高精度测量图像的具体方法为：
空间光调制器获取调节指令，控制经过分光棱镜一后均匀照射在空间光调制器上平行光线的传播方向、相位和振幅，然后平行光线依次经过分光棱镜一、聚焦物镜、分光棱镜二、显微物镜最终聚到待检测芯片，光线经过待检测芯片反射后，依次经过显微物镜、分光棱镜二、管镜，最终成像在图像传感器上，直至获取到高精度测量图像。
由上述技术方案可知，本发明具有如下有益效果：
本发明装置结构简单，容易集成，通过空间光调制器对光线的强度、照射角度进行动态调制，解决了现有芯片套刻测量方法中照明光线不均、角度有限导致的芯片套刻检测图像质量较差、检测精度低的技术问题。
本发明的芯片套刻测量方法和装置，能够快速实现对芯片样品表面的均匀照明，从而得到更精确的测量结果，可广泛应用于光学成像和检测领域，为提升芯片套刻测量结果精度提供了一种简单可行的方法和装置。
附图说明
图1为本发明芯片套刻测量装置结构示意图；
图2为本发明待测芯片表面光线遮挡效果图；
图3为本发明基于空间编码照明的芯片套刻测量方法的流程图；
图4为未使用本发明方法的普通测试结果效果图；
图5为本发明测试结果效果图。
图中：显微成像单元1；激光驱动器1-1、会聚透镜1-2、可调光阑1-3、准直物镜1-4、聚焦物镜1-5、分光棱镜一1-6、分光棱镜二1-7、显微物镜1-8、管镜1-9、图像传感器1-10、空间光调制器1-11、计算机控制单元2、待测芯片3。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种基于空间编码照明的芯片套刻测量装置，包括显微成像单元1和计算机控制单元2，该显微成像单元1包括激光驱动器1-1、会聚透镜1-2、可调光阑1-3、准直物镜1-4、聚焦物镜1-5、分光棱镜一1-6、分光棱镜二1-7、显微物镜1-8、管镜1-9和图像传感器1-10。激光驱动器1-1、会聚透镜1-2、可调光阑1-3、准直物镜1-4从上至下依次同轴设置，且可调光阑1-3分别对应会聚透镜的像方焦面以及准直物镜的物方焦面；
会聚透镜1-2由五个同轴的透镜组成，用于把白光光源产生的光线汇聚在可调光阑1-3处，可调光阑1-3位于会聚透镜1-2的像方焦面上，可调光阑的直径大小可以调节，用于调整测量过程中光通量大小，同时抑制掉杂散光线，进一步提高光源的均匀性；准直物镜1-4的物方焦面位于可调光阑1-3上，用于调节光线平行出射；激光驱动器1-1用于产生白光光源，该白光光源为光谱范围170nm-2100nm的EQ-99CAL LDLSTM激光驱动白光校准光源，用于产生高亮度、高稳定度的宽光谱光束，该白光光源依次通过会聚透镜1-2、可调光阑1-3、准直物镜1-4、分光棱镜一1-6形成平行光线。
显微物镜1-8、管镜1-8依次同轴设置，其中显微物镜1-8为半复消色差显微物镜，不同倍率的显微物镜的出瞳相重合，分光棱镜一1-6位于准直物镜1-4的下端，分光棱镜二1-7位于显微物镜与管镜之间，且分光棱镜一1-6、分光棱镜二1-7相对应且平行设置，分光棱镜一1-6、分光棱镜二1-7的分光比50：50，且分光棱镜一1-6、分光棱镜二1-7均为消偏振分光棱镜，聚焦物镜1-5设置在分光棱镜一1-6、分光棱镜二1-7之间，图像传感器1-10位于管镜的上端；
显微成像单元还包括空间光调制器1-11，空间光调制器1-11位于分光棱镜一1-6的左侧，通过空间光调制器1-11获取调节指令并对平行光线进行调节后，该平行光线依次经过聚焦物镜、分光棱镜二、显微物镜最终聚到待检测芯片上，光线经过待检测芯片3反射后，依次经过显微物镜、分光棱镜二、管镜，最终成像在图像传感器上，管镜的入瞳和显微镜的光瞳重合，使像面均匀性更好，以提高芯片套刻的测量精度。空间光调制器1-11像素大小为1920×1200，可以精密控制光的传播方向、相位和振幅，实现照射角度、照射光强等光线调制，通过光线调制对***测量误差进行动态补偿，以提高芯片套刻的测量精度。
会聚透镜的物方焦面位于空间光调制器上，实现空间光调制器与待测芯片之间的共轭关系；会聚透镜的像方焦面位于显微物镜的光瞳上形成科勒照明，最终实现对待测芯片的可调制照明。
图像传感器利用经过待测芯片反射后的光线得到图像，并采集到明暗信息，反馈到计算机处理单元，计算机进一步智能调控空间光调制器对光线进行调制，多次反馈-调控后得到高精度测量图像。
一种基于空间编码照明的芯片套刻测量方法，包括如下步骤：
在显微物镜下方放置待检测芯片；
激光驱动器产生的白光光源依次通过会聚透镜、可调光阑、准直物镜、分光棱镜一形成平行光线，该平行光线依次经过聚焦物镜、分光棱镜二、显微物镜最终聚到待检测芯片，光线经过待检测芯片反射后，依次经过显微物镜、分光棱镜二、管镜，最终成像在图像传感器上，获得待检测芯片反射光线明暗信息并上传；
计算机控制***分析明暗信息后计算误差，并根据误差进行判断，若误差在范围内则满足测量精度，输出测量结果；若误差不在范围内则不满足测量精度，计算机控制***发送上传调节指令；
空间光调制器获取调节指令，控制经过分光棱镜一后均匀照射在空间光调制器上平行光线的传播方向、相位和振幅，然后平行光线依次经过分光棱镜一、聚焦物镜、分光棱镜二、显微物镜最终聚到待检测芯片，即控制照射到待测芯片表面的光线强度和照射角度，光线经过待检测芯片反射后，依次经过显微物镜、分光棱镜二、管镜，最终成像在图像传感器上，直至获取到高精度测量图像。
图2是待测芯片表面光线遮挡效果图，具体情况为：光线斜入射到待测芯片表面，由于光线被遮挡，在左侧产生阴影。
图4是未使用本发明方法的普通测试结果，图5是根据本发明实施例得到的目标测量结果。通过比较两图结果，表明本发明中的方法和装置可以对目标区域实现更准确的测量。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于空间编码照明的芯片套刻测量装置，其特征在于，包括:
显微成像单元(1)，用于将待检测芯片反射成像得到图像，并获取调节指令进行光线调节直至获取到高精度测量图像；
计算机控制单元(2)，用于获取图像分析明暗信息，计算误差后进行输出或上传调节指令；
所述显微成像单元包括激光驱动器(1-1)、会聚透镜(1-2)、可调光阑(1-3)、准直物镜(1-4)、聚焦物镜(1-5)、分光棱镜一(1-6)、分光棱镜二(1-7)、显微物镜(1-8)、管镜(1-9)和图像传感器(1-10)，所述会聚透镜(1-2)、可调光阑(1-3)、准直物镜(1-4)依次同轴设置，且可调光阑(1-3)分别对应会聚透镜的像方焦面以及准直物镜的物方焦面，所述显微物镜(1-8)、管镜(1-8)依次同轴设置，所述分光棱镜一(1-6)位于准直物镜(1-4)远离可调光阑的一侧，所述分光棱镜二(1-7)位于显微物镜与管镜之间，且分光棱镜一(1-6)、分光棱镜二(1-7)相对应且平行设置，所述聚焦物镜(1-5)设置在分光棱镜一(1-6)、分光棱镜二(1-7)之间，所述图像传感器(1-10)位于管镜远离分光棱镜二的一侧，所述激光驱动器(1-1)用于产生白光光源，该白光光源依次通过会聚透镜(1-2)、可调光阑(1-3)、准直物镜(1-4)、分光棱镜一(1-6)形成平行光线；
所述显微成像单元还包括空间光调制器(1-11)，所述空间光调制器(1-11)位于分光棱镜一(1-6)远离聚焦物镜的一侧，通过空间光调制器(1-11)获取调节指令并对平行光线进行调节后，该平行光线依次经过聚焦物镜、分光棱镜二、显微物镜最终聚到待检测芯片上并成像在图像传感器上。
2.根据权利要求1所述的一种基于空间编码照明的芯片套刻测量装置，其特征在于：所述会聚透镜(1-2)由多个同轴的透镜组成，用于把白光光源产生的光线汇聚在可调光阑(1-3)处。
3.根据权利要求1所述的一种基于空间编码照明的芯片套刻测量装置，其特征在于：所述激光驱动器(1-1)产生的白光光源的光谱范围为170nm-2100nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于空间编码照明的芯片套刻测量装置，其特征在于：所述分光棱镜一(1-6)、分光棱镜二(1-7)的分光比50：50，且分光棱镜一(1-6)、分光棱镜二(1-7)均为消偏振分光棱镜。
5.根据权利要求1所述的一种基于空间编码照明的芯片套刻测量装置，其特征在于：所述空间光调制器(1-11)像素大小为1920×1200。
6.根据权利要求1所述的一种基于空间编码照明的芯片套刻测量装置，其特征在于：所述显微物镜(1-8)为半复消色差显微物镜。
7.根据权利要求1所述的一种基于空间编码照明的芯片套刻测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
在显微物镜下方放置待检测芯片；
通过显微成像单元将待检测芯片反射成像得到图像，获得待检测芯片反射光线明暗信息并上传；
计算机控制***分析明暗信息后计算误差，并根据误差进行输出或发送调节指令；
显微成像单元获取调节指令，进行光线调节直至获取到高精度测量图像。
8.一种根据权利要求7所述的一种基于空间编码照明的芯片套刻测量方法，其特征在于：所述通过显微成像单元将待检测芯片反射成像得到图像的具体方法为：
激光驱动器产生的白光光源依次通过会聚透镜、可调光阑、准直物镜、分光棱镜一形成平行光线，该平行光线依次经过聚焦物镜、分光棱镜二、显微物镜最终聚到待检测芯片，光线经过待检测芯片反射后，依次经过显微物镜、分光棱镜二、管镜，最终成像在图像传感器上。
9.根据权利要求7所述的一种基于空间编码照明的芯片套刻测量方法，其特征在于：所述计算机控制***分析明暗信息后计算误差，并根据误差进行输出或上传调节指令的具体方法为：
计算机控制***分析明暗信息后计算误差，并根据误差进行判断，若误差在范围内则满足测量精度，输出测量结果；若误差不在范围内则不满足测量精度，计算机控制***发送上传调节指令。
10.根据权利要求7所述的一种基于空间编码照明的芯片套刻测量方法，其特征在于：所述显微成像单元获取调节指令，进行光线调节直至获取到高精度测量图像的具体方法为：
空间光调制器获取调节指令，控制经过分光棱镜一后均匀照射在空间光调制器上平行光线的传播方向、相位和振幅，然后平行光线依次经过分光棱镜一、聚焦物镜、分光棱镜二、显微物镜最终聚到待检测芯片，光线经过待检测芯片反射后，依次经过显微物镜、分光棱镜二、管镜，最终成像在图像传感器上，直至获取到高精度测量图像。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117706757A (zh) * | 2023-11-20 | 2024-03-15 | 奈米科学仪器设备(上海)有限公司 | 基于双z轴的对焦装置及方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Country or region after: China Address after: Room 102, 1st Floor, Block A, Building 10, No. 611 Dongguan Road, Puyan Street, Binjiang District, Hangzhou City, Zhejiang Province, 310000 Applicant after: Nanoscience Instrument Equipment (Hangzhou) Co.,Ltd. Address before: 201206, 1st to 2nd floors, Building 48, No. 1000 Jinhai Road, China (Shanghai) Pilot Free Trade Zone, Pudong New Area, Shanghai Applicant before: Nano Science Instrument Equipment (Shanghai) Co.,Ltd. Country or region before: China |
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| CB02 | Change of applicant information |