TWI582428B

TWI582428B - Pre - scan based track correction focusing leveling device and method

Info

Publication number: TWI582428B
Application number: TW104132693A
Authority: TW
Inventors: jing-chao Qi; fei-biao Chen
Priority date: 2015-10-05
Filing date: 2015-10-05
Publication date: 2017-05-11
Also published as: TW201713951A

Description

基於預掃描的軌跡校正調焦調平裝置和方法

本發明有關於光蝕刻領域，特別有關於一種用於光蝕刻機中的基於預掃描的軌跡校正調焦調平裝置和方法。

在投影光蝕刻裝置中，通常使用矽片調焦調平探測裝置來實現對矽片的表面特定區域進行高度和傾斜度的測量。該測量裝置要求的精度較高，且操作時不能損傷矽片。所以，矽片的調焦調平測量必須是非接觸式測量，常用的非接觸式調焦調平測量方法有三種：光學測量法、電容測量法、氣壓測量法。

美國專利US 4650983中記載一種調焦調平檢測裝置和方法，其中採用掃描反射鏡來調製包含被測物體(比如：半導體襯底或矽片)的表面相對光蝕刻機投影光學系統的聚焦平面的離焦高度資訊的光信號，並使經過掃描反射鏡調製的光信號藉由光敏探測器轉變成包含離焦高度資訊的類比電信號，最後再藉由相敏解調(PSD)電路從類比電信號中解調出實際的離焦高度資料。該三角測量方法中，入射到被測物上的光斑是有一定大小的，且與調焦調平檢測裝置的量程有關。

傳統的干涉儀也是一種非接觸式的用來測量微小的空間距離的設備。傳統干涉儀一般採用相干長度很長的單色(或窄帶)光源，藉由檢測干涉條紋的位置、形狀和距離等參數的變化來精確測定空間距離。該測量方法中，入射到被測物上的光斑可認為是一個點。

實際如矽片或玻璃基板的被測物，表面會存在週期性的溝槽，而該溝槽並不是我們要測量的位置。溝槽出現的週期一般為毫米量級(如3mm)，溝槽本身的大小為數百微米量級(可為100μm)。這就使得在光斑很小時，測量點可能會落在工藝溝槽內，使得測量產生誤差。本發明提出一種基於預掃描的軌跡可校正的調焦調平裝置，在每批被測物測量前藉由預掃描，進而調整測量軌跡，避免測量到溝槽位置。

針對以上問題，本發明提出一種基於預掃描的軌跡校正調焦調平裝置，包括一感測器陣列和一運動台，該運動台用於承載一被測物在水平方向上運動，該被測物具有沿第一水平方向延伸的圖形，該感測器陣列大致沿與第一水平方向垂直的第二水平方向排列，用於對該被測物的表面的多個採樣點進行採樣，以獲得採樣結果，該調焦調平裝置還包括一控制器，用於根據該採樣結果對該被測物的表面進行擬合以獲得一擬合面，並根據該採樣結果和該擬合面之間的偏差值△H控制該感測器陣列的整體在第二水平方向上進行位置微調。

針對以上問題，本發明提出一種基於預掃描的軌跡校正調焦調平裝置，包括一感測器陣列和一運動台，該運動台用於承載一被測物在水平方向上運動，該被測物具有沿第一水平方向延伸的圖形，該感測器陣列大致沿與第一水平方向垂直的第二水平方向排列，用於對該被測物的表面的多個採樣點進行採樣，以獲得採樣結果，該調焦調平裝置還包括一控制器，用於根據該採樣結果對該被測物的表面進行擬合以獲得一擬合面，並根據該採樣結果和該擬合面之間的偏差值△H控制該感測器陣列中該偏差值△H超出臨界值的感測器在第二水平方向上進行位置微調。

其中，該感測器陣列中的每一個感測器都可以在第二水平方向上進行位置微調。

其中，該感測器陣列中相鄰感測器之間的距離小於該被測物的表面上相鄰圖形之間的距離。

本發明還提出一種利用上述裝置進行預掃描以及軌跡校正的方法，包括：步驟一：確定感測器陣列的初始測量位置；步驟二：該感測器陣列在該初始測量位置對被測物的表面進行測量，獲得該感測器陣列中各感測器的測量點高度值，並對該測量點高度值進行擬合以獲得一擬合面；步驟三：計算各該測量點高度值與該擬合面的偏差值△H；步驟四：將相應各該測量點高度值的偏差值△H與一高度臨界值H₀進行比較，若所有的偏差值△H均小於該高度臨界值H₀，則進入步驟八，否則進入步驟五；步驟五：判斷該感測器陣列的位置微調次數是否小於預設最大微調次數，若是則進入步驟六，否則進入步驟七；步驟六：控制該感測器陣列的整體在第二水平方向上進行位置微調並重複步驟二至步驟四；步驟七：選取多次位置微調後測得的偏差值△H的最大值中為最小的一次所對應的感測器陣列的位置作為採樣位置，並結束；以及步驟八：確定目前的感測器陣列的位置為採樣位置，並結束。

本發明還提出了另一種利用上述裝置進行預掃描以及軌跡校正的方法，包括：步驟一：確定感測器陣列的初始測量位置；步驟二：該感測器陣列在該初始測量位置對被測物的表面進行測量，獲得感測器陣列中各感測器的測量點高度值並對該測量點高度值進行擬合以獲得一擬合面；步驟三：計算各該測量點高度值與擬合面的偏差值△H；步驟四：將相應各該測量點高度值的偏差值△H與一高度臨界值H₀進行比較，若所有的偏差值△H均小於該高度臨界值H₀，則進入步驟八，否則進入步驟五；步驟五：判斷該感測器陣列的位置微調次數是否小於預設最大微調次數，若是則進入步驟六，否則進入步驟七；步驟六：微調該感測器陣列中該偏差值△H超出高度臨界值H₀的感測器在第二水平方向上的位置並重複步驟二至步驟四；步驟七：選取多次位置微調後測得的偏差值△H的最大值中為最小的一次所對應的感測器陣列的位置作為採樣位置，並結束；以及步驟八：確定目前的感測器陣列的位置為採樣位置，並結束。

其中，在步驟六中，感測器陣列中各感測器的位置可進行單獨微調。

現有技術中，例如基於光通量調製的三角測量法。其光斑在非測量方向大小一般為2~4mm。光斑較大時難以規避被測物的表面的溝槽。採用根據本發明的裝置和方法，可以將測量點沿工件台的非測量方向做微小調整，進行複測直到滿足一定要求為止。這樣可以在最大程度上規避測量點落在溝槽內的可能，提高測量精度。

S1-S9‧‧‧感測器

關於本發明的優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖得到進一步的瞭解。

圖1所示為矽片及測量點陣列示意圖；圖2所示為感測器及被測物的劃線槽示意圖；圖3所示為測量及擬合面示意圖；圖4所示為某一測量點在劃線槽內的多點採樣圖；圖5所示為各採樣點與擬合面的偏差示意圖；圖6所示為根據本發明第一實施例的一體式感測器的採樣位置預掃描及軌跡校正流程圖；圖7所示為一體式感測器的採樣位置校正後的多點採樣示意圖；圖8所示為根據本發明第二實施例的獨立可調式感測器的採樣位置預掃描及軌跡校正流程圖；以及圖9所示為獨立可調式感測器的採樣位置校正後的多點採樣示意圖。

下面結合附圖詳細說明本發明的具體實施例。

[第一實施例]

根據本發明的第一實施例介紹預掃描的過程及作用，在本實施例中多個感測器的佈置是一體式的，亦即感測器間不能相互移動，掃描軌跡的變動是藉由承載被測物的運動台完成的。這樣可以在不增加裝置複雜度的基礎上，完成預掃描及軌跡調整的目的。

本發明中，水平方向包括x方向和y方向，x方向和y方向相互垂直，水平運動台載著被測物沿y方向運動，水平運動台和感測器為避開劃線槽沿x方向進行微調。

圖1所示為矽片及測量點陣列示意圖。可以看出，實際被測物的表面存在週期性的工藝線條。感測器陣列對矽片的表面進行測量的過程中，若某一感測器測量光斑落在劃線槽內，則該點測量值會與其它感測器的測量值有較大的差別。在做平面擬合後，相較於其它感測器的測量值，該感測器的測量值與擬合面的殘差值會明顯偏大。

圖2所示為感測器及被測物的劃線槽的放大示意圖。在實際測量曝光過程中，劃線槽的延伸方向與承載該被測物的運動台的運動方向通常是一致的，在本發明中也以此為前提。在本實施例中，劃線槽的週期是3mm，劃線槽寬、深均為100μm，一排佈置多個感測器。當某一感測器的光斑落在劃線槽內時，可以改變測量位置，以避開劃線槽的影響。由於感測器的光斑很小，藉由移動測量位置避開劃線槽的方案是可行的也是必要的。在現有的掃描反射鏡式三角測量方法中，光斑在非測量方向上的大小一般為2~4mm，這與劃線槽出現的週期間距相當，從而移動感測器在被測物上的採樣位置時，測量點很難避開劃線槽。當感測器的光斑在非測量方向的長度大於劃線槽週期間距時，感測器的採樣點始終無法避開劃線槽。

圖3所示為多點測量及擬合面。調焦調平系統根據感測器的多點測量值，按一定的擬合演算法得到測量平面。由於採樣點位置的不同，擬合平面也有一定差別，如圖中虛線所示的測量面1和測量面2。圖中測量面1和測量面2之間的虛線為理想面，它是曝光視場範圍內的所有點的擬合平面。為了更準確的反映實際的被測物的面形，採樣點應盡可能避免落在局部面形變化特別大的地方。在玻璃基板的測量中，劃線槽即為局部面形變化大的點。

圖4所示為某一測量點在劃線槽內的多點採樣圖；圖5所示為圖4中各採樣點與擬合面的偏差示意圖。圖4中一排佈置若干個感測器S1-S9……，即可同時測得各感測器到被測物的表面的多個高度值。感測器S8的光斑剛好在溝槽內，在水平運動台載著被測物沿y方向運動時，感測器S8測到的一直為溝槽的底部。計算各個採樣點與擬合平面的偏差，可以發現S8的測量偏差值△H明顯偏大。可根據實際情況，設置一高度臨界值H₀，當某一採樣點到擬合面的偏差值△H超過這一臨界值時，認為該感測器的採樣點是被測物的溝槽內。此時可以藉由水平運動台，將被測物沿x正向(或負向)做微調整。

圖6所示為一體式感測器的採樣位置預掃描及軌跡校正流程圖。其中，包括下列步驟：步驟一：確定初始測量位置；步驟二：利用感測器陣列在該初始測量位置進行測量，以獲得各感測器的測量點高度值並藉由擬合獲得一擬合面；步驟三：計算各測量點高度值與擬合面的偏差值△H；步驟四：將相應各測量點高度值的偏差值△H與高度臨界值H₀進行比較，若所有的偏差值△H均小於高度臨界值H₀，則進入步驟八，否則進入步驟五；步驟五：判斷進入該感測器的第i次微調(i=1,2,3，……)；步驟六：將i與預設最大調整次數I進行比較，若小於I，則微調運動台在x方向上的位置使得感測器陣列的整體在x方向上移動，並重複步驟二至步驟六，否則進入步驟七；步驟七：選取多次調整中偏差值△H的最大值中為最小的一次所處的位置作為採樣位置，並結束；以及步驟八：確定目前的位置為採樣位置，並結束。

在步驟四中，當某一採樣點到擬合面的偏差值△H超過臨界值時，認為該感測器的採樣點對應的是被測物的溝槽。當最大偏差值△H<H₀時，說明所有測量點均未在被測物的溝槽內，在此位置進行測試即可。當最大偏差值△H>H₀時，說明有測量點在溝槽內，則需要調整運動台的x方向的位置，直至最大偏差值△H<H₀為止。考慮到一些實際情況，如面形特殊性、臨界值選取合理性等，經過多次位置微調均不能滿足最大偏差值△H<H₀。此時可以在所有位置調整中，選取最大偏差值△H中為最小的一次所對應的位置作為測量位置進行測量。

圖7所示為進行上述採樣位置校正後的多點採樣示意圖。本實施例中，感測器的測量位置的整體做了調整。

[第二實施例]

根據本發明的第二實施例介紹獨立可調式感測器的預掃描過程，與第一實施例的區別在於，本實施例中在預掃描過程中任一感測器在水平方向的測量位置均是可調整的，亦即掃描軌跡的變動是藉由若干感測器的水平位置自身的獨立調整完成的。這樣增加了裝置的複雜程度，但可以有針對性的對溝槽位置等特殊面形在掃描軌跡上進行調整及規避。

圖8所示為獨立可調式感測器的採樣位置預掃描及軌跡校正流程圖。其中，包括下述步驟：步驟一：確定初始測量位置；步驟二：利用感測器陣列在該初始測量位置進行測量，以獲得各感測器的測量點高度值並藉由擬合獲得一擬合面；步驟三：計算各測量點高度值與擬合面的偏差值△H；步驟四：將相應各測量點高度值的偏差值△H與高度臨界值H₀進行比較，若所有的偏差值△H均小於高度臨界值H₀，則進入步驟八，否則進入步驟五；步驟五：判斷進入該感測器的第i次微調(i=1,2,3，……)；步驟六：將i與預設最大調整次數I進行比較，若小於I，則微調感測器陣列中超出臨界值的測量值△H所對應的感測器在x方向上的位置，並重複步驟二至步驟六，否則進入步驟七；步驟七：選取多次調整中偏差值△H的最大值中為最小的一次所處的位置作為採樣位置，並結束；以及步驟八：確定目前的位置為採樣位置，並結束。

在步驟四中，當某一採樣點到擬合面的偏差值△H超過臨界值時，認為該感測器的採樣點是被測物的溝槽。當最大偏差值△H<H₀時，說明所有測量點均未在被測物的溝槽內，在此位置進行測試即可。當存在偏差值△H>H₀時，說明有測量點在溝槽內，則需要調整該測量點對應的感測器的x方向的位置，直至其偏差值△H<H₀為止。考慮到一些實際情況，如面形特殊性、臨界值選取合理性等，經過多次位置微調均不能滿足偏差值△H<H₀。此時可以在所有位置調整中，選取最大偏差值△H中為最小的那一次所對應的位置作為測量位置進行測量。

圖9為獨立可調式感測器的採樣位置校正後的多點採樣示意圖。本實施例中，僅感測器S8的測量位置做了調整。

本說明書中所述的只是本發明的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對本發明的限制。凡本領域技術人員依本發明的構思藉由邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本發明的範圍之內。

Claims

一種基於預掃描的軌跡校正調焦調平裝置，包括一感測器陣列和一運動台，該運動台用於承載一被測物在水平方向上運動，該被測物具有沿第一水平方向延伸的圖形，該感測器陣列沿與第一水平方向垂直的第二水平方向排列，用於對該被測物的表面的多個採樣點進行採樣，以獲得一採樣結果，該調焦調平裝置還包括一控制器，用於根據該採樣結果對該被測物的表面進行擬合以獲得一擬合面，並根據該採樣結果和該擬合面之間的偏差值△H控制該感測器陣列的整體在第二水平方向上進行位置微調。
一種基於預掃描的軌跡校正調焦調平裝置，包括一感測器陣列和一運動台，該運動台用於承載一被測物在水平方向上運動，該被測物具有沿第一水平方向延伸的圖形，該感測器陣列沿與第一水平方向垂直的第二水平方向排列，用於對該被測物的表面的多個採樣點進行採樣，以獲得採樣結果，該調焦調平裝置還包括一控制器，用於根據該採樣結果對該被測物的表面進行擬合以獲得一擬合面，並根據該採樣結果和該擬合面之間的一偏差值△H控制該感測器陣列中該偏差值△H超出一臨界值的感測器在第二水平方向上進行位置微調。
如請求項2之裝置，其中，該感測器陣列中的每一個感測器都可以在第二水平方向上進行位置微調。
如請求項1至3中任一項之裝置，其中，該感測器陣列中相鄰感測器之間的距離小於該被測物的表面上相鄰圖形之間的距離。
一種利用請求項1之裝置進行預掃描以及軌跡校正的方法，包括下列步驟：步驟一：確定一感測器陣列的一初始測量位置；步驟二：該感測器陣列在該初始測量位置對一被測物的表面進行測量，獲得該感測器陣列中各感測器的一測量點高度值，並對該測量點高度值進行擬合以獲得一擬合面；步驟三：計算各該測量點高度值與該擬合面的一偏差值△H；步驟四：將相應各該測量點高度值的偏差值△H與一高度臨界值H₀進行比較，若所有的偏差值△H均小於該高度臨界值H₀，則進入步驟八，否則進入步驟五；步驟五：判斷該感測器陣列的位置微調次數是否小於一預設最大微調次數，若是則進入步驟六，否則進入步驟七；步驟六：控制該感測器陣列的整體在第二水平方向上進行位置微調並重複步驟二至步驟四；步驟七：選取多次位置微調後測得的偏差值△H的最大值中為最小的一次所對應的該感測器陣列的位置作為採樣位置，並結束；步驟八：確定目前的該感測器陣列的位置為採樣位置，並結束。
一種利用請求項2之裝置進行預掃描以及軌跡校正的方法，包括下列步驟：步驟一：確定一感測器陣列的一初始測量位置；步驟二：該感測器陣列在該初始測量位置對一被測物的表面進行測量，以獲得該感測器陣列中各感測器的測量點高度值並對該測量點高度值進行擬合以獲得一擬合面；步驟三：計算各該測量點高度值與擬合面的一偏差值△H；步驟四：將相應各該測量點高度值的偏差值△H與一高度臨界值H₀進行比較，若所有的偏差值△H均小於該高度臨界值H₀，則進入步驟八，否則進入步驟五；步驟五：判斷該感測器陣列的位置微調次數是否小於一預設最大微調次數，若是則進入步驟六，否則進入步驟七；步驟六：微調該感測器陣列中該偏差值△H超出該高度臨界值H₀的感測器在第二水平方向上的位置並重複步驟二至步驟四；步驟七：選取多次位置微調後測得的偏差值△H的最大值中為最小的一次所對應的該感測器陣列的位置作為採樣位置，並結束；步驟八：確定目前的該感測器陣列的位置為採樣位置，並結束。
如請求項6之方法，其中，在步驟六中，該感測器陣列中各感測器的位置可進行單獨微調。