一种调焦调平测量方法及测量系统技术方案

本公开提供一种调焦调平测量方法及测量系统，方法包括：光学光栅经光束照明成像于被测对象表面以形成光学光栅图案，所述光学光栅图案进一步反射到光学传感器的成像平面上；对光学传感器上像素点进行编码，以实现在像素点上对光强信号的保持或清除，形成数字光栅图案；数字光栅与光学光栅的占空比相同，两者的周期之间具有预设差值；通过将光学光栅图案与数字光栅图案重叠来形成合成光栅图案；测量后将合成光栅图案进行光强积分来确定光学光栅图案在成像平面上的位移；根据位移与被测对象表面的高度之间的线性关系来确定所述被测对象表面的高度，相较于现有技术，能够提高调焦调平测量的速度和精度，可以降低测量系统的复杂度。杂度。杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种调焦调平测量方法及测量系统


[0001]本公开涉及调焦调平
，具体涉及一种调焦调平测量方法及测量系统。

技术介绍

[0002]随着微电子技术的迅速发展以及极紫外光刻技术的不断完善，极大规模集成电路的关键尺寸已经迈入纳米时代。业界为了获得更高的分辨率，需要以牺牲焦深范围作为代价，在光刻机曝光过程中由于硅片表面形貌起伏、光刻胶厚度变化以及投影物镜焦平面偏差等因素会导致硅片相对于投影物镜焦平面的离焦和倾斜。当硅片的离焦和倾斜使得曝光视场内的部分区域超出焦深范围，将严重影响曝光图像质量。
[0003]目前，最新型的极紫外光刻机要求焦深控制范围仅为60nm，焦深问题已经成为限制光刻技术发展的障碍之一。调焦调平技术可以通过实时调整硅片工作台的位置和姿态使得硅片表面位于焦深控制范围之内。因此，研制纳米量级精度的调焦调平测量系统对于保证先进光刻机曝光图形的质量具有重大的价值和意义。
[0004]硅片表面形貌的精确测量是保证高精度调焦调平测量的前提，现有一种采用基于光栅计量法的双工作台调焦调平测量系统，如图1所示，白光光源经过光纤111导入到照明系统112中，将光束准直均匀照明光栅113，经过双远心成像系统114将光栅成像到硅片上，经过硅片反射以后经过双远心系统121将硅片上的光栅像成像到偏振片124、分光晶体125和光栅126的胶合组件上，形成莫尔条纹信号，然后通过分光系统127分时到达探测器128上。采用差分信号处理获得硅片表面高度。该方法的主要缺陷在于探测光栅126需要粘接偏振片、光束位移片等光学元件，光学元件粘接极易导致元件变形，影响成像质量，进一步影响测量精度。同时，后续的分光光学系统对偏振分光性能要求严格，高性能光电探测器的制作也是难点。
[0005]现有另一种采用电荷耦合器件(CCD)传感器探测硅片表面形貌的检测技术，此技术将电荷耦合器件(CCD)传感器上的像素点按照奇偶行分为两组，将奇像素行与偶像素行的输出端采取硬件相连的方式组成公共输出端，在CCD像素阵列上形成交替的周期性结构，使用一个周期性的投影光栅和电荷耦合器件(CCD)传感器相互配合形成莫尔条纹。光通过投影光栅后得到一个空间上光强呈周期性变化的入射光，经晶圆表面的反射后被电荷耦合器件(CCD)传感器接收，通过采集反射光光强信号的变化反应晶圆表面形貌高度变化，例如通过确定光栅刻线强度图案的平均偏移确定晶圆表面的高度变化。采用CCD传感器进行检测的方式已经普遍应用于现代工业
，如计算机视觉、机械零件加工、质量检测等，而仅仅是对光强信号采集和简单计算得到的测量结果其分别率极大地受限于传感器本身，很难满足日益提高的测量精度。另外，通常整个测量过程分为粗测量和精测量两个环节，精测量和粗测量采用完全不同的标记和测量原理，增加了整个系统的复杂度。

技术实现思路

[0006]本公开的目的是提供一种调焦调平测量方法及测量系统，以提高调焦调平测量的
速度和精度，可以降低测量系统的复杂度。
[0007]本公开第一方面实施例提供一种调焦调平测量方法，所述方法包括：光学光栅经光束照明成像于被测对象表面以形成光学光栅图案，所述光学光栅图案进一步反射到光学传感器的成像平面上；
[0008]对所述光学传感器上像素点进行编码，以实现在像素点上对光强信号的保持或清除，从而形成数字光栅图案；所述数字光栅与所述光学光栅的占空比相同，两者的周期之间具有预设差值；
[0009]通过将所述光学光栅图案与所述数字光栅图案重叠来形成合成光栅图案；
[0010]测量后将所述合成光栅图案进行光强积分来确定所述光学光栅图案在所述成像平面上的位移；
[0011]根据所述位移与所述被测对象表面的高度之间的线性关系来确定所述被测对象表面的高度。
[0012]根据本公开的一些实施方式中，所述通过将所述光学光栅图案与所述数字光栅图案重叠来形成合成光栅图案，包括：
[0013]将所述光学光栅图案与所述数字光栅图案重叠得到第一合成光栅图案；
[0014]将所述数字光栅图案编码取反后与所述光学光栅图案重叠得到第二合成光栅图案。
[0015]根据本公开的一些实施方式中，所述测量后将所述合成光栅图案进行光强积分来确定所述光学光栅图案在所述成像平面上的位移，包括：
[0016]测量后将所述第一合成光栅图案进行光强积分得到第一光强位置关系曲线；
[0017]测量后将所述第二合成光栅图案进行光强积分得到第二光强位置关系曲线；
[0018]将所述第一光强位置关系曲线和第二光强位置关系曲线进行归一化处理，得到归一化的差分莫尔条纹光强曲线；
[0019]根据预设相位提取算法得到所述差分莫尔条纹光强曲线的相位，将所述相位与参考相位比较得到相位变化值；
[0020]根据所述相位变化值与所述光学光栅图案在所述成像平面上的位移之间的线性关系确定所述位移。
[0021]根据本公开的一些实施方式中，所述根据预设相位提取算法得到所述差分莫尔条纹光强曲线的相位，包括：
[0022]对所述差分莫尔条纹光强曲线进行快速傅里叶变换，得到对应的频谱；
[0023]根据所述频谱中所含的谐波个数确定模态分解层数K值；
[0024]根据所述K值，将所述差分莫尔条纹光强曲线进行第一次变分模态分解，得到一系列本征模态函数；
[0025]对各个所述本征模态函数进行快速傅里叶变换，得到第一基波信号；
[0026]对所述第一基波信号进行第二次变分模态分解，得到降噪后的第二基波信号；
[0027]对所述第二基波信号进行希尔伯特变换得到所述差分莫尔条纹光强曲线的相位。
[0028]根据本公开的一些实施方式中，所述第二次变分模态分解的信号分解个数设置为2。
[0029]本公开第二方面实施例提供一种调焦调平测量系统，包括：
[0030]光源，用于产生测量所需光束；
[0031]光学光栅，位于所述光源下游；所述光学光栅经所述光束照明成像于被测对象表面以形成光学光栅图案；所述光学光栅图案进一步反射到光学传感器的成像平面上；
[0032]所述光学传感器，用于接收所述光学光栅图案；
[0033]数据处理模块，与所述光学传感器通信连接，用于实现以下步骤：
[0034]对所述光学传感器上像素点进行编码，以实现在像素点上对光强信号的保持或清除，从而形成数字光栅图案；所述数字光栅与所述光学光栅的占空比相同，两者的周期之间具有预设差值；
[0035]通过将所述光学光栅图案与所述数字光栅图案重叠来形成合成光栅图案；
[0036]测量后将所述合成光栅图案进行光强积分来确定所述光学光栅图案在所述成像平面上的位移；
[0037]根据所述位移与所述被测对象表面的高度之间的线性关系来确定所述被测对象表面的高度。
[0038]根据本公开的一些实施方式中，所述数据处理模块，具体用于：
[0039]将所述光学光栅图案与所述数字光栅图案重叠本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调焦调平测量方法，所述方法包括：光学光栅经光束照明成像于被测对象表面以形成光学光栅图案，所述光学光栅图案进一步反射到光学传感器的成像平面上，其特征在于，对所述光学传感器上像素点进行编码，以实现在像素点上对光强信号的保持或清除，从而形成数字光栅图案；所述数字光栅与所述光学光栅的占空比相同，两者的周期之间具有预设差值；通过将所述光学光栅图案与所述数字光栅图案重叠来形成合成光栅图案；测量后将所述合成光栅图案进行光强积分来确定所述光学光栅图案在所述成像平面上的位移；根据所述位移与所述被测对象表面的高度之间的线性关系来确定所述被测对象表面的高度。2.根据权利要求1所述的调焦调平测量方法，其特征在于，所述通过将所述光学光栅图案与所述数字光栅图案重叠来形成合成光栅图案，包括：将所述光学光栅图案与所述数字光栅图案重叠得到第一合成光栅图案；将所述数字光栅图案编码取反后与所述光学光栅图案重叠得到第二合成光栅图案。3.根据权利要求2所述的调焦调平测量方法，其特征在于，所述测量后将所述合成光栅图案进行光强积分来确定所述光学光栅图案在所述成像平面上的位移，包括：测量后将所述第一合成光栅图案进行光强积分得到第一光强位置关系曲线；测量后将所述第二合成光栅图案进行光强积分得到第二光强位置关系曲线；将所述第一光强位置关系曲线和第二光强位置关系曲线进行归一化处理，得到归一化的差分莫尔条纹光强曲线；根据预设相位提取算法得到所述差分莫尔条纹光强曲线的相位，将所述相位与参考相位比较得到相位变化值；根据所述相位变化值与所述光学光栅图案在所述成像平面上的位移之间的线性关系确定所述位移。4.根据权利要求3所述的调焦调平测量方法，其特征在于，所述根据预设相位提取算法得到所述差分莫尔条纹光强曲线的相位，包括：对所述差分莫尔条纹光强曲线进行快速傅里叶变换，得到对应的频谱；根据所述频谱中所含的谐波个数确定模态分解层数K值；根据所述K值，将所述差分莫尔条纹光强曲线进行第一次变分模态分解，得到一系列本征模态函数；对各个所述本征模态函数进行快速傅里叶变换，得到第一基波信号；对所述第一基波信号进行第二次变分模态分解，得到降噪后的第二基波信号；对所述第二基波信号进行希尔伯特变换得到所述差分莫尔条纹光强曲线的相位。5.根据权利要求4所述的调焦调平测量方法，其特征在于，所述第二次变分模态分解的信号分解个数设置为2。6.一种调焦调平测...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琛毅，李世光，钟志坚，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：