[发明专利]一种基于图像处理技术的调焦调平装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光刻设备领域，尤其涉及一种基于图像处理技术的调焦调平装置及方法。

背景技术

投影光刻机(或称投影光刻设备)是将掩模上的图案通过投影物镜投影到工件表面的装置。在投影光刻设备中，必须有自动调焦调平装置指引工件台将工件表面精确地移动到指定的曝光位置。现有的基于图像处理技术的调焦调平装置的物理结构如图1所示，掩模10上的图案通过投影物镜20投影到工件台31承载的被测工件30表面，其中，光源40发出的光依次经过第一反射镜41、投影狭缝50、投影镜组前组镜头61、第二反射镜60以及投影镜组后组镜头62照射至被测工件30表面，经被测工件30反射后依次经成像镜组后组镜头71、第三反射镜70、成像镜组前组镜头72、第四反射镜81、成像透镜82以及探测狭缝80，最终在光电探测器90上成像。当调整被测工件30的上表面位置与投影物镜20的最佳焦平面位置(图1中被测工件30上方水平虚线所示)重合时，被测工件30的反射光线路径如1图中虚线所示，投影狭缝50在光电探测器90上成像；当被测工件30的上表面位置与投影物镜20最佳焦平面位置的高度偏差为ΔH时，投影狭缝50在光电探测器90上所成的像在Z向的位置改变Δe为：

Δe＝2β1·β2·ΔH·sinφ(1-1)

式(1-1)中，β1为成像镜组(包括成像镜组前组镜头72和成像镜组后组镜头71)的放大率，β2为成像透镜82的放大率，Ф为光束在被测工件30上的入射角。

现有的基于图像处理技术的调焦调平装置依据光斑在光电探测器90上的位置变化得出被测工件30表面的离焦量，一般采用多光斑测量方案以增大单位被测面积、提高测量精度与效率。为增加工艺适应性、减小大面积光斑下被测工件30表面反射率不均匀性对被测工件30表面离焦量测量的影响，一般将单个光斑拆分成多个子光斑进行测量，利用平均效应进一步提高测量精度。以下以多光斑测量方案中某一个光斑、并将该光斑拆分成3个子光斑为例，叙述现有的基于图像处理技术调焦调平装置的测量过程。

图2A、2B、2C显示了被测工件30的大部分工况，即3个子光斑(p1、p2、p3)照射到被测工件30表面时都被反射，在光电探测器90上成像，经后续图像抑制噪声、滤波、数字处理后得出3个灰度波峰(q1、q2、q3)，根据每个灰度波峰的宽度及其在整幅图像中的像素位置，以及灰度波峰间距等参数即可计算出整个光斑对应的被测工件30表面的离焦量。然而在被测工件30的少部分工况下、特别是被测工件30为工艺片时，被测表面沟槽较多、较深，如图2D、2E、2F所示，子光斑的反射光有部分甚至全部被遮挡，在光电探测器90上所成的像就不完整，则经后续图像抑制噪声、滤波、数字处理后得出灰度波峰也不完整，甚至没有灰度峰值。另外，在被测工件30的边缘位置，因加工工艺等因素造成表面不规则，如图2G、2H、2I、2J、2K所示，同样使得子光斑的反射光部分甚至全部丢失，造成灰度波峰不完整。最终导致不能测得完整的被测区域高度测量值。

发明内容

本发明提供一种基于图像处理技术的调焦调平装置及方法，以解决上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于图像处理技术的调焦调平装置，包括从上至下依次排列的掩模、投影物镜、被测工件以及承载所述被测工件的工件台，还包括沿光路传播方向依次排列的光源、第一反射镜、投影狭缝、投影镜组、第二反射镜、成像镜组、第三反射镜、第四反射镜、成像透镜、探测狭缝以及光电探测器，所述投影狭缝与被测工件之间还设有光路偏转装置，如可旋转的玻璃平板，或可以进行光路偏转的棱镜等其他光学元件。

较佳地，所述玻璃平板与电机的驱动端固定连接，驱动所述玻璃平板在绕X轴方向转动。

本发明还提供一种基于图像处理技术的调焦调平方法，应用于上述的调焦调平装置中，包括如下步骤：

S100：预处理，确定所述玻璃平板的转动范围和步距；

S200：测量处理，根据所述光电探测器得到的3个子光斑图像，计算垂向测量值。

较佳地，步骤S100中，所述玻璃平板的转动范围与调焦调平装置的垂向测量范围相匹配。

较佳地，所述玻璃平板的转动范围通过每批被测工件中局部沟槽深度最大或坡度最大的被测工件实测确定。

较佳地，测量处理的具体步骤如下：

S210：若所述光电探测器得到的3个子光斑图像经后续处理后得到3个灰度波峰，则垂向测量值Δe为：

Δe＝2β1·β2·ΔH·sinφ，