[发明专利]用于确定光栅像在成像平面上的移位的方法和设备和用于确定物体高度的方法和设备

说明书

本公开实施例披露用于确定光栅像在成像平面上的移位的方法和设备、用于确定物体高度的方法和设备、和用于调整物体高度的方法和设备。本公开实施例提供的用于确定光栅像在成像平面上的移位的方法中，光栅经光学系统成像为所述光栅像并且投影到光学传感器上的所述成像表面形成光学光栅图案，所述方法包括：利用所述光学传感器接收所述光学光栅图案；保持所述光学传感器上的一部分像素的值且重置其余部分像素的值以形成虚拟的数字光栅图案；通过将光学光栅图案与数字光栅图案重叠并像素化来形成合成光栅图案；和通过测量所述合成光栅图案的积分光强分布，确定所述移位。

技术领域

本公开的实施例涉及到对物体高度的测量的领域，具体地，涉及一种用于确定光栅像在成像平面上的移位的方法和设备和一种用于确定物体高度的方法和设备。

背景技术

半导体制造过程中,物体，例如用于制造半导体微结构或集成电路的半导体原材料(更具体地，例如晶圆)，通常会被放置在工件台上进行诸如光刻等加工或者检测。晶圆的高度是所需采用的工艺流程中的一个非常重要的度量参数，且通常需要被调整以使得晶圆的表面被定位于适于入射光束或者带电离子束入射到的最佳焦平面处。由于晶圆通常具有较强反射性的镜面表面，因而，在一种用于对晶圆的高度进行检测的常规方法中，例如，使用一个光学装置照射光栅，光栅由此在受照射的情况下以一定的入射角度投影到晶圆表面以形成作为第一实像的第一光栅图案(grating pattern)；所投影的所述第一光栅图案继而经过晶圆表面反射后再次成像为(to image as)作为第二实像的第二光栅图案。第一和第二光栅图案是光学上由光线成像所呈的图案，称为光学光栅图案。当晶圆高度发生变化时，第二光栅图案相应地随之移位。由于第二光栅图案的位移与晶圆高度的变化相关，因此可以通过对于第二光栅图案的位移的测量来获得晶圆高度。

随着微电子技术的快速发展，集成电路的工艺尺度逐渐缩小到纳米数量级。在现有技术中，相应地，能够提供纳米量级测量精度的带电离子束(如电子束)已作为一种检测技术应用于半导体领域。在检测或者测量过程中，希望诸如硅片等物体能够位于最佳焦平面，以便于快速检测和实现较高的测量精度。由此，例如通过调整电子透镜电流来控制带电离子束的偏转、或者使得带有所述待测物体的Z向位移台发生移位，来使得待测物体(特别是其待测表面)处于带电离子束的最佳焦平面。在Z向位移台被移位从而导致待测物体表面处于离焦状态的情况下，例如使用一个测量装置来连续测量待测物体表面的高度。测量得到的高度例如被用作将位移台相对于作为移位目标的目标平面(例如在Z方向上)进行移位的反馈控制过程中的控制量。

并且，通常来说，测量装置可以使用实体的光栅(例如包含有多条光栅线)作为待投影到待测物体表面上以成像图案的物体。测量装置将光栅投射到待测物体的表面以成像为作为第一实像的第一光栅图案，随后第一光栅图案被物体表面反射后例如在一个光学传感器的成像平面上再次成像为作为第二实像的第二光栅图案，并被所述光学传感器接收。一旦物体高度发生变化，光学传感器上的第二光栅图案会相应移动。待测物体的高度值可以基于所述第二光栅图案的位移与待测物体的高度之间的函数关系来确定。然而，这种装置的测量精度会被光学传感器的像素大小所限制(例如，1/4像素大小)。

在现有技术中，常用的光学传感器诸如电荷耦合器件(CCD)，或者是互补型金属氧化物器件(CMOS)等例如被用于光栅图案的成像。这种依靠光栅的成像而实现的高度测量方法，其分辨率通常受限制于采用所述光学传感器的图像形成装置(诸如相机)的像素大小，而提高分辨率的方法一直在探寻中。

发明内容

为至少部分地克服上述现有技术中的缺陷和/或不足，本公开的实施例公开了用于确定光栅像在成像平面上的移位的方法和设备和用于确定物体高度的方法和设备。

在一方面，本公开的实施例公开了一种用于确定光栅像在成像平面上的移位的方法，所述光栅像投影到光学传感器上的所述成像表面且形成光学光栅图案，所述方法包括：

利用所述光学传感器接收所述光学光栅图案；