一种工件高度测量装置及其校正方法
【专利摘要】一种工件高度测量装置及其校正方法，包括光源射出光线通过狭缝分为狭缝光束，倾斜入射到工件形成入射光束，再射到测量光斑经工件反射形成反射光束通过反射镜组形成平行光束；分光镜把平行光束分为第一、第二测量光束；第一、第二测量光束分别通过第一、第二探测镜组后被第一、第二线阵电荷耦合器件接收，分别形成第一、第二图像。工件位于零位时，将第一、第二图像拼接，计算子光斑的零位间距；工件离焦时，将获得的第一、第二图像拼接，计算子光斑的离焦间距；根据子光斑的零位间距、离焦间距计算各个子光斑的位移，将其平均值作为光斑位移平均值计算工件离焦量。本发明测量精度高，工艺适应性强。
【专利说明】一种工件高度测量装置及其校正方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及物体高度测校领域，特别涉及一种利用光线测量工件高度的装置及其校正方法。
【背景技术】
[0003]曝光装置是将掩膜上的图样通过投影物镜投影到工件表面上的装置。在投影曝光设备中，工件的厚度偏差、面形起伏以及投影物镜焦平面位置的不准确性和不重复性等因素会造成工件相对于焦平面产生离焦或倾斜，若工件的离焦或倾斜使曝光视场内某些区域处于有效焦深之外，将严重影响测量精度。
[0004]美国专利US5118957提出了一种非接触式光电测量技术，该技术利用高亮度光源发出的光束经过聚光镜以后照明带有多个针孔的调焦标记，针孔调焦标记经过成像系统和转折反射镜投影在工件上，针孔像在工件上一个测量点位于曝光视场中心，而其他测量点均布于四周。经过工件反射以后，由成像系统放大成像在面阵CXD (电荷耦合器件)上。工件处于投影物镜焦平面时，调焦标记经过两次成像与面阵CXD形成光学共轭关系，则工件的离焦和倾斜会引起针孔成像光束在CXD上的入射位置发生变化，通过信号处理可以得到工件的离焦量和倾斜量。但是，由于CCD受到分辨率的限制，无法精确地计算离焦量和倾斜量。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的`技术问题是电荷耦合器件分辨率对工件离焦量测量精度的约束。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种工件高度测量装置，包括:
光源、照明镜组、狭缝、投影镜组，所述光源发出的光线依次通过所述照明镜组和所述狭缝后，被分为若干束光线，所述若干束光线通过所述投影镜组后倾斜入射到位于工件台的工件上，形成入射光线，所述入射光线经过所述工件反射后，形成反射光线；
其特征在于，还包括:
反射镜组，所述反射光线通过所述反射镜组后形成若干束平行光束；
分光镜，把所述平行光束分为第一测量光束和与所述第一测量光束垂直的第二测量光
束；
第一探测镜组和第一线阵电荷耦合器件，第一线阵电荷耦合器件接收通过第一探测镜组后的第一测量光束，取得第一图像；
第二探测镜组和第二线阵电荷耦合器件，第二线阵电荷耦合器件接收第二探测镜组后第二测量光束，取得第二图像；
所述第一探测镜组和所述第二探测镜组与分光镜的距离相同，所述第一线阵电荷耦合器件与所述第一探测镜组和所述第二线阵电荷耦合器件与所述第二探测镜组的距离相同，所述第一探测镜组和所述第二探测镜组的放大倍率相同，所述第一线阵电荷耦合器件和所述第二线阵电荷耦合器件的参数相同，所述第二线阵电荷耦合器件相对于所述第一线阵电荷耦合器件反向放置。
[0006]优选的，所述光源为LED或卤素灯。
[0007]本发明还提供了一种高度测量装置的高度校正方法，包括以下步骤:
步骤1，工件台位于零位时，分别从第一线阵电荷耦合器件、第二线阵电荷耦合器件获得第一图像和第二图像；
步骤2，根据所获得的第一图像和第二图像，计算得到相同投影面上子光斑中心的间
距；
步骤3，获取工件表面发生离焦情况下的第一线阵电荷耦合器件、第二线阵电荷耦合器件的图像；
步骤4，根据所获得的第一图像和第二图像，计算得到相同投影面上子光斑中心的间
距；
步骤5，根据各个子光斑中心间距变化值的一半，计算得到各个子光斑相应的位置变化，然后计算得到光斑位移的平均值；
步骤6，计算出工件表面的离焦量。
[0008]进一步，工件离焦量的计算公式为
【权利要求】
1.一种工件高度测量装置，包括: 光源、照明镜组、狭缝、投影镜组，所述光源发出的光线依次通过所述照明镜组和所述狭缝后，被分为若干束光线，所述若干束光线通过所述投影镜组后倾斜入射到位于工件台的工件上，形成入射光线，所述入射光线经过所述工件反射后，形成反射光线； 其特征在于，还包括: 反射镜组，所述反射光线通过所述反射镜组后形成若干束平行光束； 分光镜，把所述平行光束分为第一测量光束和与所述第一测量光束垂直的第二测量光束； 第一探测镜组和第一线阵电荷耦合器件，第一线阵电荷耦合器件接收通过第一探测镜组后的第一测量光束，取得第一图像； 第二探测镜组和第二线阵电荷耦合器件，第二线阵电荷耦合器件接收第二探测镜组后第二测量光束，取得第二图像； 所述第一探测镜组和所述第二探测镜组与分光镜的距离相同，所述第一线阵电荷耦合器件与所述第一探测镜组和所述第二线阵电荷耦合器件与所述第二探测镜组的距离相同，所述第一探测镜组和所述第二探测镜组的放大倍率相同，所述第一线阵电荷耦合器件和所述第二线阵电荷耦合器件的参数相同，所述第二线阵电荷耦合器件相对于所述第一线阵电荷耦合器件反向放置。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述光源为LED或卤素灯。
3.一种使用权利要求1所述高度测量装置的高度校正方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1，工件台位于零位时，分别从第一线阵电荷耦合器件、第二线阵电荷耦合器件获得第一图像和第二图像； 步骤2，根据所获得的第一图像和第二图像，计算得到相同投影面上子光斑中心的间距； 步骤3，获取工件表面发生离焦情况下的第一线阵电荷耦合器件、第二线阵电荷耦合器件的图像； 步骤4，根据所获得的第一图像和第二图像，计算得到相同投影面上子光斑中心的间距； 步骤5，根据各个子光斑中心间距变化值的一半，计算得到各个子光斑相应的位置变化，然后计算得到光斑位移的平均值； 步骤6，计算出工件表面的离焦量。
4.根据权利要求3所述的校正方法，其特征在于，工件离焦量的计算公式为
5.根据权利要求3所述的校正方法，其特征在于，所述子光斑中心间距计算包括以下步骤: 将第一图像和第二图像合成一个图像；对合成后的图像进行预处理，包括消图像背景和消去图像本身的噪声； 将图像转化成灰度曲线，并根据该曲线获取光斑边缘信息； 根据光斑边缘信息，定位得到第一线阵电荷耦合器件上的子光斑的中心位置和第二线阵电荷耦合器件上的子光斑的中心位置； 将投影面中相同位置的子光斑的中心位置相减，得到相同投影面上子光斑中心的间距；
6 .根据权利要求5所述的校正方法，所述消图像背景是把采集的图像与电荷耦合器件的背景图像相减，消去电荷耦合器件的背景噪声对图像的影响。
【文档编号】G01B11/02GK103676487SQ201210328886
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月7日 优先权日:2012年9月7日
【发明者】程琦, 陈飞彪 申请人:上海微电子装备有限公司