Устройство автоматической фокусировки

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие КБТЭМ-ОМО(72) Авторы Агейченко Александр Степанович Есьман Василий Михайлович Крот Вадим Валентинович(73) Патентообладатель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие КБТЭМ-ОМО(57) Устройство автоматической фокусировки, содержащее координатный стол, проекционный объектив, датчик фокусировки, состоящий из осветительной части, содержащей источник излучения, конденсор, маску, апертурную диафрагму и линзовый блок, и приемной части, содержащей линзовый блок, апертурную диафрагму и фотоприемник, блок определения вертикального положения подложки и блок управления координатным столом, отличающееся тем, что осветительная и приемная части датчика фокусировки выполнены двухканальными, линзовые блоки осветительной и приемной частей выполнены в виде телескопов, на маске осветительной части расположены два знака для каждого канала, а в соответствующих каналах осветительной и приемной частей установлено по одной поворачивающей изображение призме. 96382013.10.30 Полезная модель относится к области технологического оборудования, в частности к устройствам автоматической фокусировки для фокусирования проекционного объектива на поверхность контролируемых подложек, полупроводниковых пластин или фотошаблонов. Разрешающая способность оптических систем прямо пропорциональна длине волны источника излучения и обратно пропорциональна числовой апертуре объектива (/). Чтобы повысить разрешающую способность, необходимо уменьшать длину волны и увеличивать апертуру. Однако такая высокоапертурная оптическая система обладает небольшой глубиной резкости, так как глубина резкости пропорциональна длине волны источника излучения и обратно пропорциональна квадрату числовой апертуры . Вследствие этого для поддержания постоянным расстояния между подложкой и объективом оптической системы в установках используется устройство автоматической фокусировки, которое должно работать с минимальными погрешностями как по чистым без топологии подложкам, так и по рельефным подложкам с топологией и различными технологическими слоями. Известно устройство автоматической фокусировки 1, которое работает по методу отражения от подложки сфокусированной лазерной точки и разделения ее на два дифференциальных фотоприемника, один из которых установлен перед фокусом линзы в первом световом тракте, а второй установлен за фокусом линзы во втором световом тракте, и вычисляется разность/сумма сигналов, полученных от двух фотоприемников. Недостатком аналога является низкая точность работы по рельефным подложкам с топологией и различными технологическими слоями. Известно устройство автоматической фокусировки 2, которое включает координатный стол, удерживающий подложку, проекционный объектив, располагающийся над поверхностью подложки, оптико-осветительную систему, которая освещает поверхность подложки сфокусированным световым пучком, идущим под углом на подложку, и фотоприемник, который детектирует отраженный от поверхности подложки свет. Устройство автоматической фокусировки содержит также схему определения положения подложки,которая по сигналу, полученному с фотоприемника, определяет вертикальное положение поверхности подложки, схему коррекции, которая контролирует данный сигнал определения положения в режиме реального времени и корректирует разницу, превышающую допустимое изменение формы поверхности подложки, и схему управления координатным столом, которая управляет отработкой плоскости подложки на основании скорректированного сигнала положения. Описанное устройство автоматической фокусировки обладает несколько меньшей чувствительностью к топологическому рисунку и технологическим слоям подложки по сравнению с описанным в 1, но его точность недостаточна для современных высокоапертурных систем. Использование в качестве излучателя лазера с монохроматическим когерентным излучением приводит к интерференции пучков в пленках технологических слоев и фоторезиста, снижению их мощности, искажению формы и, как следствие, к погрешности отсчета фокусировки. Ближайшим прототипом является устройство автоматической фокусировки 3, которое включает координатный стол, удерживающий подложку, проекционный объектив,располагающийся над поверхностью подложки, оптико-осветительную систему, которая перестраивает изображение маски на поверхность подложки под большим углом, и фотоприемник, который детектирует отраженное от поверхности подложки изображение маски. Устройство автоматической фокусировки содержит также схему определения положения подложки и схему управления координатным столом, которая управляет отработкой плоскости подложки на основании сигнала положения. Описанное в прототипе устройство автоматической фокусировки обладает меньшей чувствительностью к топологическому рисунку и технологическим слоям подложки, но его точность недостаточна для современного технологического и контрольного оборудования. 2 96382013.10.30 В процессе работы на установке могут возникать градиенты температуры, вызывающие общие механические деформации и дрейфы узлов, содержащих фотоприемник и маску,что приведет к ошибкам измерения плоскости фокусировки и, как следствие, к ошибкам в изготовлении топологии. Целью полезной модели является повышение точности работы устройства автоматической фокусировки за счет снижения влияния температуры, рельефа топологии и технологических слоев на погрешность измерения плоскости фокусировки. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве автоматической фокусировки,содержащем координатный стол, проекционный объектив, датчик фокусировки, состоящий из осветительной части, содержащей источник излучения, конденсор, маску, апертурную диафрагму и линзовый блок, и приемной части, содержащей линзовый блок,апертурную диафрагму и фотоприемник, блок определения вертикального положения подложки и блок управления координатным столом, осветительная и приемная части датчика фокусировки выполнены двухканальными, линзовые блоки осветительной и приемной частей выполнены в виде телескопов, на маске осветительной части расположены два знака для каждого канала, а в соответствующих каналах осветительной и приемной частей установлено по одной поворачивающей изображение призме. Суть полезной модели поясняется фигурой, где приведено устройство автоматической фокусировки. Устройство автоматической фокусировки содержит координатный стол 8, удерживающий подложку 7, проекционный объектив 9, осветительную систему, состоящую из светодиодного излучателя 1 с длиной волны инфракрасного диапазона и конденсора 2, маску 3, две оборачивающие призмы 4 и 4, две апертурные диафрагмы 6 и 6, линзовые блоки 5 и 5, выполненные в виде телескопов, фотоприемник 10, блок определения вертикального положения подложки, блок управления координатным столом. Маска 3 установлена за конденсором 2 с возможностью построения ее изображения на подложку 7 и после отражения изображения маски 3 от подложки 7 на фотоприемник 10, а угол , под которым лучи,строящие изображение маски 3, падают на поверхность подложки 7, составляет 83-85. Устройство автоматической фокусировки работает следующим образом светодиодный излучатель 1 с помощью конденсора 2 освещает маску 3, на которой расположены два знака. Линзовый блок 5 перестраивает знаки маски 3 по двум оптическим каналам в плоскость подложки 7. Оба знака маски 3 выполнены в виде набора нерегулярно расположенных горизонтальных прозрачных щелей, которые перестраиваются линзовым блоком 5 на различные участки подложки 7, имеющие разную высоту микронеровностей, что позволяет усреднить профиль подложки 7 и значительно снизить влияние топологии. В оптический ход одного из знаков введена оборачивающая призма 4, которая, вопервых, вносит дополнительную разность хода между каналами, компенсируя разницу задних отрезков, что обеспечивает четкое изображение каждого из знаков на подложке 7,во-вторых, инвертирует изображение одного из каналов. Линзовый блок 5 выполнен в виде телескопа, что обеспечивает телецентрический ход главных лучей как со стороны маски 3, так и со стороны подложки 7. Это позволяет исключить изменение масштаба изображения маски 3 на фотоприемнике 10 при смещении подложки 7 по вертикали. Угол , под которым линзовый блок 5 направляет лучи, строящие изображение маски 3 на подложку 7, выбирается максимально допустимым конструкцией установки и может составлять 83-85, что обеспечивает минимальное рассеивание излучения на топологии,максимальное отражение от верхней поверхности технологических пленок и, как следствие, минимальную погрешность фокусировки. Уменьшить паразитное рассеивание излучения на рельефе топологии позволяет применение в качестве источника излучения светодиодного излучателя инфракрасного диапазона. Длина волны излучателя выбирается максимально возможной и согласованной со спектральной характеристикой существующих ПЗС-приемников, например 1500 нм. 3 96382013.10.30 Значительное снижение ошибок при измерении положения плоскости подложки, вызванных интерференцией света датчика фокусировки в тонких пленках на поверхности подложки (окислы, фоторезист), дает использование немонохроматического и некогерентного излучения светодиода. Линзовый блок 5 по двум оптическим каналам перестраивает отраженное от подложки 7 изображение знаков маски 3 в плоскость ПЗС (прибор с зарядовой связью) фотоприемника 10. Призма 4 компенсирует оптическую разность хода между каналами, обеспечивая резкое изображение обоих знаков маски 3 на фотоприемнике 10, а также инвертирует изображение одного из знаков маски. Диафрагма 6 экранирует рассеянное на топологии подложки 9 излучение, согласует апертуру и осуществляет пространственную фильтрацию высокочастотных составляющих в изображении маски 3 на ПЗС-фотоприемника 10. При увеличении расстояния от проекционного объектива 9, жестко связанного с датчиком фокусировки, до подложки 7 расстояние между изображениями двух знаков маски 3 на ПЗС-фотоприемнике 10 увеличивается, а при уменьшении - уменьшается. Если же при неизменном расстоянии от проекционного объектива 9 до подложки 7 будет происходить температурный дрейф приемника или маски, расстояние между центрами изображений знаков маски 3 на фотоприемнике 10 не будет изменяться, координата фокусировки будет оставаться неизменной. Таким образом, двухканальное построение схемы с использованием оборачивающих призм 4 и 4 полностью устраняет чувствительность датчика к температурным дрейфам маски 3 и фотоприемника 10, что значительно повышает точность устройства фокусировки и всей установки в целом. Выходной сигнал ПЗС-фотоприемника 10 поступает на блок определения вертикального положения подложки, который производит расчет текущей координаты поверхности подложки и ее отклонение от заданной координаты. Блок управления координатным столом управляет координатным столом 8 и отрабатывает изменения положения плоскости подложки 7. Предложенное техническое решение позволяет повысить точность работы устройства автоматической фокусировки за счет снижения влияния рельефа топологии и технологических слоев, уменьшить влияние тепловых дрейфов частей установки на точность работы, повысить выход годных и может быть использовано в любых областях науки и техники для точного слежения за поверхностью обрабатываемой подложки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4