Устройство автоматической фокусировки

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие КБТЭМ-ОМО(72) Авторы Есьман Василий Михайлович Корнелюк Александр Иванович Агейченко Александр Степанович Красневская Юлия Ивановна(73) Патентообладатель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие КБТЭМ-ОМО(57) Устройство автоматической фокусировки, содержащее координатный стол с подложкой, объектив, осветитель устройства автоматической фокусировки, состоящий из излучателя, дифракционной решетки, телескопической системы, поляризационного светоделителя и четвертьволновой пластины, дихроичный фильтр, конденсор, бипризму Френеля, телекамеру, блок обработки сигналов фокусировки и блок управления координатным столом,отличающееся тем, что осветитель устройства автоматической фокусировки содержит цилиндрическую линзу, расположенную за излучателем.(56) 1. Патент США 20100060883, МПК 01 11/02. 2. Патент США 6664524, МПК 02 7/28. 3. Патент РБ 6302. 4. Патент РБ 9150. Полезная модель относится к области технологического оборудования, в частности к устройствам автоматической фокусировки для фокусирования рабочего объектива на поверхность контролируемых подложек, полупроводниковых пластин или фотошаблонов. Для поддержания постоянным расстояния между подложкой и объективом проекционной оптической системы необходимым является устройство автоматической фокусировки, которое должно работать с минимальными погрешностями как по чистым (без топологии) подложкам, так и по подложкам с различными технологическими слоями и рельефом на поверхности. Известно устройство фокусировки 1, которое работает по методу последовательного во времени построения на подложке двух сфокусированных точек с помощью двух лучей,падающих на подложку наклонно относительно оптической оси, и построения отраженных от подложки изображений на сдвоенный фотоприемник. Вычисляется разность сигналов от двух последовательно строящихся на фотоприемнике изображений. Сигнал подается на управление приводом стола по координате . Работа устройства и его нечувствительность к топологии основана на том, что на приемник последовательно перестраиваются два изображения с одного и того же места топологии подложки. Так как на поверхности подложки два изображения сфокусированных точек строятся последовательно, то в системе экспонирования на ходу их положение относительно топологии никогда не будет абсолютно одинаковым центры точек будут лежать на разных участках топологии, что приведет к ошибкам фокусировки. Известно устройство автоматической фокусировки 2, которое включает координатный стол, удерживающий подложку, объектив, располагающийся над поверхностью подложки, осветитель, который освещает поверхность подложки сфокусированным световым пучком, и два фотоприемника, которые детектируют отраженный от поверхности подложки свет. Устройство автоматической фокусировки содержит также блок обработки сигналов фокусировки, который по сигналу, полученному с фотоприемников, определяет вертикальное положение поверхности подложки и схему управления координатным столом, которая управляет отработкой плоскости подложки на основании скорректированного сигнала положения. Работа устройства основана на обработке изображения сфокусированной точки, которая в процессе работы может попадать на различные участки поверхности подложки,имеющие разную высоту и неровности, что приводит к погрешностям измерения. Недостатком устройств является низкая точность работы по топологическому рисунку и технологическим слоям подложки. Минимальными погрешностями при работе по топологии и технологическим слоям обладает устройство автоматической фокусировки, описанное в патенте 3, однако его конструктивные особенности (большой угол падения лучей, строящих изображение на подложке) не позволяют применять его в контрольно-измерительных установках, предназначенных для работы с фотошаблонами, имеющими защитные пеликлы. Ближайшим прототипом является устройство автоматической фокусировки, описанное в 3. При построении на поверхности подложки изображения, состоящего из набора точек,существует высокая вероятность появления погрешности измерения, связанной с рельефом поверхности подложки. По мере проведения технологических процессов (травление,имплантация, напыление) на поверхности подложки появляется определенный рельеф топологических структур изготавливаемых приборов. Особенно неровность поверхности 2 99322014.02.28 подложки становится заметна на финишных технологических слоях. Слой фоторезиста,покрывающий подложку, не полностью нивелирует рельеф топологии. Поэтому сфокусированные точки датчика фокусировки могут попадать на углубления или на выпуклость рельефа топологии, что вызовет ошибку в определении положения плоскости поверхности подложки. При попадании сфокусированных точек датчика фокусировки на края элементов происходит дифракция и рассеивание излучения, что тоже увеличивает погрешность устройства фокусировки. Описанное в прототипе устройство автоматической фокусировки обладает несколько меньшей чувствительностью к топологическому рисунку и технологическим слоям подложки по сравнению с описанными в 2, 3, но его точность ограничивается тем, что на поверхность подложки строится изображение дискретных сфокусированных точек, каждая из которых испытывает влияние рельефа топологии подложки. Целью полезной модели является повышение точности работы устройства автоматической фокусировки за счет снижения влияния рельефа топологических слоев на погрешность измерения положения поверхности подложек. Поставленная задача достигается тем, что устройство автоматической фокусировки,содержащее координатный стол с подложкой, объектив, осветитель устройства автоматической фокусировки, состоящий из излучателя, телескопической системы, поляризационного светоделителя и четвертьволновой пластины, дихроичный фильтр, конденсор,бипризму Френеля, телекамеру, блок обработки сигналов фокусировки, а осветитель устройства автоматической фокусировки содержит цилиндрическую линзу, расположенную за излучателем. Это позволяет в процессе измерения интегрировать оптический сигнал, отраженный от большей поверхности подложки и тем самым снизить влияние рельефа на погрешность измерения положения поверхности подложки. Суть полезной модели поясняется фигурами, где приведено устройство автоматической фокусировки. Устройство автоматической фокусировки содержит координатный стол 9, удерживающий подложку 8, объектив 7, осветитель устройства автоматической фокусировки, состоящий из излучателя 1, цилиндрической линзы 2, обеспечивающей преобразование круглого пучка излучателя 1 в сходящийся эллиптический и формирование из него в плоскости подложки 8 изображения в виде линии, телескопической системы 3, поляризационного светоделителя 4, четвертьволновой пластины 5, дихроичный фильтр 6, установленный перед объективом 7 с возможностью отражения в объектив 7 излучения осветителя устройства автоматической фокусировки и одновременного пропускания в объектив 7 излучения 13 рабочего канала установки, конденсор 10, бипризму Френеля 11, телекамеру 12, блок 14 обработки сигналов фокусировки и блок 15 управления координатным столом. Конденсор 10 и бипризма Френеля 11 установлены перед телекамерой 12 с возможностью разделения излучения, отраженного от подложки 8, на два пучка и формирования в плоскости телекамеры 12 двух пространственно разделенных изображений в виде линий. Устройство автоматической фокусировки работает следующим образом излучение лазерного излучателя 1 попадает на цилиндрическую линзу 2, после которой падающий пучок превращается в сходящийся эллиптический. Телескопической системой 3 плоскость перетяжки пучка, расположенная в фокусе цилиндрической линзы 2, перестраивается в плоскость входного зрачка объектива 7. Дальше излучение попадает в объектив 7, пройдя который на поверхности подложки 8 строится изображение в виде линии, размер которой определяется фокусным расстоянием цилиндрической линзы 2 и апертурой объектива 7. В плоскости зрачка объектива 7 установлен дихроичный фильтр 6, предназначенный для совместного направления в объектив 7 излучения датчика фокусировки и рабочего излучения 13. Рабочим излучением 13 может быть как экспонирующее излучение технологического оборудования, так и излучение измерительного канала контрольно-измерительной установки. Сопряжение плоскости перетяжки пучка, расположенной в фокусе цилиндри 3 99322014.02.28 ческой линзы и плоскости зрачка объектива 7, с помощью телескопической системы 3 обеспечивает телецентричность хода главных лучей, строящих изображение на поверхности подложки 8. Четвертьволновая пластина 5 превращает линейную поляризацию излучения осветителя устройства автоматической фокусировки в круговую, что позволяет значительно снизить влияние поляризационных явлений на точность работы фокусировки при прохождении излучения через оптические компоненты устройства фокусировки. Отразившись от поверхности подложки 8, излучение отражается от дихроичного фильтра 6,попадает в телескопическую систему и на четвертьволновую пластину 5. После прохождения четвертьволновой пластины 5 круговая поляризация превращается в линейную так,что плоскость поляризации излучения поворачивается на 90 по отношению к излучению осветителя. Излучение, попадая на грань поляризационного светоделителя 4, отражается и, пройдя через конденсор 10 и бипризму Френеля 11, попадает на телекамеру 12. Конденсор 10, объектив 7 и часть оптики телескопической системы 3, работающая с отраженным излучением, перестраивают изображение, отраженное от подложки 8, в плоскость телекамеры 12. Бипризма Френеля 11, установленная в плоскости, сопряженной со зрачком системы, делит падающее излучение на два потока, которые строят в плоскости телекамеры два изображения, каждое в виде линии (фиг. 2). Для уменьшения влияния топологии на точность работы устройства фокусировки, цилиндрическая линза 2, бипризма Френеля 11 и телекамера 12 повернуты на 45 относительно координатных осей установки. При такой ориентации цилиндрической линзы 2 изображение линии на подложке 8 будет развернуто относительно координатных осей , установки, вдоль которых преимущественно ориентирована топология подложки 8. В этом случае площадь пересечения (перекрытия) линии изображения с краями топологии подложки 8 минимальна, что значительно снижает ошибки фокусировки. Бипризма Френеля 11 и телекамера 12 установлены так, чтобы изображения линий на камере были параллельны одной из сторон камеры. При изменении расстояния от проекционного объектива 7 до подложки 8 расстояниемежду двумя изображениями (фиг. 2) на телекамере 12 изменяется. Расстояние , равное координате фокусировки, рассчитывается в блоке 14 обработки сигналов фокусировки,передается в блок 15 управления координатным столом, который отрабатывает изменения положения поверхности подложки 8 по фокусу (вдоль оси проекционного объектива 7). Предложенное техническое решение позволяет повысить точность работы устройства автоматической фокусировки за счет снижения влияния топологии, увеличить выход годных и может быть использовано в любых областях науки и техники для точного фокусирования объектива на поверхность обрабатываемой подложки. Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4