Устройство автоматической фокусировки

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество КБТЭМ-ОМО(72) Авторы Есьман Василий Михайлович Крот Вадим Валентинович Титко Елена Александровна(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество КБТЭМ-ОМО(57) Устройство автоматической фокусировки, содержащее координатный стол с подложкой, объектив, осветитель устройства автоматической фокусировки, состоящий из излучателя, конденсора, телескопической системы и светоделителя, дихроичный фильтр,бипризму Френеля, коллектор, телекамеру, блок обработки сигналов фокусировки и блок управления координатным столом, отличающееся тем, что излучатель осветителя устройства автоматической фокусировки выполнен светодиодным, а в осветителе после конденсора установлена маска. Фиг. 1 Полезная модель относится к области технологического оборудования, в частности к устройствам автоматической фокусировки для фокусирования рабочего объектива уста 103462014.10.30 новки на поверхность обрабатываемых или 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 световых пучков, 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 перестраивается 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 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 4. При построении на поверхности подложки изображения в виде линии 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 подложки становится заметна на финишных технологических слоях. Слой фоторезиста, покрывающий подложку, не полностью нивелирует рельеф топологии. Поэтому отдельные участки изображения линии могут попадать на углубления рельефа топологии, а другие - на выпуклость рельефа, что вызовет ошибку в определении положения поверхности подложки. При попадании изображения датчика фокусировки на края элементов происходят дифракция и 103462014.10.30 рассеивание излучения, что приводит к искажению изображения и увеличению погрешности измерения координаты фокусировки. Описанное в прототипе устройство автоматической фокусировки обладает несколько меньшей чувствительностью к топологическому рисунку и технологическим слоям подложки по сравнению с описанными в 1, 2, но его точность ограничивается тем, что на поверхность подложки строится одна линия, изображение которой искажается рельефом 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 в устройстве автоматической фокусировки,содержащем координатный стол с подложкой, объектив, осветитель устройства автоматической фокусировки, состоящий из излучателя, конденсора, телескопической системы и светоделителя, дихроичный фильтр, коллектор, бипризму Френеля, телекамеру, блок обработки сигналов фокусировки и блок управления координатным столом, излучатель осветителя устройства автоматической фокусировки выполнен светодиодным, а в осветителе после конденсора установлена маска. Это позволяет проводить измерение положения поверхности подложки на большей площади, тем самым снизить влияние рельефа топологии на погрешность измерения координаты фокусировки. Суть полезной модели поясняется фиг. 1, где приведено устройство автоматической фокусировки. Устройство автоматической фокусировки содержит координатный стол 9, удерживающий подложку 8, объектив 7, осветитель устройства автоматической фокусировки, состоящий из светодиодного излучателя 1, конденсора 2, обеспечивающего засветку маски 3, телескопической системы 4 и светоделителя 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, бипризму Френеля 10, коллектор 11, телекамеру 12,блок 14 обработки сигналов фокусировки и блок 15 управления координатным столом. Коллектор 11 и бипризма Френеля 10 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 маски 3. Устройство автоматической фокусировки работает следующим образом излучение светодиодного излучателя 1 с помощью конденсора 2 равномерно засвечивает маску 3. Телескопическая система 4 перестраивает плоскость маски 3 в плоскость предметов объектива 7, а плоскость излучателя 1 в плоскость, сопряженную со зрачком объектива 7. Дальше излучение попадает в объектив 7, пройдя который, строит на поверхности подложки 8 изображение маски 3. Маска 3 выполнена в виде набора линий, размером несколько десятков микрон, протравленных в хромовом покрытии на стеклянной подложке. В плоскости, сопряженной со зрачком 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. Использование телескопической системы 4 обеспечивает телецентричность хода главных лучей, строящих изображение маски 3 на поверхности подложки 8. Отразившись от поверхности подложки 8, излучение, снова проходя через объектив 7, попадает на дихроичный фильтр 6 и в телескопическую систему 4. Отразившись от светоделителя 5, излучение попадает в бипризму Френеля 10, коллектор 11 и дальше на телекамеру 12. Коллектор 11, объектив 7 и часть оптики телескопической системы 4, работающая с отраженным излучением, перестраивают изображение 3 103462014.10.30 маски 3, отраженное от подложки 8 в плоскость телекамеры 12. Бипризма Френеля 10, установленная в плоскости, сопряженной со зрачком системы, делит падающее излучение на два потока, которые строят в плоскости телекамеры два изображения, каждое в виде набора линий (фиг. 2). Для уменьшения влияния топологии на точность работы устройства фокусировки маска 3, бипризма Френеля 10 и телекамера 12 повернуты на 45 относительно координатных осей установки. При такой ориентации изображение маски 3 на подложке 8 будет развернуто относительно координатных осей ,установки, вдоль которых преимущественно ориентирована топология подложки 8. В этом случае площадь пересечения (перекрытия) линий изображения маски с краями топологии подложки 8 минимальна, что значительно снижает ошибки фокусировки. Бипризма Френеля 10 и телекамера 12 установлены так, чтобы линии изображения маски 3 на камере были параллельны одной из сторон камеры. При изменении расстояния от проекционного объектива 7 до подложки 8 изменяется расстояниемежду двумя изображениями (фиг. 2) на телекамере 12. Расстояние , пропорциональное 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. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4