DE60020656T2

DE60020656T2 - Autofokusgerät und -verfahren

Info

Publication number: DE60020656T2
Application number: DE60020656T
Authority: DE
Inventors: Andreas N. Dorsel; Kenneth L. Staton; Cassandra Dey; George P. Tsai
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1999-10-07
Filing date: 2000-10-06
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2020-10-07
Also published as: EP1091229A3; US20030001072A1; EP1091229A2; DE60020656D1; EP1482342A1; EP1091229B1; US6486457B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Autofokustechnik und insbesondere auf ein Autofokusverfahren zur Verwendung mit Fluoreszenzabasteinrichtungen.
Beim Laserfluoreszenzabtasten ist es wesentlich, so viel Fluoreszenz (und Streuung) wie möglich aus anderen Materialien außer den oberflächengebundenen Nukleinsäuren zu beseitigen, die mit fluoreszierenden Molekülen markiert wurden. Ein Verfahren zum Reduzieren eines solchen Hintergrunds aus Quellen außerhalb der Erfassungsebene ist die Verwendung einer Tiefenunterscheidung. Bei einem solchen System werden Signale außerhalb einer Erfassungsebene wesentlich minimiert. Das System muss jedoch sicherstellen, die Erfassungsebene an der Spitze der Empfindlichkeit-über-Tiefe-Kurve zu halten. Wenn das System nicht in der Lage ist, die Erfassungsebene an der Spitze der Empfindlichkeit-über-Tiefe-Kurve zu halten, besteht eine Nichteinheitlichkeit der abgetasteten Bilder. Somit, um das Verhalten beim Fluoreszenzabtasten zu verbessern, besteht ein Bedarf zum Fokussieren mit guter Präzision auf die Ebene, die eine feste (vorzugsweise Null) Distanz von der Oberfläche des Substrats aufweist, das abgetastet wird.
Die EP 0 453 946 A offenbart ein Verfahren zum Fokussieren eines optischen Kopfs auf einem Objektkörper und eine automatische Fokussierungsvorrichtung für ein optisches Untersuchungssystem. Ein Halbleiterwafer wird auf einem bewegbaren Tischmechanismus getragen. Ein Licht wird auf die Oberfläche des Halbleiterwafers ausgestrahlt, um den Oberflächenzustand des Halbleiterwafers zu untersuchen. Um die Oberfläche des Wafers an dem Fokalpunkt einer Objektivlinse beizubehalten und den Winkel des Wafers senkrecht zu der optischen Achse der Objektivlinse beizubehalten, wird ein Lichtstrahl erzeugt und auf den Wafer gerichtet. Das reflektierte Licht wird in einen ersten und einen zweiten Strahl unterteilt. Der erste Lichtstrahl wird durch eine eindimensionale Positionserfassungsvorrichtung empfangen, während der zweite Lichtstrahl von einer zweidimensionalen Positionserfassungsvorrichtung empfangen wird. Ansprechend auf jeweilige Ausgaben der eindimensionalen Positionserfassungsvorrichtung und der zweidimensionalen Positionserfassungsvorrichtung wird der bewegbare Tischmechanismus getrieben, um einen fokussierten Zustand des Wafers und der Objektivlinse beizubehalten, sogar wenn der Wafer zum Abtasten entsprechender Regionen auf dem Wafer bewegt wird.
Die JP 57-212406 A beschreibt ein Verfahren zum automatischen Fokussieren durch Beleuchten eines Substrats mit einer Quecksilberlampe durch eine Bilderzeugungslinse und Richten von reflektiertem Licht zurück durch die Bilderzeugungslinse auf ein photoelektrisches Element über einen Halbspiegel und eine Linse. Dann wird die Ausgabe des Elements erfasst, um einen Motor auf der Basis der Ausgabe der Quecksilberlampe zu steuern, die durch ein photoelektrisches Element erfasst wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Fokussierung mit guter Präzision auf die Ebene zu schaffen, die eine feste Distanz von einem Substrat aufweist, das abgetastet wird, wobei fehlerhafte unscharfe Anzeigen aufgrund von Strahlwanderung vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 4 gelöst.
Zusammenfassung der Erfindung
Bei einem Aspekt ist die Erfindung eine Autofokusvorrichtung, die einen Laser zum Erzeugen eines gebündelten Laserstrahls umfasst. Eine Linse ist positioniert, um den Laserstrahl außerhalb der Achse zu empfangen und den Strahl auf eine feste Fokalebene auf einer Substratoberfläche zu fokussieren. Ein erster positionsempfindlicher Detektor empfängt den Laserstrahl, der von der Substratoberfläche durch die Linse reflektiert wird, um ein erstes Signal proportional zu dem lateralen Strahlversatz zu erzeugen. Ein Strahlteiler kann einen Abschnitt des Laserstrahls, bevor er durch die Linse tritt, hin zu einem zweiten positionsempfindlichen Detektor leiten, um ein zweites Signal proportional (außer bei möglichen Versetzungen) zu Laserstrahl-Zeigefehlern zu erzeugen. In diesem Fall kann eine zusätzliche Vorrichtung verwendet werden, um die Differenz der Positionen von dem ersten zu dem zweiten positionsempfindlichen Detektor zu berechnen, die (außer bei möglichen Versetzungen) proportional zu dem Fokusfehler-Fehlersignal ist, das für einen Laserzeigefehler korrigiert wird. Wie Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, kann dieses Fokusfehler-Fehlersignal in einer Steuerungsschleife verwendet werden, um dieses Fehlersignal zu reduzieren, um eine Autofokussierung zu erreichen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Versatz hinzugefügt, so dass das System auf einer Ebene fokussiert, die sich von der Substratoberfläche unterscheidet. Es ist bevorzugt, wenn der erste positionsempfindliche Detektor und der zweite positionsempfindliche Detektor ungefähr in derselben Gesamtdistanz von dem Laser angeordnet sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein schematisches Diagramm der Autofokusvorrichtung der Erfindung.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Bezug nehmend auf 1 erzeugt ein Laser 10 einen im Wesentlichen gebündelten Laserstrahl 12, der durch einen Strahlteiler 14 verläuft und in eine Abtastlinse 16 mit hochnumerischer Öffnung eintritt, außermittig im Hinblick auf eine optische Achse 18 der Linse 16. Wenn eine Musteroberfläche 20, die abgetastet werden soll, in der Fokalebene der Linse 16 ist, tritt ein reflektierter Strahl 22 aus der Linse 16 parallel zu dem einfallenden Strahl 12 in derselben Distanz von der optischen Achse 18 der Linse 16 aus, aber auf der gegenüberliegenden Seite der optischen Achse 18. Die Fokalebene der Linse 16 ist die Ebene mit dem höchsten Signal auf der Tiefenunterscheidungskurve und fällt möglicherweise nicht mit der Ebene des geringsten Laserstrahldurchmessers zusammen (Fokusverschiebung der Gausschen Strahlen). Wenn die Musteroberfläche 20 sich aus der Fokalebene bewegt, wie durch die gepunktete Linie 24 gezeigt ist, ist der rückreflektierte Strahl nicht mehr parallel zu dem einfallenden Strahl 12, nachdem er das zweite Mal durch die Linse 16 tritt. Wenn die Oberfläche 24 außerhalb der Fokalebene ist, führt dies zu einer lateralen Strahlbewegung in größeren Distanzen von der Linse. Eine gepunktete Linie 26 zeigt einen solchen lateral versetzten Strahl an, der auf einen positionsempfindlichen Detektor (PSD; PSD = position sensitive detector) 28 fällt. Der PSD 28 erzeugt ein Ausgangssignal proportional zu dem lateralen Versatz von z. B. dem Strahl 26 im Hinblick auf den Strahl 22. Die Distanz des PSD 28 von der Linse 16 ist groß im Hinblick auf die Fokallänge der Linse 16. Die Distanz sollte zumindest zweimal die Fokallänge sein; eine geeignete Distanz ist bis zu 100 mal die Fokallänge. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass das Hinzufügen eines Versatzes zu der Ausgabe des PSD 28 für eine Ausrichtung (Einstellen des Systems auf die richtige Ebene) sowie für ein beabsichtigtes Fokussieren auf einer unterschiedlichen Ebene verwendet werden kann.
Es wird erwartet, dass der Strahl 12 aus dem Laser 10 eine Strahlzeigeinstabilität (Strahlwandern) erfahren kann, und eine solche Zeigeinstabilität kann fehlerhafte Fokussignale verursachen. Das heißt, wenn eine Zeigeinstabilität bei dem Strahl 12 von dem Laser 10 vorliegt, könnte der PSD 28 ein laterales Versatzsignal registrieren, sogar wenn die Abtastoberfläche 20 bei der Fokalebene ist. Um ein solches Strahlwandern zu kompensieren, richtet der Strahlteiler 14 einen Abschnitt des Strahls 12 von dem Laser 10 auf einen zweiten positionsempfindlichen Detektor 30. Wenn der Strahl 12 abgelenkt wird, erzeugt der PSD 30 ein Signal proportional zu der Ablenkung. Die Ausgangssignale des PSD 28 und des PSD 30 werden differenziert, um ein Fokusfehler-Fehlersignal zu erzeugen. Das heißt, die Differenz der zwei PSD-Signale ist – außer bei möglichen Versätzen – ein Maß des Fokusfehlers. Wie Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, kann ein Fehlersignal 32 in einem Geschlossene-Schleife-System verwendet werden, um die Musteroberfläche 20 an der Fokalebene der Linse 16 beizubehalten, durch Verwenden eines Positionssensors und eines Betätigers (nicht gezeigt), um entweder die Linse oder das Muster zu bewegen.
Die vorliegende Erfindung bietet eine einfache Möglichkeit zum Beibehalten einer relativen Ausrichtung der Fokal-/Erfassungs-Ebene und der Substratoberfläche bei Vorliegen eines Strahlwanderns. Im Gegensatz zu Auf-Achsen-Systemen beseitigt das vorliegende Verfahren die Wirkungen, die durch eine Störung von Lichtwellen verursacht werden, die von der Vorderseite und Hinterseite von transparenten Substraten reflektiert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass bei Systemen, bei denen die Distanz zwischen der Abtastlinse 16 und dem PSD 28 während des Abtastens variiert, der Proportionalitätsfaktor, der den Fokusfehler und den lateralen Versatz auf dem PSD verknüpft, ebenfalls variiert. Bei einem solchen System sind die Fokussierungsebenen nicht parallel zueinander, da nur die wahre Fokus ebene flach ist; für alle Versätze ungleich Null von der wahren Fokusebene fokussiert das System auf Hyperbeln. Bei einer geeigneten Rechenschaltungsanordnung kann dies jedoch so kompensiert werden, dass das Fokussieren einer Außerfokus-Ebene ebenfalls ohne weiteres durch einen Fachmann auf dem Gebiet durchgeführt werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich werden, und dass es beabsichtigt ist, dass alle derartigen Modifikationen und Variationen in dem Schutzbereich der beiliegenden Ansprüche umfasst sind.

Claims

Autofokusvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: einen Laser (10) zum Erzeugen eines gebündelten Laserstrahls (12); eine Linse (16), die positioniert ist, um den Laserstrahl (12) außerhalb der Achse zu empfangen und den Strahl auf eine Brennebene auf einer Substratoberfläche zu fokussieren; einen ersten positionsempfindlichen Detektor (28) zum Empfangen des Laserstrahls, der von der Substratoberfläche durch die Linse (16) reflektiert wird, um ein erstes Signal proportional zu dem lateralen Strahlversatz (26) zu erzeugen; gekennzeichnet durch einen zweiten positionsempfindlichen Detektor (30) zum Empfangen eines Abschnitts des Laserstrahls (12) vor dem Leiten durch die Linse (16), um ein zweites Signal proportional zu der Laserstrahl-Zeigeinstabilität zu erzeugen; und eine Vorrichtung zum Berechnen der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Signal, wobei die Differenz ein Fokusfehler-Fehlersignal (32) ist, das eine Abweichung (24) der Substratoberfläche (20) von der Brennebene der Linse (16) anzeigt.
Die Autofokusvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der erste (28) und der zweite (30) positionsempfindliche Detektor ungefähr in derselben Distanz von dem Laser (10) angeordnet sind.
Die Autofokusvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, die folgendes Merkmal aufweist: einen Betätiger, der angepasst ist, um das Substrat oder die Linse (16) zu bewegen, um das Fokusfehler-Fehlersignal zu verringern.
Autofokusverfahren, das folgende Schritte aufweist: Erzeugen eines gebündelten Laserstrahls (12); Positionieren einer Linse (16), um den Laserstrahl außerhalb der Achse zu empfangen, um den Strahl auf eine Brennebene auf einer Substratoberfläche zu fokussieren; Erfassen des lateralen Versatzes (26) des Laserstrahls nach der Reflexion von der Substratoberfläche durch die Linse (16); gekennzeichnet durch Richten eines Abschnitts des Laserstrahls (12) vor dem Leiten durch die Linse (16) zum Bestimmen einer Laserstrahl-Zeigeinstabilität; und Berechnen der Differenz des Versatzes und der Strahlinstabilität, um ein Fokusfehler-Fehlersignal zu erzeugen, das eine Abweichung (24) der Substratoberfläche (20) von der Brennebene der Linse (16) anzeigt.