形變測量成像系統的製作方法

2023-11-09 22:05:17 1

專利名稱：形變測量成像系統的製作方法
形變測量成像系統
相關申請
本申請要求2007年2月26日提交的美國專利申請S/N 60/903,443的 權益和優先權，並基於該申請，而且該申請的全部內容通過引用結合於此。
背景技術：
發明領域
本發明涉及形變測量成像系統。
背景技術：
液晶顯示器(LCD)是流行的當代技術。LCD用於包括電視機和計算 機的許多顯示設備。LCD玻璃製造是非常複雜的工藝。需要極其嚴格的控 制來滿足製造可用於諸如液晶顯示器(LCD)之類的電視或計算機應用的 玻璃所必需的公差要求。同樣，測量和檢驗是LCD製造中關鍵的步驟，而 且用來實現測量和檢驗過程的技術是任何LCD製造操作的關鍵組成部分。 使用了一個關鍵的測量和檢驗設備來測量LCD玻璃中的形變。在製造期間， 形變會因為許多原因而出現。這些原因有熱或熱製造循環等。切割玻璃會 引起應力且使玻璃形變。
一種測量和檢驗設備使用相對測量來測量LCD基板中的形變。常規的 測量和檢驗設備包括支承臺，其用來支承基板，並對基板向下抽真空以使 基板不移動。支承臺包括基準標記和用來在基板上施加標誌的裝置。然後 對該基板執行一工藝，再將該基板重新定位在支承臺上。可對該基板上的 標誌與基準標記作比較以確定形變量。
一般而言，相對測量包括使用諸如上述支承板之類的具有目標網格圖 案的基準板。然後將樣本LCD玻璃基板放置在基準板上。樣本基板具有類 似的目標網格圖案。基準板網格和樣本玻璃網格相對於彼此偏移。基準板
5網格目標和樣本玻璃網格目標之間的矢量距離被稱為測量節點。圖1示出 基準玻璃網格、樣本玻璃網格以及兩個網格之間的矢量距離的現有技術示 例。如圖1所示，示出了基準玻璃網格100。還將樣本玻璃網格示為110。 還示出了基準玻璃網格100與樣本玻璃網格110之間的矢量距離120(即測
量節點)。
常規的形變測量以兩階段來進行。第一階段包括相對於支承臺上的網 格圖案測量玻璃基板上的各個節點。如果需要亞微米準確度，則使用諸如 照相機之類的光學設備來區分網格圖案並觀測測量節點中的改變。在玻璃 樣本上執行諸如板切割或熱循環之類的工藝之前進行第一階段。 一旦已經
進行此工藝，就進行第二階段。第二階段包括相對於支承臺上的網格圖案 測量玻璃基板上的各個節點。然後通過測量第一階段與第二階段之間的測 量節點中的任何改變可計算玻璃的形變。為測定玻璃形變，需要修正第一 與第二階段之間的測量結果之差中的淨平移和旋轉。
圖2示出用於形變測量的組件的放大圖。示出了樣本基板200。在步 驟一，將樣本基板200定位在基準基板210上。在步驟二，在樣本基板200 上劃線網格230。基準基板210包括被示為220的真空埠。示出第一網格 圖案230在樣本基板200上。示出第二網格圖案240在基準基板210上。 示出了諸如照相機之類的觀測系統250。在步驟三，反轉樣本基板200，以 使網格圖案(230、 240)彼此正對，並使用觀測系統250測量第一網格圖 案230相對於第二網格圖案240的位置。在步驟四，然後去除樣本基板200， 執行一工藝(例如切割、熱循環)。在步驟五，重新定位樣本基板200，使 網格圖案如步驟三中一樣彼此正對並重新測量。步驟三與步驟五之間的測 量結果差(即測量節點)即樣本基板的形變。
受測樣本基板上的目標網格標記在其上表面上。樣本基板厚度範圍為 從0.4 mm到l.l mm。同時測量兩個目標網格以減小測量誤差。因此，常 規方法反轉樣本基板，以使樣本基板的網格與基準基板的網格在同一焦平 面中。在反轉之後對齊大尺寸基板的目標網格(即在整個薄板中的網格之 間產生約+/-50 pm的偏移)是極富挑戰性的，而且因此需要特殊的處理技 術。除與翻轉或反轉基板相關聯的問題之外，在使用常規觀測系統區分基 準網格圖案與樣本網格圖案時遇到另外的問題。具體而言，翻轉樣本基板 並將樣本基板的網格圖案放置在與基準基板相同的焦平面上降低了觀測系 統區分和對比兩個網格圖案的能力。用於成像目標網格的常規照明利用明 場科勒照明。這引起明背景(即基板的反射)和暗前景(即散射出成像透 鏡的數值孔徑之外的目標網格)。此背景易受降低目標網格的對比度的兩 個主要因素影響。首先，在測量期間，對樣本玻璃基板的下表面施加了真 空。這是確保樣本與基準板之間無相對位移、以及對樣本基板施加一致形 狀所必需的。兩個基板之間所產生的間隙被最小化至亞微米級，這將允許 在兩個表面之間出現幹涉，而這會嚴重降低所成像測量節點的對比度。其 次，基準基板的上表面易遭諸如來自多種源——諸如翻轉樣本基板、清洗、 灰塵等^^的刮擦之類的汙染。這也使樣本基板與基準基板的網格圖案之 間的圖像和對比度降低。比對比度和圖像質量降級更重要得多的是，那些 幹擾和灰塵將與第一和第二次測量不同。然後它們對於兩次測量將會以不 同的方式影響節點測量結果，從而導致重大測量結果誤差。
因此解決與翻轉基板相關聯的問題會是有好處的。例如，解決與翻轉 和測量基板形變相關聯的機械、搬動、對齊以及成像問題會是有好處的。
概要
提出了一種用於解決與翻轉基板以便測量和檢驗相關聯的機械、移動、 對齊以及成像問題的方法和裝置。根據本發明的示教，使用成像方法和對 比度增強組件來消除翻轉基板的需要。在一個實施方式中，使用雙焦平面 成像方法來確定形變。在第二實施方式中，對基準基板的背面塗敷高反射 均勻表面以建立對比度增強的組件。應當理解的是，可單獨地或組合地使 用各個實施方式以解決與翻轉基板相關聯的問題。
根據本發明的示教，雙焦平面成像被實現成玻璃測量和檢驗系統。在 一個實施方式中，實現了雙焦平面成像，以通過對樣本基板和基準基板上 的目標網格同時成像——這又提供由基板厚度分開(即沿光軸從0.4 mm到 1.1 mm)的兩個分立焦平面——來提供高解析度。可實現多種方法以執行諸如偏振多路復用、色彩多路復用等等之類的雙焦平面成像。
根據本發明的示教，提出了一種對比度增強組件，其包括定位於來自
成像系統的基準基板的背面的高反射均勻表面。使用了高反射率(即鏡面) 以使樣本基板與基準基板之間由幹涉和汙染引起的對比度變化最小化。應 當理解的是，在替代實施方式中，還可實現諸如亮白表面之類的高反射漫 射表面。
在一個實施方式中，公開了一種成像系統。該成像系統包括成像光學 子系統和照明光學子系統。成像系統用於焦平面組合、放大、照明、發光、 成像以及像檢測。
由於形變的亞微米級以及所要求的準確度，根據本發明的示教，需要
約15X的放大倍數和約0.1的數值孔徑(NA)來辨別基板中的形變(即測 量節點中的變化)。實現所需放大倍數和NA需要約88pm的焦點深度。
附圖簡述
包含在此說明書中且構成此說明書一部分的


了本發明的特定 方面，而且與描述一起用來非限制地說明本發明的原理。 圖1示出現有技術的測量節點的示圖。 圖2示出現有技術的測量和檢驗系統的示圖。 圖3示出根據本發明的示教實現的照明子系統。 圖4示出根據本發明的示教實現的成像子系統。 圖5示出本發明的雙焦平面光學器件實施方式的概念性示圖。 圖6示出本發明的濾色器實施方式的概念性示圖。 圖7示出本發明的人造幹涉儀光學器件實施方式的概念性示圖。 圖8示出根據本發明的示教實現的與高反射表面組合的觀測系統。
詳細描述
根據本發明的示教，雙焦平面觀測系統被實現為玻璃測量和檢驗系統。 在一個實施方式中，通過引用結合了諸如2005年4月28日提交的公開號 為20060247891A1並轉讓給美國康寧公司的"一種用於測量透明基板中的尺寸改變的方法和裝置"的專利申請中公開的一種測量和檢驗系統。
該雙焦平面成像系統包括雙焦平面生成系統和雙焦平面檢測系統。雙 焦平面觀測系統可被看作便於將兩個對象焦平面同時成像到一個檢測器成 像平面中的任何觀測系統，該檢測器成像平面能以亞微米水平清楚地測量 兩個網格圖案。在一個實施方式中，可在不考慮哪個網格圖案是基準而哪 個是基板的情況下測量節點。根據本發明的示教，可使用偏振多路復用、 色彩多路復用或人造幹涉儀配置來實現雙焦平面系統。
根據本發明的示教，將樣本基板和基準基板彼此相鄰地定位，從而在 接觸面處相互形成界面。將樣本基板定位成比基準基板更接近成像平面。 樣本基板的正面形成第一焦平面，而基準基板的正面(即與樣本基板接觸 的一側)形成第二焦平面。在一個實施方式中，第一焦平面和第二焦平面 被稱為雙焦平面。樣本基板和基準基板包括傳遞位置信息的標記，諸如刻 線。適時在各點處測得的這些標記的相對位置傳遞有關樣本基板關於基準 基板的相對形狀的信息。此外，位置信息還可包括各個基板的寬度和長度、 基板相對於彼此的橫向和水平位置等。位置信息可包括描述基板的物理邊 界和/或基板取向的任何信息。
入射光在雙焦平面處被引導。入射光從雙焦平面被反射，從而產生反 射光。在一個實施方式中，反射光包括正交偏振光的至少兩個重合光束。 根據本發明的示教，重合是定義兩個光束之間的關係的幾何術語該兩個 光束一個位於另一個之上，並佔據基本相同的空間和時間。兩個光束通過 非幾何性質——即偏振方向——彼此區別。
正交偏振光的至少兩個重合光束經過基本共同的光程。在本發明的一 個實施方式中，經過基本共同的光程描述佔據同一空間且同時經過同一元 件或組件的兩個光束；其中同一空間被定義為其中組件的運動會引起少於 要測量的形變的像運動的空間，而同一時間被定義為兩次測量之間小於像 可移動超過受測形變的時間。根據本發明的示教，空間測量被限定和檢測 於納米尺度。
在經過基本共同的光程之後，來自雙焦平面的位置信息被精確地再現 在單像平面上，其中精確再現是程度少於我們試圖測量的形變的再現。在一個實施方式中，使用至少一個檢測器實現像平面。因此，在與焦平面相 關聯的位置信息(即基準標記、相對位置信息等)與像平面上的位置之間 建立了一對一關係。在一個實施方式中，構建此一對一關係可被定義為成 像。應當理解的是，在本申請中討論和描述了至少一對一關係；然而，這 並不排除其中定義了一對多關係的情況。
在另一實施例中，定義了光程。沿該光程定位各光學組件。將雙焦平 面組件定位在光程的一端上，且將像平面定位在該光程的與雙焦平面相反 的另一端上(即光程的另一端)。根據本發明的示教，光從相對於彼此定 位的雙焦平面被反射(即產生位置信息)，並經過該光程到像平面。同樣， 成像被定義為從雙焦平面反射光、通過基本共同的光程處理反射光、然後 在位於光程的與雙焦平面相反的一端處的像平面處構建一對一關係。
在納米級上建立一對一映射關係能對雙焦平面進行多種不同類型的測 量。例如，可對基板成像，然後可對基板執行諸如熱循環之類的工藝。當 基板被重新定位時，可再次對樣本基板成像並獲取形變測量結果。
在一個實施方式中，照明光學子系統包括圖3中所示的照明光程，而 成像光學子系統包括圖4中所示的成像光程。在一個實施方式中，圖3的 照明光學子系統產生明場反射科勒照明。照明光程和成像光程具有單獨的 孔徑光闌，以提供調節系統的西格瑪值(sigmavalue)的能力。西格瑪值是照 明數值孔徑(照明光程的NA)與成像數值孔徑(成像光程的NA)之比。 較高的西格瑪值導致過充滿的成像光瞳從而使照明在橫向上均勻，而且焦 點誤差改變。
圖3示出根據本發明的示教實現的照明光學子系統。圖3中所示的照 明光學子系統產生均勻的同軸遠心照明。在一個實施方式中，該照明光學 子系統產生寬帶、中等強度、穩定的同軸遠心光，其中數值孔徑可控。數 值孔徑是系統可接受或發射光的角度範圍的描述。遠心透鏡可定義為其中 不論通過透鏡的入口或出口光瞳的中心的光線在像或物體平面的哪一部分 終結或發出，它們在透鏡的一側或兩側均平行於光軸的一種透鏡。換言之， 遠心成像和遠心照明產生所有中心光線平行與光軸的光。該光學子系統被 設置成使其光軸垂直於焦平面。在一個實施方式中，用來操縱照明光學子系統中所產生的光的諸如透鏡和孔徑之類的元件形成被稱為照明路徑的路 徑。
示出了白光二極體(LED)照明源300。在一個實施方式中，實現了白 光LED 300，其產生幅值一致的寬帶光且產生約3瓦功率。雖然公開了白 光LED 300，但應當理解的是，根據本發明的示教，可實現避免相干性的 任何多色光源以使牛頓環最小化。
示出了雙合透鏡310。聚光透鏡310用來準直由白光LED 300產生的 光。在位置320處集成了視場光闌，其中源的所有點所發射的光束會聚。 該視場光闌通過透鏡330和350成像在物體上以照明之。因此，通過調節 視場光闌的大小，可調節被照明的物體的大小。
第二透鏡330將源在中間位置340上再成像，被稱為孔徑光闌的第二 孔徑位於該中間位置340處。孔徑光闌的直徑控制照明的NA。孔徑光闌位 於透鏡360的後焦平面中，從而來自孔徑光闌中心的光線在物側平行於此 透鏡的光軸出射。因此此孔徑光闌的位置使照明路徑在物側為遠心。
稱為科勒照明的此照明系統允許控制照明的大小和NA、確保照明均勻 以及還確保遠心照明，這意味著物體的每一點均被方向垂直於物體的光錐 照明。
反射鏡(425)可以是50%的分束器，其允許通過該分束器收集物體所 反射的光。然後可結合圖3上示出的照明系統使用圖4上示出的成像系統 以在同一設備中提供照明和成像功能。
圖4示出根據本發明的示教實現的雙焦點成像系統的成像光學子系 統。該成像光學子系統提供將兩個焦平面組合到至少一個檢測器中的手段。 在一個實施方式中，使用偏振多路復用來實現雙焦平面觀測系統。在一個 實施方式中，使用雙折射透鏡來實現偏振多路復用。使用根據本發明的示 教實現的雙折射透鏡來使初始光束利用成像光學器件分裂到兩個不同的焦 平面上。雙折射透鏡具有取決於入射光線的偏振矢量方向的不同折射率。 因此該雙折射透鏡將入射光線分解成兩束光線(即通常所稱的普通光線(o 光)和異常光線(e光))。已知可使用雙折射透鏡在不同的軸向位置處成像兩 個物體，例如在US4566762A和US5073021A中描述的那樣。
11如果使用了單個雙折射透鏡元件，則兩種偏振的光線都將經歷稱為橫 向色差的與波長有關的偏移。為控制此色差，使雙折射透鏡的光功率最小 化。在一個實施方式中，這通過首先準直物體發射的光束、然後使用位於 光束經過準直處的低光功率雙折射透鏡來實現。
在圖4中，示出了基準基板400和樣本基板410。根據本發明的示教， 利用矽鋁硼矽鹽顯示器玻璃來實現基準基板400。基準基板可具有約6.8mm 的厚度405，而樣本基板410可具有約0.7 mm的厚度415。可利用諸如康 寧1737、康寧Eagle 2000 (它們都是康寧有限公司的商標)等等之類的矽 鋁硼矽鹽族玻璃實現樣本基板410。樣本基板具有示為410a的正面或第一 焦平面和示為410b的背面或第二焦平面。為討論目的，光從前焦平面410a 和後焦平面410b反射出。在一個實施方式中，通過將基板410與基準基板 405相鄰放置來實現第二焦平面410b。應當注意的是，基準基板405還包 括正面405a和背面405b。在本發明的一個實施方式中，樣本基板410的背 面410b與基準基板405的正面405a之間的界面構成第二焦平面。
照明光420被示為如圖4所示地進入成像子系統。在一個實施方式中， 照明光420由圖3的照明光學子系統產生。不偏振平板分束器425接收照 明光420，並將照明光420引導到多個物平面上。照明光420通過雙折射透 鏡430和雙合物鏡435。然後光從相應的焦平面410a和405a反射，並返回 通過雙合物鏡。雙折射透鏡430起矯正會聚透鏡的作用，以使光能在成像 器處適當地合成。還示出了孔徑445、多路分用器450以及CCD檢測器460。 分束器425、雙折射透鏡430、像雙合透鏡435、孔徑445、多路分用器450 以及CCD探測器460分別沿成像路徑定位。
在工作期間，圖3中所示的照明光學子系統產生圖4所示的照明光420。 照明光420照明分束器425。如462所示，照明光420的50%沿前向路徑 被引導至雙折射透鏡430，而由422所示的50%被引導至光束收集器。光 通過雙折射透鏡430，然後雙合透鏡435將光聚焦到樣本410上。
在一個實施方式中，沿相反方向，反射光468通過像雙合透鏡435被 處理，像雙合透鏡435被設置成使系統在CCD平面460中放大物體(即15 倍到19倍)。光通過雙折射透鏡430，該雙折射透鏡430具有兩個不同的折射率，這兩個不同的折射率作用在兩個不同的正交偏振光——第一和第 二偏振光上。這兩個折射率中的較大者作用在所述第一正交偏振上，以使
從樣本410的所述頂部反射的所述第一偏振光正確地聚焦在所述CCD平面 460中。這兩個折射率中的較小者作用在所述第二正交偏振上，以使從樣本 410與所述基準基板400之間的所述界面反射的所述第二偏振光正確地聚 焦在所述CCD平面460中。在一個實施方式中，使用轉動架442來旋轉包 括雙合透鏡435和雙折射透鏡430的平臺440，以便能將被調節成用於多種 樣本基板厚度415的正確聚焦的不同的雙合透鏡435和雙折射透鏡430替 換到成像路徑中。
在反方向上，在分束器425處，信號468的50%被反射回照明光學子 系統，而50%沿孔徑光闌445的方向經過反向路徑(即示為474)。孔徑 光闌445便於控制成像光學器件的數值孔徑。孔徑光鬧445還提供通過改 變(即細調)對比度或操縱西格瑪值來調節成像質量的靈活性。
多路分用器450從孔徑光闌445接收對應於兩個不同焦平面的光476。 光476包括共享同一光軸的具有不同偏振性的兩個光程。各個焦平面(即 410a、 410b)與不同偏振的光相關聯。多路分用器包括第一部分450a和第 二部分450b。第一部分450a通過具有第一正交偏振的光，而多路分用器的 第二部分450b通過第二部分450b。
多路分用器450實現多個目的，例如，多路分用器分離對應於兩個不 同焦平面的光；多路分用器保持對比度級高；以及使用多路分用器有助於 避免包括從一個焦平面到另一個焦平面上的信息。多路分用器接收不同偏 振的光，並分離不同偏振的光。多路分用器的第一部分450a接收並處理來 自 一個偏振的光。多路分用器的第二部分450b接收並處理來自第二偏振的 光。然後多路分用器產生第一偏振光455a和第二偏振光455b。
最後，在反向路徑上，第一偏振光455a和第二偏振光455b被傳送至 像平面460，在一個實施方式中可使用檢測器來實現該像平面460。根據本 發明的示教，例如利用檢測器在像平面460處合成第一偏振光455a和第二 偏振光455b。像平面的第一部分460a接收並處理第一偏振光455a，而像 平面的第二部分460b接收並處理第二偏振光455b。在第二實施方式中，第一、第二、第三以及第四偏振光束被反射(如
468所示)。第一和第二偏振光束從第一焦平面410a被反射，而第三和第 四偏振光束從第二焦平面410b被反射。
在一個實施方式中，光466包括正交偏振的兩束光束。該正交偏振的 兩光束從第一焦平面410a和第二焦平面410b反射出。示出反射光468以 一般描述從各個焦平面(即410a、 410b)以及高反射表面402反射出的光。
兩個重合的正交偏振光束從第一焦平面410a反射出，並經過雙合物鏡 435。通過雙合物鏡435處理由反射光468 —般描述的兩束重合的正交偏振 光束，該雙合物鏡435提供光功率/放大。在雙折射透鏡430處，兩束重合 的正交偏振光束將經歷兩個不同的折射率。在一個實施方式中，從第一焦 平面410反射出的光466 (兩束重合的正交偏振光束)由雙折射透鏡430 的高折射率或高光功率部分處理。因此，兩束重合的正交偏振光束將被聚 焦在稍不同的距離處。通過較高折射率處理的重合正交偏振光束將被聚焦 在檢測器460 (即焦平面)處。另一重合的正交偏振光束將被聚焦超過檢測 器460。應當注意的是，在本發明的一個實施方式中，多路分用器450將通 過第一光束而阻擋第二光束。雖然兩束重合的正交偏振光束的相對焦點位 置已被改變，但兩束重合的正交偏振光束仍在同一光軸上傳播。
另兩束重合的正交偏振光束(即第三和第四光束)從第二焦平面410b 反射出，並經過雙合物鏡435。通過雙合物鏡435處理由反射光468 —般描 述的兩束重合的正交偏振光束，該雙合物鏡435提供光功率/放大。在雙摺 射透鏡430處，兩束重合的正交偏振光束將經歷兩個不同的折射率。在一 個實施方式中，從第二焦平面410反射出的光466 (兩束重合的正交偏振光 束)由雙折射透鏡430的低折射率或低光功率部分處理。因此，兩束重合 的正交偏振光束將被聚焦在稍不同的距離處。通過較低折射率處理的重合 正交偏振光束(即第三光束)將被聚焦在檢測器460 (即焦平面)處。另一 重合的正交偏振光束(即第四光束)將在檢測器460之前被散焦。應當注 意的是，在本發明的一個實施方式中，多路分用器450將通過第三光束而 阻擋第四光束。雖然兩束重合的正交偏振光束的相對焦點位置已被改變， 但兩束重合的正交偏振光束仍在同一光軸上傳播。在第三實施方式中，光466在經過正向路徑之後照明樣本410並從三 個平面反射。樣本410的上表面反射光，樣本410與基準基板400之間的 界面反射光；以及高反射表面402反射光。所有三種反射產生反射光468， 其與以正向路徑進入樣本的入射光466成正比。
應當理解的是，在反射光468與光476之間示出了公共的光程。然後 在450與460之間示出了基本共同的光程，其中不同的光束或正交偏振被 分離，而且在不同的位置入射像平面460。
根據本發明的示教，可在焦平面460處實現多種檢測方法。在一個實 施方式中，在孔徑光闌445之後定位偏振分束器，而兩個偏振光程被發送 至定位在同一焦距處的兩個不同CCD相機。在第二實施方式中，將偏振器 放置在CCD相機的敏感區域之前，從而敏感區域的一部分接收一個偏振方 向的光(即第一正交偏振)，而敏感區域的另一部分接收另一偏振方向的 光(即第二正交偏振)。在第三實施方式中，可實施切換方法(即將液晶 設備或偏振器放置在旋轉輪上)，以使敏感區域被第一正交偏振的光照明 特定時間段，而且敏感區域被第二正交偏振的光照明不同的時間段。在一 個實施方式中，通過使用雙折射率透鏡焦距實現對具有不同板厚的板的測 量，以實現對應於樣本基板厚度的普通和異常焦平面的分離。
圖5示出根據本發明的示教實現的偏振多路復用的概念性實施方式。 光從兩個平面反射。來自較近平面的光510通過物鏡520並通過雙折射透 鏡540，且在雙折射透鏡540處分離成第一和第二重合的正交線性偏振光 束。第一光束經歷雙折射率透鏡540的較高折射率，因而將在像平面560 處正確地聚焦。所述第二光束未正確地聚焦。多路復用器550選擇所述第 一光束，並阻擋所述第二光束到達所述像平面的期望部分。來自較遠平面 的光500也通過物鏡520並通過雙折射透鏡540,且在雙折射透鏡540處分 離成第二組第一和第二重合的正交線性偏振光束。所述第二光束經歷雙摺 射率透鏡540的較低折射率，因而將在像平面560處正確地聚焦。所述第 一光束未正確地聚焦。多路復用器550選擇所述第二光束，並阻擋所述第 一光束到達所述像平面的期望部分。
根據本發明的示教，色彩分束系統被實現成測量和檢驗系統以建立雙
15焦點。在一個實施方式中，色彩分束方法被實現成建立其中各種色彩對應 於不同焦平面的光學系統。在一個實施方式中，在光束路徑中插入雙色分 束器。雙色分束器分離之後將沿不同路徑傳播的兩種色彩。各個路徑具有 不同焦距的發散透鏡，它們產生等於樣本基板厚度的路徑長度差。然後這 些路徑被重新合成以傳播至公共的像平面。類似於偏振多路復用，可通過
將CCD對半分成兩個濾色器或使用濾色器旋轉輪適時改變傳送至CCD的
色彩來執行檢測。
在圖6中示出了概念性的色彩多路復用圖。
照明光620進入系統且其50%從分束器615處反射通過物鏡610以分 別照明平面600和605，餘下的50%透射至束流收集器並丟失。此光是白 光或多色光，包括可通過二向色濾光器區分的至少兩種波長。考慮從平面 600反射的第一光。第一光通過至物鏡610，在該物鏡610處大致向像平面 690聚焦。然後第一光的50%透射通過分束器615，餘下的50%向照明源被 反射回並丟失。然後此第一光進入色彩多路復用器695，其分別由二向色濾 光器625和655、反射鏡640和670以及第一和第二透鏡645和650組成。 所述多色的第一光被二向色濾光器625分離成第一和第二波長或色彩，所 述第一波長透射，而所述第二波長被反射。所述第一波長通過管透鏡645 (該透鏡645調節其焦點以使其精確聚焦在像平面690上)，並從反射鏡 670以及二向色濾光器655反射並通過管透鏡680。色彩多路分用器685將 所述第一波長通過至像平面690的特定部分，並阻止其到達特定的其它部 分，從而所述第一波長在所述像平面的所述特定部分上提供良好聚焦的平 面600的像。所述第二波長從反射鏡640反射並通過管透鏡650 (該透鏡 650調節其焦點以使其不會聚焦在像平面690上)，並透射通過二向色濾光 器655並通過管透鏡680。色彩多路分用器685使所述第二波長通過至像平 面690的第二特定部分。因為所述第二波長未在像平面690上聚焦，所以 所述第二波長提供漫射和散焦的背景光，該背景光不向所述第二部分提供 任何像。
以對稱的方式，來自平面605的光也經過該光學系統，也被色彩多路 復用器695分離成第一和第二波長，第一和第二波長中的每一個被分別透像平 面690的所述第二部分上提供平面605的良好聚焦的像，而所述第一波長 提供漫射和散焦的背景光，該背景光不會向所述像平面690的所述第一部 分提供任何像。
根據本發明的示教，從平面600和605到像平面690的光程必須基本 重合。這意味著色彩多路復用器695的組件必須被設計成不會出現會影響 兩個波長的相對位置至比由待測形變引起的程度更大程度的相對移動或運 動。在一個實施方式中，這可通過在諸如因瓦合金之類的低膨脹金屬的基 板或諸如微晶玻璃⑧(Zerodur )之類的低膨脹陶瓷材料上製造所述色彩多 路復用器來實現。在另一實施方式中，這可通過將所有光學元件粘合到準 單片玻璃組件中來製造所述色彩多路復用器來實現。
圖7示出根據本發明的示教用來實現偏振多路復用的人造幹涉儀。在 一個實施方式中，實現了一種人造幹涉儀，其中兩個物表面被分開給定的 光程長而且被合成到一個成像表面中。為了將這兩個表面疊合到公共的成 像焦平面中，在光束中引入50/50分束器以提供兩個獨立的光程。兩個光程 長彼此偏移一距離，該距離對應於受測樣本基板的厚度。然後再合成這兩 個光程以具有如下所示的公共像焦平面。應當理解的是，與上述的以前的 雙焦點成像方案不同，此方法不多路復用兩個光程，因此在一個實施方式 中，在無需多路分用的情況下實現該檢測器。
在圖7中，樣本被示為700。照明光720進入系統且其50%從分束器 715處反射通過物鏡710以分別照明平面700和705，餘下的50%被傳送至 束流收集器並丟失。考慮從平面700反射的第一光。所述第一光通過物鏡 710，然後到分束器715，第一光的50%在該處透射至管透鏡730，管透鏡 730將其聚焦至像平面790，而餘下的50%被反射回照明源並丟失。然後此 第一光進入由分束器750和反射鏡760和770組成的人造幹涉儀795。所述 第一光被分束器750分開，50%透射至反射鏡760，而另50%被反射至反射 鏡770。從分束器750到反射鏡760的距離例如短於從分束器750到反射鏡 770的距離，因此所述第一光從反射鏡760反射回分束器750的那部分的 50%透射回物鏡並丟失，餘下的50%被反射至像平面790以形成平面700的良好聚焦的像。所述第一光從反射鏡770反射回分束器750的那部分的 50%透射回物鏡並丟失，餘下的50%被反射回像平面790並提供漫射和散 焦的背景光，而不向所述像平面提供任何像。
以對稱的方式，來自平面705的第二光也經過光學系統，也被分束器 750分離，其50°/。透射至反射鏡760而另50%被反射至反射鏡770。因此， 所述第二光在像平面790上提供平面705的良好聚焦的像，所述良好聚焦 的像由所述第二光從反射鏡770反射並隨後到達所述像平面的那部分組成。 所述第二光從反射鏡760反射並隨後到達所述像平面的那部分被漫射和散 焦，從而不向所述像平面提供任何像。
注意通過對分束器750和反射鏡760以及770中的一個或多個引入 例如小於5度的微小旋轉角以使所述第一和第二光的良好聚焦的部分落在 像平面790的期望位置，可將由所述第一光和所述第二光形成的像安排成 重合或相鄰。所述角度的引入在製造期間進行，所述角度在工作期間恆定 而且固定。
根據本發明的示教，從平面700和705到像平面790的光程必須基本 重合。這意味著人造幹涉儀795的組件必須被設計成不會出現會影響所述 第一光和第二光的相對位置至比由待測形變引起的程度更大程度的相對移 動或運動。在一個實施方式中，這可通過在諸如因瓦合金之類的低膨脹金 屬的基板或低膨脹陶瓷材料上製造所述人造幹涉儀來實現。在另一實施方 式中，這可通過將所有光學元件粘合到準單片玻璃組件中來製造所述色彩 多路復用器來實現。
最後，由於物體位於不同的聚焦位置，所以需要某些像修正。第一修 正是因為兩個焦平面的物到像放大率不同。為舉例說明該問題，讓我們考 慮兩個物體分別位於xl和x2的測量節點。它們在測量的第一步期間在CCD
上的位置將由下式給出 Yl = Gl * xl Y2 = G2 * x2
其中Gl和G2是兩個焦平面的兩個放大係數。
當在第二步中重複此測量時，可將兩個物體橫向移動矢量dx，因為例如觀測系統並非完美聚焦在節點上的同一位置處。那麼這些位置現在由以 下給出
Y，l = Gl * (xl + dx) Y，2 = G2 * Cx2 + dx )
因此，由於放大率不同會產生幅值為(G1-G2)fdx的測量誤差。因 此有必要校準放大係數，並通過不同的放大率修正測量結果。最後，需要 數據修正的另一方面與視差效應有關。實際上，兩個物體在不同的聚焦位 置，它們的視距受觀測系統的角偏差影響。通過確保觀測系統的角穩定性 保持充分小，或通過監控觀測系統的角偏差並進行數據修正，可使這種影 響最小化。
圖8示出根據本發明的示教實現的對比度增強組件。示出了樣本基板 800。樣本基板800包括上表面805和下表面807。樣本基板800定位在基 準基板810上。基準基板810包括上表面815和下表面820。高反射表面 860相對於基準基板810的下表面820定位。基準基板810包括被示為850 的真空埠。在基準基板810上示出第一網格圖案840。第二網格圖案830 被置於樣本基板800上。根據本發明的示教實現一觀測系統870。觀測系統 870同時處理兩個焦平面(對應於光線880和885)。示出被描繪為880的 光線以展示對位置805處的第一焦平面的處理，而示出被描繪為885的光 線以展示在第二焦平面807處的處理。
在測量和檢驗系統中使用的石英滷素白光源具有非常寬的光譜輸出。 因此，系統的光譜發射受用作傳感器的CCD相機的光譜響應性限制。在一 個實施方式中，CCD相機具有從約350到900納米的響應。因此，相干長 度由下式給出CL = X2/AX = 0.710微米，其中CL是相干長度，人是中心波 長，以及AX是光譜寬度。因此，如果兩個板之間的間隙小於0.710微米， 則將出現幹擾。這實際上是樣本基板被真空吸引至基準基板的情況。因此， 必須使此幹擾最小化以提供一致和準確的測量結果。圖8示出當使用諸如 反射鏡之類的高反射表面860時所產生的反射。在一個實施方式中，認為 高反射表面是具有100%反射率的理想反射鏡。在一個實施方式中，來自基 板865上表面的反射是4% (即示為865)。從基板800的下表面與基準基
19板810的上表面之間的界面——也稱為幹涉界面——的反射示為890，它約 為0與8%之間(即示為890)。從高反射表面的反射是88%，而且被示為 895。所得的反射是96%±4%。最糟糕情況的變化是8/92*100 = 8.7%。概言 之，幹涉層的作用可理論上被減少最大91.3%。
反射鏡表面反射壓倒了樣本LCD基板810的下表面與基準板815的上 表面之間的幹涉效果。引入高反射表面860將照明方案從明場反射改變為 虛擬明場透射。此照明將消除在暴露表面上的表面汙染的影響，因為相比 於第4表面而言，它們的反射貢獻最小。
在此說明書中參考了多個出版物。這些出版物的公開內容在此處通過 引用整體結合到此說明書中，以更更完全地描述本文中所描述的化合物、 組合物、以及方法。
應當理解的是，雖然已關於本發明的特定說明性和具體方面詳細描述 了本發明，但不應當認為本發明局限於這些，因為在不背離由所附權利要 求書限定的本發明的寬廣範圍的情況下，多種修改是可能的。
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權利要求
1.一種處理光的方法，包括以下步驟(a)通過從兩個焦平面反射入射光束產生包括位置信息的兩個重合的正交偏振光束，所述位置信息表示所述兩個焦平面中的每一個中的相對位置點；(b)通過同一光程處理所述兩個重合的正交偏振光束，然後分離供在單個像平面處處理；以及(c)在所述單個像平面處再現所述位置信息。
2. 如權利要求1所述的處理光的方法，其特徵在於，還包括響應於在所述單個像平面處再現所述位置信息測定形變的步驟。
3. —種測量形變的方法，包括以下步驟-相對於包括第二焦平面的第二基板定位包括第一焦平面的第一基板，其中所述第一焦平面比所述第二焦平面更接近成像位置；從所述成像位置對所述第一焦平面和所述第二焦平面同時成像；以及 響應於從所述成像位置對所述第一焦平面和所述第二焦平面同時成像而確定所述第二基板中的形變。
4. 如權利要求3所述的測量形變的方法，其特徵在於，所述從所述成像 位置對所述第一焦平面和所述第二焦平面同時成像的步驟還包括執行偏振多 路復用的步驟。
5. 如權利要求3所述的測量形變的方法，其特徵在於，所述從所述成像 位置對所述第一焦平面和所述第二焦平面同時成像的步驟還包括執行色彩多 路復用的步驟。
6. 如權利要求3所述的測量形變的方法，其特徵在於，所述從所述成像 位置對所述第一焦平面和所述第二焦平面同時成像的步驟還包括實現人造幹 涉儀的步驟。
7. 如權利要求4所述的測量形變的方法，其特徵在於，所述從所述成像 位置對所述第一焦平面和所述第二焦平面同時成像的步驟還包括將低光功率 雙折射透鏡實現成幾乎準直的光束部分以對所述第一和第二焦平面成像的步 驟。
8. 如權利要求4所述的測量形變的方法，其特徵在於，所述通過從所述 成像位置對所述第一焦平面和所述第二焦平面同時成像來執行確定形變的步 驟還包括在所述成像位置之前實現偏振分束器、產生兩個偏振光路以及使用不 同的檢測器來檢測各個光路的步驟。
9. 如權利要求4所述的測量形變的方法，其特徵在於，所述通過從所述 成像位置對所述第一焦平面和所述第二焦平面同時成像來執行確定形變的步 驟還包括在檢測器每一半之前定位不同的偏振器的步驟，藉此所述檢測器的一 面接收一個偏振方向的光，而所述檢測器的另一面接收另一偏振方向的光。
10. 如權利要求4所述的測量形變的方法，其特徵在於，所述通過從所述 成像位置對所述第一焦平面和所述第二焦平面同時成像來執行確定形變的步 驟還包括在所述焦平面與所述成像位置之間定位切換裝置以及在所述焦平面 處定位檢測器的步驟，藉此所述檢測器根據時間交替地檢測一個偏振方向然後 另一個偏振方向。
11. 如權利要求3所述的測量形變的方法，其特徵在於，所述位置信息被 修正以考慮所述兩個焦平面之間的有差別的放大因子。
12. 如權利要求3所述的測量形變的方法，其特徵在於，監控或最小化所 述成像系統的角偏差以避免視差效應。
13. 如權利要求3所述的測量形變的方法，其特徵在於，所述照明的數值 孔徑的大小顯著超過所述成像光程的數值孔徑的大小。
14. 一種測量形變的方法，包括以下步驟相對於包括第二焦平面的第二基板定位包括第一焦平面的第一基板，其中 所述第一焦平面比所述第二焦平面更接近成像位置；將反射表面定位在所述第二基板的與所述第二焦平面相反的一面上；從所述成像位置對所述第一焦平面和所述第二焦平面同時成像，其中對所 述第一焦平面和所述第二焦平面同時成像包括通過所述第一焦平面、通過所述 第二焦平面透射光、以及從所述反射表面反射回所述成像位置；以及響應於從所述成像位置對所述第一焦平面和所述第二焦平面同時成像來 確定所述第二基板中的形變。
15. 如權利要求14所述的測量形變的方法，其特徵在於，所述從所述成像位置對所述第一焦平面和所述第二焦平面同時成像的步驟還包括執行偏振 多路復用的步驟。
16. 如權利要求14所述的測量形變的方法，其特徵在於，所述從所述成 像位置對所述第一焦平面和所述第二焦平面同時成像的步驟還包括執行色彩 多路復用的步驟。
17. 如權利要求14所述的測量形變的方法，其特徵在於，所述從所述成像位置對所述第一焦平面和所述第二焦平面同時成像的步驟還包括實現人造 幹涉儀的步驟。
全文摘要
提出了一種形變測量和檢驗系統。在一個實施方式中，實現了一種觀測系統。該觀測系統執行雙焦平面成像，其中在樣本基板和基準基板上同時執行同時對兩個焦平面的同時成像以確定形變。此外，實現了高反射背景以在形變測量期間提供更高解析度。
文檔編號G01R31/00GK101663588SQ200880013130
公開日2010年3月3日 申請日期2008年2月26日 優先權日2007年2月26日
發明者C·R·尤斯坦尼克, D·S·古德曼, D·伯格, J·高裡爾 申請人:康寧股份有限公司