光学晶圆检测技术在半导体工艺研发,生产良率的提升,直至量产监测的一整套产品生命周期中均起着不可替代的作用。晶圆的面形起伏和厚度偏差等因素导致晶圆表面相对于物镜焦平面离焦,严重影响晶圆检测精度。针对上述问题,依据激光位移传感器重复性好、精度高和非接触性测量等特性,本文提出在晶圆缺陷检测设备中,使用激光位移传感器实现调焦的研究方案并对其进行实验验证,主要研究内容包括:1.论述使用激光位移传感器实现精调焦的可行性。介绍使用激光位移传感器实现调焦的软硬件设计方案,阐述激光位移传感器检焦测量原理,调焦控制原理和调焦工作原理,为调焦方案的实现提供理论依据。2.设计调焦工作流程。本文提出调焦方案的工作流程主要包括晶圆面形数据测量,面形数据滤波,面形拟合和补偿离焦量。本文将全局粗调焦与局部精调焦相结合,在粗调焦的基础上,使用激光位移传感器扫描测量部分晶圆面形数据,以拟合精确的全片晶圆面形。根据拟合后的全片面形数据和调焦原理可知晶圆表面上任意位置点相对于物镜焦平面的离焦量,通过调焦机构补偿离焦量,以实现对晶圆的局部精调焦。为保证采样数据的可靠性,并考虑晶圆检测系统的实时性和灵敏度要求,本文选用限幅滤波与滑动平均滤波组合的复合滤波算法。实验结果表明使用复合滤波算法后,激光位移传感器测量误差有效减少了3.3μm。为提高全片面形拟合精度,本文提出了网格拟合算法,与传统工艺中使用的多项式拟合算法相比,本文算法的拟合误差减少了3μm,可有效提高晶圆检测精度。3.验证调焦研究方案。实验分析了激光位移传感器的动静态重复性,结果表明动静态重复性较好,满足实际需求。分析了系统存在的垂向面形误差,并通过三阶平面拟合激光位移传感器与CCD相机两个工位之间的垂向面形差值来补偿垂向面形误差,进一步提高调焦精度。最后采用Tenengrad梯度法评价系统调焦前后的图像清晰度,实验结果表明使用本文调焦方案后能够分辨1μm的线宽线条,从而证实了调焦方案的有效性。