[發明專利]一種適用于投影光刻系統的檢焦系統及檢焦方法

無效

• 申請號: 201010231322.9
• 申請日: 2010-07-14
• 公開（公告）號: CN101916040A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 陳旺富;胡松;嚴偉;陳銘勇;周紹林;徐鋒;李金龍;謝飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G03F9/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 盧紀

技術領域

本發明是涉及一種微納位移測量方法，特別涉及投影光刻中的檢焦系統及檢焦方法，屬于超大規模集成電路制造以及光學微細加工技術中的納米器件制造技術領域。

背景技術

光學測量方法是微位移測量的一種重要手段，特別對于非接觸測量方法。通過應用不同的光參量作為測量參數，如測量光的光強、相位、偏振態等等，光學測量獲得了廣泛的應用。以激光干涉測量方法為代表的激光測量已經達到亞納米的精度。然而對于有遮擋阻攔的被測物體，例如投影光刻中的焦面檢測技術，激光干涉測量等方法顯得無能為力。傳統光學測量方法中，主要是測量光的強度，較少應用光的偏振態作為測量參數，使得測量的靈活性大大降低。

超大規模集成電路制造的最主要手段是光學投影光刻，這是因為光學投影光刻具有極高的生產效率，較高的精度以及很低的生產成本。長期以來，光刻精度的提高主要依賴于增大投影物鏡的數值孔徑。從總體而言，根據DOF＝kλ/NA²，增大數值孔徑使得投影物鏡的焦深縮短。此外，光刻制造業界為了提高單位時間內的芯片產出率，也在不斷增大硅片的直徑。根據2007版的國際半導體技術藍圖預計，到2012年微電子工業界將大規模采用450mm直徑的硅片，使得硅片表面的不平度增大。從以上兩點看出，為了保證芯片成品率，必須充分利用有效焦深，讓硅片表面位于最佳焦面上。根據焦深公式，投影物鏡焦深僅為百納米量級，因此，調焦精度要求必須要達到納米級，高精度的檢焦技術是投影光刻系統中極為關鍵的技術。

投影光刻中的光學檢焦方法普遍采用反射式的三角形測量法。其基本原理是利用反射光的三角關系，即測量光束以較大的入射角照射被測面，在另一側以探測器接收，獲得光斑的位置信息、光強信息，這些信息反映處硅片面的位置變化即離焦量。各種方法的主要區別在于信號的獲取方法。例如以狹縫像照明被測面，并將狹縫像成像到CCD上，通過圖像處理算法獲得狹縫像的邊緣從而得到狹縫像的位置信息，根據幾何關系即可得到被測面的位移量，此種方法見于文獻《0.35μm投影光刻機的逐場調平技術與套刻步進模型》和美國專利US6765647B1等。這種方法嚴重依賴于狹縫的成像質量以及圖像處理算法的精確度，其成像質量又很容易受到被測面表面質量的影響，因此只能達到百納米級的精度。基于位移傳感器(PSD)的光學檢焦方法采用圓形光斑作為投影像投影到被測面上并再次成像到二維PSD上。由于PSD較四象限探測器具有更小的間隙以及更高的靈敏度，能夠得到光斑的精確位置，并擺脫了對圖像處理算法的依賴，可以獲得數十納米的檢焦靈敏度，其缺點是容易受到被測面不均勻性的影響，特別是在光刻多層套刻工藝中，由于硅片表面經過數十道工藝處理，對于四象限探測器以及PSD這樣的分割區域求解光斑中心的方法，難以提高精度，這種方法見于文獻《Focusing?and?leveling?system?using?PSDs?for?the?wafer?steppers》和中國專利200610117401.0等。中國專利CN101187783A公開了一種調焦調平測量系統及其測量方法，它通過測量光柵莫爾條紋的移動，利用莫爾條紋的位移放大作用來達到測量目的，這種方法的優點是可以通過改變物光柵和調制光柵的夾角來改變莫爾條紋的位移放大率，但是其內在的缺點無法克服，即光柵周期過大則莫爾條紋是一系列的離散信號，這時的測量精度就嚴重依賴于圖像處理算法以及光柵的成像質量；而較小的光柵周期雖然使得莫爾條紋信號連續性更好，但是光柵的衍射角過大，造成成像系統的數值孔徑太大，從而增加了系統的復雜程度。另外物光柵與像光柵的夾角的誤差與莫爾條紋具有同樣的放大倍率，因此，這種方法也難以達到納米級的精度。國際上也有不少專利采用陣列式的檢焦方法，例如針孔陣列式(美國專利US6081614)，通過增加采樣點，提高信號的穩定性。陣列式的優點是在被測面上放置多個測量點，綜合考慮被測面形，但是由于各點的放大倍率不一致，需要制作復雜的放大率調整結構。

發明內容

本發明技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種適用于投影光刻系統的檢焦系統及檢焦方法，該系統信號光穩定性極高、信噪比高，能有效消除雜散光的影響，實現納米級的測量精度。