[發(fā)明專利]一種用于投影光刻納米量級自動調(diào)焦系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110082634.2
• 申請日: 2011-04-02
• 公開（公告）號: CN102141738A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐鋒;胡松;羅正全;周紹林;陳旺富;李金龍;謝飛;李蘭蘭;盛壯
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G03F9/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 梁愛榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光刻中一種用于投影光刻納米量級自動調(diào)焦系統(tǒng)，特別是利用雙光柵進(jìn)行相位提取的自動調(diào)焦系統(tǒng)，屬于微納加工相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光學(xué)光刻一直作為大規(guī)模集成電路工業(yè)制造技術(shù)的基礎(chǔ)，隨著高集成度電路以及相關(guān)器件的研發(fā)，IC特征尺寸愈來愈小，不斷地促進(jìn)光刻分辨力的提高。然而隨著分辨力的提高，曝光場的焦深問題日益嚴(yán)重，傳統(tǒng)調(diào)焦方法的精度已經(jīng)難以適應(yīng)逐漸提高的光刻分辨力。

現(xiàn)行的調(diào)焦方法大體上可為光度調(diào)焦、CCD調(diào)焦和光柵調(diào)焦技術(shù)。其中，光度調(diào)焦多采用基于四象限探測器或二象限探測器來檢測狹縫像的偏移量進(jìn)而獲取離焦量進(jìn)行反饋。其操作與狹縫標(biāo)記制作簡單易行，但精度相對較低，多用于早期焦深較長的低分辨力光刻。而CCD調(diào)焦是通過CCD圖像探測器來獲取放大的狹縫像，并通過序列求和、濾波、插值細(xì)分等算法來計(jì)算離焦量進(jìn)行反饋。該方法能達(dá)到一定的精度，但隨著細(xì)分次數(shù)的增加會使得運(yùn)算量增大，降低測量效率。而基于衍射光柵標(biāo)記的調(diào)焦方法以光強(qiáng)信號大小反映硅片表面的離焦量，能達(dá)到較高的精度，但其易受到硅片工藝等因素影響，而且需經(jīng)過復(fù)雜的光路設(shè)計(jì)與電路進(jìn)行處理，成本也偏高，自動化程度較低。本發(fā)明立足于雙光柵空間相位干涉成像原理及圖像處理相位提取原理，通過提取干涉條紋的相位來獲取離焦量。理論上具有較好的工藝適應(yīng)性和抗干擾能力，且較低的成本和簡單的裝置能實(shí)現(xiàn)高精度并且自動化調(diào)焦。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于投影光刻的納米量級雙光柵自動調(diào)焦系統(tǒng)。該系統(tǒng)不易受到硅片工藝的影響，調(diào)焦精度較高，且操作簡單易行，自動化程度高。

為達(dá)成所述目的，本發(fā)明提供一種用于投影光刻納米量級自動調(diào)焦系統(tǒng)，其特征在于由光路、圖像處理模塊和電路控制模塊組成，其中：光路包括準(zhǔn)直激光束、第一光柵標(biāo)記、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第二光柵標(biāo)記、硅片臺和CCD圖像探測器；準(zhǔn)直激光束垂直照明位于第一透鏡前焦面的第一光柵標(biāo)記，并沿著第一透鏡與第二透鏡組成第一4f系統(tǒng)的光軸對硅片臺表面構(gòu)成掠入射成像，成像投影在位于第二透鏡焦點(diǎn)附近的被測表面上生成光柵像，由硅片臺的被測表面的鏡面反射，光柵像通過由第三透鏡與第四透鏡組成的第二4f系統(tǒng)再次成像在第四透鏡的焦面上，當(dāng)?shù)谝还鈻艠?biāo)記與第二光柵標(biāo)記的兩個(gè)光柵標(biāo)記周期接近時(shí)，第一光柵標(biāo)記的像與第二光柵標(biāo)記以一定間隙重疊，則發(fā)生多次衍射，某兩束同級衍射光發(fā)生干涉疊加，在第二光柵的表面形成周期相對于第一光柵標(biāo)記或第二光柵標(biāo)記被放大的莫爾干涉條紋，然后成像于CCD圖像探測器上；通過圖像處理模塊對圖像進(jìn)行處理提取兩組莫爾干涉條紋的相位差，進(jìn)而計(jì)算出硅片臺的被測表面偏離最佳焦面的相對位移，再通過電路控制模塊控制硅片臺移動，使硅片臺表面達(dá)到最佳焦面位置，所述反饋過程是通過光路成像，通過CCD圖像探測器采集圖像，經(jīng)圖像處理模塊得出離焦量，電路控制模塊進(jìn)行判斷，之后驅(qū)動電機(jī)移動硅片臺，再經(jīng)過光學(xué)成像，采集圖像如此循環(huán)，直到離焦量小于設(shè)定的閾值退出，實(shí)現(xiàn)了投影光刻納米量級自動調(diào)焦完全自動化。

優(yōu)選實(shí)施例：所述圖像處理模塊包括圖像采集單元、圖像分割單元、相位提取單元、相位差計(jì)算單元和離焦量計(jì)算單元，其中：圖像采集單元是接收CCD圖像探測器采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像；圖像分割單元與圖像采集單元連接，接收并將通過圖像采集單元采集到的整個(gè)條紋圖像進(jìn)行處理，使整個(gè)條紋圖像分割成上下兩部分條紋圖像；相位提取單元與圖像分割單元連接，接收并分別對上下兩部分圖像進(jìn)行二維傅里葉變換，通過在頻域進(jìn)行帶通濾波分別計(jì)算出上下兩部分圖像的相位；相位差計(jì)算單元與相位提取單元連接，接收并對上下兩部分圖像的相位進(jìn)行求差，得到相位差Δφ；離焦量計(jì)算單元與相位差計(jì)算單元連接，接收并通過相位差計(jì)算出硅片臺表面與最佳焦面的偏移量即離焦量；