[發明專利]一種基于哈特曼波前檢測原理的檢焦方法

有效

• 申請號: 201410479415.1
• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN104198164B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 朱咸昌;胡松;趙立新
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

技術領域

本發明涉及的一種基于哈特曼波前檢測原理的檢焦方法，用于光刻機硅片的高精度檢焦，屬于微電子設備及微細加工領域。

背景技術

以大規模集成電路為核心的微電子技術的快速發展，對微細加工及微納檢測技術提出了新的要求。自1978年美國推出第一臺商業化的投影式光刻機，光學投影曝光作為應用領域最廣、技術更新快和生命力強的微細加工技術，是驅動微電子技術進步的核心。物鏡的分辨力和焦深是影響投影曝光系統的關鍵參數，根據瑞利判據，計算物鏡分辨力和焦深為：

R＝k₁λ/NA

DOF＝k₂λ/NA²

提高投影光刻的分辨力主要通過使用波長越來越短的曝光光源和提高物鏡系統的數值孔徑NA來實現。目前投影光刻機曝光波長λ從紫外光源(g線、i線)、深紫外(ArF)，向極紫外(EUV)方向發展；投影物鏡NA從早期的0.2、0.8發展到浸沒式投影光刻的1.35以上。光刻分辨力的提高是以犧牲焦深為代價，隨著光刻分辨力的提高，投影物鏡系統的焦深急劇減小，雖然采用分辨力增強技術可進一步提高分辨力，但對焦深的改善有限。因此，高精度光刻機對系統的調焦精度提出了新的要求。

光刻機中的調平調焦測量傳感器多采用光學傳感技術，具有快捷性、非接觸性等特點。早期投影光刻機中，由于焦深較長，多采用光度檢焦和CCD檢焦技術。利用狹縫成像，通過計算狹縫在探測器中的位移變化計算硅片的離焦量。這兩類檢測方法總體上測量系統較簡單，操作簡便易行；但測量精度偏低，不能滿足高精度光刻對檢焦的需求。隨著光刻系統分辨力的提高及曝光視場的增大，調平調焦測量系統進一步采用多點檢測原理，以日本Nikon公司為主，通過測量多點的高度值可計算出硅片的傾斜量。光源出射光經過狹縫列陣后被硅片表明反射，成像于探測器上。當硅片處于理想狀態時，成像光斑位于四象限探測器中心，四個象限的光強相等。檢測系統采用狹縫陣列，通過掃描測量能覆蓋整個曝光視場；但需進一步優化檢測算法以提高其檢測精度。

隨著上世紀光柵檢測技術的發展，基于光柵Talbot效應產生的莫爾條紋檢測技術也被應用于投影光刻系統的檢焦測量。當兩個周期相當的衍射光柵間距滿足Talbot距離時，兩光柵產生莫爾條紋。當光柵和探測器相對位置不變的情況下，硅片位置的變化引起莫爾條紋信號發生變化，通過測量莫爾條紋變化信息可完成硅片離焦量測量。該方法雖具有較高的檢測精度；但系統抗干擾能力較弱，對環境有較高的要求。

2004年MIT的Euclid E.Moon等人提出了基于啁啾光柵的間隙測量用于光刻機檢焦測量，獲得納米級檢測精度；但受圖形處理算法和相位解析算法限制，系統實時性較差，檢測效率偏低。

2007年，美國的研究人員提出了一種利用空氣動力學原理進行焦面測量，這種氣動間隙檢測方式的基本思路是，通過噴頭向被測表面噴氣，間隙量的變化就導致噴嘴回壓和氣流的變化，利用壓力傳感器或流量計測量，最后反演間隙量。由于受環境影響較大，該方法有在實驗室獲得原理驗證的報道，但在實際的樣機上，還沒有取得成功的應用。

基于空間光調制原理的納米級檢焦技術被廣泛應用于先進光刻機的精密檢焦測量。測量系統由寬光譜照明，遠心成像系統，空間光調制和探測系統組成。該檢測方法具有較高的測量精度，滿足高精度光刻機的需求；但系統總體結構較復雜，采用逐點掃描的檢測方式，檢測效率較低。

隨著我國微細加工技術的發展，光刻機調焦技術成為新的研究熱點。目前國內研究光刻調焦技術的包括中科院光電所、上海微電子裝備有限公司、華中科技大學和中科院上海光機所等研究單位。

其中，上海微電子裝備有限公司利用PSD技術用于檢焦測量。激光光束被準直后通過狹縫成像在硅片上，經硅片表面和反射鏡反射后成像在PSD上。通過工件臺移動掃描整個硅片表面，完成整個硅片測量，利用掃描的硅片高度信息計算硅片離焦量，從而保證系統的整體調焦精度。

華中科技大學的尹作海等人利用線陣CCD探測器完成光刻機的檢焦測量。中科院光電技術研究所是較早開展微電子裝備相關技術研制的單位之一，在0.8μm光刻機研制項目中采用莫爾條紋的辦法實現80nm的檢焦精度。

總體而言，目前報道的檢焦方法，不易兼顧結構系統簡易性和檢測精度；在大面積曝光系統中不能兼顧檢焦精度和效率。針對投影光刻機未來的高分辨力、大視場發展需求，本發明介紹一種基于哈特曼波前檢測原理的檢焦方法，滿足光刻機的檢焦精度和效率要求。

發明內容