[實用新型]一種光學系統的檢焦裝置

有效

• 申請號: 201721024277.3
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN207037329U
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 吳飛斌
• 申請（專利權）人: 吳飛斌
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種光學系統的檢焦裝置，特別是涉及一種基于剪切干涉技術的光學系統檢焦裝置，用于光刻機硅片的高精度調平調焦，屬于微電子設備及微納加工領域。

背景技術

集成電路的集成度水平按照摩爾定律（單位面積上的集成電路可容納的晶體管數目約18個月增加一倍）不斷提高，超大規模集成電路得以不斷發展。光刻技術是極大規模集成電路制造的核心技術之一，通過曝光的方法將掩模上的圖形轉移到涂覆于硅片表面的光刻膠上，然后通過顯影、刻蝕等工藝將圖形轉移到硅片上，為了降低生產成本和提高生產效率，應用大數值孔徑投影光刻物鏡和短波長曝光光源等技術，投影光刻分辨率進一步提高。分辨率的提高導致了焦深的不斷減小，嚴重影響光學系統的工藝寬容度；隨著硅片尺寸的增大，曝光面積大幅增加，曝光視場局部傾斜和工件臺運動過程中偏擺帶來的局部傾斜，也會引起離焦量的惡化；因此，對光刻機的檢焦裝置的檢測精度提出了更高的要求。一般光刻系統的檢焦精度一般為有效焦深的1/10，即納米量級。朗奇剪切干涉是一種基于瞳面測量的干涉測量技術，具有沒有空間光程誤差、檢測精度高、零條紋檢測等特點，可以很好地應用于投影物鏡的焦面檢測中。

傳統投影曝光光刻機中，由于焦深較長，多采用CCD檢焦技術和PSD傳感器技術。針對納米量級檢焦精度要求的情況，大多采用結構原理較為簡單的狹縫光度式焦面檢測方法，通過計算夾縫在探測器中的位移變化計算硅片的離焦量。這兩類方法總體而言測量系統較為簡單，操作方便，但是測量精度較低，不能滿足高端光刻機對檢測的技術需求。

中國發明專利CN201410500277提出了一種基于光柵泰伯效應的光刻機系統的檢焦方法，利用硅片離焦引起的光柵泰伯效應的“自成像”位相變化，當硅片位于焦面位置時，光柵成像波前為平面波前，硅片離焦時為球面波前，通過判斷波前形態從而獲取焦面位置（參見在先技術，中國發明專利，一種基于光柵泰伯效應的檢焦方法，CN201410500277）。這種方法具有較高的檢測精度，但要求系統額外添加較多的檢測設備，且其系統抗干擾能力較弱，對環境具有較高的要求。Euclid E. Mood等提出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，但該方法存在檢測精度受圖像處理算法和相位解析算法的限制、系統實時性差、檢測效率低等不足。

發明內容

本實用新型的目的是提供了一種光學系統的檢焦裝置，適用于投影式光刻機的高精度調平聚焦，具有高精度和實時檢測等優點。

本實用新型的技術解決方案如下：一種光學系統的檢焦裝置，其特征在于：從光束入射方向依次包括光源、光束準直擴束系統、毛玻璃、物面光柵、掩膜平臺、被測光學系統、像面光柵、硅片平臺、CCD探測器。所述的物面光柵置于掩膜平臺上，可以隨著掩膜平臺的移動而移動，并位于被測光學系統的物方平面上。所述的像面光柵位于光刻機的硅片平臺上，并位于被測光學系統的像方平面上。當硅片平臺離焦時，光束準直擴束系統的光經過物面光柵并通過被測光學系統投影到像面光柵后，不同衍射級相互干涉形成干涉條紋（參見在先技術：吳飛斌等，Ronchi剪切干涉光刻投影物鏡波像差檢測技術研究，中國激光，42（3），2015）；當硅片平臺從離焦位置向共焦位置平移時，光束準直擴束系統的光經過物面光柵并通過被測光學系統投影到像面光柵后，干涉條紋減少直到消失。所述的CCD探測器位于硅片平臺的下方，隨著硅片平臺的移動而同步移動。

所述的被測光學系統為光刻機的投影物鏡，成像放大倍數為N；優選地，數值N等于4:1。

所述的光源為LED陣列光源，波長為430~440nm。

所述的物面光柵為振幅型Ronchi線光柵，即占空比為50%，周期為p1；

所述的像面光柵是網格型分布，透光單元為大小相等的正方形，每個透光單元周圍為8個與透光單元等面積的遮光單元，從而形成透光單元間隔等面積遮光單元的分布形式；所述的像面光柵放置在硅片平臺上時，透光單元和遮光單元的對角線方向與物面光柵的方向平行；

所述的像面光柵周期等于相鄰兩個透光單元的對角線距離，數值為p2=，其中a為透光單元的邊長；所述的周期p2數值上等于p1/N。

當所述的硅片平臺位于所述的被測光學系統的共焦平面位置時，光源和光束準直擴束系統的出射平面波前經過物面光柵的衍射、被測光學系統的投影、像面光柵的衍射，不同衍射級相互干涉形成零條紋的干涉圖像，根據CCD探測器探測的像面光柵衍射后的成像光斑上干涉條紋的變化情況，即可以完成被測光學系統和硅片平臺的檢焦測量。