[发明专利]一种用于投影光刻纳米量级自动调焦系统

说明书

技术领域

本发明涉及光刻中一种用于投影光刻纳米量级自动调焦系统，特别是利用双光栅进行相位提取的自动调焦系统，属于微纳加工相关技术领域。

背景技术

光学光刻一直作为大规模集成电路工业制造技术的基础，随着高集成度电路以及相关器件的研发，IC特征尺寸愈来愈小，不断地促进光刻分辨力的提高。然而随着分辨力的提高，曝光场的焦深问题日益严重，传统调焦方法的精度已经难以适应逐渐提高的光刻分辨力。

现行的调焦方法大体上可为光度调焦、CCD调焦和光栅调焦技术。其中，光度调焦多采用基于四象限探测器或二象限探测器来检测狭缝像的偏移量进而获取离焦量进行反馈。其操作与狭缝标记制作简单易行，但精度相对较低，多用于早期焦深较长的低分辨力光刻。而CCD调焦是通过CCD图像探测器来获取放大的狭缝像，并通过序列求和、滤波、插值细分等算法来计算离焦量进行反馈。该方法能达到一定的精度，但随着细分次数的增加会使得运算量增大，降低测量效率。而基于衍射光栅标记的调焦方法以光强信号大小反映硅片表面的离焦量，能达到较高的精度，但其易受到硅片工艺等因素影响，而且需经过复杂的光路设计与电路进行处理，成本也偏高，自动化程度较低。本发明立足于双光栅空间相位干涉成像原理及图像处理相位提取原理，通过提取干涉条纹的相位来获取离焦量。理论上具有较好的工艺适应性和抗干扰能力，且较低的成本和简单的装置能实现高精度并且自动化调焦。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于投影光刻的纳米量级双光栅自动调焦系统。该系统不易受到硅片工艺的影响，调焦精度较高，且操作简单易行，自动化程度高。

为达成所述目的，本发明提供一种用于投影光刻纳米量级自动调焦系统，其特征在于由光路、图像处理模块和电路控制模块组成，其中：光路包括准直激光束、第一光栅标记、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第二光栅标记、硅片台和CCD图像探测器；准直激光束垂直照明位于第一透镜前焦面的第一光栅标记，并沿着第一透镜与第二透镜组成第一4f系统的光轴对硅片台表面构成掠入射成像，成像投影在位于第二透镜焦点附近的被测表面上生成光栅像，由硅片台的被测表面的镜面反射，光栅像通过由第三透镜与第四透镜组成的第二4f系统再次成像在第四透镜的焦面上，当第一光栅标记与第二光栅标记的两个光栅标记周期接近时，第一光栅标记的像与第二光栅标记以一定间隙重叠，则发生多次衍射，某两束同级衍射光发生干涉叠加，在第二光栅的表面形成周期相对于第一光栅标记或第二光栅标记被放大的莫尔干涉条纹，然后成像于CCD图像探测器上；通过图像处理模块对图像进行处理提取两组莫尔干涉条纹的相位差，进而计算出硅片台的被测表面偏离最佳焦面的相对位移，再通过电路控制模块控制硅片台移动，使硅片台表面达到最佳焦面位置，所述反馈过程是通过光路成像，通过CCD图像探测器采集图像，经图像处理模块得出离焦量，电路控制模块进行判断，之后驱动电机移动硅片台，再经过光学成像，采集图像如此循环，直到离焦量小于设定的阈值退出，实现了投影光刻纳米量级自动调焦完全自动化。

优选实施例：所述图像处理模块包括图像采集单元、图像分割单元、相位提取单元、相位差计算单元和离焦量计算单元，其中：图像采集单元是接收CCD图像探测器采集并转换成数字图像；图像分割单元与图像采集单元连接，接收并将通过图像采集单元采集到的整个条纹图像进行处理，使整个条纹图像分割成上下两部分条纹图像；相位提取单元与图像分割单元连接，接收并分别对上下两部分图像进行二维傅里叶变换，通过在频域进行带通滤波分别计算出上下两部分图像的相位；相位差计算单元与相位提取单元连接，接收并对上下两部分图像的相位进行求差，得到相位差Δφ；离焦量计算单元与相位差计算单元连接，接收并通过相位差计算出硅片台表面与最佳焦面的偏移量即离焦量；