[发明专利]一种适用于双工件台投影光刻机的检焦装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于投影光刻的装置，具体涉及投影光刻系统中的检焦装置，属于超大规模集成电路制造及光学微细加工技术中的纳米器件制造技术领域。

背景技术

众所周知，光学投影光刻分辨力的提高主要通过缩短曝光波长、增大数值孔径来实现，而随着曝光波长的缩短和数值孔径的增大，投影物镜的有效焦深将急剧下降。尽管离轴照明、相移掩模等分辨力增强技术可缓解这一下降趋势，但随着分辨力的提高，焦深整体仍呈现缩短趋势，在主流的193nm光刻中，焦深通常只有300nm左右。如果实际焦深达不到光刻工艺所要求的焦深容限，将严重影响曝光线条质量和集成电路成品率。故如何充分利用有效焦深完成硅片的高效曝光就显得意义重大，各种检焦装置也就应运而生。在投影光刻装置中，利用检焦装置实现对硅片表面特定区域的高度和倾斜度的测量，再通过硅片的调平调焦使得硅片表面曝光区域位于投影物镜的有效焦深范围内以完成硅片的有效曝光。

现有的检焦装置从原理上可分为三种：电容检焦、光学检焦、气动检焦。电容检焦主要用于早期步进重复投影光刻机，但因其检焦精度及工艺适用性等问题早已不再使用。在现今的步进扫描光刻机中，各大厂商主要使用光学检焦：光度检焦、CCD检焦、激光干涉检焦、光栅检焦等。光度检焦原理简单，容易实现，但其检焦精度低通常在数百纳米范围且非线性严重；CCD检焦通过使用狭缝或小孔阵列配合宽波段照明可得到最高约30nm的重复性检焦精度，应用范围较广；激光干涉检焦可获得20nm的重复性检焦精度，但其图形处理算法复杂，实时性不好，限制了它的使用范围；光栅检焦以各种光栅为检焦标记可实现硅片表面的大面积测量，有效地平均了硅片的面型起伏和发射率变化，同时偏振调制和莫尔技术的采用增大了传感器动态测量范围并能克服光强波动的影响，其检焦精度高，但光刻胶膜层导致的多光束干涉、衬底介电介质导致的波前畸变等都会对检焦精度造成影响。气动检焦利用空气动力测距原理完成，其检焦灵敏度可达亚纳米，但其不能在真空中使用、气隙不能通过气流传感器的读数直接换算、扫描速度慢等缺点限制了其适用范围。

现有商用原子力显微镜的工作原理如下：将一对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定，另一端的微小探针接近样品，由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的相互作用力，该作用力将使微悬臂发生形变或运动状态发生变化，扫描样品时，利用传感器检测这些变化，就可获得作用力分布信息，从而以纳米级分辨率获得样品表面结构信息。但其扫描运动仅依靠三维压电陶瓷(PZT)扫描器的偏转，不仅扫描范围小、仅为微米量级，而且扫描过程中扫描器的倾斜导致样品的水平位置发生改变，故不能获得精确的样品表面高度信息。

发明内容

针对现有检焦装置的不足，本发明的目的旨在提供一种高精度、高效率、工艺适用性强、适用于双工件台投影光刻机的检焦装置。