[发明专利]纳米光刻掩模硅片间隙测量及调平装置

说明书

技术领域

本发明涉及纳米光刻掩模硅片间隙测量及调平装置，属于微纳加工、光学测量相关领域。

背景技术

随着高集成度电路与相关器件的研发，以及纳米科技的快速发展、纳米器件特征尺寸的不断缩小，IC特征尺寸愈来愈小，极大地推动了高分辨力纳米光刻技术的发展，如纳米压印、波带片阵列成像光刻。相应地，随着分辨力的提高以及大尺寸硅片的采用，掩模硅片的间隙控制与测量将成为纳米光刻面临的严峻挑战，间隙测量精度必须随之大幅度提高。在投影光刻系统中，分辨力的提高促使物镜的焦深缩小，对硅片的垂直位移变化测量及调焦技术同样提出了新的要求。

传统的间隙测量或者投影光刻中的检焦技术主要采用几何投影方法，通过在光路中设置类似于狭缝的几何标记，经硅片底面的反射，将硅片的高度变化转化为探测器像面上几何标记光斑的平移，主要应用于早期的较低分辨力光刻，精度提高的程度有限。此外，双光束干涉强度及外差干涉方法方法，分别将硅片的垂直位移转化为几束衍射光的干涉强度或者双频干涉产生的光学拍信号的相位大小变化，容易受到光刻胶等硅片表面工艺过程的影响，如光刻胶内的多次反射引入附加光程、标记的受到硅片级工艺污染后引入的非对称性误差等，较为明显的系统误差存在给间隙测量的带来了诸多困难。

为了进一步提高间隙测量精度，克服光刻胶、硅片工艺等系统误差因素对间隙测量的影响，申请人曾在前专利申请号：201010172100.4中提出一种接近式纳米光刻中的间隙测量方法。其主体思想是将直接根据干涉条纹的移动或者相位变化计算间隙变化量，旨在阐述实现间隙测量的物理原理机制和初步实现的方法策略；但在该专利申请中，同时利用分别位于掩模和硅片上的两组标记光栅进行间隙测量，无法避免硅片横向移动对测量的影响。为此本发明在实验的基础上设计了一套更为实用、具体的间隙测量装置，除了将装置的结构和参数等设计具体化以外，将两个间隙测量标记均相邻地加工于掩模上，除了克服了传统的光刻胶等硅片工艺对光强的影响外，还能克服掩模硅片横向位移变化的影响，直接将间隙变化与图像的相位变化唯一对应起来，具有很强的实用性。

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，提供一种纳米光刻掩模硅片间隙测量及调平装置，在该装置仅仅利用同时位于掩模上的两个标记光栅实现间隙测量，避免硅片横向位移对测量的影响。

本发明的技术解决方案为：纳米光刻掩模硅片间隙测量及调平装置包括：激光管、第一反射镜、掩模、硅片、第一标记光栅、第二标记光栅、第二反射镜、物镜和CCD探测器；所述第一标记光栅和第二标记光栅相邻地同时位于掩模上，且第一标记光栅和第二标记光栅周期接近；在纳米光刻工作间隙范围内，由激光管发出单色平面波经第一反射镜偏转后，垂直入射位于掩模上的第一标记光栅和第二标记光栅时发生衍射；一束来自于第一标记光栅的透射衍射光B₁在掩模和硅片间隙内传播并经硅片表面反射返回，在掩模上与第二标记光栅的反射衍射光束B₂相遇，发生双光束干涉；经过第二反射镜偏转后，所述两束光B₁、B₂被物镜接收，并利用位于物镜像面上的CCD探测器记录双光束干涉强度条纹；最后，利用干涉条纹的移动或相位变化探测间隙变化量，通过在三个位置处的间隙控制实现掩模和硅片调平。

所述第一个反射镜安装在与水平方向成45度夹角方向，第二个反射镜的安装方向与水平方向的夹角为

其中，θ₁、θ₂分别代表两束光B₁、B₂的衍射角。

所述两束光B₁、B₂的衍射角θ₁、θ₂分别由下式计算得到：

P₁sinθ₁＝λ    (2)

P₂sinθ₂＝λ    (3)

其中，P₁、P₂分别为第一标记光栅(5)和第二标记光栅(6)的周期，λ为入射光波长。

所述第一标记光栅和第二标记光栅分别为两组排列顺序相反的光栅组合而成。