[发明专利]一种适用于投影光刻机的实时检焦调焦方法

说明书

技术领域

本发明是涉及投影光刻设备领域中的CCD检焦技术，具体涉及一种适用于投影光刻机的实时检焦调焦方法，应用该方法控制工件台运动调整离焦量，可以实现实时高精度自动调焦。

背景技术

投影光刻机是大规模集成电路生产的主流设备，可将掩模板上的图形通过成像曝光装置按一定比例投影到硅片上。由瑞利公式R＝k₁λ/NA和焦深公式DOF＝k₂λ/NA²可以知道，分辨力的提高可通过增大物镜数值孔径NA和缩短曝光波长λ实现，这样焦深DOF将减小，特别是NA的增大将导致DOF的急剧减小。如果实际焦深达不到光刻技术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生产的成品率。精确检焦调焦对投影光刻技术向更高分辨力挺进起关键作用。

评价光刻机性能的三指标是分辨力、套刻精度和生产效率。检焦调焦的实时性将影响最终的生产效率。目前的检焦调焦方法多为光电测量方法，均需要用到图像处理方法。而现有的图像处理算法大多在个人计算机上运行在非实时操作系统上，靠指令串行执行。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种适用于投影光刻机的实时检焦调焦方法，能够在很短的时间内精确定位硅片位置，并控制工件台完成调焦。

为达到上述目的，本发明一种适用于投影光刻机的实时检焦调焦方法，包括步骤如下：

步骤(1)、光源1经准直透镜成为平行光束，经反射镜2照射到投影光阑3。平行光束经投影光阑3后成为一道狭缝光束，经成像物镜组4和反射镜5以较大的入射角(90-γ)成像在硅片表面6。从硅片表面6反射的狭缝光束，经反射镜9，通过成像镜组10、11，再经过反射镜12，成像在线阵CCD13上；

步骤(2)、线阵CCD13通过Cameralink传输线14将图像信息传给图像采集控制卡15。图像采集控制卡对图像进行亚像素处理，得到狭缝像的中心位置，根据预设的最佳焦面位置计算出离焦量。

步骤(3)、图像采集控制卡15根据离焦量，控制工件台7的Z方向电机运转方向和速度。真空吸盘8吸住硅片6，由工件台7载着做垂直Z方向的移动。在Z方向上产生ΔZ的位移将使狭缝光束的像在线阵CCD13上产生ΔX的位移，从而改变离焦量，直到离焦量满足精度要求。

其中，所述线阵CCD13采用高灵敏度低噪声黑白线扫描CCD传感器，具有2048个有效像素，像素尺寸14μm×14μm，自带AD，具有8bit/10bit/12bit可配置输出数据精度，16位高精度积分时间设置，具有改进的相机配置串行通讯协议，最高数据率25MHz，最高行频11.7KHz；

其中，所述图像采集控制卡15包括中央处理器模块201，Cameralink接口202，LVDS to28bit模块203，SRAM模块204，复位模块205，串口模块206，电机驱动模块207，显示模块208，光电开关模块209，预设值模块210，JTAG配置模块211，通信模块212，电源模块213，时钟模块214；

其中，所述的中央处理器模块201采用FPGA实现，利用FPGA的高速并行性，提高整个检焦调焦的实时性。所述的Cameralink接口202采用标准的MDR26接口；Cameralink接口与LVDS to28bit203和通信模块212之间用差分线连接，视频图像信息以5路串行低电压差分信号(LVDS)传输到LVDS to28bit203，由于只使用了Cameralink协议的Base模式，仅输出8位并行信号、1位行同步和1位cameralink时钟信号到中央处理器模块；同时，通信模块212有一个LVDS Driver/Receiver和一个4路差分线驱动器组成，LVDS Driver/Receiver负责FPGA和Cameralink之间的串行命令收发，4路差分线驱动器负责把4路FPGA的相机控制信号转换成低电压差分信号给Camerlink。

其中，所述的预设值模块210由11位拨码开关组成，FPGA读取为0～2047的11位2进制数，作为最佳焦面的标定值；所述的光电开关模块209用于检测硅片是否在Z方向到达了最大行程，如果是则让电机及时停止或者反向运转；显示模块208用两块4位7段数码管组成，分别显示最佳焦面标定值和当前硅面位置；

其中，所采用的图像处理算法。首先对经过高斯滤波的图像利用梯度算子获取其对应的梯度图像；然后求得梯度极大值即为图像的边缘点，再通过对边缘点附近进行二次插值，求得亚像素级的图像边沿位置，最后去其平均值即为狭缝亮纹的中心。