基于相位偏折原理的高精度整场检焦方法研究

A method based on phase reflection is proposed to measure whole wafer map with high precision. This method is quite different from the traditional ones.The traditional methods use point or line structured light to measure the height of the wafer map from the light intensity, and reconstruct the whole wafer map by scanning.Howerver, the method poposed in this paper, use surface structured light to measure the gradiendt of the wafer map from the phase of deformed fring, and can reconstruct the whole wafer map by only once measurement.Compared with the traditional ones , this method can measure the wafer map with high efficient、high sensitive and high signal to noise ratio. The research of it can provide powerful support of lithography equipment development.

提出了一种基于相位偏折原理的高精度整场检焦方法。该方法采用相位偏折原理，利用面结构光作为光源，通过解析变形条纹图获得基片表面梯度分布，完成对基片整场形貌的检测。打破了传统基于基片形貌测量的检焦方法中采用三角测量原理，利用点、线结构光扫描，通过测量光强变化获得基片形貌的检测思路。该方法具有高效率、高灵敏度、高信噪比等特点。本项目的成功研发将解决双工件台系统检焦技术中检测效率低、研制成本高、关键技术被国外企业垄断等诸多问题，为下一步我国高端光刻设备的自主研发提供技术支撑。

随着投影光刻机分辨力不断提高，其焦深不断缩短。为保证曝光图形质量，需要进行高精度焦面检测。本项目提出了基于结构光的高精度检焦技术，针对双工件台离线高速检焦以及单工件台在线检焦的需要，分别提出了基于相位偏折原理的高精度整场检焦技术，以及基于叠光栅莫尔条纹相位解析的高精度检焦技术。基于相位偏折原理的高精度整场检焦技术，利用结构光相位信息变化，通过基片表面起伏梯度变化进行检测实现对基片面形的测量。本项目对基于相位偏折原理的检焦方法进行了系统研究，建立了检测系统物理模型，针对基片面形特点，提出了梯度提取方法，分析了不同相位解析算法以及积分算法对测量结果的影响，最终搭建了实验系统对该测量方法进行了验证。基于叠光栅莫尔条纹相位解析的高精度检焦技术基于三角测量原理，利用光栅作为投影标记，结合莫尔条纹相位解析，实现对基片表面的高精度检测。本项目建立了基于叠光栅莫尔条纹相位解析检焦技术的物理模型，对其测量精度进行了深入分析，并通过实验系统对其精度进行了验证，其测量精度可达到10nm水平。. 本项目针对不同检焦系统需要，提出了两种基于结构光的高精度检焦方法，为高端光刻机的研发提供了一条新的解决途径。不仅如此，该技术作为一种纳米级的高精度检测技术，还有望在振动检测、位移检测等高精度检测领域取得应用。