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数字光栅调焦调平传感器的工艺适应性

曾海峰 李世光 李显杰

曾海峰, 李世光, 李显杰. 数字光栅调焦调平传感器的工艺适应性[J]. 中国光学(中英文). doi: 10.37188/CO.2024-0021
引用本文: 曾海峰, 李世光, 李显杰. 数字光栅调焦调平传感器的工艺适应性[J]. 中国光学(中英文). doi: 10.37188/CO.2024-0021
ZENG Hai-feng, LI Shi-guang, LI Xian-jie. Process adaptability for digital grating based focusing and leveling sensor[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2024-0021
Citation: ZENG Hai-feng, LI Shi-guang, LI Xian-jie. Process adaptability for digital grating based focusing and leveling sensor[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2024-0021

数字光栅调焦调平传感器的工艺适应性

doi: 10.37188/CO.2024-0021
基金项目: 中文基金
详细信息
    作者简介:

    曾海峰(1997—),男,四川乐山人,硕士研究生。2021年于中国矿业大学获得学士学位。主要从事光刻对准和聚焦控制的研究。E-mail:1686735430@qq.com

    李世光(1973—),女,辽宁沈阳人,研究员,硕士生导师。1993年和1996年于哈尔滨工业大学分别获得学士、硕士学位,2005年于清华大学获得博士学位,2005-2011年分别于新加坡南洋理工大学和美国北卡罗来纳大学做博士后,主要从事光刻技术和光学测量的研究。E-mail:lishiguang@tsinghua.org.cn

  • 中图分类号: TN307

Process adaptability for digital grating based focusing and leveling sensor

Funds: Supported by
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  • 摘要:

    数字光栅位移测量技术将CMOS相机像素阵列当作一个“数字化”的光栅,通过构造光学光栅像和数字光栅的周期差,利用微米级的光学光栅像,实现纳米级的位移测量。可以应用于光刻机的调焦调平传感器中,结合倾斜入射的检测光路,对晶圆表面高度进行精确测量。在实际测量中,晶圆表面意外出现的图形会干扰光学光栅的反射成像,进而影响图像处理的结果。本文提出一种数字光栅位移测量的工艺适应性方法,以数字光栅周期为单位,对存在干扰图案时的CMOS图像进行光强的重建和光强曲线的恢复,能在晶圆基底出现较大面积图案时表现出很好的稳定性,且该方法可以适应多种表面缺陷,如划痕、颗粒、污渍和沟槽等。实验结果表明,图像光强的重建后,光强曲线的均方误差大幅减小,修正后的Z向测量误差在±33 nm(±3σ=±41.2 nm)以内。该方法能增强数字光栅调焦调平传感器的工艺适应性,为调焦调平方法提供技术参考。

     

  • 图 5  基于数字光栅的调焦调平传感器

    Figure 5.  Focusing and leveling sensor based on digital grating

    图 1  CMOS像素阵列上的光学光栅像

    Figure 1.  Optical grating image on CMOS pixel array

    图 2  数字光栅对光学光栅像的保留和去除

    Figure 2.  Digital grating retain and remove optical grating image

    图 3  光强曲线I1I2

    Figure 3.  Light intensity curve I1 and I2

    图 4  归一化的I曲线

    Figure 4.  Normalized I curves

    图 6  晶圆表面图案成像与光学光栅像位移不同步

    Figure 6.  Displacement out of sync between the wafer surface pattern imaging with optical grating imaging

    图 7  CMOS像素阵列上接收到的光学光栅像

    Figure 7.  The optical grating image on the CMOS pixel array

    图 8  光栅像的分割

    Figure 8.  Segmentation of grating image

    图 9  标定前的一个数字光栅周期内的累计光强

    Figure 9.  The accumulated light intensity in one digital grating period before calibration

    图 10  晶圆表面有图案时一个数字光栅周期内的累计光强

    Figure 10.  The accumulated light intensity in one digital grating period when wafer surface pattern

    图 11  标定后的累计光强

    Figure 11.  The accumulated light intensity after calibration

    图 12  M个累计光强值的分布区间统计

    Figure 12.  Statistics of the distribution interval of M accumulated light intensity values

    图 13  修正后的累计光强(一个数字光栅周期)

    Figure 13.  Corrected accumulated light intensity curve (in one digital grating period)

    图 14  图像修正方法流程图

    Figure 14.  Flowchart of the image correction method

    图 15  修正前后的光强曲线和对准点及其放大图

    Figure 15.  Light intensity curves and alignment points before and after correction

    图 16  晶圆表面出现4种图案时对应的光学光栅像

    Figure 16.  The corresponding optical grating image when 4 patterns appear on the wafer surface

    图 17  不同晶圆表面在Z轴在0μm到40μm不同位置对应的光强I曲线,黑色为洁净表面时对应的光强曲线,红色为表面存在图案时的光强曲线,蓝色为修正后的光强曲线(a、b、c、d分别代表圆孔、竖线、划痕和灰尘颗粒)

    Figure 17.  The light intensity I curves for different wafer surfaces during the z-axis from 0μm to 40μm, while the black curves is the light intensity curve when the surface is clean, the red is the light intensity curve when the pattern exists on the surface, and the blue is the corrected light intensity curve (a,b,c,d represent circular pattern, lines, scratches, and dust respectively)

    图 18  不同晶圆表面在Z轴不同位置对应的光强I曲线拟合的均方误差((a)圆孔,(b)线条,(c)划痕,(d)颗粒)

    Figure 18.  Mean square error of fitting corresponding intensity I curves for different wafer surfaces during Z direction stepping ((a)circular pattern, (b) lines, (c)scratch, (d)dust)

    图 19  基于数字光栅的调焦调平传感器测试平台

    Figure 19.  Testing platform of focusing and leveling sensor based on digital grating

    图 20  Z轴步进前后的光学光栅像

    Figure 20.  Optical grating images before and after Z-axis stepping

    图 21  步进过程中数字光栅测量的位移值

    Figure 21.  Displacement values measured by the digital grating during the step

    图 22  对准点的移动值

    Figure 22.  The movement value of the alignment point

    图 23  算法修正前后的误差值

    Figure 23.  The error before and after correction of the algorithm

    表  1  类比数字光栅和游标卡尺

    Table  1.   Analogical to digital gratings and vernier calipers

    数字光栅游标卡尺
    主尺相机的像素阵列机械主尺
    游标尺周期性光栅像机械游标尺
    原理利用周期差对微小位移进行“放大”
    方法求解光强曲线零点找刻度对准点读数
    分辨率高于周期差两尺的周期差
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-01-25
  • 录用日期:  2024-03-25
  • 网络出版日期:  2024-05-10

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