基于波像差判據的同步相移顯微干涉檢焦方法

胡喬偉，高志山，袁 群，黃 旭，孫一峰，王靈杰，張建萍

（1.南京理工大學 電子工程與光電技術學院，江蘇 南京 210094；2.中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 光學系統先進制造技術重點實驗室，吉林 長春 130033）

引言

激光直寫技術是光刻母版衍射光學元件生產的重要工藝技術之一[1]。隨著光刻工藝制造的要求不斷提高，對于激光直寫技術核心部件激光聚焦系統的寫入精度有很高的要求[2]。為了提高精度，減小直寫波長[3]和增大物鏡的數值孔徑[4]是2 個有效的方法。目前，激光直寫波長已經從He-Cd 激光的442 nm[5]發展到了深紫外（deep ultraviolet，DUV）[6]的193 nm，而光刻物鏡的數值孔徑也從0.3[7]提高到0.8[8]。隨著物鏡NA的增大，物鏡焦深也在不斷變小[9]，并且隨著微光學元件表面的尺寸擴大[10]和復雜度加深[11]，使得檢焦變得更難。檢焦光路負責將直寫物鏡焦點定位于曝光平面，指導直寫波長下的聚焦激光束，在每一次直寫前進行實時檢焦及焦點調整。

目前的同軸檢焦方法主要有像散法[12]和臨界角法[13]等。2001年，美國亞利桑那州立大學的Fan K-C 等人提出了物鏡數值孔徑NA為0.45、檢焦波長為780 nm 情況下的像散法自動檢焦方法[14]。像散法是利用像散元件與四象限探測器對輸出信號分析計算進行離焦的判斷，對焦范圍為200 μm，檢測精度為0.2 μm，該方法對焦范圍較大但檢焦精度較低。2011年，長春光機所梁鳳超等人提出了基于臨界角法的激光直寫調焦伺服技術，其NA為0.42、檢焦波長為632.8 nm[15]。利用非臨界角的光斑不均勻性與二象限探測器解析離焦量，其對焦范圍為10 μm，檢焦精度為80 nm。……