纳米光刻中叠栅莫尔条纹检焦技术研究

发布时间：2017-03-22 06:04

  本文关键词：纳米光刻中叠栅莫尔条纹检焦技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在信息时代,用于芯片制备的集成电路技术正在朝着互连线条更细、密度越高、规模越大的方向发展,这极大刺激了以光刻机为代表的微电子制造装备的进步。检焦作为光刻工艺中一项关键测量技术,是保证通过调平调焦将硅片置于投影物镜焦深范围内的前提。一般而言,检焦精度需要达到物镜焦深的十分之一左右,即纳米量级。这种情况下,传统基于狭缝/小孔阵列的光强度调制检焦技术难以在精度上有更多突破,对更高精度的新型检焦技术探索迫在眉睫。基于此,本文探索一种叠栅莫尔条纹纳米检焦技术,将硅片的离焦量信息调制到莫尔条纹的空间相位变化中。结合图像处理和干涉测量的综合优势,叠栅莫尔条纹检焦可实现硅片形貌的纳米级测量,同时对光刻胶涂层、照明光强、成像镜头倍率等影响因素的变化均不敏感,与传统方法相比,抗干扰能力和工艺适应性更强。检焦的目的是为了精确计算硅片当前的倾斜离焦量以及垂直离焦量,不仅要达到纳米级高精度测量还需满足几十微米量程的大测量范围需求。针对以上需求,本文首先通过标量衍射理论分析了重叠光栅对光场调制的一般规律,探索莫尔条纹的形成机理;在此基础上完成检焦光栅标记的设计,建立了四通道空间投影检焦光路模型,采用粗精结合的检焦方案扩大离焦量检测的测量范围;然后,分别对硅片垂直离焦和倾斜离焦分别引起的莫尔条纹状态变化进行了深入研究,得出倾斜离焦引起上下组条纹相对倾斜以及垂直离焦量导致上下组莫尔条纹相对移动的结论;为了定量计量两种离焦量,又采用了基于莫尔条纹相位分析的方法对垂直离焦量和倾斜离焦量进行推算,还针对双远心投影物镜的倍率变化对检焦影响进行了讨论;另外,针对粗精结合检焦方案的结构复杂性,拓展研究了利用双频莫尔条纹进行扩大检焦范围的研究。最后搭建检焦实验平台,系统论证叠栅莫尔条纹检焦方法的可行性与精确性。实验结果表明:粗精结合检焦和双频莫尔条纹检焦两种方法均可实现几十微米的测量范围;整体垂直离焦量检测精度在±10nm之内;倾斜离焦量检测精度可达0.001°量级;能够满足设计需求。
【关键词】：光刻 检焦 莫尔条纹 相位分析
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（光电技术研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 致谢3-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-34
• 1.1 引言11-12
• 1.2 光刻技术发展历程12-17
• 1.2.1 极紫外光刻13-14
• 1.2.2 纳米压印光刻14
• 1.2.3 定向自组装光刻14-15
• 1.2.4 无掩模光刻15-16
• 1.2.5 光刻技术小结16-17
• 1.3 光刻技术中特征尺寸一致性、焦深控制、检焦综述17-19
• 1.4 纳米检焦技术发展现状19-33
• 1.4.1 Canon公司检焦技术19-22
• 1.4.2 Nikon公司检焦技术22-25
• 1.4.3 ASML公司检焦技术25-28
• 1.4.4 其它类型检焦技术28-31
• 1.4.5 国内检焦技术发展综述31-32
• 1.4.6 检焦技术小结32-33
• 1.5 论文结构安排33-34
• 第2章 叠栅莫尔条纹成像与检焦模型34-50
• 2.1 引言34
• 2.2 一维光栅衍射调制模型34-36
• 2.3 重叠光栅调制模型36-40
• 2.4 四通道检焦模型40-42
• 2.5 粗精结合的检焦方案42-49
• 2.5.1 粗检焦方案43-45
• 2.5.2 精检焦方案45-49
• 2.6 本章小结49-50
• 第3章 硅片倾斜与莫尔条纹分布研究50-63
• 3.1 引言50
• 3.2 位置变换与坐标系变换50-54
• 3.2.1 位置变换50-52
• 3.2.2 坐标系变换52-54
• 3.3 硅片倾斜离焦对物光栅标记成像的影响54-62
• 3.4 本章小结62-63
• 第4章 莫尔条纹相位解析与离焦量计算63-85
• 4.1 引言63
• 4.2 基于傅里叶变换的莫尔条纹相位解析63-74
• 4.2.1 相位解析基本原理63-65
• 4.2.2 条纹相位解析精度与误差分析65-74
• 4.3 离焦量计算74-84
• 4.3.1 垂直离焦量计算74-78
• 4.3.2 倾斜离焦量计算78-81
• 4.3.3 检焦光路成像倍率与离焦量检测81-84
• 4.4 本章小结84-85
• 第5章 扩大叠栅莫尔条纹检焦测量范围的方法研究85-98
• 5.1 引言85
• 5.2 扩大叠栅莫尔条纹检焦范围的光栅标记设计85-86
• 5.3 扩大检焦范围的原理86-89
• 5.4 仿真研究89-96
• 5.5 本章小结96-98
• 第6章 叠栅莫尔条纹检焦实验研究与分析98-115
• 6.1 引言98
• 6.2 实验装置98-102
• 6.2.1 实验装置设计98-99
• 6.2.2 实验装置装配和调试99
• 6.2.3 实验装置器件与参数99-102
• 6.3 粗精结合的检焦实验结果及数据分析102-108
• 6.3.1 粗检焦实验102-104
• 6.3.2 精检焦与硅片倾斜测量实验104-108
• 6.4 扩大测量范围的检焦实验结果及数据分析108-113
• 6.5 实验结果误差分析113-114
• 6.6 本章小结114-115
• 第7章 总结与展望115-117
• 7.1 总结115
• 7.2 论文创新点115-116
• 7.3 展望116-117
• 参考文献117-125
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果125-127

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