基于疊柵條紋的納米光刻對(duì)準(zhǔn)理論與應(yīng)用研究.pdf

1、近年來(lái),納米技術(shù)得到了迅速發(fā)展,在微電子工業(yè)、材料制備、航天航空、生物醫(yī)學(xué)展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景,成為21世紀(jì)科技革命的三大核心技術(shù)之一。其中,集成電路產(chǎn)業(yè)作為納米技術(shù)發(fā)展的核心領(lǐng)域,已經(jīng)成為衡量國(guó)家間經(jīng)濟(jì)和信息產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。
　　按照“一代技術(shù)、一代設(shè)備、一代器件”的發(fā)展規(guī)律,集成電路特征尺寸的不斷縮小,對(duì)光刻機(jī)的分辨力提出了越來(lái)越高的要求。光學(xué)投影光刻通過不斷增加數(shù)值孔徑和縮短曝光波長(zhǎng)提高分辨力,一直扮演著集成電

2、路制造的核心角色,與此同時(shí)也面臨諸多技術(shù)瓶頸和巨額成本。在這樣的形勢(shì)下,以納米壓印光刻技術(shù)為代表的接近接觸式光刻技術(shù)由于低成本、高分辨力、易操作性等諸多優(yōu)點(diǎn),與傳統(tǒng)光學(xué)投影光刻相比呈現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì),被國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖列為22nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)以下最具潛力的下一代光刻候選技術(shù)之一。然而,當(dāng)前主流的光學(xué)投影對(duì)準(zhǔn)方法很難適應(yīng)分辨力不斷提高的下一代光刻技術(shù)。作為光刻工藝過程中最為關(guān)鍵的技術(shù)之一,對(duì)準(zhǔn)技術(shù)與套刻精度息息相關(guān),要求對(duì)準(zhǔn)精度至少達(dá)到光刻分

3、辨力的1/10左右。為此,研究滿足下一代高分辨力接近接觸式光刻的對(duì)準(zhǔn)方法顯得迫在眉睫。
　　本文在光刻對(duì)準(zhǔn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,結(jié)合下一代納米壓印和表面等離子體光刻技術(shù)等接近接觸式光刻的特點(diǎn),探索一種基于疊柵條紋的納米光刻對(duì)準(zhǔn)方法。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的設(shè)計(jì)、對(duì)準(zhǔn)偏差的提取算法以及實(shí)際應(yīng)用中可能存在的諸多問題,現(xiàn)歸納如下:
　　1.傳統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)方法采用光強(qiáng)信號(hào)結(jié)合工件臺(tái)掃描方式以及視頻圖像等傳統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)存在諸多不足,

4、本文在挖掘其優(yōu)勢(shì)的同時(shí)將光學(xué)干涉測(cè)量引入到掩模-硅片對(duì)準(zhǔn)中,基于光的干涉和衍射理論以及疊柵條紋對(duì)微小位移的放大效應(yīng),將掩模-硅片之間的對(duì)準(zhǔn)偏差調(diào)制在疊柵條紋的相位信息中。通過解調(diào)疊柵條紋的相位,直接獲得掩模-硅片之間的對(duì)準(zhǔn)偏差。并設(shè)計(jì)了四象限拼接光柵對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記,建立了掩模-硅片對(duì)準(zhǔn)偏差的物理模型;
　　2.建立了疊柵條紋傾斜、對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記以及 CCD攝像機(jī)三者之間的關(guān)系;并通過數(shù)值仿真研究了不同標(biāo)記傾斜情況對(duì)對(duì)準(zhǔn)精度的影響程度。在此基礎(chǔ)

5、上,提出了基于相位斜率和基于空間頻率分解的傾斜條紋矯正方法,介紹了兩種矯正算法的基本原理和算法流程;通過仿真研究比較了其應(yīng)用范圍和性能表現(xiàn)。結(jié)果表明,后者更適合光刻對(duì)準(zhǔn)中存在微小傾角的疊柵條紋矯正,可實(shí)現(xiàn)10-4°(10-6rad)量級(jí)矯正精度;
　　3.為了滿足光刻對(duì)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)性要求,提出一種基于相位譜的加窗快速傅里葉變換(FFT)掩模-硅片對(duì)準(zhǔn)偏差快速提取算法。介紹了算法的實(shí)施流程。針對(duì)FFT信號(hào)分析存在的頻譜泄漏問題,從理論上

6、分析了其來(lái)源并將加窗算法引入疊柵條紋信號(hào)的相位提取?；贛altlab2012b Window Design&Analysis Tool平臺(tái)研究了各種可能滿足要求的窗口函數(shù)的表現(xiàn),并得出結(jié)論Blackman-harris窗的實(shí)際表現(xiàn)最佳,由此理論上實(shí)現(xiàn)了亞納米對(duì)準(zhǔn)精度;
　　4.根據(jù)泰伯效應(yīng)理論,分析了疊柵條紋對(duì)比度與泰伯效應(yīng)的關(guān)系,建立了掩模-硅片對(duì)準(zhǔn)間距優(yōu)化模型。通過Wolfram Mathematica9.0.1軟件編程對(duì)模