调焦调平探测光斑位置误差对测量准确度影响的研究

调焦调平测量系统(FLMS),实时测量硅片曝光视场区域与投影物镜焦面的相对位姿,其测量准确度影响光刻机曝光成像质量。调焦调平测量采用大入射角将3个以上的探测光斑投影到硅片曝光视场区域实现对硅片高度和倾斜的测量。如果光斑位置存在误差,就会引起硅片测量准确度误差,进而造成硅片曝光视场区域离焦,影响曝光成像质量。根据调焦调平单点几何测量模型,建立了光斑位置误差模型。研究结果表明,调焦调平单光斑的测量高度误差与光斑水平位置误差成正比,经调整调焦调平的零平面与焦面近似平行,并精确校准光斑水平位置误差到0.05 mm,其造成的测量误差最大为10 nm。     

双工件台光刻机中的焦面控制技术

面对可用焦深日益缩短的趋势,高精度的焦面控制技术显得尤为重要。针对双工件台光刻机中采用的焦面控制技术,介绍了基于偏振调制的光栅检焦技术及其测量原理,研究了双工件台光刻机中的调平调焦技术。基于平面拟合、最小二乘法及坐标变换公式推导了曝光狭缝内离焦量计算公式;研究了一种离焦量解耦算法,该算法将曝光狭缝内离焦量解耦为调平调焦机构三个压电陶瓷的独立控制量,并使狭缝曝光场中心在调平调焦运动过程中不发生平移。经仿真分析表明,该算法可用于调平调焦精度优于10 nm 的高精度调焦调平系统, 能满足线宽小于100 nm 投影步进扫描光刻机的需要。     

纳米光刻中调焦调平测量系统的工艺相关性

随着半导体制造步入1xnm技术节点时代,光刻机中的对焦控制精度需要达到几十纳米。在纳米精度范围内,硅片上的集成电路(IC)工艺显著影响调焦调平系统的测量精度。基于实际的调焦调平光学系统模型和三角法、叠栅条纹法测量原理,建立工艺相关性误差模型。研究表明,工艺相关性误差主要来源于测量光在光刻胶涂层内部的多次反射。选取3种光刻胶仿真分析发现,不同光刻胶的工艺相关性误差随光刻胶厚度的变化趋势相同,随测量光入射角(45°~85°)的增大而减小。在实验验证平台上分别测量7种工艺硅片,实验测量值与理论模型计算值差异统计平均值小于6nm。结果表明,光刻机中调焦调平系统的测量光有必要采用大入射角度,同时提高光刻胶的涂胶均匀性,以减少工艺相关性误差。     

基于空间分光的纳米级调焦调平测量技术EI北大核心CSCD

随着半导体制造步入1xnm技术节点时代,调焦调平系统的测量精度达到几十纳米。在纳米尺度范围内,集成电路(IC)工艺对调焦调平测量精度的影响很大。提出一种基于光学三角法和叠栅条纹法的调焦调平测量技术,利用空间分光系统将两组位相差为π的叠栅条纹同时成像到两个探测器上,通过归一化差分的方法计算硅片高度,可有效降低调焦调平测量技术对IC工艺的敏感度,尤其是IC工艺导致的光强变化的敏感性。实验结果表明,该系统测量重复性精度为8nm(3σ),线性精度为18nm(3σ)。当测量光强变化达90%时,该测量技术引起的线性精度变化为15nm(3σ);当光强变化为65%时,线性精度变化小于1nm(3σ)。     

宽温范围LD端泵Nd∶YAG激光器泵浦源光谱理论化

针对先进光刻调焦调平传感器系统的增益系数工艺相关性开展理论仿真与实验研究。建立了增益系数工艺相关性理论模型,仿真分析了调焦调平传感器增益系数与测量误差随不同光刻工艺材料膜层厚度的变化规律。在自研实验系统上对表面涂覆不同厚度SiO₂薄膜的硅片样品进行了实验验证,发现实验与理论仿真得到的增益系数与测量误差随膜层厚度的变化规律一致。仿真与实验研究结果表明,调焦调平传感器的工艺相关性测量误差在SiO₂膜层厚度为250 nm和690 nm附近时分别出现约55.9 nm和36.6 nm的误差峰值。采用表面覆盖特定膜层的硅片来标定光刻机调焦调平传感器,可以有效减小增益系数工艺相关性的影响和测量误差。本研究结果对于光刻精密对焦控制、光刻工艺优化具有重要的参考意义。     

基于空间分光的纳米级调焦调平测量技术

随着半导体制造步入1xnm技术节点时代,调焦调平系统的测量精度达到几十纳米。在纳米尺度范围内,集成电路(IC)工艺对调焦调平测量精度的影响很大。提出一种基于光学三角法和叠栅条纹法的调焦调平测量技术,利用空间分光系统将两组位相差为π的叠栅条纹同时成像到两个探测器上,通过归一化差分的方法计算硅片高度,可有效降低调焦调平测量技术对IC工艺的敏感度,尤其是IC工艺导致的光强变化的敏感性。实验结果表明,该系统测量重复性精度为8nm(3σ),线性精度为18nm(3σ)。当测量光强变化达90%时,该测量技术引起的线性精度变化为15nm(3σ);当光强变化为65%时,线性精度变化小于1nm(3σ)。     

深紫外双层金属光栅偏振器的设计与分析

193 nm波长浸没式步进扫描投影光刻机是实现45 nm及以下技术节点集成电路制造的核心装备.增大数值孔径是提高光刻分辨率的有效途径,而大数值孔径曝光系统的偏振性能严重影响光刻成像质量.光刻机曝光系统偏振参数的高精度检测是对其进行有效调控的前提.基于光栅的偏振检测技术能实现浸没式光刻机偏振检测装置的小型化,满足其快速、...     

一种高性能硅片曝光场分布优化算法

以提高光刻机应用性能为目的,提出了一种高性能硅片曝光场分布优化算法。由芯片尺寸计算得到最佳曝光场尺寸,使其最接近于光刻机提供的曝光场最大尺寸,提高了曝光系统的利用率;引入曝光场交错分布,减少了硅片边缘曝光场的交叠,提高了光刻产率;建立产率优先和良率优先两种优化方案,实现了产率和良率的共优。以实际芯片产品的参量为例,将本算法用于曝光过程,采用产率优先标准,曝光场数量减少了10%,而内场数量基本不变,提高了光刻的产率也确保了良率;采用良率优先标准,内场数量增长了10%,总的场数也有所减少,提高了光刻良率的可靠性也确保了产率。     

电子束硅片图形检测系统中的纳米级对焦控制技术

带电粒子束成像检测技术是一种可以提供纳米级测量精度的技术,广泛应用于半导体检测中。在进行硅片检测时,要求待测硅片在扫描检测过程中一直处于电子束的焦深范围(DoF)内。本文提出一种毫米级控制范围、纳米级控制精度、高度测量时间在亚毫秒量级的粗精结合的闭环硅片高度控制技术。它的核心子系统是一套光学硅片高度测量系统,在进行粗控制时,数字相机的成像面作为一个光栅图像接收面,硅片的高度信息通过测量光栅线条在成像面上的位移获得。在接近目标高度时,数字相机的成像面作为一个虚拟的数字光栅使用。它与光学光栅图像存在一定周期差,两者构成类似机械游标卡尺的结构,本文称为光学游标卡尺,实验表明该技术可以在成像面上细分像素尺寸10×以上。当用其测量硅片高度时,粗测范围达毫米量级,粗测时间小于0. 38 ms,精测分辨率小于80 nm,精测时间小于0. 09 ms。利用该硅片高度测量系统进行硅片高度的初步闭环反馈控制,控制精度达到15 nm,在电子束硅片图形检测系统中具有广阔的应用前景。     

光刻机硅片表面不平度原位检测技术

随着光刻特征尺寸的不断减小,硅片表面不平度对光刻性能的影响越来越显著.该文提出了一种新的硅片表面不平度的原位检测技术本文在分析特殊测试标记成像规律的基础上,讨论了测试标记的对准位置偏移量与硅片表面起伏高度的变化规律,提出了一种新的硅片表面不平度原位检测技术.实验表明,该技术可实现硅片表面不平度及硅片表面形貌的高准确度原位测量.该技术考虑了光刻机承片台吸附力的非均匀性对硅片表面不平度的影响,更真实反映曝光工作状态下的硅片表面不平度大小.与现有的原位检测方法相比,硅片表面不平度的测量空间分辨率提高了1.67%倍,可实现硅片表面形貌的原位检测.     

In situ surface topography measurement method of granite base in scanning wafer stage with laser interferometer

Topography of a granite surface has an effect on the vertical positioning of a wafer stage in a lithographic tool, when the wafer stage moves on the granite. The inaccurate measurement of the topography results in a bad leveling and focusing performance. In this paper, an in situ method to measure the topography of a granite surface with high accuracy is present. In this method, a high-order polynomial is set up to express the topography of the granite surface. Two double-frequency laser interferometers are used to measure the tilts of the wafer stage in the X- and Y-directions. From the sampling tilts information, the coefficients of the high-order polynomial can be obtained by a special algorithm. Experiment results shows that the measurement reproducibility of the method is better than 10 nm.     

一种步进扫描投影光刻机承片台不平度检测新技术

提出一种步进扫描投影光刻机承片台不平度检测新技术。在晶圆与承片台存在不同偏移量时,利用线性差分传感器在线测量晶圆上不同点的局部高度;通过建立临时边界条件,以递推法消除晶圆面形影响,并逐行计算出承片台的相对不平度;通过逐行计算的结果递推相邻行之间的高度差,并将该高度差叠加到每一行,以消除临时边界条件的限制,得到处于同一高度上的承片台不平度;将计算的结果作为初始值,根据最小二乘原理,以邻近的四个测量点作为参考,逐步逼近得到承片台的真实不平度。计算机仿真结果验证了该检测方法的正确性,计算结果逐步收敛并逼近真实值.实验结果表明,该方法的计算结果较好地表示了承片台的真实不平度,重复精度优于0.3 nm;同时该方法也可用于晶圆表面面形的测量。     

MOCVD多功能在线监测探头的设计与实现

根据MOCVD在线监测设备的发展需要,设计了一种多功能在线监测探头,能够同时实现带反射率修正的三种红外辐射测温以及两个波长的反射率曲线监测,即:940nm/1 550nm双波长比色测温、940nm单色辐射测温、1 550nm单色辐射测温、940nm反射率曲线以及1 550nm反射率曲线监测.对探头的比色测温性能进行测试分析,并利用该探头对Si(111)衬底在我国自主研发的MOCVD系统中生长InGaN/GaN MQW结构蓝光LED外延片进行在线监测.结果分析表明:比色测温900℃~1 100℃范围内精度高于1℃;在700℃~1 100℃范围内重复性误差均在0.7℃内;距离容差性为2mm;三种红外测温最低量程均为435℃;并能有效避免探测孔有效面积变化的影响;由940nm反射率曲线得:n-GaN层的膜厚监测相对误差为3.6%.该设计能够同时实现MOCVD在线测温及膜厚测量,可为MOCVD在线监测设备开发提供参考.     

超声聚焦探头在固体中辐射声场的动态光弹测量方法

超声聚焦探头在声场聚焦区域具有很高的检测灵敏度和分辨力,是工业超声检测中常用的探头。聚焦探头在固体中的聚焦特性直接影响检测效果,其传统测量方法通过水中聚焦参数间接换算而来,结果存在一定的误差。动态光弹法可以直接观测透明固体中的探头辐射声场,具有直观、无反射体或水听器的浸入影响、全场观测等特征。进一步采用圆偏振光并结合Senarmont补偿法,可精确测量透明固体中探头辐射声场的绝对应力分布,给出聚焦探头在固体中的聚焦参数,包括焦距、焦柱长度和焦斑宽度。实验测量结果与有限元仿真计算及小球反射法测量结果吻合较好,表明了动态光弹法定量测量聚焦探头辐射声场的可行性。     

一种应用于MOCVD的3波长在线红外测温方法

根据金属有机物化学气相沉积(MOCVD)在线红外测温的发展需要,提出一种3波长免探测孔有效面积校准和反射率修正的测温方法。给出了探测1 300 nm、1 150 nm、940 nm 3波长的在线测温探头设计方案和光路图,将该探头应用于THOMAS SWAN CCS MOCVD 5.08 cm (2英寸)Si(111)衬底上生长10 μm GaN外延层的在线测温。测量结果表明:在700 ℃~1 100 ℃范围内,探头多次测量的重复性误差在1.0 ℃内,在950 ℃~1 100 ℃范围内,以EpiTT红外测温仪为参考,探头测温精度在1 ℃内,距离容差性为2 mm。该探头应用于我国自主研发的MOCVD 5.08 cm Si(111)衬底上生长InGaN/GaN MQW结构蓝光LED外延片,可得最低测温量程为435 ℃,n-GaN生长过程中测量噪声为0.75℃。结果分析表明:该3波长免修正在线红外测温法对于高质量单层薄膜外延生长具有一定可行性,对于多层复杂结构外延生长需要进一步改进。     

Measurement performance of an optical CCD-based pyrometer system

The measurement performance of a CCD-based pyrometer system using a three-color method was evaluated for scientific and engineering metrology. The relationships between the system parameters (exposure time and sensor gain) and the intensity measurements in an integrating sphere experiment were determined for a specific CCD sensor. The pyrometer system uses the three-color method based on the intensity ratio without geometry calibrations. The field measurement characteristics and the effectiveness of coupling the three-color channels were investigated in terms of the temperature measurement uniformity, temperature sensitivity and temperature range of the pyrometer system in standard blackbody tests. The results showed that the temperature non-uniformity is not proportional to the intensity non-uniformity and is in the range of 0.13-2.14%. The relative temperature sensitivities of intensity ratios for different channel combinations are different, which may provide a way to improve the measurement results. The temperature range bandwidth for object with a non-uniform temperature distribution varies from 190 to 270 K for this specific CCD-based pyrometer. The performance evaluation conclusions for the system with this specific CCD sensor are general and applicable for pyrometer systems using other CCD sensors.     

An Improved On-Wafer Measurement Method for PHEMT Modeling for Millimeter Wave Application

An improved on-wafer measurement method by using coaxial calibration instead of on-wafer calibration for PHEMT modeling is proposed in this paper. The advantage is that S-parameters of PHEMT device can be measured on wafer without impedance standard substrate (ISS) after the S-parameters of the microprobes have been determined. Excellent agreement is obtained between on-wafer calibration measurement and coaxial calibration measurements, respectively.     

超越SNOM探针通光孔径尺寸的金属纳米间隙超分辨测量

采用电磁场有限元方法,数值模拟了孔径型扫描近场光学显微镜(aperture Scanning Near-field Optical Microscopy,a-SNOM)在照明模式下的工作过程.针对金偶极天线结构,改变天线长度和纳米间隙尺寸,计算了a-SNOM探针孔径的远场辐射速率随探针端面中心坐标变化的扫描曲线,实现了超越a-SNOM探针通光孔径尺寸的天线金属纳米间隙的超分辨测量,对于100nm通光孔径的探针,可分辨最小尺寸为10nm(0.016倍波长)的金属间隙.通过对比金属和介质偶极天线的a-SNOM探针远场辐射速率测量的计算结果,表明天线金属纳米间隙的超分辨测量的实现是由于金属间隙表面等离激元的激发.