深紫外光刻機作為極大規(guī)模集成電路的主流加工設(shè)備,亟待實現(xiàn)國內(nèi)自主研制。作為光刻機的核心部分,投影光刻物鏡的分辨率已經(jīng)超過瑞利判據(jù)的衍射極限,波像差成為其最直接和有效的成像質(zhì)量評價標準,國際上22 nm節(jié)點的光刻機波像差要求已達到λ/100。為獲得更高的分辨率,曝光波長為193 nm非浸液投影光刻物鏡的像方數(shù)值孔徑(NA)已經(jīng)接近1,對波像差檢測造成了很大困難:若使用傳統(tǒng)干涉儀檢測,標準件極難制備;若使用剪切干涉儀檢測,對檢測環(huán)境要求十分嚴格,無法實現(xiàn)在線檢測;若使用點衍射干涉儀檢測,極難獲取對應(yīng)NA的理想球面波前;若使用哈特曼-夏克(Hartmann-Shack,簡稱H-S)波前傳感器檢測檢測,則需要對應(yīng)NA的高精度準直物鏡,其加工設(shè)計難度極大,此外傳統(tǒng)波前傳感器的檢測精度無法滿足投影光刻物鏡的使用需求。對于NA=0.75,工作波長為193 nm的投影光刻物鏡,波像差要求為6.5 nm,檢測精度要求達到2 nm(0.01λ)。論文提出使用H-S波前傳感器進行波像差“逆向”檢測的方案,解決了需要對應(yīng)高NA的高精度準直物鏡的難題;通過分析波像差檢測中的誤差來源,針對性地提出了全局結(jié)合區(qū)域自適應(yīng)分割窗口算法、二維插值多項式波前重構(gòu)算法以及基于迭代傅里葉變換的相位恢復(fù)算法,使得波像差檢測精度達到了使用要求。具體如下:(1)提出了一種全局結(jié)合區(qū)域自適應(yīng)分割窗口算法,通過提高H-S波前傳感器的光斑質(zhì)心探測精度以實現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的高精度波像差檢測。該方法利用非線性濾波和自適應(yīng)分割窗口法對整幅光斑圖像進行全局處理后,結(jié)合中值濾波、三次樣條插值和自適應(yīng)Otsu閾值法對單個光斑進行局部處理。對已知波像差的光學(xué)系統(tǒng)進行了仿真檢測,得到的波前檢測精度PV值為0.0098λ,RMS值達到0.0027λ。(2)針對高NA投影光刻物鏡的使用需求,選用模式重構(gòu)法將待測波前擬合成Zernike多項式。此外,提出使用二維插值多項式替代Zernike多項式為重構(gòu)基底對被測波前進行模式重構(gòu)的方法。通過仿真驗證了兩種多項式的波前重構(gòu)精度可以達到0.015λ。(3)提出使用基于迭代傅里葉變換的相位恢復(fù)算法,實現(xiàn)高NA投影光刻物鏡波像差的更高精度檢測。這種方法相比傳統(tǒng)斜率測量法,避免了數(shù)學(xué)的近似計算,并充分利用了微透鏡子孔徑內(nèi)部的細節(jié)信息,在仿真實驗中將波前恢復(fù)的精度提高至λ/1000,實驗中波像差RMS值測量誤差為0.0281λ。最后,對實驗投影物鏡利用H-S波前傳感器分別進行了相對和絕對波像差檢測,其中相對測量的精度較高,測得的波像差PV值為0.5916λ,RMS值為0.1328λ,與干涉儀檢測結(jié)果進行了對比,檢測誤差的PV值為0.0274λ,RMS值為0.0078λ。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TN305.7
【部分圖文】：

如圖1.1 所示，圖中實線表示摩爾定律預(yù)計的集成電路中晶體管數(shù)目，黑色圓點表示CPU 產(chǎn)品中所包含的晶體管數(shù)目，可以看出二者在過去的 40 年契合十分良好，此外當今集成電路中最多含有26億個晶體管相比早前1971年的2300個晶體管，數(shù)量增長了 100 多萬倍。現(xiàn)在摩爾定律已被用在半導(dǎo)體制造中以指引長期的計劃和設(shè)定研究發(fā)展的目標。相比晶體管的數(shù)量，晶體管的最小尺寸更能體現(xiàn)集成電路的集成程度及性能。最早在 1998 年，在歐洲、日本、韓國和中國臺灣等國家和地區(qū)的人士參加的情況下，美國半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會最終形成了 1999 年的第一版國際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖[6]（The International Technology Roadmap for Semiconductors，ITRS）。該路線圖以晶體管的最小特征尺寸作為半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的衡量標準。在此后ITRS 每兩年會全面更新

閃存（Flash）和動態(tài)儲器（DRAM）半寬尺寸趨勢

經(jīng)歷了由 436 nm、365 nm、248 nm 到 193 nm 的過程。之后辨率發(fā)展分為三個分支：157 nm、浸液 193 nm 和 13.5 nm，其于透鏡材料的問題被放棄，目前應(yīng)用的工作波長為深紫外（D紫外（EUV）13.5 nm�？紤]到成本和技術(shù)更新的難易，對于 2影光刻機，DUV 仍然為主流工作波長。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 任劍峰,饒長輝,李明全;一種Hartmann-Shack波前傳感器圖像的自適應(yīng)閾值選取方法[J];光電工程;2002年01期

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本文編號：2827761