基于啁啾光栅的表面等离子体超分辨光刻间隙检测数值模拟与实验研究

作     者：刘庆浩 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王长涛;陈刚

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：接近式光刻 间隙检测 数值模拟 啁啾光栅 莫尔条纹 

摘      要：随着集成电路技术趋于大规模集成化,对互连线条的特征尺寸和集成密度提出了更高要求,极大地推动着微纳米加工光刻技术的不断进步。由于传统投影光刻只有传输波参与成像,指数衰减的倏逝波在成像过程中丢失,导致其最高分辨力只有曝光波长的一半。表面等离激元(Surface Plasmon,SP)具有短波长传输以及倏逝波耦合放大等特性,从而可以突破衍射极限,实现超分辨成像。然而在接近式SP光刻中掩模与基片之间的间隙远小于工作波长,对其进行高精度检测是接近式光刻中急需解决的难题。本文在“超分辨光刻装备研制项目和国家自然基金的资助下,开展基于啁啾光栅的接近式SP超分辨光刻间隙检测技术的研究工作,深入研究了啁啾光栅的参数、法布里-珀罗效应和图像处理方法等因素对检测精度的影响。实际上,这些因素与干涉产生的莫尔条纹频率与相位紧密相连。因此,本论文将主要研究该技术在接近光刻中的检测及这些因素对检测的影响。本论文的主要研究工作:(1)介绍国内外典型的间隙检测技术,分析其优缺点的同时引出光学干涉测量,提出基于啁啾光栅间隙测量方法。确定了论文的研究目标和主要内容。(2)通过理论分析和公式推导,研究了啁啾光栅形成莫尔条纹的机理,以及啁啾光栅的结构参数对莫尔条纹的影响关系。根据接近式SP光刻中间隙测量范围、精度和实时性等要求,对啁啾光栅的结构参数进行优化设计,并给出相应的峰值频率和位相的提取方法。建立了间隙检测的数理模型,针对接近式光刻中的间隙测量,采用MATLAB数学软件进行模拟仿真,得到满足接近式SP光刻测量范围的光栅参数,在此基础上设计光路角度校正光栅,保证光路按照特定的角度入射光栅,并通过实验进行验证。(3)根据接近式光刻精度的要求,提出一种基于傅里叶加窗添零的频率和位相提取方法,研究了几种常见窗口对频谱泄漏抑制作用和添零对栏栅效应的效果。(4)在理论研究和数值仿真的基础上,搭建接近式SP光刻间隙实验系统,进行步进实验和重复性实验,初步实验结果表明:间隙测量精度可达到0.1μm;采用矫正二维光栅,使光纤激光以18.5°入射到二维啁啾光栅周期不变的方向(X-Z)上,以及垂直入射方向啁啾变化方向上,实验结果表明:X-Z方向上矫正角度0.5°,在产生莫尔条纹的Y-Z方向,矫正角度小于0.01°。最后,根据出现的问题,对设计和实验进行改进。