紫外纳米线宽测量系统及线宽边缘的准确评估

作     者：周奇 

作者单位：浙江理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高思田;陈本永

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：激光干涉仪 纳米位移台 线宽测量 MFC FDTD理论分析 

摘      要：随着微纳制造技术的发展,微电子集成电路、晶体管、芯片等零部件的尺寸精度已经迈入纳米结点,而掩膜版作为微纳器件的制作母版,其几何结构尺寸的微小偏差将导致器件功能和性能的失效,其中几何尺寸中的线宽值和线间距是制造精度的重要参数,因此在微纳器件制造中必须对纳米级几何尺寸进行精密检测。光学显微测量法由于其非接触、高精度、高分辨率、速度快等特点,是微纳几何尺寸测量的主要方法。本论文在中国计量科学研究院的“紫外微纳几何结构标准装置基础上对线宽测量系统进行研究,主要研究内容如下:(1)综合分析了国内外纳米技术及纳米结构尺寸测量技术的研究现状,介绍了国内外的纳米结构尺寸测量装置,阐述了紫外光学纳米线宽测量装置研究的必要性。(2)描述了紫外光学线宽测量光路及原理,基于科勒式照明原理,组装了高数值孔径的紫外聚束镜,实现了50μm半径的圆域照明视场及0.67的数值孔径。设计了分光结构及调节机构,分光结构由分光镜、调节基座、小孔位置调节机构组成。调节基座可以实现分光镜偏摆的调节,保证了物面上的待测区域成像在紫外CCD的感光面上,实现了测量过程的可视化操作;小孔位置调节机构可实现纳米级的孔位置调节,保证物像共轭关系,实现了PMT接收线宽栅格条纹的最大光通量。制作了高性能I/V转换放大电路,可以实现百nA级电流检测,用于线宽信号的转换和提取。(3)为实现对栅格掩膜版线宽的精确扫描,对自制纳米位移台的运动性能进行了评估及校准。基于激光外差干涉测量方法设计了一套位移台性能测量系统,研究了纳米位移台的校准方法;位移台未校准时,PZT的伸长量和位移台的位移量存在不一致现象,即位移机构存在非线性,当PZT伸长至100μm时,位移台的X轴和Y轴方向的测试位移分别为95.947μm、97.075μm,X轴和Y轴的最大误差分别为4.053μm、2.925μm,根据测量结果提出了一种多项式拟合的非线性校准方法,并比较了全行程内三阶拟合校准方法和三阶分段拟合校准方法的有效性,位移台校准后,X轴和Y轴方向的最大非线性误差分别为15nm、17nm,由测量结果可知三阶分段拟合校准更加有效且能够使误差降低99%,评估了位移台的往返一致性、耦合位移及角摆。(4)为实现对线宽测量装置硬件的集中控制,基于MFC框架编写了各个硬件的控制软件,实现了对纳米位移台、相机、数据采集卡等硬件的有效、稳定的控制。最后利用完成的线宽测量装置对2μm线宽栅格掩膜版进行了测量实验,采用FDTD Solutions建立掩膜版线宽模型进行仿真,由仿真结果可知,可取归一化光强的30%处作为线宽边缘。根据获得的栅格边缘阈值,计算出8组实验的线宽值并得到线宽测量平均值为2156.57nm,验证了构建的紫外纳米线宽测量装置及评估方法的有效性和可行性。