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微米-毫米间隙动态检测技术研究

微米-毫米间隙动态检测技术研究

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作者：王旗重庆大学

学位级别：硕士

在半导体加工和微纳器件加工制作过程中光刻是非常重要的一个技术,而光刻技术的发展离不开工件台系统的发展。工件台位置的精密检测直接影响光刻的套刻精度和产率。因此研制一套检测精度高、性能稳定的工件台位置精密检测系统,能够促进... 详细信息

在半导体加工和微纳器件加工制作过程中光刻是非常重要的一个技术,而光刻技术的发展离不开工件台系统的发展。工件台位置的精密检测直接影响光刻的套刻精度和产率。因此研制一套检测精度高、性能稳定的工件台位置精密检测系统,能够促进光刻技术的发展。本文通过分析光刻中掩膜版和硅片的位置关系及其光学模型,设计了基于光纤白光干涉测量技术的微间隙动态检测系统,用于检测掩膜版-硅片间的绝对间隙。首先,对显微测量技术、电学测量技术、光学测量技术等现阶段主流的间隙检测技术进行分析,通过比较多种间隙检测技术的优缺点,同时结合工件台位置检测的需求,提出基于非扫描式光纤白光干涉技术的静态光学相关干涉仪和基于白光光谱干涉测量技术的高分辨率光谱仪相结合的方式,实现从微米级间隙到到毫米级间隙检测的掩膜版-硅片绝对间隙动态检测技术。其次,通过分析掩膜版-硅片的间隙检测需求以及掩模版和硅片构成的间隙的光学特性,建立基于白光干涉间隙动态检测技术的理论模型,设计了间隙动态检测系统的整体方案;分析了光源波长范围、相干性等对系统检测性能的影响,选择超连续谱光源作为系统光源;分析了静态光学相关干涉仪的分辨率和稳定性对间隙动态检测系统性能的影响,设计了像元分辨率为8nm-10nm、量程在5μm-60μm的静态光学相关干涉仪,能够实现量程在5μm-60μm,分辨率在5nm的间隙检测;分析了高分辨率光谱仪分辨率和波长范围对间隙动态检测系统测量范围和稳定性的影响,设计了光学分辨率在65pm,波长范围在750nm-850nm的光谱仪,能够实现量程在50μm-1000μm,分辨率在1μm以内的间隙检测;设计了基于TCD1711的数据采集系统,用于实现静态光学相关干涉仪和高分辨光谱相位解调仪的数据采集。最后,实现了静态光学相关干涉仪和高分辨率光谱仪的研制,完成了间隙动态检测系统的调试和标定工作,并搭建了间隙动态检测系统实验平台,测试了间隙动态检测系统的量程、稳定性和分辨率。实验结果表明:微米-毫米间隙动态检测系统的量程为5μm-1000μm,在5μm-60μm的量程内能够实现5KHz的传输速率,分辨率可以达到5nm,在60μm-1000μm的测量范围内分辨率可以达到1μm,微米-毫米间隙动态检测系统能够满足设计要求,可以用于工件台系统中掩膜版-硅片结构的绝对间隙检测。

关键词：间隙检测白光干涉静态光学相关干涉仪光谱分析仪

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