本文選題：光柵標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)測(cè)量 + 多光束干涉��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：光刻對(duì)準(zhǔn)技術(shù)作為光刻機(jī)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一,其性能指標(biāo)直接影響光刻系統(tǒng)的套刻精度。隨著對(duì)光刻機(jī)套刻精度要求的不斷提高,現(xiàn)有傳統(tǒng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)在測(cè)量范圍、測(cè)量精度、測(cè)量效率等重要參數(shù)指標(biāo)上已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代光刻領(lǐng)域提出的需求。近十幾年來,使用光柵標(biāo)記多個(gè)衍射級(jí)次形成不同周期的對(duì)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)的技術(shù)手段為同時(shí)滿足上述需求提供了潛在可能。然而,現(xiàn)有光柵標(biāo)記多級(jí)次對(duì)準(zhǔn)測(cè)量方法仍然存在難以實(shí)現(xiàn)多級(jí)次對(duì)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)同步生成和測(cè)量、不同級(jí)次測(cè)量結(jié)果一致性和穩(wěn)定性不足的問題,致使不同級(jí)次測(cè)量結(jié)果融合過程存在原理性誤差,這一核心問題已經(jīng)成為制約光刻對(duì)準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。本文旨在尋求可兼顧測(cè)量范圍、測(cè)量精度和測(cè)量效率潛力的對(duì)準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)手段。為解決不能同步生成和測(cè)量多級(jí)次對(duì)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)造成的原理性問題,提出一種基于多級(jí)次同步混疊干涉的光柵標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)測(cè)量方法,并在此基礎(chǔ)上完成多級(jí)次混疊干涉信號(hào)高精度分離和提取,同時(shí)集合模板匹配原理實(shí)現(xiàn)了光柵標(biāo)記的大范圍捕獲。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:針對(duì)現(xiàn)有基于光柵對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的多級(jí)次干涉對(duì)準(zhǔn)測(cè)量方法中難以同步生成多個(gè)不同尺度周期的測(cè)量信號(hào),導(dǎo)致測(cè)量范圍、速度與精度難以兼顧的問題,提出了一種基于多衍射級(jí)次同步混疊干涉的光柵標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)測(cè)量方法。該方法使用光柵不同衍射級(jí)次攜帶相位信息來表征對(duì)準(zhǔn)位置的偏差值,利用光學(xué)4f系統(tǒng)結(jié)合反轉(zhuǎn)剪切干涉原理使得各個(gè)衍射級(jí)次干涉信號(hào)有機(jī)結(jié)合,并利用單一探測(cè)器進(jìn)行測(cè)量。通過傅立葉光學(xué)原理建立了該對(duì)準(zhǔn)測(cè)量方法的完整理論模型,推導(dǎo)出以各級(jí)次干涉相位為變量的對(duì)準(zhǔn)偏差函數(shù)表達(dá)式,從而實(shí)現(xiàn)光柵標(biāo)記多衍射級(jí)次同步生成與測(cè)量。分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法可實(shí)現(xiàn)大范圍、快速、高精度對(duì)準(zhǔn)測(cè)量,對(duì)光柵標(biāo)記13個(gè)級(jí)次對(duì)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行同步探測(cè)并對(duì)其中第1和第9級(jí)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行融合,在±4μm測(cè)量范圍內(nèi)對(duì)于光柵標(biāo)記單一位置重復(fù)測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到2.53nm。針對(duì)現(xiàn)有信號(hào)測(cè)量方法僅能提取特定級(jí)次干涉對(duì)準(zhǔn)測(cè)量信息,以及相位信息易受噪聲頻譜干擾導(dǎo)致難以高精度、快速提取多級(jí)次混疊干涉信號(hào)中各級(jí)次相位信息的問題,提出了一種基于相位解耦掃描參數(shù)優(yōu)化和數(shù)字鎖相放大的多級(jí)次對(duì)準(zhǔn)相位信息分離與提取方法。該方法利用相關(guān)混頻運(yùn)算限定了各級(jí)次測(cè)量信號(hào)的敏感頻帶,通過優(yōu)化控制光柵標(biāo)記掃描參數(shù)實(shí)現(xiàn)混疊測(cè)量信號(hào)中各級(jí)次信息解耦,解除了傳統(tǒng)鎖相放大探測(cè)方法中濾波器本身非理想特性對(duì)信號(hào)相位檢測(cè)精度的限制,提高了相位提取精度,簡(jiǎn)化了相位信息提取與信號(hào)處理模塊的設(shè)計(jì)難度,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)特定衍射級(jí)次的相位信息進(jìn)行針對(duì)性分離和提取。在此基礎(chǔ)上,利用傅里葉分析原理對(duì)該方法中誤差信號(hào)的生成機(jī)理進(jìn)行了討論和分析,為提高對(duì)準(zhǔn)測(cè)量性能提供了理論依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,利用上述相位分離與提取方法對(duì)單個(gè)級(jí)次測(cè)量信號(hào)的相位誤差小于±0.002°,測(cè)量混疊干涉信號(hào)中13個(gè)級(jí)次的相位測(cè)量誤差小于±0.020°。針對(duì)現(xiàn)有光柵標(biāo)記捕獲方法中測(cè)量信號(hào)的周期性對(duì)捕獲范圍的限制,以及信號(hào)包絡(luò)曲線易受測(cè)量條件影響導(dǎo)致難以高精度獲取標(biāo)記捕獲位置的問題,提出一種基于信號(hào)強(qiáng)度模板多參數(shù)匹配的標(biāo)記捕獲方法。該方法通過對(duì)光柵標(biāo)記進(jìn)行全局掃描測(cè)量,獲取測(cè)量信號(hào)包絡(luò)曲線與干涉信號(hào)結(jié)合的特征,利用相關(guān)匹配算法和多參數(shù)擬合原理對(duì)測(cè)量信號(hào)特征進(jìn)行模板匹配,從而實(shí)現(xiàn)標(biāo)記捕獲測(cè)量。該方法可以有效抑制噪聲對(duì)測(cè)量信號(hào)的影響,提高標(biāo)記捕獲測(cè)量結(jié)果的可靠性和測(cè)量精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,利用該方法進(jìn)行標(biāo)記捕獲測(cè)量時(shí),其測(cè)量范圍不受限制,重復(fù)測(cè)量誤差不大于2.02μm。最后,在上述研究基礎(chǔ)上,搭建基于多級(jí)次同步混疊干涉的光柵標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)測(cè)量方法的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),并對(duì)本文提出方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析。通過對(duì)該測(cè)量系統(tǒng)關(guān)鍵特性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,證明了各單元的可靠性及有效性。對(duì)基于光柵標(biāo)記多衍射級(jí)次同步混疊干涉對(duì)準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了整體實(shí)驗(yàn),結(jié)合多級(jí)次測(cè)量結(jié)果在其測(cè)量范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了光柵標(biāo)記的高精度對(duì)準(zhǔn)測(cè)量。采用激光干涉儀與對(duì)準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行同步比對(duì),在10個(gè)不同標(biāo)記位置上重復(fù)測(cè)量結(jié)果與干涉儀的測(cè)量結(jié)果對(duì)比誤差不大于11.27nm。
[Abstract]:In order to solve the principle problem caused by multi - level sub - alignment measurement , it is difficult to synchronously generate and measure multi - level sub - alignment measurement signals . The experimental results show that the measurement range is not limited and the measurement error is not more than 2.02 渭m when the mark capture measurement is carried out by using the method .

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN25;TN405

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本文編號(hào)：1798962