深紫外光刻機(jī)作為極大規(guī)模集成電路的主流加工設(shè)備,亟待實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)自主研制。作為光刻機(jī)的核心部分,投影光刻物鏡的分辨率已經(jīng)超過(guò)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),國(guó)際上22 nm節(jié)點(diǎn)的光刻機(jī)波像差要求已達(dá)到λ/100。為獲得更高的分辨率,曝光波長(zhǎng)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(duì)波像差檢測(cè)造成了很大困難:若使用傳統(tǒng)干涉儀檢測(cè),標(biāo)準(zhǔn)件極難制備;若使用剪切干涉儀檢測(cè),對(duì)檢測(cè)環(huán)境要求十分嚴(yán)格,無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè);若使用點(diǎn)衍射干涉儀檢測(cè),極難獲取對(duì)應(yīng)NA的理想球面波前;若使用哈特曼-夏克(Hartmann-Shack,簡(jiǎn)稱H-S)波前傳感器檢測(cè)檢測(cè),則需要對(duì)應(yīng)NA的高精度準(zhǔn)直物鏡,其加工設(shè)計(jì)難度極大,此外傳統(tǒng)波前傳感器的檢測(cè)精度無(wú)法滿足投影光刻物鏡的使用需求。對(duì)于NA=0.75,工作波長(zhǎng)為193 nm的投影光刻物鏡,波像差要求為6.5 nm,檢測(cè)精度要求達(dá)到2 nm(0.01λ)。論文提出使用H-S波前傳感器進(jìn)行波像差“逆向”檢測(cè)的方案,解決了需要對(duì)應(yīng)高NA的高精度準(zhǔn)直物鏡的難題;通過(guò)分析波像差檢測(cè)中的誤差來(lái)源,針對(duì)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(xiàng)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(cè)精度達(dá)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(guò)提高H-S波前傳感器的光斑質(zhì)心探測(cè)精度以實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的高精度波像差檢測(cè)。該方法利用非線性濾波和自適應(yīng)分割窗口法對(duì)整幅光斑圖像進(jìn)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(duì)單個(gè)光斑進(jìn)行局部處理。對(duì)已知波像差的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真檢測(cè),得到的波前檢測(cè)精度PV值為0.0098λ,RMS值達(dá)到0.0027λ。(2)針對(duì)高NA投影光刻物鏡的使用需求,選用模式重構(gòu)法將待測(cè)波前擬合成Zernike多項(xiàng)式。此外,提出使用二維插值多項(xiàng)式替代Zernike多項(xiàng)式為重構(gòu)基底對(duì)被測(cè)波前進(jìn)行模式重構(gòu)的方法。通過(guò)仿真驗(yàn)證了兩種多項(xiàng)式的波前重構(gòu)精度可以達(dá)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(shí)現(xiàn)高NA投影光刻物鏡波像差的更高精度檢測(cè)。這種方法相比傳統(tǒng)斜率測(cè)量法,避免了數(shù)學(xué)的近似計(jì)算,并充分利用了微透鏡子孔徑內(nèi)部的細(xì)節(jié)信息,在仿真實(shí)驗(yàn)中將波前恢復(fù)的精度提高至λ/1000,實(shí)驗(yàn)中波像差RMS值測(cè)量誤差為0.0281λ。最后,對(duì)實(shí)驗(yàn)投影物鏡利用H-S波前傳感器分別進(jìn)行了相對(duì)和絕對(duì)波像差檢測(cè),其中相對(duì)測(cè)量的精度較高,測(cè)得的波像差PV值為0.5916λ,RMS值為0.1328λ,與干涉儀檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,檢測(cè)誤差的PV值為0.0274λ,RMS值為0.0078λ。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)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(shí)線表示摩爾定律預(yù)計(jì)的集成電路中晶體管數(shù)目，黑色圓點(diǎn)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(guò)去的 40 年契合十分良好，此外當(dāng)今集成電路中最多含有26億個(gè)晶體管相比早前1971年的2300個(gè)晶體管，數(shù)量增長(zhǎng)了 100 多萬(wàn)倍。現(xiàn)在摩爾定律已被用在半導(dǎo)體制造中以指引長(zhǎng)期的計(jì)劃和設(shè)定研究發(fā)展的目標(biāo)。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(guó)和中國(guó)臺(tái)灣等國(guó)家和地區(qū)的人士參加的情況下，美國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)最終形成了 1999 年的第一版國(guó)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(biāo)準(zhǔn)。在此后ITRS 每?jī)赡陼?huì)全面更新

閃存（Flash）和動(dòng)態(tài)儲(chǔ)器（DRAM）半寬尺寸趨勢(shì)

經(jīng)歷了由 436 nm、365 nm、248 nm 到 193 nm 的過(guò)程。之后辨率發(fā)展分為三個(gè)分支：157 nm、浸液 193 nm 和 13.5 nm，其于透鏡材料的問(wèn)題被放棄，目前應(yīng)用的工作波長(zhǎng)為深紫外（D紫外（EUV）13.5 nm。考慮到成本和技術(shù)更新的難易，對(duì)于 2影光刻機(jī)，DUV 仍然為主流工作波長(zhǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 任劍峰,饒長(zhǎng)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

2 張強(qiáng),姜文漢,許冰;利用Zernike多項(xiàng)式對(duì)湍流波前進(jìn)行波前重構(gòu)[J];光電工程;1998年06期

3 單寶忠,王淑巖,牛憨笨,劉頌豪;Zernike多項(xiàng)式擬合方法及應(yīng)用[J];光學(xué)精密工程;2002年03期

4 鈕賽賽;沈建新;梁春;張運(yùn)海;;人眼像差探測(cè)哈特曼波前傳感器的質(zhì)心優(yōu)化[J];光學(xué)精密工程;2011年12期

5 張金平;張學(xué)軍;張忠玉;鄭立功;;Shack-Hartmann波前傳感器檢測(cè)大口徑圓對(duì)稱非球面反射鏡[J];光學(xué)精密工程;2012年03期

6 李新陽(yáng),姜文漢;哈特曼-夏克傳感器的澤尼克模式波前復(fù)原誤差[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2002年10期

7 段海峰,李恩得,王海英,楊澤平,張雨?yáng)|;模式正交性對(duì)哈特曼-夏克傳感器波前測(cè)量等的影響[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2003年09期

8 梁春;廖文和;沈建新;周宇;;Hartmann-Shack波前傳感器的自適應(yīng)質(zhì)心探測(cè)方法[J];中國(guó)激光;2009年02期

9 李晶;鞏巖;;哈特曼-夏克波前傳感器的插值重構(gòu)算法[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2012年12期

10 李晶;鞏巖;呼新榮;李春才;;哈特曼-夏克波前傳感器的高精度質(zhì)心探測(cè)方法[J];中國(guó)激光;2014年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 許偉才;投影光刻物鏡的光學(xué)設(shè)計(jì)與像質(zhì)補(bǔ)償[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2011年

本文編號(hào)：2827761