【摘 要】
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随着半导体制造工艺节点的不断下沉,以集成电路（integrated circuits,IC）、LED、柔性电子设备为代表的半导体器件的关键尺寸已达纳米量级。套刻误差作为评估光刻质量的重要参数之一,快速测量与精确评估对光刻工艺良率提升具有非常重要的意义。现有高精度套刻测量手段,如扫描电镜等,具有效率低、破坏性及成本高等缺点,无法满足批量生产中的效率成本要求;而传统的光学成像测量手段受限于衍射极限,精
【基金项目】
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国家科技重大专项“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”下的子课题“套刻误差光学测量技术研究”（项目编号2017ZX02101006-004）；
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随着半导体制造工艺节点的不断下沉,以集成电路（integrated circuits,IC）、LED、柔性电子设备为代表的半导体器件的关键尺寸已达纳米量级。套刻误差作为评估光刻质量的重要参数之一,快速测量与精确评估对光刻工艺良率提升具有非常重要的意义。现有高精度套刻测量手段,如扫描电镜等,具有效率低、破坏性及成本高等缺点,无法满足批量生产中的效率成本要求;而传统的光学成像测量手段受限于衍射极限,精度无法满足先进工艺节点下的测量需求。本文所研制的角分辨式成像型散射仪采用临界照明,单次测量即可收集多入射角、全方位角下丰富的散射场信息,可实现套刻误差、膜厚、纳米结构与光学常数等参数的高精度、高效率、非破坏测量,是解决先进工艺节点下套刻、关键尺寸等测量需求的可行方案。角分辨式成像型散射仪研制过程中主要工作与创新点如下:设计了角分辨式散射仪原理光路,并建立了相应的系统模型。所设计原理光路可获取全后焦面或特定级次衍射光的光强或反射率信息;建立了散射仪的系统模型,可仿真散射场强度、套刻误差后焦面灵敏度等,为原理样机的搭建提供建设性指导。提出了系统参数标定方法与物镜偏振效应原位校准方法。实验确定了反射率系数,建立了物镜几何模型与瞳面坐标系,可计算各像素点的入射角、方位角;提出了物镜偏振效应的原位校准方案,可实现物镜偏振效应快速、精确、原位的校准。搭建了一台角分辨式成像型散射仪的原理样机,并通过测量多种样品测试了仪器性能。以笼式系统搭建了散射仪原理样机,并设计了专用的光阑;实验测量了不同厚度的薄膜与矩形光栅,且薄膜厚度的重复性测量精度均在0.6nm以内。提出了基于瞳面图像均值和空间暗场图像均值的测量方法,有效地消除了干涉条纹对套刻误差的测量的影响。对比添加干涉层前后的套刻仿真测量结果,测量残差的大小不变,验证了所提出方法的理论可行性;根据所提出的方案,展开了多组套刻标记测量实验,套刻测量结果的绝对值处于可信范围且重复性精度优于0.3nm。
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