用于掩模板表面形貌测量的外差干涉显微系统的研究

【摘要】：论文根据国际和国内微电子工业的发展需要,对基于外差干涉原理的掩模板表面形貌测量方法进行了研究,提出了共光路外差干涉共焦显微测量系统和偏振外差干涉共焦显微测量系统,分别实现对掩模板两个关键参数——台阶高度和线宽的测量。论文对两种测量系统进行详细的理论分析、实验研究和误差分析。 针对掩模板台阶高度测量,提出了共光路外差干涉共焦显微测量系统(CHICM)。该系统保持了双频外差干涉共焦显微镜(DICM)的全部优点:用外差干涉和相位细分技术实现精测,使得轴向测量分辨率达到0.1nm;利用共焦光强粗测台阶高度,从而确定干涉级次,扩大了外差干涉的测量范围,满足了大范围、高精度的测量要求。同时,由于系统采用双折射透镜实现了共光路设计,使得本系统对振动和温漂有很好的抑制作用。论文对外差干涉原理和双向差动鉴相技术进行了详细研究;系统使用锁相放大技术进行共焦光强测量,论文分析了光强幅值与离焦量间的关系。 针对掩模板线宽测量,提出了偏振外差干涉共焦显微测量系统(PHICM),用于对掩模板台阶边缘进行准确的定位瞄准,从而实现对线宽的测量。该系统利用共焦技术进行准确的焦点定位,以获得最佳的测量光斑,同时利用在台阶边缘反射的正交线偏振光的相位变化不同的特性进行边缘定位瞄准。这一相位变化利用外差干涉技术测量,通过相位细分实现高精度的边缘定位。系统完全符合共光路原则,有很强的抗干扰能力。此外,利用耦合波理论对线偏振光在台阶边缘的反射作用进行了仿真计算,获得了与实际测量一致的结果。 实验结果表明,应用于掩膜板台阶高度测量的CHICM系统在普通实验室条件下,三个小时之内相位漂移小于8°(温度变化1℃),证明该系统稳定性优于DICM系统(在相同实验环境中,DICM系统一小时的相位漂移为15°);应用于掩膜板线宽测量的系统(PHICM)的边缘定位不确定度为15nm,线宽测量不确定度为21nm,线宽测量结果与国际比对(原子力显微镜等)相符合。