光学投影式光刻系统中套刻对准方法研究

摘要

随着信息化产业的快速发展，光刻技术已经成为制约超大规模集成电路以及微光学元器件制作的核心技术。光学曝光光刻技术经历了接触式光刻、接近式光刻、光学投影式光刻及激光干涉光刻等典型光刻技术进程。由于光学投影式光刻在技术成熟性以及设备稳定性方面优势明显，目前市场广泛应用的还是投影式曝光光刻技术。作为光刻技术的承载平台，同时扮演现代半导体工业与电子技术工业孵化器角色的光学投影式光刻系统，其主要组成部分包括曝光光源、光刻投影物镜、掩膜硅片对准系统、激光定位工作台。针对实验室现有的准分子激光投影光刻机系统，本文就其中的掩膜硅片对准系统、曝光光源两个部分展开了相关研究工作。
　　在本文中，第一章综述了课题的背景，光刻系统的分类，国内外研究现状，课题研究的目的与意义，以及本论文主要研究内容。第二章详细介绍了整个投影光刻套刻技术理论，对准技术及其分类，以及影响光刻机系统的各主要因素，分析了各主要对准方法的优缺点。
　　针对目前套刻对准技术发展的现状，在第三章中我们针对高精度的投影套刻对位系统，研究并提出了一种新型的对准与匹配算法。该算法的核心是一个经严格推导的，国内外未见报道的仿射变换“单应矩阵计算式”，同时利用轮廓线插值特征点匹配的方式来寻求对位参量。首先，利用质心法分别求出掩模图与硅板图相应ROI区域中经过特征点提取后得到的点集质心;然后对点集中各点依据与质心点的欧氏距离的大小有序的方式进行排序;最后根据“单应矩阵计算式”，以直接的单步运算即可高精度求得待对准的旋转平移量，取代传统方法需要收敛迭代的耗时运算过程，实现光刻机实时对位系统的要求。第四章是主要是对相应系统软件进行简要介绍，同时进行相应的算法演示以及实验分析，通过对实验结果图像的分析，结合系统中所选用的光学显微物镜组的实际MTF曲线，对系统的精度以及误差进行评价。实验结果表明该系统具有较高的精度，较强的鲁棒性，可实现实时对位的关键实用需求。
　　在第五章中，介绍了如何在现有紫外准分子激光器基础上获得一个均匀平顶光束的方法，在理论上结合高斯-谢尔模型和部分相干光理论，得到可以产生平顶均匀光束的一组参数。为以后利用现有实验条件，结合所提出的对准系统展开相关光刻的研究工作做好了铺垫。
　　总的说，本论文的创新之处在于依据实际套刻对准系统中的简化数学模型为基本无缩放的仿射变换，并在该仿射变换模型的基础上，利用严格的数学推导，得到一组可以一步求出待求变换参量的单应矩阵计算式，可以避免传统计算方法中求取变换参量需要迭代运算的耗时环节;并在该式的基础上结合数字图像处理相关技术，设计了一套可以实现实时对准功能的软件系统，实现了光学投影式光刻系统中套刻对准技术的关键核心。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 典型光刻系统分类

1．2．1 接触式／接近式光刻系统

1．2．2 光学投影式光刻系统

1．3 光学投影式光刻系统的性能参数

1．4 国内外研究现状

1．5 课题研究的目的与意义

1．6 论文主要研究内容

第二章 套刻理论及对准技术

2．1 引言

2．2 相关对准技术分类

2．2．1 双光束TTL对准技术

2．2．2 明场和暗场对准技术

2．2．3 同轴对准技术

2．2．4 离轴对准技术

2．2．5 同轴对准与离轴对准相结合的对准技术

2．2．6 Moiré条纹对准技术

2．2．7 相位光栅衍射对准技术

2．2．8 视频图像匹配对准技术

2．3 本章小结

第三章 基于仿射变换单应矩阵的投影套刻对位系统及其对准方法

3．1 引言

3．2 系统硬件部分组成

3．2．1 光学照明系统

3．2．2 CMOS成像设备

3．2．3 光学显微成像系统

3．2．4 计算机系统

3．3 图像匹配对准方法分类及相关分析

3．3．1 图像匹配对准方法分类

3．3．2 图像匹配对准方法构成要素

3．4 提取轮廓线特征点

3．4．1 边缘轮廓线检测

3．4．2 轮廓线插值特征点

3．5 本文提出的新匹配算法

3．5．1 数值模拟结果

3．5．2 实验结果

3．5．3 误差分析

3．6 本文提出的对准方法

3．7 本章小结

第四章 套刻对准方法在投影式光刻系统中的实验分析

4．1 引言

4．2 套刻对位系统中光学显微物镜组的MTF分析

4．2．1 传统的成像系统MTF测量原理

4．2．2 本节提出的MTF测量原理

4．3 实验结果及分析

4．4 本章小结

第五章 平顶分布的紫外准分子激光生成方法

5．1 引言

5．2 部分相干光高斯-谢尔模型

5．3 数值模拟

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

声明

致谢