针对先进光刻调焦调平传感器系统的增益系数工艺相关性开展理论仿真与实验研究。建立了增益系数工艺相关性理论模型,仿真分析了调焦调平传感器增益系数与测量误差随不同光刻工艺材料膜层厚度的变化规律。在自研实验系统上对表面涂覆不同厚度SiO₂薄膜的硅片样品进行了实验验证,发现实验与理论仿真得到的增益系数与测量误差随膜层厚度的变化规律一致。仿真与实验研究结果表明,调焦调平传感器的工艺相关性测量误差在SiO₂膜层厚度为250 nm和690 nm附近时分别出现约55.9 nm和36.6 nm的误差峰值。采用表面覆盖特定膜层的硅片来标定光刻机调焦调平传感器,可以有效减小增益系数工艺相关性的影响和测量误差。本研究结果对于光刻精密对焦控制、光刻工艺优化具有重要的参考意义。

带电粒子束成像检测技术是一种可以提供纳米级测量精度的技术, 广泛应用于半导体检测中。在进行硅片检测时, 要求待测硅片在扫描检测过程中一直处于电子束的焦深范围(DoF)内。本文提出一种毫米级控制范围、纳米级控制精度、高度测量时间在亚毫秒量级的粗精结合的闭环硅片高度控制技术。它的核心子系统是一套光学硅片高度测量系统, 在进行粗控制时, 数字相机的成像面作为一个光栅图像接收面, 硅片的高度信息通过测量光栅线条在成像面上的位移获得。在接近目标高度时, 数字相机的成像面作为一个虚拟的数字光栅使用。它与光学光栅图像存在一定周期差, 两者构成类似机械游标卡尺的结构, 本文称为光学游标卡尺, 实验表明该技术可以在成像面上细分像素尺寸10×以上。当用其测量硅片高度时, 粗测范围达毫米量级, 粗测时间小于038 ms, 精测分辨率小于80 nm, 精测时间小于009 ms。利用该硅片高度测量系统进行硅片高度的初步闭环反馈控制, 控制精度达到15 nm, 在电子束硅片图形检测系统中具有广阔的应用前景。

随着大规模集成电路芯片制造步入十几纳米技术节点时代,光刻机的对焦控制变得越来越困难,其精度需要达到几十纳米。基于实际的光刻机对焦控制系统架构和光刻对焦原理,开展了浸没光刻对焦控制统计分析方法研究。根据系统结构分析出一系列误差源,研究了这些误差对总离焦误差的贡献方式及其与总离焦误差的关系。研究结果表明:由于光刻对焦误差中存在非正态分布的误差贡献项,常规正态统计分布使用的3σ原则就无法满足99.7%的对焦成功率要求;在28,14,7 nm技术节点集成电路芯片制造过程中,采用3σ和4σ原则得到的浸没光刻工艺总对焦成功率之差分别为28.4%、55.1%、62.9%。为了达到99.7%的对焦成功率,浸没式光刻机对焦控制应采用4σ原则。

本文简要介绍了电晕探测的原理,采用可见光与紫外双光谱探测方法来检测电晕信号的存在并对其进行定位.文中介绍了电晕探测系统紫外对焦控制模块,并阐述了对焦的双闭环控制过程及其软硬件实现方法.分析了对焦控制过程中误差产生的原因,主要包括传动机构的空回及系统的过冲量.通过实验测量得到传动机构的空回和过冲量,将其加入紫外对焦过程的总对焦量.采用上述方法可以减小紫外对焦系统的对焦误差,使紫外相机像面始终处于焦深之内.最后,利用电晕探测系统对高压电厂中的电晕信号进行检测并定位.