CN101968611A - 一种基于相位分布的单点掩模硅片调平方法 - Google Patents

Abstract

一种基于相位分布的单点掩模硅片调平方法，其特征在于：平面波入射到位于掩模上的第一组标记光栅与第二组标记光栅，衍射级次经硅片反射后再次透过标记光栅，在掩模面形成恒定的干涉场；当硅片在横、纵截面两个方向存在倾斜时，将导致干涉场的相位分布发生变化：体现在等相位线的分布方向以及空间频率；直接根据这种相位分布状况调节硅片，及时矫正硅片相对于掩模的倾斜，可在直接实现单点的掩模硅片局部调平；本发明操作直观、简单易行、实用性较强，对微纳加工技术的发展具有重要意义。

Description

一种基于相位分布的单点掩模硅片调平方法

技术领域

本发明涉及一种纳米光刻掩模硅片调平，特别是一种基于相位分布的单点掩模硅片调平方法，属于微纳加工相关技术领域。

背景技术

随着高集成度电路与相关器件的研发，IC特征尺寸愈来愈小，以光刻为代表的高分辨力微纳加工技术得到了长足的发展。接近接触式纳米加工手段以其操作简单、成本低廉等特征，成为下一代主流技术之一，如纳米压印、波带片阵列成像光刻以及X射线光刻。随着光刻分辨力的提高，掩模硅片调平、间隙控制与测量成为影响器件特征尺寸精度的主要因素之一。

传统的掩模硅片调平一般是通过三点或多点的间隙测量实现的，即通过不在同一直线的三点或者多点位置出的进行间隙测量控制，根据三点确定平面的原则或者其他调平算法，当三处或多处间隙趋于一致时，掩模硅片两者完全平行。而间隙测量一般采用几何成像、干涉强度与外差干涉几种方法。在测量过程中，这几种方法均容易受到光刻胶等硅片表面工艺过程的影响，如光刻胶内的多次反射引入附加光程、标记的受到硅片工艺污染后引入的非对称性误差等，这些较为明显的系统误差导致几点处间隙测量结果不一致，最终影响到掩模硅片调平的精度。为了直接避免及消除传统方法中多点测量中不一致引起的位置误差，本发明立足于单点测量，直接在单个位置处测量并消除硅片相对于掩模在横、纵截面两个垂直方向上的倾斜，以达到调平的目的。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于相位分布的单点掩模硅片调平方法，它能够在一个位置处直接实现掩模和硅片的局部调平，不易受到硅片工艺的影响，调平精度较高，且操作简单易行。

本发明的技术解决方案为：一种基于相位分布的单点掩模硅片调平方法，其特点在于平面波(1)直接入射位于掩模(2)上的两组相邻标记光栅(3、5)，标记光栅(3)的+1级衍射光经硅片(4)表面反射返回，再次透过掩模(2)表面与标记光栅(5)的+1级衍射光形成两组干涉条纹；当掩模(2)和硅片(4)处于平行状态时，两组干涉条纹的相位分布一致；当掩模(2)和硅片(4)之间存在倾斜时，两组干涉条纹的相位分布不一致、存在差异，所述差异体现在两组干涉条纹的频率差和两组干涉条纹的相对倾斜角；根据两组干涉条纹的频率差，通过公式(1)计算掩模(2)和硅片(4)在横截面方向的倾斜量，以消除掩模(2)和硅片(4)在横截面方向的倾斜，实现横截面方向的调平；根据两组干涉条纹的相对倾斜角，通过公式(2)计算掩模(2)和硅片(4)在横截面方向的倾斜量，以消除掩模(2)和硅片(4)在纵截面方向的倾斜，实现纵截面方向的调平；

$\mathrm{\δf}=\frac{2(\cos {\mathrm{\θ}}_1+\cos {\mathrm{\θ}}_2)}{\mathrm{\λ}}\·\mathrm{\δ\θ}---\left(1\right)$

其中：δf表示两组干涉条纹的频率差，θ_f表示两组干涉条纹的相对倾斜角；δθ表示硅片(4)在横截面方向的倾斜量，λ为入射平面波波长，θ₁、θ₂分别为两组相邻标记光栅(3、5)的+1级衍射角；

表示硅片(4)在纵截面方向的倾斜量。

本发明的原理：平面波直接入射位于掩模上的两组相邻标记光栅，衍射级次经硅片反射后再次透过标记光栅组，在掩模面形成两组恒定的干涉场，其相位特征直接反映掩模硅片的倾斜程度。从而根据干涉场的相位分布特点，直接消除掩模硅片在两个垂直方向上的倾斜，实现掩模硅片调平。其中，根据两组条纹的频率差，计算并消除横截面方向的倾斜；根据两组条纹的相对倾斜角，计算并消除纵截面方向的倾斜。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明能够在一个位置处直接实现掩模和硅片的局部调平，效率高，且不易受到硅片工艺的影响，调平精度较高。

(2)本发明独立于间隙测量，根据空间相位特征直接进行掩模和硅片调平，可以避免影响光强度的光刻胶等硅片工艺因素对调平的影响。

(3)本发明不但能避免光刻胶等硅片工艺对单点测量的影响，还能消除多点测量不一致引入的误差，对接近式微纳加工技术具有重要意义。

附图说明

图1为本发明方法原理示意图；

图2为本发明横、纵截面两个垂直方向上的硅片倾斜与光束偏转；(a)横截面方向硅片倾斜引起光束偏转示意图；(b)为纵截面方向硅片倾斜引起光束偏转的示意图，

图3为本发明掩模上两组标记光栅布局示意图；

图4为本发明调平过程中几组干涉场强度条纹的相位分布状况，其中：(a)为横、纵两个截面方向的倾斜分别为的相位分布；(b)为横截面方向被消除后的相位分布；(c)为纵截面方向被单独消除后的相位分布；(d)为两个方向的倾斜均被消除后的相位分布。

具体实施方式

如图1所示，平面波1直接入射位于掩模2上的两组相邻标记光栅3和5，+1级衍射光经硅片4表面反射返回，再次透过掩模面上的标记光栅5，两组光栅对应的+1级衍射光在掩模表面形成两组相应的干涉条纹，经过反射镜6、物镜7后被CCD探测器8接收。当掩模2和硅片4处于平行状态时，两组条纹的相位分布一致，频率相等，方向相同；当掩模2和硅片4之间存在倾斜时，两组条纹的相位分布发生变化、不再一致，而且倾斜与两者的差异直接相关。

如图2所示，当掩模2和硅片4在横、纵截面两个方向分别存在一定的倾斜量δθ以及

时，经硅片反射的+1衍射光将在相应的方向上被偏转对应的角度2δθ及

光束的偏转直接影响两束从硅片和掩模反射的+1衍射光B_w和B_m的干涉。其中，被反射光束B_w在横截面方向上的偏转直接影响干涉角度的大小，从而影响干涉条纹的空间频率；被反射光束B_w在纵截面上的偏转直接使两束光的干涉平面被旋转，从而使条纹的空间分布方向发生相应的旋转。简言之，横截面方向的倾斜δθ直接改变了两组条纹的空间频率，纵截面方向的倾斜

则直接改变了两组条纹的倾斜角度，具体由式(1)、(2)决定。

$\mathrm{\δf}=\frac{2(\cos {\mathrm{\θ}}_1+\cos {\mathrm{\θ}}_2)}{\mathrm{\λ}}\·\mathrm{\δ\θ}---\left(1\right)$

其中：δf表示两组干涉条纹的频率差，θ_f表示两组干涉条纹的相对倾斜角；δθ表示硅片4在横截面方向的倾斜量，λ为入射平面波波长，

表示硅片4在纵截面方向的倾斜量；θ₁、θ₂分别为周期分别为P₁、P₂的相邻标记光栅3、5的+1级衍射角，由如下公式决定。由如下的光栅衍射方程决定

P₁sinθ₁＝λ  (3)

P₂sinθ₂＝λ  (4)

其中，两相邻光栅的周期为P₁＝2.0μm、P₂＝2.2μm，波长λ＝633nm。

掩模2上两组标记光栅采用如图3所示的布局，左右两组标记光栅3、5分别由周期分别为P₁与P₂、P₂与P₁的两个光栅上下构成，其中本发明实施例中P₁＝2.0μm、P₂＝2.2μm。经硅片4表面的反射，两组光栅的+1级衍射光在右边的标记光栅5面上相遇、并产生两组干涉条纹。此外，图4为根据图3所示标记仿真的两组干涉条纹，以及掩模硅片调平过程中条纹的相位分布状况。当硅片相对于掩模在横、纵截面方向的倾斜分别被设置成δθ＝1.5×10^-3rad and δφ＝1×10^-3rad时，其相位分布如图4(a)，这时上下两组条纹相对应倾斜，而且空间频率不一致，而且两组条纹很容易被分别；当横截面方向的倾斜被单独消除以后，条纹的疏密程度(即空间频率)几乎相同，排列相对倾斜，如图4(b)所示，意味着纵截面方向倾斜的存在，而且条纹的相对倾斜角(即两组条纹的夹角)与纵截面方向的倾斜量直接相关，由公式(2)决定；另一方面，当纵截面方向的倾斜被单独消除以后，条纹一致排列、均沿着x方向，如图4(c)，但频率不一致意味着横截面方向倾斜的存在，而且频率差异与横截面方向的倾斜量直接相关，由公式(1)决定；当横、纵截面方向的倾斜均被消除，两组条纹频率完全相等，排列方向完全一致，如图4(d)，这时，掩模硅片局部调平完成，并达到理想状态。

此外，根据图4所示的数值计算结果表明，根据单幅条纹图像的相位分布特征，该方法能够在单个位置处直接消除两个正交方向的倾斜，实现掩模硅片的局部调平，其精度优于10^-3rad。结合后期的图像处理，相位分析算法，精度有望达到10^-4rad以上。作为一种有效的初步调平方案，能够满足现有技术要求。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

Claims (2)

1.一种基于相位分布的单点掩模硅片调平方法，其特征在于：平面波(1)直接入射位于掩模(2)上的两组相邻标记光栅(3、5)，标记光栅(3)的+1级衍射光经硅片(4)表面反射返回，再次透过掩模(2)表面与标记光栅(5)的+1级衍射光形成两组干涉条纹；当掩模(2)和硅片(4)处于平行状态时，两组干涉条纹的相位分布一致；当掩模(2)和硅片(4)之间存在倾斜时，两组干涉条纹的相位分布不一致、存在差异，所述差异体现在两组干涉条纹的频率差和两组干涉条纹的相对倾斜角；根据两组干涉条纹的频率差，通过公式(1)计算掩模(2)和硅片(4)在横截面方向的倾斜量，以消除掩模(2)和硅片(4)在横截面方向的倾斜，实现横截面方向的调平；根据两组干涉条纹的相对倾斜角，通过公式(2)计算掩模(2)和硅片(4)在横截面方向的倾斜量，以消除掩模(2)和硅片(4)在纵截面方向的倾斜，实现纵截面方向的调平；

$\mathrm{\δf}=\frac{2(\cos {\mathrm{\θ}}_1+\cos {\mathrm{\θ}}_2)}{\mathrm{\λ}}\·\mathrm{\δ\θ}---\left(1\right)$

其中：δf表示两组干涉条纹的频率差，θ_f表示两组干涉条纹的相对倾斜角；δθ表示硅片(4)在横截面方向的倾斜量，λ为入射平面波波长，θ₁、θ₂分别为两组相邻标记光栅(3、5)的+1级衍射角；

表示硅片(4)在纵截面方向的倾斜量。

2.根据权利要求1所述的基于相位分布的单点掩模硅片调平方法，其特征在于：所述两组相邻标记光栅(3、5)分别由周期为P₁与P₂、P₂与P₁的两个光栅上下构成。

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