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点衍射干涉仪小孔掩模制备与检测技术研究

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Research of Preparation and Detection Technology ofPDI Pinhole M askYU Changsong(Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033)Abstract:The main role of the pinhole mask of point diffraction interferometer is diffracted to produce a nearly idealspherical wavefront for interferometry.The quality of the reference wavefront depends on the pinhole diameter,roundnessand dimensional morphology.The pinhole mask processing technologies are summarized.The machining mechanism.pre--cision and technical features of focused ion beam etching and electron beam lithography are expounded.Using high--quali--ty aviation aluminum and single point diamond lathe and focused ion beam device.The pinhole diameter of 1.47Fm and1.1lgm mask were prepared using precision technology and were mesured by scanning electron microscopy.The expert-mental results show that.the focused ion beam etching iS the efective means to realization micro scale pinhole mask.Inorder to obtain beter roundness and three dimensional topography of pinhole,the pinhole mask processing area need toensure a smaller depth tO diameter ratio。

Key words:optical device;pinhole mask;FIB;SEM光刻机是大规模集成电路的制备过程中的核心设备,对特征 寸的控制和套刻精度的要求越来越高。光刻机能否曝出几十个纳米的特征线宽,很大程度上撒于投影物镜的系统波像差能否控制在几个纳米的范围内。这就要求发展和拥有亚纳米级精度的系统波像差检测技术和装备,精确地测量投影物镜的系统波像差,评估其可能实现的特征线宽,并为投影物镜的进-步超精密装配和修磨提供指导性定量依据。

相移点衍射干涉仪是 目前广泛应用于光刻投影物镜波像差检测的高精度设备 。以&L77射产生的接近理想球面波为参考波面的点衍射干涉技术消除了常规干涉仪参考波面误差的影响,能够实现深亚纳米量级的检测精度 ,可为光刻投影物镜系统波像差检测提供测试基准。点衍射干涉仪中凶掩模的作用是生成超高精度光学波前测试基准,其直径、圆度等参数对最终的检测精度具有重要影响,是干涉仪的关键器件之-,制备与检测直径是亚微米收稿日期 :2012-08-19基金项 目:国家科技重大专项项目(2()()9ZXO22O2)作者简介:于长淞 (1983 ),男,硕士,助理研究员,主要从事光学检测方面的研究,E-mail:changsongyu###yahoo. cn。

第四期 于长淞:点衍射干涉仪小孑L掩模制备与检测技术研究甚至纳米量级的4qL将是极大的挑战。

本文将围绕投影物镜系统波像差干涉检测设备中4fL空间滤波器技术展开关键技术研究,通过对其机理、精度指标等技术难点的研究,采用聚焦离子束刻蚀设备制备了所需凶掩模并利用扫描电子显微镜对该4qL掩镍行了检测。

1 点衍射干涉仪结构点衍射干涉仪的基本结构如图1所示,为便于原理验证及装调 ,以工作波长632.8rim的氦氖激光器作为光源,光栅之前部分是干涉仪的照明系统,照明系统的结构是为了适当衰减激光能量,同时形成比较理想的球面照明光波 ,最低限度减懈何像差。入射会聚球面光波被光栅衍射分光,物面&TL掩模由方形窗和fl,L组成 ,光栅的-级衍射光从大的窗口直接通过 ,而零级衍射光从4,TL中通过并发生衍射,这样的设计是为了平衡两束光的光强同时消除光栅误差的影响。而后两束光同时经过被测投影物镜作用后到达像面掩模,像面掩模上也有-个大的窗口和-个小的微孔,-级衍射光波经过4fL后衍射形成理想球面波作为参考光波,零级光携带被测投影物镜信息直接通过窗口,两者发生干涉并且由图像传感器采集多幅移相干涉条纹图,利用Zemike多项 式 进行 波 面拟合 ,最 后 得 到 36项Zemike系数表示的波像差。

He e 准直扩柬探测器光栅投影物镜圈图1 点衍射干涉仪结构示意图Fig.1 Schematic of point difraction interferometer2 dqL掩模的理论计算点衍射干涉仪利用光栅作为分束元件产生测试波和参考波,二者分别通过位于像平面上的掩模并产生干涉,干涉图由相应的图像传感器采集,通过对干涉条纹的处理,最终得到由Zemike多项式所表示的系统波像差。

通常情况下像面掩模板由凶和相对大的窗口组成(如图l中所示),其作用相当于空间滤波器,其中参考波通过掩模上的&TL并发生衍射,而携带被测物镜波像差信息的测试波则通过掩模上较大的窗口。

物面掩模板上的4,TLx入射光束起到滤波作用,消除照明系统等光学元件所导致的像差,衍射球面波进入待测物镜。凶直径满足式(1),小于入射光束衍射极限的分辨率 。

其中, 为光源波长,N 为投影物镜的物方数值孔径,o为照明系统的部分相干因子,满足下式:NA。--NAo其中NA;.为照明系统在物面掩模板侧的数值孔径。

通过减小照明系统的 可以增大4qL直径,提高干涉仪装置的系统透过率,从而提高采集到的干涉条纹的对比度。

像面掩模板的直径小于入射光束衍射极限的分辨率,即满足下式:其中NA 为投影物镜的像方数值孔径。

物面掩模板经小孑L衍射的出射光束经过投影物镜后,入射到像面掩模板的窗口宽度,此入射光束携带投影物镜的像差信息,窗IZl对其不发生影响,产生测试波同圆孔衍射产生的球面参考波发生干涉,在探测器上形成干涉条纹。窗口的宽度撒于待测量的投影物镜出瞳波像差的空问频率,则有:2ZUi 。

窗口宽度影响其透射光强,从而影响干涉条纹的对比度,应根据干涉条纹的对比度选择窗口的最优宽度。

当被测 投影 物镜 NA 为 0.75,光 源 波长 为632.8nm时,像面掩模板作为针孔空间滤波器的小孔尺寸应小于 m,综合考虑衍射波前质量及能量透过率,凶直径为1. m日寸较为有利。

长春理工大学学报 (自然科学版) 2012正图8 速率与线宽关系图Fig8 The diagram of bit rate versus laser linewidth从图8中可以看到在相同误码率条件下 ,速率与线宽成正比,要获得较高的速率就需要增加激光器线宽,而由(17)式知线宽越大环路误差越大,这主要是由环路的白频率噪声引起。

4 结束语本文通过对 costas环路系统模型的建立,分析了影响相干光通信系统的环路带宽、噪声和激光线宽等重要参数。通过MALAB仿真出主要参数的关系曲线 ,通过分析影响系统稳定性的阻尼系数同延(上接第26页)干涉仪的测量基准,制备与检测直径是亚微米的小孑L是干涉仪的关键技术之-。聚焦离子束刻蚀是实现直径微米量级的小孑L加工的有效手段,为保证所加工凶具有良好的圆度及内部形貌,需要掩模加工区域的厚度与flqL直径比在合理的范围内。

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