[发明专利]一种基于白光干涉信息匹配的多层膜绝对间隙测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于白光干涉信号匹配的多层膜绝对间隙测量装置与方法，利用由工件台、真空吸附装置、基片、待测掩模、半透半反镜组、白光光源、准直透镜、光谱仪、光纤、光纤耦合单元和计算机组成的装置。利用白光光源的干涉特性，计算机从光谱仪获得干涉光强分布信息，并对光强信息进行数字信号处理。利用RCWA方法求解多层膜结构的白光干涉光强分布，并建立干涉光强分布的数据库。计算机从数据库读取光谱数据到缓存，并逐条将缓存中的光谱与待测光谱进行比对，从而求解间隙值。本发明结构简洁，间隙检测精度高、抗干扰能力强。

技术领域

本发明涉及精确控制掩模与基片间间隙的技术领域，具体涉及一种基于白光干涉信息匹配的多层膜绝对间隙测量装置及方法。

背景技术

在制作微纳结构时，光学光刻的曝光工艺是主要的加工方式，它直接决定了微纳结构的制作精度。由于传统光学系统无法传输倏逝波，因此其分辨力受限于衍射极限，只能达到半波长尺度。SP曝光工艺采用波长365nm的长波作为光源，实现了超衍射极限的成像能力。在半导体器件与纳米光学元件的制作中有着很好的应用前景，是一种低成本、高效率的加工技术。金属介质多层膜结构形式的超材料是超分辨成像重要组成材料该材料，可通过相邻界面表面等离激元(SPs)的耦合放大，实现对携带高频空间信息的倏逝波的定向耦合传输。但是，由于表面等离子体激元随距离成指数级别的下降，故，严格控制掩模与基片间的间隙就显得特别重要。在曝光过程中，需要掩模与光刻胶保持一定的间隙。针对同样的掩模与基片，不同的间隙导致转移的图形精度不一样。所以，掩模与基片间的间隙测量技术是微纳结构制作工艺中非常重要的环节。

目前，从国内外该领域研究报道来看，主要采用两种方法控制曝光间隙。一种方法通过压电驱动器的精确控制位移的特点来控制掩模与基片之间的间隙。在两者完全接触时，认为掩模与基片间隙为零，接着，通过压电驱动器的精确移动来控制间隙。通常采用激光干涉的方法来检测间隙，整个系统复杂，设备成本高。另一种是在掩模上制作一层聚合物作为掩模的台阶。这种方法制作简单，但是只能采用固定的厚度，难以满足控制间隙的需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种利用白光干涉信号强度的多层膜结构的绝对间隙检测方法，以解决曝光过程中间隙难以量化与控制，掩模与基片之间平行度难以保证的问题。通过白光照射到半透半反射镜上，经光纤耦合后照射到待测掩模下表面和基片上表面；白光在掩模下表面与基片上表面分别发生干涉，干涉信号经光纤耦合后进入光谱仪的成像单元。计算机采集光谱信号，对光谱信息进行滤波等数字处理后进行归一化备用。计算机寻找归一化的光谱信息的极值点，并提取光谱信息极值点对应的光波长数据，利用公式计算粗间隙值。然后，计算机利用查询光谱信息数据库，取出粗间隙值前后共计N条光谱信息，逐一与待测光谱信号进行比对，找出与待测光谱信号最匹配的光谱，最后，以最匹配的光谱信息对应的空气隙值作为掩模与基片的绝对间隙值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于白光干涉信号匹配的多层膜绝对间隙测量装置，包括工件台、真空吸附、基片、待测掩模、准直镜筒、准直透镜、准直镜筒夹具、准直透镜、半透半反镜组、光源准直镜、光源、干涉物镜、光谱仪、USB传输线、光纤和计算机，光源发出的白光经准直镜扩束准直后成平行光，通过半透半反镜组投射到光纤耦合单元，然后经光纤传输到掩模预留观察孔上方，准直透镜将光纤传输的白光缩束准直后垂直照射到待测掩模下表面和待测基片表面，使待测基片上表面与待测掩模下表面的反射光相互发生干涉，经准直镜后干涉光强进入光纤耦合单元，光纤传输的干涉信号再经过半透半反镜组，干涉信号再次进入光纤耦合单元，光谱仪接收干涉光强对应的光谱信息，计算机定时从光谱仪中采集光谱信号，获取待测掩模、空气隙与基片间的干涉光强信息，计算机对干涉光强信息进行信号处理，滤除高频噪声信息，然后对光谱信息进行归一化处理，利用峰值对应的波长值，计算粗间隙值；然后查询离线建立的光谱数据库，取粗间隙值前后N条光谱信息，逐一与待测光谱进行比对，找出最接近待测光谱的光谱数据，并以此光谱对应的间隙值作为待测间隙值。