автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Оптические системы микроскопов контроля поверхностных фотолитографических дефектов

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХА1

005003088

«ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ МИКРОСКОПОВ КОНТРОЛЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ФОТОЛИТОГРАФИЧЕСКИХ ДЕФЕКТОВ»

Специальность 05.11.07 -Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 1 ЛЕК 2011

Санкт-Петербург 2011г.

005003088

Работа выполнена на кафедре ОЦСиК Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, Михаил Наумович Сокольский

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Виктор Алексеевич Зверев, НИУИТМО

кандидат технических наук Дмитрий Юрьевич Волков, НПК «Азимут»

Ведущая организация

ФГУП «НПК «ТОЙ им.Вавилова»,

г. Санкт-Петербург

Защита состоится

2011 года в.^мин. на заседании

диссертационного совета Д212227.01 ^Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы» при Санкт-Петербургском научно исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: Сашсг-Петербург, пер.Гривцова, д. 14, аудитория 314-а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики

Автореферат разослан

2011 года.

Отзывы и замечания то реферату(в двух экземплярах) заверенные печатью, просим направлять в адрес университета: 197101, г.Санкт-Петербург, Кронверский пр., д.49, НИУ ИТМО, секретарю диссертационного совета Д.212.227,01

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.227.01 кандщщат технических наук, доцент

В.М. Красавцев

Актуальность работы

Основной тенденцией современной мпсро и наноэлектроннки является уменьшение технологической нормы (ТН), т.е. размера элементарного элемента, при увеличении объема производства. С 1979г по 2009г ТН уменьшилась с 3 мкм до бОнм, а размер одшючного электрически активного дефекта уменьшился до ЗОнм. За те же 30 лет, вследствие необходимости увеличения производительности, диаметр подложки, представляющей собой кремниевую пластину, на которой коллективным способом создаются микрочипы, увеличился с 50 мм до 300 мм.

Главным технологическим процессом, обеспечивающим производство микрочипов, является фотолитография.

Основным типом дефектов, определяющим выход годных изделий, стали случайные поверхностные дефекты, которые контролируются оптическими системами.

Вследствие выше сказанного изготовители оборудования для производства микроэлектроники были вынуждены создавать специальные микроскопы для контроля поверхностных фотолитографических дефектов, и с течением времепи, перейти от работы в видимом спектре излучения к работе в области глубокого ультрафиолета (ТУФ), от прямого наблюдения дефектов оператором, до сложной оптической фильтрации и математического анализа изображения.

В литературе представлены работы С. Авакова, Г. Ковальчука, С. Русецкого, Е. Титко (Беларусь), посвященные вопросам создания алгоритмов и оборудования оптического контроля фотолитографических дефектов. Одиако описанные в работах системы контроля дефектов позволяют обнаруживать одиночные дефекты размером от 90 нм, что не соответствует требованиям современного фотолитографического процесса.

Таким образом, разработка оптических систем микроскопов контроля поверхностных фотолитографических дефектов с размером от 30 нм является актуальной задачей, решение которой позволяет обеспечить возможность производственного процесса микросхем.

Одним из приемов оптической фильтрации изображения является наблюдение подложки под разными ракурсами. В большинстве случаев, когда необходимо исследование объекта под разными углами наблюдения, специалисты проводят данные исследования последовательно. Однако, скорость контроля поверхностных фотолитографических дефектов подложки должна быть не менее 3-х пластин в час или 0,2 м2/час. Это можно обеспечить только созданием оптической системы, позволяющей одновременно наблюдать объект под разными углами.

Возможны два типа такой системы: высокоапертурцый шнрокопольный объектив, расположенный по нормали к плоскости объекта и работающий косыми пучками, либо

3

объектив, оптическая ось которого расположена под углом к поверхности объекта с коррекцией наклона изображения.

Целями данной диссертационной работы являются: определение принципиальных опгических схем объективов микроскопов для контроля в фотолитографии; исследование основных характеристик дифракционно-ограниченных оптических систем, в которых оптическая ось рабочего пучка установлена наклонно к плоскости объекта, включая высокоапергуршле широкопольные объективы и оптические системы с коррекцией наклона изображения, а также анализ формирования изображения в фотолитографических системах оптического контроля.

В связи с этим необходимо было решить следующие основные задачи:

1. Провести анализ параметров оптических систем, необходимых для контроля поверхностных фотолитографических дефектов.

2. Разработать и обосновать модели дифракционно-ограниченных оптических систем, удовлетворяющих требованиям систем коптроля дефектов фотолитографии.

3. Разработать базовые модели и провести расчеты высокоапертурных цшрокопольных объективов.

4. Разработать методику построения оптических систем с коррекцией наклона изображения.

5. Провести математическое моделирование оптической системы с коррекцией наклона изображения.

6. Разработать аппаратуру для контроля оптических систем с коррекцией наклона изображения, работающих в глубоком ультрафиолете.

7. Провести экспериментальное исследование оптической системы с коррекцией наклона изображения.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Принципы построения высокоапертурных объективов, установленных по нормали к плоскости объекта и работающих косыми пучками.

2. Оптические системы высокоапертурных широкопольных объективов.

3. Инварианты наклонов меридионального и сагиттального изображений.

4. Теоретические основы коррекции наклона изображения.

5. Метод контроля волновых аберраций с точностью 0,0НО,02А. по всему толю объективов, работающих в ГУФ.

Научная новизна диссертации

В диссертационной работе обобщены результаты научных исследований и практических разработок, направленных на создание базовых моделей высокоапертурных широкопольных объективов, работающих в ГУФ области спектра, с оптической осью расположенной по нормали к плоскости объекта и работающих косыми пучками, а также объективов с наклонно расположенной оптической осыо и коррекцией наклона изображения.

1. Сформулированы принципы построения высокоапертурных оптических систем для оптимальной конструкции схемы на основе компенсации и балансировки аберраций III порядка с использованием апланатических поверхностей.

2. Показано, что в оптических системах (зеркальных или линзовых) с диафрагмой, расположенной внутри объектива, нет места для установки масок, повышающих возможность обнаружения дефектов. Длина системы доходит до 300 мы и диаметр оптических деталей около 200мм.

3. Доказано, что система с вынесешюй апертурной диафрагмой позволяет установить маски, но при этом существенно усложняется система и в три раза увеличивается ее длина.

4. Аналитически показано, что при наличии телеценгрического хода лучей наклонные плоские поверхности, образующие клинья, и телескопическая цилиндрическая система, установленные в сходящемся ходе лучей, обеспечивают коррекцию наклона и масштаба изображения.

5. Получены инварианты наклона изображения, выведены формулы для аберраций комы и астигматизма и рассмотрены способы их коррекции. Приведен расчет оптической системы с коррекцией наклона изображения, иллюстрирующий теоретические исследования.

6. Разработана методика расчета оптических систем с коррекцией наклона изображения.

Практическая ценность работы

1. Предложены и разработаны оптические системы зеркально-линзовых и линзовых высокоапертурных широкопольных монохроматических объективов фотоэлектрических микроскопов, с вынесенной апертурной диафрагмой (АД) и АД расположенной внутри объектива.

2. Предложена методика расчета оптических систем с обьезггавом, установленным наклонно к объекту, с коррекцией наклона изображения.

3. Проведено проектирование, моделирование и оптимизация оптической системы объектива, установленного наклонно к объекту, с коррекцией наклона изображения.

4. Впервые изготовлены объективы с оптической осью, наклоненной к объекту, и изображением, перпендикулярным оптической оси, и поставлепы на серийное производство с литерой 01.

5. Разработано оборудование для контроля параметров разрабатываемой схемы.

6. Получены практические результаты измерений разработанной схемы.

7. Разработана оптическая система со следующими параметрами:

a. Угол между плоскостью предмета и оптической осью объектива а=25°.

b. Объектов с тубусом бесконечность, состоящий из проекционной системы с увеличением -1, и дополнительного объектива, работающего с конечного расстояния на бесконечность. Эквивалентное фокусное расстояние всей системы Г=37,5 мм с отклонением в меридиональном и сагиттальном сечениях менее 0,5%.

c. Поле объектива 9,9(7x7) мм и числовая апертура 0,25.

й. Среднеквадратичная деформация волнового фронта (¡ШЭ) менее 0,1 X в

центре и не более 0,35 ). по всему полю, е. Отклонение от телецентричности главных лучей в пространстве предмета не более ±0.2°

8. Разработана аппаратура контроля волновой аберрации с погрешностью измерения порядка 0,0и0,02>. по полю оптической системы, работающей в ГУФ, с последующим расчетом ЧКХ по результатам измерений.

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на следующих международных и российских конференциях: XXXVI Научная и учебно-методическая конференция профессорско-преподавательского и научного состава 30 Января - 02 Февраля 2007 г., Санкт-Петербург, всероссийская студенческая олимпиада по прикладной механике, 02 - 05 Апреля 2007г., Санкт-Петербург; V Всероссийская межвузовская конференция молодых ученых, 15 - 18 Апреля 2008, Санкт-Петербург; XXXVII Научная и учебно-методическая конференция СПбГУ ИТМО, 29 Января - 01 Февраля 2008, Санкт-Петербург; XXXVII Научная и учебно-методическая конференция СПбГУ ИТМО, 29 Января - 01 Февраля 2008, Санкт-Петербург.

Материалы диссертации использовались на ОАО «ЛОМО» при разработке оптической системы микроскопа контроля поверхностных фотолитографических дефектов по техническому заданию фирмы «Applied Materials»(CIUA), что подтверждают акты внедрения. По теме диссертации опубликовано 6 работ из них 3 статьи в изданиях, находящихся в перечне ВАК и 3 патента РФ.

Структура н объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библ«?о1р>афического списка из 54 наименований и 4 приложений, содержит 169 страницы основного текста, 91 рисунок и 3 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко обосновывается актуальность работы, формулируется цель и задачи исследования, а также основные положения, защищаемые автором.

В главе 1 рассмотрены основные производственные процессы фотолитографии. Определены особенности дефектов, которые могут возникать в процессе фотолитографии. Согласно публикациям современных авторов наибольшее влияние на коэффициент выхода годных изделий оказывают случайные поверхностные дефекты. Причины возникновения этого вида дефектов трудно определить. Поэтому бороться с данным видом дефекта целесообразно только контролем данных дефектов в процессе производства, с корректировкой технологического процесса на последующих стадиях (если это возможно), либо исключение кристалла с дефектом из дальнейшей работы. Наиболее производительным мегодом обнаружения фотолитографических дефектов является оптический контроль. Ранее допускался контроль с помощью обычных стереомикроскопов. Однако с развитием технологии микроэлектроники такое стало невозможным в связи с тем, что размеры допустимых дефектов сначала сравнялись с длиной волны в видимом диапазоне, а затем продолжали уменьшаться. Поэтому разработчики контрольного оборудования, вынуждены были уменьшать рабочую длину волны осветителя микроскопа, но со временем достигли предела, когда уменьшение длины волны невозможно. Тогда для увеличение чувствительности систем контроля стали использовать различные методы освещения, применение фазового контраста, поляризации и т.д., что позволило обеспечить обнаружение и идентификацию дефектов на поверхности подложки при размере дефекта значительно меньше рабочей длины волны.

В Главе 1 рассмотрены возможности различных способов оптической микроскопии для повышения разрешения и улучшения обнаружения дефектов на поверхности объекта,

7

например, увеличение разрешения оптической системы микроскопа может быть достигнуто увеличением апертуры объектива. Показано, что при длине волны порядка 250км, существуют способы, позволяющие обнаруживать дефекты размером до единиц нанометров.

Перспективными методами контроля являются методы с использованием фазосдвигающих масок и, так называемые, многоперспективные системы контроля, когда участок поверхности подложки контролируется одновременно под разными углами обзора от 90° до 15° по отношению к поверхности подложки. Этого можно достигнуть двумя способами: либо использовать высокоапертурный широкопольный объектив, расположенный по нормали к поверхности подложки и работающий косыми пучками, либо использовать объективы, оптическая ось которых расположена наклонно по отношению к поверхности.

На основании данных параметров определены задачи теоретического исследования оптической системы, работающей с ГУФ излучением и позволяющей различить дефекты поверхности с размерами па уровне ЗОнм.

В Главе 2 получено аналитическое выражение, связывающее размеры дефектов с параметрами оптических систем. Показано, что для контроля дефектов размером ~30нм с повышенной производительностью порядка 0,2 м2/час необходимы объективы, работающие в глубоком ультрафиолете, имеющие поле 2у>10мм, с тубусом бесконечность и дифракционным качеством изображения по всему полю.

Показано, что оптические системы можно строить по двум направлениям: первое -высокоапертурный широкопольный объектив, расположенный по нормали к плоскости объекта и работающий впеосевыми частями апертуры, т.е. косыми пучками (рис.1а), второе - объектив, оптическая ось которого расположена под углом у к нормали поверхности объекта с коррекцией наклона изображения (рис. 16), с максимумом угла \)/'|тш=900-агс5т А.

Рис.1 Направления построения оптической схемы для контроля фотолитографических дефектов.

'/'У/

а) но нормали

б) под углом к поверхности

Для сравнительной оценки объективов фотоэлектрических микроскопов введен коэффициент эфективности равный к=р*А, где р=аЬ/2.

Рассмотрены два тана высокоапергурных микрообъективов с большими полями, у которых коэффициент к существенно превышает (более чем в 30 раз) значение коэффициента классических микрообъективов световых микроскопов.

1-й тип представляет собой зеркально-линзовый и линзовые объективы с апертурной диафрагмой, расположенной впугрн объектива.

2-й тип представляет собой оптическую систему из двух компонентов: близкая к однократной телескопическая система и объектив, работающий с конечного расстояния па бесконечность. Апертурная диафрагма устанавливается в пространстве изображения. В объективах реализованы телецентрический ход лучей в пространстве объекта и

значительный передний отрезок.

Рассчитанные и разработанные объективы представлены в табл. 1.

В результате проведенного моделирования показано, что, для задач контроля фотолитографических дефектов, объективы, рассмотренные в главе 2, обладают большими габаритными размерами, недостаточной глубиной резкости, поэтому рассмотрим второе направление построения объективов, оптическая ось которых расположена под углом к нормали поверхности объекта с коррекцией наклона изображения (рис. 16)

В Главе 3 рассмотрено второе направление объективов фотолитографических микроскопов контроля дефектов, в которых объест расположен наклонно к оптической оси. В этом случае, при использовании классических объективов, изображение также наклонено к оптической осп (рпс.2).

1 2 ,

а

АО е/Ь' 7

к / Г

а

Рис.2 Оптическая схема при расположении объекта наклонно к нормали к оптической оси на угол 9.

Таблица 1.

Зеркально-линзовый объектив с внутренней апертурной диафрагмой 0189 мм

Фокусное расстояние: 13мм

Передняя апертура 0.94 Линейный размер объекта: 10 мм

Передни отрезок: 2.84 мм Длина системы: 190.6 мм

Объектив с внутренней аперту рной диафрагмой 0120 мм.

Фокусное расстояние: 14.4 мм

Передняя апертура: 0.91 Линейный размер объекта: 10 мм

Передний отрезок:6.9б мм Длина системы: 388.6 мм Объектив с внутренней апертурной диафрагмой 0132мм.

Фокусное расстояние: 17.1 мм

Передняя апертура 0.91 Линейный размер объекта: 10 мм

Передний отрезок:6.31 мм Длина системы: 331мм

Объектив с вынесенной апергурнон диафрагмой 0.32ми

Фокусное расстояние: 15.8 .мм

Передняя апертура 0.95 Линейный размер объекта: 9,1 мм

Передний отрезок: 4.55 мм Длина системы: 925.8 мм

Известно, что в центрированных оптических системах для объекта, наклоненного к оптической оси, и его изображения справедливо соотношение: , где Р - линейное

увеличение оптической системы.

Показано, что для коррекции наклона изображения, т.е. достижения, в частности, значения 0'=0, в оптической системе с телецентрическим ходом лучей в пространстве предмета и изображения, можно применить клиновой компенсатор, установленный в сходящемся ходе лучей.

Разработана теорич наклона изображения, вносимого наклонной поверхностью, разделяющей среды с показателем преломления п и п\ Получены меридиональный и сагиттальный инварианты наклона.

Для вывода инвариантов, в данном случае, использованы инварианты Г'ульстранда-Юнга. В оптической системе с телецентрическим ходом главных лучей в пространстве предмета и изображения получены, соответственно, меридиональный и сагиттальный инварианты наклона изображения плоской поверхностью:

т

ггсоъа

(1)

(2)

п' п

Из выше представленных выражений следует связь углов наклона предмета и изображения:

В меридиональном сечении:

и'*С03£-'* tgs+tgв '=-<££•'+--- ^------т

П*СОБ£

и в сагиттальном сечении: п

Рассмотрены частные случаи применения инвариатов наклона изображения, например, для случая малых углов наклона предмета и изображения 0, 0' получена зависимость.

в'=-*е+Е*

/ 2 2^

ит

п

ri*n

\

(5)

Для случая двух наклонных поверхностей, образующих клин с утлом при вершине 5, наклон изображения в2' после второй поверхности равен:

(6)

=

и зависит только от угла 5.

В работе получены аналитические выражения масштабов изображения в меридиональной и сагиттальной плоскости. Показано, что применение клина или системы клиньев приводит к неравенству масштабов изображения в меридиональной и сагиттальной плоскости Мга7=М«.

Для коррекции масштаба изображения в меридиональной плоскости, при которой масштабы в меридиональной и сагиттальной плоскостях равны Mm=Ms, предтожено для полевых лучей перед клиновой системой ввести цилиндрическую телескопическую систему

в меридиональной плоскости.

Введение телескопической цилиндрической системы позволяет изменить масштаб

изображения, суммарное значение которого

Таким образом, находим:

мТ=п(-0У——Ч (7),

^ a'b'cos6'

Найдепо значение Г, при котором МтТ - М„:

г_а'Ъ' cosfl' (8)

kaab cos в'

icose'm где к, = П

В-1 COS£„

коэффициент анаморфозы системы клиньев.

Показано, что введение телескопической цилиндрической системы в сходящемся ходе лучей приводит к возникновению разницы в положениях плоскости изображения в меридиональном и сагиттальном сечениях, что приводит к появлению продольного астигматизма.

Используя формулы параксиальной оптики, получены аналитическое выражение для продольного астигматизма:

г2

(9),

Где С2 - фокусное расстояние второй линзы телескопической системы

Из формулы видно, что астигматизм в^Ч пропорционален отрезку б. Это означает, что перемещая телескопическую систему вдоль оси относительно объекта, можно менять астигматизм.

В работе определены аналитические выражения для аберраций, возникающих при введении наклонных плоских поверхностей в сходящемся ходе лучей.

Учитывая, что оптическая система работает в лазерном излучении, рассмотрены только монохроматические аберрации наклонных поверхностей и их сочетаний - клиньев. Наклонные поверхности в сходящемся ходе лучей вносят, главным образом, две аберрации: астигматизм и кому.

Для астигматизма наклонной поверхности получено следующее выражение:

сов £

СОБ Е

и для частного случая тонкого клина ((1-0):

соэ2 с\ С052е\

(10),

(11).

Суммарный астигматизм, вносимый цилиндрической телескопической системой и клином, может- быть скомпенсирован выбором уг ла падения луча Е1 на первую поверхность клина.

В работе проведен анализ комы Sg' наклонной плоской поверхности, а также системы из наклонных плоских поверхностей, разделяющей две среды с показателями преломления п и п. Поперечная кома пропорциональна углу падения центрального луча е, расстоянию б от преломляющей поверхности до изображения и квадрату апертуры.

, 3 5И2£(гс'2-«3)

А —.

■'Я -

(12),

Получены аналитические выражения для суммарной комы Sg, для системы, состоящей из р наклонных поверхностей.

Для коррекции остаточной комы Sg'A (13), вносимой клиньями, предложено смещение линзы телескопической системы перпендикулярно оптической оси на величину I

где рг - увеличение второй линзы телескопической системы; А' задняя апертура второй

Для расчета оптической системы с бесконечно тонкими оптическими элементами использовалась методика расчета на основе разработанной теории, состоящая из следующих этапов:

1. Из формулы (6) выбирается угол 5, обеспечивающий 9'=0 при заданном 0.

2. Из формулы (8) определяем увеличение цилиндрической системы.

3. Из формулы (12) выбирается значение э, при котором кома, вносимая клином, минимальна.

4. Из формулы (13) выбираем смещение С второй линзы телескопической системы

для коррекции остаточной комы.

5. Остаточный астигматизм, вносимый телескопической системой из (9), и астигматизм клипа (11) взаимно компенсируются выбором угла падения б луча на клин.

С введением реальных толщин клиньев и линз телескопической системы уточняются

углы наклона клиньев е, Гтс, бнВ.

В качестве примера разработана и рассчитана оптическая схема (рис.3) с плоскостью предмета, наклоненной на угол 45° к оптической оси, и плоскостью изображения, расположенной нормально к оптической оси.

Приведена практическая оптическая система, которая выглядит следующим образом:

03),

линзы.

G

Л

' ' А"

Рис.3 Систем с коррекцией наклона изображения.

Оптическая система состоит из 1,2 - проекционной линзовой системы с увеличением р=-1 и телецептрическим ходом лучей в пространстве изображения, клинового корректора наклона изображения 5; и телескопической цилиндрической системы 3,4. Размер поля объектива в пространстве предмета 10x10 мм, А=0,05. Конструктивные параметры приведены в таблице 1. Расчетное значение среднеквадратической волновой аберрации менее 0,04Х. Конструктивные параметры оптической схемы (рис 3)

Таблица 1.

Радиусы поверхностей Толщины по оси Примечание

го s=-50,4 Предает наклонен на угол 0=45"

П=-1б,11 Г2=--22,75 г3=-129,36 г4=-51,42 Г5=Ю89,52 г6=-100,15 di=l 1,148 d2=3,606 d3=6,367 d,=2,256 d3=8,722 Объектив, поз. 1 Р=90мм

Г7=00 d6=! 13,24 d7=l 13,24 Апертурная диафрагма (АД) диаметр 9,03

rg=100,15 r9=-1089,52 ПО=51,42 гц=1293б ri2=22,75 Пз=16,И d8=8,722 d9=2,256 d10=6,367 di i=3,606 di2=l 1,148 Объектив поз.2 Г=90мм

П4=оо ns=104,0 dn=13,298 d,4=5,0 1-я цилиндрическая линза поз.З Р=-200,07мм

ri6=108,0 Г17=«) dI5=7,695 d16=5,0 2-я цилиндрическая линза поз .4 Г=207,77мм, смещение на £=14,8мм

Г18=00 diT=25,007 di«=25,0 1-я поверхность клина поз .5 9,=55,217°

Г19=СО 2-я поверхность клина поз.5 92—36,887°-угол клина при вершине

Г20=<» Изображение предмета 6'=0

Глава 4 диссертационной работы посвящена разработке и расчету оптической системы ГУФ объектива для фотоэлектрического микроскопа, разработке конструкции объектива и стенда для интерферометрического контроля качества изображения, изготовленных ОАО «ЛОМО» по техническому заданию "Applied Materials" (США).

Основные технические характеристики объектива: линейное поле предмета 2у х 2z = 7x7мм, апертура в пределах 0,15-0,25; Х=263нм, тубус - «о, телецентрический ход лучей в пространстве предмета и изображения, углы наклона предмета и изображения составляют 9=65° и 0'=0°, соответственно. Оптическая система объектива, разработапая согласно

принципам, приведенным в главе 3, показана на рис.4

Координаты выходного зрачка (рис.4) должны соответствовать следующим

значениям: Y(P')=122.15±0.2 мм, Z(F)=409.28±0.2 мм, «=90-0=25°, р=72.48°.

Таблица 2

Параметры

Эффективное фокусное расстояние

Оптическая дисторсия для края поля

для

чкх

N=1000мм"1 N-500MM"'

зоны

А (мер/саг)

ЧКХ для . N=500мм"1 N-250M"1

зоны В (мер/саг)

Заданное значение

37.5±0.6 %

0.4 %

Результаты испытаний

37,5

0 13

15 31

ЧКХ для

N=250mm"'

N-125MM1

зоны

(мер/саг)

ЧКХ для

N=125mm"'

N-62.5mm'1

зоны D (мер/саг)

Телецентричностъ в

объекта, (град)

пространстве

12

29

24 41.3

19 48

30 60

0,35%

0

44.5

19.8 15.2

14.4 36.3

38.5 63

27.4 49.6

57.8 81.6

30 60

30 60

±0.2

34.6 64.8

76.6 89.5

0.17

_—-——'--

Оптическая система состоит из следующих модулей.

1. Симметричная оптическая проекционная система (ПС) -1, работающая с увеличением р= -Iх и с телецентрическим ходом для главных лучей в пространствах предметов и изображений. Система ПС состоит из двух одинаковых четырехлинзовых объективов со сферическими поверхностями. ПС создает изображение наклонного объекта в наклонном же виде строго симметрично с целью переноса изображения для его дальнейшей обработки.

Между объективами в параллельном ходе лучей расположена фокусирующая

двухлишовая система, которая служит для компенсации сдвига плоскости предмета

вдоль оптической оси.

]

Рис. 4 а)оптическая схема и Ь) внешний вид объектива

2. Блок коррекции наклона (БКНИ) -2 промежуточного изображения. Блок БКНИ состоит из двух цилиндрических линз и двух оптических клиньев, децентрированных и наклоненных в плоскости Две цилиндрические децентрированные линзы и два клина служат для обеспечения перпендикулярности изображения к оптической оси и выравнивания масштаба изображения для всех точек предмета. Два клина были применены в связи с тем, что угол наклона оптической оси к плоскости предмета значителен.

3. Коллиматорный шестилинзовый объектив -3 с телецентрическим ходом главных лучей в пространстве предметов, проектирующий плоскость промежуточного изображения в бесконечность.

17

В диссертации приведены конструктивные параметры рассчитанной схемы. В частности, некоторые из них: передний отрезок 8=35,93; увеличение телескопической системы Г=0,93, Г| тс=-76,86, Г2 тс=83,23', угол при вершине первого клина §1=41°45', угол наклона к оптической оси 8]=18020'; угол при вершине второго клина 52=13°20'; угол наклона к оптической оси е2=20°40'; коллиматорный объектив с параметрами ?=37,5 мм, А=0,25.

Характеристики качества изображения изготовленного опытного образца приведены

в табл.2.

Разработана оригинальная конструкция БКНИ, представленная на рис.5., позволяющая обеспечить позиционирование элементов конструкции с точностью 0,01 мм по линейным и 20" по угловым координатам относительно друг друга, при размерах элементов до 40мм, достаточно легко юстировать элементы блока в процессе сборки и обладающая высокой стойкостью к температурным и механическим воздействиям в процессе эксплуатации. Оптическая система БКНИ включает в себя две цилиндрические линзы и два клина из КУ-1. Оптимальной конструкцией для наших условии является способ крепления оптических элементов на общем основании, выполненном из того же материала, что и элементы оптической системы. Для лучшего крепления элементов на основании используется фотополимеризующийся клей, что делает сборку данного узла высокотехнологичной: сразу после окончания юстировки клей иояимеризуется под воздействием УФ излучения.

Рис.5 Внешний вид БКНИ

Ввиду отсутствия коммерчески доступной приборкой базы, метрологии и методологии измерений в области глубокого УФ(ГУФ), в процессе изготовления и испытаний объективов были разработаны методы контроля основных оптических характеристик объектива:

18

качества изображения, дисторсии, телецентричности, величины и неравномерности пропускания. Для контроля качества изображения объектива предложен интерферометрический метод. Реализована оригинальная схема интерферометра (Рис.ба) для работы в ГУФ(около 250 нм). В качестве источника излучения использован твердотельный

Рис.6 а) Оптическая схема и б)внешний вид схемы контроля на основе интерферометра Майкельсона.

лазер с диодной накачкой, работающий с преобразованием в 4 гармонику, производства Photonics Industries International, 1пс(США). Схема контроля разработана на основе

19

интерферометра Майкельсона, т.к. применить схему на основе интерферометра Физо, было невозможно, ввиду малой длины когерентности твердотельных лазеров, работающих с преобразованием в 4-ю гармонику. Схема имеет ряд особенностей. Первой особенностью схемы является, то что интерферометр рассчитан для работы в ГУФ, вследствие чего оптическая схема интерферометра изготовлена из кварцевого стекла марки КУ-1, детали изготовлены с точностью не хуже Ш8=0,01Х, для рабочей длины волны, что более чем в два раза жестче, чем для стандартной длины волны контроля Х=632 нм. Второй особенностью разработанной интерферометрической схемы является возможность определения искажения волнового фронта, вносимого контролируемым объективом, как на оптической оси так и по всему полю зрения. Для этого в качестве отражающей поверхности используется набор пластин со сферическими отражателями. Аналитически доказано, что предложенный метод имеет ошибку на уроне* 0,01). и может использоваться для контроля

качества объективов по всему полю.

Показано, что значения ЧКХ с высокой точностью могут быть рассчитаны по

результатам измерений волновой аберрации.

Получены результаты измерений изготовленных опытных образцов оптической системы с коррекцией наклона изображения. Практические результаты подтверждают расчетные значения.

Заключение

1. Проведен анализ параметров оптических систем, необходимых для контроля поверхностных фотолитографических дефектов, на основании которого определены требования к параметрам оптической системы контроля качества поверхности кремниевой подложки при изготовлении интегральных схем.

2. Разработаны базовые модели и проведет расчеты высокоапертуриых широкопольных зеркально-линзовых и линзовых объективов с апертурой до 0,95, установленных по нормали к плоскости объекта, работающих косыми пучками.

3. Впервые разработана методика построения оптических систем с коррекцией наклона изображения. Разработана комплексная математическая модель коррекции наклона изображения в оптических системах.

4. Впервые аналитически получены инварианты наклонов меридионального и

сагиттального изображений.

5. Аналитически показано, что при наличии телецентрического хода лучей наклонные плоские поверхности, образующие клинья, и телескопическая цилиндрическая система, установленные в сходящемся ходе лучей, обеспечивают коррекцию наклона и масштаба изображения.

6. Разработан оригинальный метод контроля объективов, работающих в глубоком ультрафиолете, позволяющий с точностью 0,0IX измерить разрешающую способность по всему полю объектива.

7. Изготовлены и исследованы объективы с коррекцией наклона изображения, работающие в глубоком ультрафиолете.

8. Полученные научные и технические решения внедрены в серийное производство.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Полищук Г.С. Искажения волнового фронта при изменении положения плоскости интерферограммы.// «Научно-технический вестник» №38,2007, С.72-76

2. Полищук Г.С.; Сокольский М.Н. Коррекция наклона изображения в оптических системах// «Оптический журнал» том 75, №7,2010, С. 35-40.

3. Патент №58230 Лапо Л.М., Сокольский М.Н., Полшцук Г.С., Объектив фотоэлектрического микроскопа для УФ области спектра с тубусом бесконечность, Россия, 2006

4. Патент №2305857 Лапо Л.М., Совз, И.Е., Сокольский М.Н., Полищук Г.С., Трегуб В.П., Объектив с телецентрическим ходом лучей, Россия, 2006

5. Патент №2328022 Ссвз И.Е., Сокольский М.Н., Полищук Г.С., Трегуб В.П. Объектив с вынссепныы входным зрачком, 2006

Тиражирование и брошюровка выполнены в учереждении «Университетские телекоммуникации» 197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул.,14 Тел.(812)233 46 69, Объем 1,0 у.п.л. Тираж 100 экз.

Введение.

ГЛАВА 1. Микроэлектроника и наноэлектроника.

1.1 Полупроводниковая электроника.

1.2 Фотолитография.

1.3 Дефекты при проведении процесса фотолитографии.

1.4 Методы и средства контроля.

1.4.1 Разрешение оптического микроскопа.

1.4.2 Способы освещения объекта

1.4.3 Методы наблюдения.

1.5 Выводы.

ГЛАВА 2. Центрированные светосильные широкоугольные системы.

2.1 Определение границ минимального значения апертуры объектива для выполнения условия обнаружения дефектов.

2. 1. 1 Апертура объектива А.

2. 1. 2 Расчет оптической системы.

2.2 1-я концепция.

2.2.1 Зеркально-линзовый объектив.

2. 2. 2 Линзовый объектив А=0,91,.

2. 2. 2. 1 Система с внутренней апертурной диафрагмой 0120мм.

2. 2. 2. 2 Система с внутренней апертурной диафрагмой 0132мм.

2.3 2-я концепция.

2. 3. 1 Система с вынесенным входным зрачком.

2. 3. 2 Система с вынесенной апертурной диафрагмой А=0,95.

2. 3. 3 Пример сравнения разрешения оптической системы с использованием полной или частичной апертуры со смещённым положением входного зрачка.

2. 3. 3. 1 Центрированное положение зрачка А=0,92.

2.3.3.2 Использование смещенного зрачка А=0,25.

2.3.3.3 Использование смещенного зрачка А=0,12.

2. 4 Выводы.

ГЛАВА 3. Оптическая система с коррекцией наклона изображения.

3.1 Плоская поверхность, разделяющая две среды и установленная наклонно к оптической оси.

3.1.1 Инварианты наклонов меридионального и сагиттального изображения.

3.1.2 Частные случаи применения инвариантов наклона изображения.

3.1.2.1 Предмет АВ параллелен наклонной плоскости, разделяющей среды с показателями преломления п и п'.

3.1.2.2 Случай малых углов, для которого tg£:=£,

§в=0, со88=1.

3.1.3 Наклон изображения, вносимый клином в плоскости главного сечения.

3.1.4 Масштаб изображения в оптической системе с наклонными поверхностями.

3.2 Аберрации наклонных плоских поверхностей в сходящемся ходе лучей.

3.2.1 Астигматизм наклонной поверхности.

3.2.2 Кома наклонной поверхности.

3.2.3 Кома для наклонных т-поверхностей тонкой системы.

3.2.4 Коррекция комы, вносимой призмой, установленной в сходящемся ходе лучей.

3.2.5 Коррекция комы с применением дополнительной призмы.

3.2.6 Коррекция комы, вносимой призмой в сходящемся ходе лучей, децентрировкой линзового компонента.

3.3 Выводы к главе 3.

Глава 4 Разработка и исследование объектива с коррекцией наклона изображения фотоэлектрического микроскопа для исследования фотолитографических дефектов.

4.1 Основные параметры объектива.

4.2 Оптическая схема объектива.

4. 3 Конструкция оптической системы с коррекцией наклона изображения.

4. 4 Конструкция узла БКНИ.

4. 5 Методики и схемы контроля.

4. 6 Анализ погрешностей вносимых контрольной схемой.

Актуальность работы

Основной тенденцией современной микро и наноэлектроники является уменьшение технологической нормы (ТН), т.е. размера элементарного элемента, при увеличении объема производства. С 1979г по 2009г ТН уменьшилась с 3 мкм до бОнм, а размер одиночного электрически активного дефекта уменьшился до ЗОнм. За те же 30 лет, вследствие необходимости увеличения производительности, диаметр подложки, представляющей собой кремниевую пластину, на которой коллективным способом создаются микрочипы, увеличился с 50 мм до 300 мм.

Главным технологическим процессом, обеспечивающим производство микрочипов, является фотолитография.

Основным типом дефектов, определяющим выход годных изделий, стали случайные поверхностные дефекты, которые контролируются оптическими системами.

Вследствие выше сказанного изготовители оборудования для производства микроэлектроники были вынуждены создавать специальные микроскопы для контроля поверхностных фотолитографических дефектов, и с течением времени, перейти от работы в видимом спектре излучения к работе в области глубокого ультрафиолета (ГУФ), от прямого наблюдения дефектов оператором, до сложной оптической фильтрации и математического анализа изображения.

В литературе представлены работы С. Авакова, Г. Ковальчука, С. Русецкого, Е. Титко (Беларусь), посвященные вопросам создания алгоритмов и оборудования оптического контроля фотолитографических дефектов. Однако описанные в работах системы контроля дефектов позволяют обнаруживать одиночные дефекты размером от 90 нм, что не соответствует требованиям современного фотолитографического процесса.

Таким образом, разработка оптических систем микроскопов контроля поверхностных фотолитографических дефектов с размером от 30 нм является актуальной задачей, решение которой позволяет обеспечить возможность производственного процесса микросхем.

Одним из приемов оптической фильтрации изображения является наблюдение подложки под разными ракурсами. В большинстве случаев, когда необходимо исследование объекта под разными углами наблюдения, специалисты проводят данные исследования последовательно. Однако, скорость контроля поверхностных фотолитографических дефектов подложки должна быть не менее 3-х пластин в час или 0,2 м /час. Это можно обеспечить только созданием оптической системы, позволяющей одновременно наблюдать объект под разными углами.

Возможны два типа такой системы: высокоапертурный широкопольный объектив, расположенный по нормали к плоскости объекта и работающий косыми пучками, либо объектив, оптическая ось которого расположена под углом к поверхности объекта с коррекцией наклона изображения.

Целями данной диссертационной работы являются: определение принципиальных оптических схем объективов микроскопов для контроля в фотолитографии; исследование основных характеристик дифракционно-ограниченных оптических систем, в которых оптическая ось рабочего пучка установлена наклонно к плоскости объекта, включая высокоапертурные широкопольные объективы и оптические системы с коррекцией наклона изображения, а также анализ формирования изображения в фотолитографических системах оптического контроля.

В связи с этим необходимо было решить следующие основные задачи:

1. Провести анализ параметров оптических систем, необходимых для контроля поверхностных фотолитографических дефектов.

2. Разработать и обосновать модели дифракционно-ограниченных оптических систем, удовлетворяющих требованиям систем контроля дефектов фотолитографии.

3. Разработать базовые модели и провести расчеты высокоапертурных широкопольных объективов.

4. Разработать методику построения оптических систем с коррекцией наклона изображения.

5. Провести математическое моделирование оптической системы с коррекцией наклона изображения.

6. Разработать аппаратуру для контроля оптических систем с коррекцией наклона изображения, работающих в глубоком ультрафиолете.

7. Провести экспериментальное исследование оптической системы с коррекцией наклона изображения.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Принципы построения высокоапертурных объективов, установленных по нормали к плоскости объекта и работающих косыми пучками.

2. Оптические системы высокоапертурных широкопольных объективов.

3. Инварианты наклонов меридионального и сагиттального изображений.

4. Теоретические основы коррекции наклона изображения.

5. Метод контроля волновых аберраций с точностью 0,01-Ю,02А. по всему полю объективов, работающих в ГУФ.

Научная новизна диссертации

В диссертационной работе обобщены результаты научных исследований и практических разработок, направленных на создание базовых моделей высокоапертурных широкопольных объективов, работающих в ГУФ области 7 спектра, с оптической осью расположенной по нормали к плоскости объекта и работающих косыми пучками, а также объективов с наклонно расположенной оптической осью и коррекцией наклона изображения.

1. Сформулированы принципы построения высокоапертурных оптических систем для оптимальной конструкции схемы на основе компенсации и балансировки аберраций III порядка с использованием апланатических поверхностей.

2. Показано, что в оптических системах (зеркальных или линзовых) с диафрагмой, расположенной внутри объектива, нет места для установки масок, повышающих возможность обнаружения дефектов. Длина системы доходит до 300 мм и диаметр оптических деталей около 200мм.

3. Доказано, что система с вынесенной апертурной диафрагмой позволяет установить маски, но при этом существенно усложняется система и в три раза увеличивается ее длина.

4. Аналитически показано, что при наличии телецентрического хода лучей наклонные плоские поверхности, образующие клинья, и телескопическая цилиндрическая система, установленные в сходящемся ходе лучей, обеспечивают коррекцию наклона и масштаба изображения.

5. Получены инварианты наклона изображения, выведены формулы для аберраций комы и астигматизма и рассмотрены способы их коррекции. Приведен расчет оптической системы с коррекцией наклона изображения, иллюстрирующий теоретические исследования.

6. Разработана методика расчета оптических систем с коррекцией наклона изображения.

Практическая ценность работы

1. Предложены и разработаны оптические системы зеркальнолинзовых и линзовых высокоапертурных широкопольных монохроматических объективов фотоэлектрических микроскопов, с вынесенной апертурной диафрагмой (АД) и АД расположенной внутри объектива.

2. Предложена методика расчета оптических систем с объективом, установленным наклонно к объекту, с коррекцией наклона изображения.

3. Проведено проектирование, моделирование и оптимизация оптической системы объектива, установленного наклонно к объекту, с коррекцией наклона изображения.

4. Впервые изготовлены объективы с оптической осью, наклоненной к объекту, и изображением, перпендикулярным оптической оси, и поставлены на серийное производство с литерой Ol.

5. Разработано оборудование для контроля параметров разрабатываемой схемы.

6. Получены практические результаты измерений разработанной схемы.

7. Разработана оптическая система со следующими параметрами: a. Угол между плоскостью предмета и оптической осью объектива а=25°. b. Объектив с тубусом бесконечность, состоящий из проекционной системы с увеличением -1, и дополнительного объектива, работающего с конечного расстояния на бесконечность. Эквивалентное фокусное расстояние всей системы f=37,5 мм с отклонением в меридиональном и сагиттальном сечениях менее 0,5%. c. Поле объектива 9,9(7x7) мм и числовая апертура 0,25. d. Среднеквадратичная деформация волнового фронта (RMS) менее 0,1 X в центре и не более 0,35 X по всему полю. е. Отклонение от телецентричности главных лучей в пространстве предмета не более ±0.2° 8. Разработана аппаратура контроля волновой аберрации с погрешностью измерения порядка 0,01-Ю,02À, по полю оптической системы, работающей в ГУФ, с последующим расчетом ЧКХ по результатам измерений.

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на следующих международных и российских конференциях: XXXVI Научная и учебно-методическая конференция профессорско-преподавательского и научного состава 30 Января - 02 Февраля 2007 г., Санкт-Петербург, всероссийская студенческая олимпиада по прикладной механике, 02 - 05 Апреля 2007г., Санкт-Петербург; V Всероссийская межвузовская конференция молодых ученых, 15 - 18 Апреля 2008, Санкт-Петербург; XXXVII Научная и учебно-методическая конференция СПбГУ ИТМО, 29 Января - 01 Февраля 2008, Санкт-Петербург; XXXVII Научная и учебно-методическая конференция СПбГУ ИТМО, 29 Января - 01 Февраля 2008, Санкт-Петербург.

Материалы диссертации использовались на ОАО «JIOMO» при разработке оптической системы микроскопа контроля поверхностных фотолитографических дефектов по техническому заданию фирмы «Applied Materials»(CUIA), что подтверждают акты внедрения. По теме диссертации опубликовано 6 работ из них 3 статьи в изданиях, находящихся в перечне ВАК и 3 патента РФ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 56 наименований и 5 приложений, содержит 188 страниц основного текста, 91 рисунок и 4 таблицы.

3.3 Выводы к главе 3

1. Впервые разработана методика построения оптических систем с коррекцией наклона изображения.

2. Впервые аналитически получены инварианты наклонов меридионального и сагиттального изображений, выведены формулы для аберраций комы и астигматизма и рассмотрены способы их коррекции. Приведен расчет оптической системы с коррекцией наклона изображения, иллюстрирующей теоретические исследования.

3. Аналитически показано, что при наличии телецентрического хода лучей наклонные плоские поверхности, образующие клинья, и телескопическая цилиндрическая система, установленные в сходящемся ходе лучей, обеспечивают коррекцию наклона и масштаба изображения.

4. Разработана комплексная математическая модель коррекции наклона изображения в оптических системах.

Глава 4 Разработка и исследование объектива с коррекцией наклона изображения фотоэлектрического микроскопа для исследования фотолитографических дефектов.

Как уже упоминалось в главе 1, системы автоматизированного контроля фотолитографических дефектов проводят последовательное сканирование поверхности кремниевой пластины, представляющей собой круг диаметром 300мм. При этом оптическая система подобного прибора состоит из системы формирования изображения поверхности и дальнейших устройств обработки изображения: поляризационных, фазовых и интерференционных методов обработки[47,48]. Также как и в классической микроскопии, первичная система формирует параллельный пучок, пригодный для последующей обработки (микроскоп с тубусом бесконечность)[49,50]. Однако, в этом случае, первичная оптическая система дополнительно должна скорректировать угол наклона плоскости изображения относительно оптической оси и аберрации, возникшие при этом[51].

В данной главе рассматривается разработка и исследование объектива фотоэлектрического микроскопа для контроля фотолитографических дефектов кремниевых пластин, установленных под углом к оптической оси микроскопа, с коррекцией наклона изображения объекта.

4.1 Основные параметры объектива.

1. Угол между плоскостью объекта аЬ и оптической осью объектива 25°, или 0 = 65° (рис. 4. 1).

2. Рабочий спектральный диапазон: X ±АХ = 263,25 + 0,20 нм

3. Линейное поле зрениямаксимальное 2у х 2х= 7 х 7мм2 (аЬ = 7 мм), состоит из 4-х зон с разными апертурами (рис. 4. 2).

4. Апертуры: А = 0,25 для зоны А поле 1,25 х 1,25 мм

А = 0,25 для зоны В поле 2,5 х 2,5 мм А = 0,20 для зоны С поле 5x5 мм2 2

А = 0,15 для зоны Б поле 7 х 7 мм (рис.4.2)

Рис.4.1 Наклон объекта относительно нормали N к оптической оси объектива.

А В х

С Б

Рис. 4. 2 Поле зрения по зонам

5. Изображение наклонного объекта должно быть перпендикулярно оптической оси : 0' = 0.

6. Отношение геометрических размеров изображения и объекта: 2у'2х'

-= 1 ± 0,004 для всех точек поля.

2у2х

7. Телецентрический ход главных лучей в пространстве объекта и изображения. Отклонение от телецентричности в пространстве изображения + 0,2°.

8. Качество изображения: значения ЧКХ на частотах и: Зона А: 1/мм мерид. /сагитт.

1000 0/20 500 13/31

Зона В:

500 12/30

250 30/41

250 25/30

125 50/60

125 30/30

62,5 60/60

9. Эквивалентное фокусное расстояние всей системы: 37,5 мм.

4.2 Оптическая схема объектива

Объектив построен по принципиальной оптической схеме, приведённой на рис 4.5. Блок схема объектива показана на рис.4.3 [52].

Зона С:

Зона Б:

Рис.4.3 Блок схема объектива Объектив состоит из проекционной системы (ПС) 1а, 1Ь с увеличением -1х, состоящей из двух одинаковых 4-хлинзовых компонентов, у которых задний фокус компонента 1а совмещён с передним фокусом компонента 1Ь и с апертурной диафрагмой, а предмет и изображение расположены в фокальных плоскостях компонентов. Это обеспечивает телецентрический ход главных лучей в пространстве предмета и изображения. В параллельном ходе лучей между компонентами устанавливается двухлинзовая система 2 фокусировки объекта.

Коррекция наклона изображения осуществляется блоком коррекции наклона изображения (БКНИ)- 3. принцип его построения описан в главе 3. Он состоит из призменной системы и телескопической цилиндрической системы. БКНИ осуществляет наклон изображения а'Ь', делая угол 0' = 0.

Коллиматорный объектив 4, передняя фокальная плоскость которого совмещена с а'Ь', обеспечивает тубус бесконечность всей системы.

В обратном ходе лучей коллиматорный объектив[53], выполненный из кварцевого стекла, состоит из трёх узлов I, II , III, каждый из которых выполнен из двух одиночных линз, оптические силы которых удовлетворяют условиям: р, + <рн < 0,064,

Рт =(1-1ДЖ = (0,3 ч-0,4)/р, где (р I, (рц (рш - оптические силы узлов I, II, III соответственно; (р - оптическая сила всего объектива; ¿/-расстояние между I и III узлами.

При этом в первом оптическом узле первая линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к объекту, втора линза - в виде двояковыпуклой, оптические силы линз ф п ф12 удовлетворяют условию: <рп = -(1,5 + 1,65 )(р\ (рп = (0,5 ч- 0,65 )(р.

Второй оптический узел выполнен из двух одиночных отрицательных менисков, обращенных выпуклостями друг к другу, с оптическими силами: <ра, =-(0,02- 0,2)ср- (рП1 = -(0,5 0,6)<р.

Третий оптический узел выполнен из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, с оптическими силами: (Рип =<Р\<Ршг =(0,12-0,2)<р.

Оптические узлы I и II образуют систему, близкую к афокальной телескопической системе типа Галилея с увеличением около -1х. Данная система переносит передний фокус узла III, с которым совмещён входной зрачок, в пространство перед объективом на расстояние более 0,5 fгде f' -фокусное расстояние объектива, и одновременно коррегирует аберрации III узла. Т.о. в объективе зрачок вынесен на расстояние более 0,5 f ' перед первой поверхностью, а плоскость изображения бесконечно удалённого объекта расположена на расстоянии 0,5 + 0,6 f' от последней поверхности объектива.

Оптическая схема объектива, его конструктивные параметры, графики аберраций и характеристики качества изображения: RMS, ЧКХ приведены в приложении 4.1

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведен анализ параметров оптических систем, необходимых для контроля поверхностных фотолитографических дефектов, на основании которого определены требования к параметрам оптической системы контроля качества поверхности кремниевой подложки при изготовлении интегральных схем.

2. Разработаны базовые модели и проведены расчеты высокоапертурных широкопольных зеркально-линзовых и линзовых объективов с апертурой до 0,95, установленных по нормали к плоскости объекта, работающих косыми пучками.

3. Впервые разработана методика построения оптических систем с коррекцией наклона изображения. Разработана комплексная математическая модель коррекции наклона изображения в оптических системах.

4. Впервые аналитически получены инварианты наклонов меридионального и сагиттального изображений.

5. Аналитически показано, что при наличии телецентрического хода лучей наклонные плоские поверхности, образующие клинья, и телескопическая цилиндрическая система, установленные в сходящемся ходе лучей, обеспечивают коррекцию наклона и масштаба изображения.

6. Разработан оригинальный метод контроля объективов, работающих в глубоком ультрафиолете, позволяющий с точностью 0,0 IX измерить разрешающую способность по всему полю объектива.

7. Изготовлены и исследованы объективы с коррекцией наклона изображения, работающие в глубоком ультрафиолете.

8. Полученные научные и технические решения внедрены в серийное производство.

1. Федоров Я.А. и Г. Поль Фотолитография и оптика М, Советское радио, 1974.

2. Wolf S. Silicon Processing for the VLSI Era. Vol. 2 Process IntegrationLattice Press: Sunset Beach, CA, USA, 1990.- 752 p.

3. Чуриловский В.H. Теория оптических приборов. JL, Машиностроение, 1966. - 564 с.

4. Скворцов Г.Е., Панов В.А. и др. Микроскопы. Л., Машиностроение, 1969.-512с.

5. Панов В.А. Андреев Л.Н. Оптика микроскопов. Л., Машиностроение, 1976. -432с

6. Byoung-Ho Lee, Dong-Chul Ihm, Jeong-Ho Yeo, Yael Gluk, and Doron Meshulach. Polarization control for enhanced defect detection on advanced memory devices" Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XX Chas N. Archie SPIE #6152 2006

7. O.Luke Lin and Maggie Cheng, Timothy Han Detecting and classifying DRAM contact defects in real time Micromagazine , September 2003

8. Fryer, David; Singh, Vivek; Muray, Andrew; Dhoot, Sushil; Sivakumar, Sam. Defect Marginality Screen for Resists Patterned in Random Bright Field Layout. Proceedings of SPIE—Volume 6153, Advances in Resist Technology and Processing XXIII, March 2006

9. Dlugan, A.L.P., et al. "Improvements to quantities microscopy through the use of digital micromirror devices," Proc. SPIE 3221, pp. 6-11, 2000. cited by other.

10. Hanley, Q.S., et al., An optical sectioning programmable array microscope implemented with a digital micromirror device, Journal of Microscopy, vol. 196, Pt.3;1999; pp. 317-331. cited by other.

11. Wagner, E.P., "Construction and Evaluation of a Visible Spectrometer Using Digital Micromirror Spatial Light Modulation", Applied Spectroscopy, vol. 49, No. 11, pp. 1715-1719, 1995. cited by other.

12. Dudley, D. et al., "Emerging Digital Micromirror Device (DMD) Applications", Texas Instruments, Inc., pp. 10, publicly available not later than Sep. 29, 2004. cited by other.

13. Hornbeck, L., "Digital Light Processing.TM.: A New MEMS-Based Display Technology", Texas Instruments, pp. 18, publicly available not later than Sep. 29, 2004. cited by other.

14. Winston, A. Saunders , et al., "Wafer Inspection With A Customized Reflective Optical Channel Component" U.S. Appl. No. 10/956,288, Confirmation No. 7041, filed Sep. 30, 2004, Final Office Action dated Jul. 28, 2006, pp. 1-12. cited by other.

15. Dudley, D., et al., "Emerging Digital Micromirror Device (DMD) Applications", SPIE Proceedings, vol. 4985;2003, pp. 12, DLP Texas Instruments, Inc., Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, cited by other.

16. Liang, M., et al., Cofocal pattern period in multiple-aperture confocal imaging systems with coherent illumination, Jun. 1, 1997, Optics Letter, vol. 22, No. 11, pp. 751 -753. cited by other.

17. Korengut D., Cohen В., Guetta A. Inspection system with oblique viewing, patent, W02004/031753A1, USA, 2004

18. Марешаль А., Франсон И. Структура оптического изображения М, Мир, 1964, 295стр.

19. Слюсарев Г.Г. О возможном и не возможном в оптике. Изд.3-е М., Издательство физико-математической литературы, 1960 - 189с.

20. Панов В.А., Андреев JI.H. Оптика Микроскопов JI, Машиностроение, 1976, 430стр.

21. Слюсарев Г.Г. Методы расчета оптических систем JI, Машиностроение, 1969, 670стр.

22. Зб.Чуриловский В.Н. Теория оптических систем Л, Машиностроение, 1968, 380стр.

23. Лапо Л.М., Сокольский М.Н., Полищук Г.С. Объектив фотоэлектрического микроскопа для УФ области спектра с тубусом бесконечность Патент РФ №58230

24. Ландсберг Г.С. Оптика, издание второе Л., ОГИЗ, 1947.- 631с.

25. Бегунов Б.Н. Трансформирование оптических изображений М. Искусство. 1965г. 232 с.

26. Русинов М. М. Композиция нецентрированных оптических систем / Серия "Выдающиеся ученые ИТМО". СПб: СПБГУ ИТМО, 2004. -250 с.

27. Русинов М.М. Юстировка оптических приборов. М., «Недра», 1969 г.

28. Зверев В.А., Точилина Т.В. Основы оптотехники СПб, СПбГУ ИТМО, 2005 -293с.

29. Г.Г. Слюсарев. Апланатические системы призм. ДАН, 1933 стр. 15-24

30. Шредер Г., Трайбер X. Техническая оптика М. Техносфера, 2006 -424с.

31. Сокольский М.Н. Допуски и качество оптического изображения Л., Машиностроение, 1989.-221с.

32. Родионов С.А. Автоматизация проектирования оптических систем Л., Машиностроение, 1982, 270стр.

33. Егорова О.В. Техническая микроскопия М., Техносфера, 2007 - 360с.

34. Ган М.А. Моделирование на ЭВМ процесса топографической коррекции аберраций оптических систем. Оптика и спектроскопия, 1976, т. 41, в.4, с.652-689

35. Под редакций Панова В. А. Справочник конструктора оптико-механических приборов, издание третье Л., Машиностроение, 1980 -742с.

36. Пер. А.Г. Производство Оптико-Механических приборов -М., Издательство оборонной промышленности, 1959 338с.

37. Русинов М.М. Несферические поверхности в оптике М., Недра, 1965 -195с.

38. Полищук Г.С., Сокольский М.Н. Коррекция наклона изображения в оптических системах -СПб, Оптический журнал, том 75, 2008 год, № 7, стр.35-40.

39. Совз И.Е., Сокольский М.Н, Трегуб В.П., Полищук Г.С. Объектив с вынесенным входным зрачком Патент РФ №2328022

40. JIano Л.М., Совз, И.Е., Сокольский М.Н., ТрегубВ.П., Полищук Г.С. Объектив с телецентрическим ходом лучей Патент РФ №2305857

41. Под. Редакцией Малакары Д. Оптический производственный контроль М., Машиностроение, 1985 - 400с.

42. Полищук Г.С. Искажения волнового фронта при изменении положения плоскости интерферограммы СПб, Научно-технический вестник, №38, 2007, стр.72-76.

43. ОБЪЕКТИВ С КОРРЕКЦИЕЙ НАКЛОНА ИЗОБРАЖЕНИЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МИКРОСКОПА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ФОТОЛИТОГРАФИЧЕСКИХ ДЕФЕКТОВ.

44. Фокусное расстояние, мм ГХ2=-37.53 ГУг=-34.65

45. Положение входного зрачка, мм -20069.40

46. Положение выходного зрачка, мм 18.00

47. Координаты вых.зрачка в глобальной системе координат, мм: У50=-62.135, 25о=422.75, а=42.50°

48. Положение вых. зрачка относительно пл. предмета, мм а=409.40, в=122.34

49. Спектральные характеристики Длины волн, мкм Отн-ные веса 0.2632500 1.0000 главная 0.2632325 0.5000 0.2632675 0.5000

50. Рис. Схема оптики объектива

51. КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫпов. Радиусы кривизны Расстояни я по оси Световые высоты Стрелки прогиба Оптическ ие среды Децентрировка пов.

52. Смеще ние по оси У мм Наклон отн. оси X градусы

53. Пл. предмета 0 плоскость 35.9304* 3.7997 8.1485 -65.00

54. Фокусирующа я линза 9 плоскость 5.0000 17.3715 0.0000 РБИЛСА10 299.9000 9.6000 17.1658 0.4917

55. Апертурная диафрагма 11 плоскость 9.6000 16.9040 0.0000

56. Фокусирующа я линза 12 -299.9000 5.0000 17.0936 0.4875 Р81ЫСА13 плоскость 73.8500 17.2710 0.0000

57. Б К Н И (3 ) 22 плоскость 5.9000 7.7783 0.0000 ^БИЛСА 0.07 -1.166667

58. Цилиндр, пов 23 38.5000 6.4200 7.0815 0.6569

59. Пл. изображения 30 плоскость 21.2580* 4.9505 0.0000 -5.0408 -12.336144

60. Пл.выходного зрачка 43 плоскость 9.0587 0.0000-размеры для юстировки.

61. Аберрации и характеристики качества изображения рассчитаны в фокальной плоскости идеальной параксиальной линзы Г=37.5мм, установленной в плоскости выходного зрачка системы.1. V ' М !1. МГ- L.OT 4.СМмм