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。

调焦调平传感器是光刻机关键分系统之一,用于曝光前对硅片高度形貌进行测量。投影光学系统是调焦调平传感器的核心,其成像质量直接影响传感器测量精度。根据调焦调平传感器的测量原理与像差理论,分析得到投影光学系统放大倍率、畸变、远心度和分辨率对调焦调平系统测量精度的影响规律。为此,优选反射式投影光学系统设计方案,该方案具有结构简单、无色差,畸变小等特点,并利用ZEMAX软件进行设计优化和公差分析,所设计系统工作波长为600~1000 nm,放大率为1.000,视场3 mm×26 mm范围内弥散斑均方根半径小于0.189 μm,调制传递函数为0.74@33 lp/mm,最大畸变为0.0008%,远心度为0.04 mrad。结合目前光机制造和装配能力可知,用于光刻调焦调平的反射式光学投影系统设计可工程实现。

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。

作为纳米位移测量技术领域的关键解决方案之一，干涉型光栅位移测量系统具有高精度、高分辨率、小体积的特点。干涉型光栅位移测量系统中采用的干涉光来自光栅的衍射，所以系统对光栅的偏摆角度较为敏感，装调难度大。为此，研制了一种对称式双光栅干涉位移测量系统，基于光学多普勒频移效应和圆偏振光干涉等原理实现高精度位移测量，系统对位公差小，装调简便。性能测试结果表明，该系统的实测分辨率为0.8 nm，重复性为1.4 nm；在1~14.5 μm的位移范围内校正前系统测量精度为15.4 nm，采用系统运动轨迹误差校正后精度为5.5 nm，进一步采用周期性误差校正后精度达到1.4 nm。

随着半导体制造步入1x nm技术节点时代，光刻机中的对焦控制精度需要达到几十纳米。在纳米精度范围内，硅片上的集成电路（IC）工艺显著影响调焦调平系统的测量精度。基于实际的调焦调平光学系统模型和三角法、叠栅条纹法测量原理，建立工艺相关性误差模型。研究表明，工艺相关性误差主要来源于测量光在光刻胶涂层内部的多次反射。选取3种光刻胶仿真分析发现，不同光刻胶的工艺相关性误差随光刻胶厚度的变化趋势相同，随测量光入射角（45°~85°）的增大而减小。在实验验证平台上分别测量7种工艺硅片，实验测量值与理论模型计算值差异统计平均值小于6 nm。结果表明，光刻机中调焦调平系统的测量光有必要采用大入射角度，同时提高光刻胶的涂胶均匀性，以减少工艺相关性误差。

随着半导体制造步入1x nm技术节点时代，调焦调平系统的测量精度达到几十纳米。在纳米尺度范围内，集成电路（IC）工艺对调焦调平测量精度的影响很大。提出一种基于光学三角法和叠栅条纹法的调焦调平测量技术，利用空间分光系统将两组位相差为π的叠栅条纹同时成像到两个探测器上，通过归一化差分的方法计算硅片高度，可有效降低调焦调平测量技术对IC工艺的敏感度，尤其是IC工艺导致的光强变化的敏感性。实验结果表明，该系统测量重复性精度为8 nm（3σ），线性精度为18 nm（3σ）。当测量光强变化达90%时，该测量技术引起的线性精度变化为15 nm（3σ）；当光强变化为65%时，线性精度变化小于1 nm（3σ）。

本文采用双光子激发的方法对NO分子的里德伯态H~(′2)П~-进行了研究。测量了它的荧光发射谱,搞清了它的主要跃迁通道。

本文采用激光双光子激发的方法对NO分子的里德伯态H'2Ⅱ-(v=1,2)进行了研究,得到了该能级的光谱常数;观测到了H12Ⅱ-与非里德伯态B2Ⅱ之间的相互作用现象,并计算出了相应的转动能级位移;研究了H12Ⅱ-能级的主要荧光跃迁通道。