Original title: Interferometrický odměřovací systém pro elektronový litograf
Translated title: Interferometric measurement system for cost effective e-beam writer
Authors: Řeřucha, Šimon ; Šarbort, Martin ; Lazar, Josef ; Číp, Ondřej
Document type: Papers
Conference/Event: Laser54, Třešť (CZ), 2014-10-29 / 2014-10-31
Year: 2014
Language: cze
Abstract: [cze] [eng]
Spolehlivost zápisu rozsáhlých struktur pomocí elektronového litografu je do velké míry závislá na přesném řízení polohy posuvného stolku se substrátem. Typicky je pro tuto úlohu využíváno optického odměřování pomocí laserových interferometrů, které poskytuje požadovanou úroveň přesnosti. Této přesnosti dosahuje za cenu využití složité optické sestavy, která díky nárokům na přesnost a robustnost v důsledku představuje netriviální navýšení ceny elektronového litografu jako výsledného produktu. V rámci spolupráce jsme se zaměřili na návrh a ověření optimalizovaného měřicího systému, který poskytne srovnatelnou přesnost a zároveň bude robustnější a cenově efektivnější. Jádrem optimalizace je v zásadě přesun zpracování interferenčního signálu z optické oblasti do oblasti výpočetní. V našem případě se jedná zejména o využití alternativní interferometrické detekční techniky, která využívá kontinuálně frekvenčně modulovaný laserový zdroj v kombinaci se zjednodušeným optickým systém. Výstupem optické soustavy je v obou případech dvojice fázových signálů, které v kvadraturní formě reprezentují hodnotu interferenční fáze. Požadavky na odměřovací systém jsou následující: nejistota měření menší než 2,5 nm, rozsah měření 100 mm, odezva systému 10 kHz. Navíc je vyžadováno využití jiné než viditelné vlnové délky z důvodů interference se scintilátory litografu. Pro účely ověření metody je použita optická sestava. Jako zdroj je využit kompaktní laserový modul RIO Orion (Rio Redfern Integrated Optics Inc.), založený na stabilizované DFB diodě, frekvenčně modulovaný změnou čerpacího proudu. Výstup z interferometrické sestavy je snímán dvěma detekčními systémy: jedním je standardní homodynní detekce, druhým je nová testovaná metoda. Toto uspořádání umožňuje srovnat vyhodnocení různými detekčními technikami a přitom, díky sdílené optické trase, eliminovat vnější vlivy, které mohou mít na přesné vyhodnocení výrazný vliv. The reliability of nanometer track writing in the large scale chip manufacturing process depends mainly on a precise positioning of the e-beam writer moving stage. The laser interferometers are usually employed to control this positioning, but their complicated optical scheme leads to an expensive instrument which increases the e-beam writer’s manufacturing costs. We present a new design of an interferometric system useful in a currently developed cost effective e-beam writers. Our approach simplifies the optical scheme of known industrial interferometers and shifts the interference phase detection complexity from optical domain to the digital signal processing part. Besides the effective cost, the low number of optical components minimizes the total uncertainty of this measuring instrument. The scheme consists of a single wavelength DFB laser working at 1550 nm, one beam splitter, measuring and reference reflectors and one photo-detector at the interferometer output. The DFB laser is frequency modulated by slight changes of injection current while the interference intensity signal is processed synchronously. Our algorithm quantifies the phase as two sinusoidal waveforms with a phase offset equal to the quarter of the DFB laser wavelength. Besides the computation of these quadrature signals, the scale linearization techniques are used for an additional suppression of optical setup imperfections, noise and the residual amplitude modulation caused by the laser modulation. The stage position is calculated on basis of the DFB laser wavelength and the processed interference phase. To validate the precision and accuracy we have carried out a pilot experimental comparison with a reference interferometer over the 100 mm measurement range. The first tests promise only 2 nm deviation between simplified and the reference interferometer.
Keywords: e-beam writer; homodyne detection; laser frequency modulation; laser interferometry; nanometrology; scale linearization; signal processing
Project no.: TE01020233 (CEP), TA03010663 (CEP), TA02010711 (CEP), LO1212 (CEP), ED0017/01/01, EE2.3.30.0054
Funding provider: GA TA ČR, GA TA ČR, GA TA ČR, GA MŠk, GA MŠk, GA MŠk
Host item entry: Sborník příspěvků multioborové konference Laser54, ISBN 978-80-87441-13-8

Institution: Institute of Scientific Instruments AS ČR (web)
Document availability information: Fulltext is available at the institute of the Academy of Sciences.
Original record: http://hdl.handle.net/11104/0238879

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-177645


The record appears in these collections:
Research > Institutes ASCR > Institute of Scientific Instruments
Conference materials > Papers