影像去回旋积技术之奈米尺度线宽检测影像去回旋积技术之奈米尺度.PDF

影像去迴旋積技術之奈米尺度線寬檢測影像去迴旋積技術之奈米尺度線寬檢測 影像去迴旋積技術之奈米尺度線寬檢測影像去迴旋積技術之奈米尺度線寬檢測 羅文懋 章明 陳柏呈 中原大學機械系 中原大學機械系 中原大學機械系 wunmao@ ming@.tw g9802301@.tw 摘要摘要 摘要摘要 過去多數用以量測超越繞射極限樣品之近場與遠場光學顯微技術 ，皆設計於特定條件下方可進行操 作，目前仍無法應用於即時線上檢測 。本研究透過影像復原理論，以傳統亮場顯微鏡為主要系統，開 發一種突破繞射極限之線寬檢測技術 。首先透過點擴散函數獲得估測模型，結合非線性去迴旋積以及 半高寬法則建構一套線寬檢測系統 ，用以恢復因光學系統繞射極限而導致難以辨識之模糊影像。成像 系統使用 NA 值0.55 之 50 倍物鏡並搭配白光鹵素光源 。實驗以線寬 210nm 為樣本，在放大倍率100 倍下 ，誤差值為 12 奈米 ，此成果大幅提升一般光學顯微鏡在奈米尺度下之解析能力 ，未來欲進而實 現奈米等級低成本即時線寬檢測之目標 。 關鍵字 ：亮場顯微鏡、繞射極限、點擴散函數、非線性去迴旋積、半高寬法 壹、壹 、前言前言 壹壹 、、前言前言 隨著電子市場之重點皆致力於生產微型及輕量化商品 ，各家晶片其電路圖形之線寬與間距不斷縮小 。 SRAM 晶片於 2009 年已經進入 32 奈米線寬製程 ，22 奈米於近期亦將邁 入量產階段。為了保持生產 品質與效率 ，一套具備高速與高解析度之線寬檢測系統對於電子產品製造商而言有迫切需求 。目前已 有許 多種商用量測儀器如掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM)和原子力顯微鏡 (Atomic Force Microscope, AFM) ，其解析度雖然可至數奈米以下，但檢測速度耗時及設備價格昂貴 皆為其缺點 。近期非接觸式線寬檢測較著名之研究成果為跨焦量測法(Through Focus Method) [1, 2] ，以亮場顯微鏡為量測系統，將待測的光柵試片以垂直掃描的方式取得不同對焦位置的影像，結合 自動對焦演算法 ，將所有焦點位置的反射場光強度值轉換成一系列演算數值並繪成自動對焦曲線，將 差異值最明顯之處做為比對的依據 ，並以資料庫的型式進行演算數據的比對，進而實現線寬檢測的目 的。此外 ，Chang 和 Chen[3]以 Talbot 光學繞射效應為理論基礎 ，並結合Entropy 跨焦演算法將跨 焦曲線正規化後 ，建立一套同步判斷光柵週期與線寬的技術，即由跨焦曲線圖先判定光柵之週期後， 再以此週期之資料庫同時進行線寬檢測分析 ；由於跨焦演算法須透過垂直掃描 ，故仍無法達到即時線 上檢測之目標 。本研究結合點擴散函數估測模型與非線性去迴旋積理論[4] ，用以處理繞射模糊影像。 基礎構想為透過傳統光學顯微鏡與影像處理技術 ，開發一套系統用以檢測超越繞射極限之線寬與樣 本。目前相關技術常用於航太科學[5]以及生物螢光影像復原[6] 。本系統之優勢為低成本影像處理，避 免建構龐大之資料庫 ，且透過硬體升級與軟體優化可持續增進其影像復原之解析能力 。 貳、貳 、研究方法研究方法 貳貳 、、研究方法研究方法 一、一 、實驗設備實驗設備 一一 、、實驗設備實驗設備 如圖 1 所示 ，實驗採用亮場顯微鏡為基本架構，整體系統可分為光學系統 、顯微鏡控制系統以及影像 擷取系統 。光學系統包含白色鹵素光源、NA 值0.55 之 50 倍物鏡以及可調變倍率之筒鏡(0.5X 、4X) ， 系統最高光學放大倍率為200 倍。顯微鏡控制系統以六軸步進馬達控制器操控X 、Y 移動平台之水平 位移和Z 軸移動平台的垂直位移 ，並可旋轉X 、Y 軸移動平台進行角度調校 。CCD 灰階解析度為 8bit ， 空間解析度為 1000px×1000px ，在放大倍率100 倍下其解析度為74nm 。 圖 1: 亮場顯微鏡基本架構 二、二 、量測原理量測原理 二二 、、量測原理量測原理 基於一般光