微細三次元加工形状の光逆散乱ナノインプロセス計測装置の開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555043
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 三好 隆志 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00002048)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松宮 貞行 (株)ミツトヨ, 研究開発部, 部長・主任研究員 ; 高橋 哲 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30283724) ; 高谷 裕浩 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70243178)
• Keywords: 逆散乱 / 位相回復 / フーリエ変換 / ナノインプロセス計測 / 微細形状計測 / マイクロ加工計測 / レーザ応用計測

Research Abstract

本研究はナノインプロセス計測を可能にする光逆散乱位相法に関して、位相回復に反復型位相回復法を導入し、シミュレーションおよび実験によって三次元微細加工形状計測の実現性を検証し、以下の研究成果を得た。
(1)HIOアルゴリズムによる位相回復で起こる収束の停滞問題を克服するために、入射光振幅分布を導入することによって反復型位相回復アルゴリズムの収束性を大きく向上することができた。
(2)反復型位相回復法は離散フーリエ変換から構成されているので、測定形状の周期性が崩れると、離散フーリエ変換にともなう漏れによる誤差が顕著に現れることが分かった。同時にこの問題は、ハミング関数で与えられる入射光振幅分布を用いて漏れによる誤差を軽減することで、解決できることが分かった。
(3)入射光振幅分布にガウシャンビームを仮定し、提案した反復型位相回復アルゴリズムによる数nmから数十nmの誤差を持つ加工形状の回復シミュレーションを行った結果、数nmの高い精度で形状回復できることを確認した。
(4)反復型位相回復アルゴリズムに要求される入射光の照射面積(サポート幅)は入射光最大強度の1/e^2を示す値すなわちレーザスポット径であることが理論および実験から検証された。すなわち、レーザ光を照射するだけで照射面積内の三次元形状を直接回復できることが明らかとなりインプロセス計測の可能性が示唆された。
(5)深さ44nmの矩形ポケットが10μmピッチで二次元的に配列しているSiO_2試料の位相回復実験を行い、三次元形状プロファイルを得ることができた。すなわち特徴形状であるポケットの深さ、ピッチの値はAFMで測定した寸法とnmオーダでよく一致しており、本手法の有効性を確認することができた。

Research Products

• [Publications] A.,Taguchi,T.Miyoshi Y.Takaya,S.Takahashi: "3D Micro-Profile Mesurement using Optical Inverse Scattering Phase Method"Annuals of the CILP. 49/1. 423-426 (2000)
• [Publications] 田口敦清,三好隆志,高谷裕浩,高橋哲: "光逆散乱位相法による三次元微細加工形状計測に関する研究(第4報)-多波長を用いた位相接続アルゴリズム-"2001年度精密工学会春季大会講演会講演論文集. (発表予定). (2001)
• [Publications] 田口敦清,三好隆志,高谷裕浩,高橋哲: "光逆散乱位相法による三次元微細加工形状計測に関する研究(第3報)-回折光測定法の改良による精度の向上-"精密工学会2000年度関西地方定期学術講演会. 103-104 (2000)