极紫外光刻含缺陷多层膜衍射谱仿真简化模型

建立了一个极紫外光刻含缺陷多层膜衍射谱仿真简化模型,采用相位突变和反射系数振幅衰减表示缺陷对多层膜反射光的影响,得到了含缺陷多层膜衍射谱的解析表达式。简化模型中,相位突变量由多层膜表面以下第6层膜的缺陷形态决定,反射系数振幅衰减量由基底的缺陷形态决定。与改进单平面近似(SSA)模型相比,仿真速度基本一致的情况下,简化模型提高了含缺陷多层膜衍射谱仿真的精度,6°入射时,衍射谱的0~+3级衍射光振幅的仿真误差减小50%以上,并且不同入射角情况下,尤其在入射角小于12°时,振幅误差稳定。得到了含缺陷多层膜衍射谱的解析表达式,可进一步理论分析缺陷对多层膜衍射谱的影响,为得到掩模缺陷的补偿公式奠定了基础。     

基于等效膜层法的极紫外光刻含缺陷掩模多层膜仿真模型

建立了一个基于等效膜层法的极紫外光刻含缺陷掩模多层膜仿真模型。通过等效膜层法求解含缺陷多层膜无缺陷区域和含缺陷区域不同位置的反射系数,准确快速地仿真含缺陷多层膜的衍射谱。与波导法严格仿真相比,200nm尺寸时仿真速度提高9倍左右。与改进单平面近似模型和基于单平面近似的简化模型相比,该模型对衍射谱和空间像的仿真精度有了较大提高,并且仿真精度随缺陷尺寸和入射角的变化很小。以+1级衍射光为例,6°入射时,与改进单平面近似模型和简化模型相比,该模型对衍射谱振幅的仿真误差分别减小了77%和63%。     

极紫外投影光刻接触孔掩模的快速仿真计算

采用一个极紫外投影光刻掩模衍射简化模型实现了三维接触孔掩模衍射场的快速仿真计算。基于该模型,得到了接触孔掩模衍射场分布的解析表达式,并对光刻成像时的图形位置偏移现象进行了解释和分析。简化模型中,掩模包括吸收层和多层膜两部分结构,吸收层的透射利用薄掩模修正模型进行计算,多层膜的反射近似为镜面反射。以周期44 nm、特征尺寸分别为16 nm和22 nm的方形接触孔为例,入射光方向发生变化时,该简化模型与严格仿真相比,图形特征尺寸误差小于0.4 nm,计算速度提高了近100倍。此外,考虑到多层膜镜面位置对图形位置偏移量的影响,得到了图形位置偏移量的计算公式,其计算结果也与严格仿真相一致。     

极紫外光刻含缺陷掩模仿真模型及缺陷的补偿

建立了一个基于单平面近似的极紫外(EUV)光刻三维含缺陷掩模的快速仿真模型。该仿真模型中,采用相位突变和振幅衰减表示缺陷对多层膜的反射系数的影响,吸收层模型采用薄掩模修正模型。以22 nm三维接触孔图形为例,周期为60 nm时,该仿真模型与波导法严格仿真相比,仿真速度提高10倍以上,而关键尺寸(CD)仿真误差小于0.6 nm。基于该仿真模型,对掩模缺陷进行了补偿计算,得到了与严格仿真一致的最佳图形修正量。针对不同的缺陷形态尺寸,提出了缺陷的可补偿性的概念,并进一步讨论了二维图形的缺陷的可补偿性。     

基于改进型结构分解的极紫外光刻掩模衍射谱快速仿真方法

对极紫外光刻掩模的吸收层和多层膜分别建模,将二者组合以实现对具有复杂图形分布的掩模衍射谱的快速精确仿真。对存在图形偏移的吸收层,采用扩展的边界脉冲修正法进行仿真。对无缺陷及含缺陷的多层膜,分别采用等效膜层法和基于单平面近似的方法进行仿真。采用等效膜层法修正单平面近似法中的平面镜反射系数,提高了大角度(大于10°)入射下的含缺陷多层膜的仿真精度。采用张量积、矢量化并发计算提高了仿真速度。对无缺陷掩模的图形关键尺寸仿真表明,改进方法与严格仿真的误差在0.4nm以内,仿真精度与速度均优于所对比的域分解方法。对含缺陷掩模,改进方法可准确仿真图形关键尺寸随吸收层偏移的变化,与严格仿真相比,对周期为240nm的掩模,在0.6nm仿真误差下,仿真速度提升了150倍。     

极紫外投影光刻掩模阴影效应分析

极紫外（EUV）投影光刻掩模在斜入射光照明条件下,掩模成像图形位置和成像图形特征尺寸（CD）都将随入射光方向变化,即存在掩模阴影效应。基于一个EUV掩模衍射简化模型实现了掩模阴影效应的理论分析和补偿,得到了掩模（物方）最佳焦面位置和掩模图形尺寸校正量的计算公式。掩模（物方）焦面位置位于多层膜等效面上减小了图形位置偏移;基于理论公式对掩模图形尺寸进行校正,以目标CD为22 nm的线条图形为例,入射光方向变化时成像图形尺寸偏差小于0.3 nm,但当目标CD继续减小时理论公式误差增大,需进一步考虑掩模斜入射时整个成像光瞳内的能量损失和补偿。     

三维掩模光刻成像快速计算模型

掩模吸收层厚度引起的散射效应会导致深紫外和极紫外光刻成像产生偏差。传统光刻模型建立在满足薄掩模近似的Hopkins成像理论上，但随着掩模上吸收层的高宽比增大，掩模厚度成为衍射计算中不可忽略的因素。为实现对空间像的精准预测，提出一种三维掩模成像模型，利用严格电磁学仿真生成的掩模衍射近场来修正Hopkins模型结果。严格电磁学仿真需要的计算开销可以通过一种基于旋转变换和仿真维度减少的快速掩模边沿近场生成方法来减少。因此，将三维掩模成像模型和快速衍射近场生成方法结合后可以快速构建精准的三维掩模光刻成像模型。     

基于条纹调制的透明物体表面缺陷检测方法

针对透明物体后表面的寄生反射对单视角下表面缺陷光学检测的干扰问题，提出了基于条纹调制的透明物体表面缺陷检测方法，以消除后表面的寄生反射。为分析透明物体对入射光通量的影响，建立了基于条纹投影的透明物体光学成像模型。该模型揭示了透明物体双表面的形貌变化可以由双形貌参数来表征，且双参数共同构成余弦分布的平均强度和对比强度。提出了一种多频时域迭代策略以估计表面的双形貌参数，通过投影多频条纹序列到待测透明物体表面，并通过数值拟合投影条纹频率和调制强度之间的余弦分布，从振幅中提取表面的双形貌参数。实验结果证明所提出的检测方法能够在消除后表面寄生反射干扰的同时准确识别和定位出透明物体的表面缺陷。     

叠栅条纹相位分布对对准精度的影响分析

光刻对准中,一般将硅片和掩模对准标记制作成周期接近的光栅,通过光栅标记叠加形成的叠栅条纹的相位信息,探测掩模和硅片的相对位置关系。在实际的应用中,叠栅条纹的方向不仅与对准标记的几何位置有关,而且还与CCD的位置有关。为了将叠栅条纹的光刻对准方法推向实际应用,从矩形光栅到叠栅条纹,分析了一般光栅的相位分布规律。根据叠栅条纹相位特性分析了掩模、基片和CCD的几何位置对对准精度的影响;建立了实际对准偏差与理论值的数学关系模型。研究表明,没有角位移的情况下,当位移值小于0.4pixel时,理论上最大对准误差低于0.002pixel。     

极紫外投影光刻掩模衍射简化模型的研究

建立一个计算极紫外投影光刻掩模衍射场的简化模型,在该简化模型中通过对入射光场进行追迹推导衍射场分布的解析表达式.简化模型中的掩模包括多层膜结构和吸收层结构两部分.多层膜结构的衍射近似为镜面反射.吸收层结构的衍射利用薄掩模修正模型进行分析,即将吸收层等效为位于某等效面上的薄掩模,引入边界点脉冲描述边界衍射效应,通过确定等...     

基于辅助电介质层的棱镜表面等离子体共振效应研究

研究了一种基于棱镜基底-辅助电介质层-金膜-待测介质四层结构的表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)效应激励模型.采用薄膜光学与波导理论,探索了由辅助电介质层与金膜复合而成共振薄膜对SPR效应的激励机理与调制特性.借助时域有限差分方法,数值模拟得到辅助电介质层属性与共振能量传输特性关系.在此基础上,构建了波长调制型棱镜辅助电介质层结构SPR激励系统.研究结果表明,当待测介质折射率相同时,相较基于棱镜基底-金膜-待测介质三层结构的Kretschmann激励模型,辅助电介质层激励模型共振光谱整体向长波方向偏移且半波宽度出现显著展宽效应.而当待测介质折射率增大时,辅助电介质层型激励模型的共振光谱不仅会向长波方向偏移,而且折射率响应灵敏度比棱镜Kretschmann三层激励模型高出75%.因此该模型能够为诸如高灵敏度检测、新型光学滤波与调制器件设计等领域的研究应用提供理论与实践储备.     

SiC光学材料亚表面缺陷的光热辐射检测

SiC以优异的物理性能和良好的工艺性能,逐渐成为大型空间成像光学系统主镜的首选轻量化光学材料. SiC镜坯制备及加工过程中引入的亚表面缺陷会严重影响最终的镜面质量以及光学系统的成像品质.针对SiC材料亚表面缺陷的检测问题,本文采用光热辐射技术进行分析:分别建立均匀样品的单层理论模型和含空气层缺陷的三层理论模型,用于计算无缺陷和存在缺陷区域的光热辐射信号.通过对三层理论模型信号的相位仿真分析,提出利用相位差-频率曲线的特征频率估算缺陷深度的经验公式;利用光热辐射装置测量存在亚表面缺陷的SiC样品,分析缺陷区域的光热辐射信号分布,利用经验公式计算缺陷深度,并与缺陷实际深度分布进行对比分析.实验与计算结果显示,光热辐射技术能有效探测SiC镜坯的亚表面缺陷及其形貌,并且对于界面与样品相对平行且较为平缓的亚表面缺陷,其缺陷深度可通过经验公式准确确定.     

基于条纹反射的光学表面疵病检测法

提出一种基于条纹反射的光学表面疵病检测方法,检测系统由液晶显示屏、CCD相机和计算机组成.检测时在显示屏上分别显示水平和垂直两个方向正交的正弦性条纹,用CCD相机记录经被测表面反射的正弦条纹像,通过相移技术得到两个方向正交的相位分布和对比度分布,通过对比度分布确定被测表面的疵病位置.被测面表面面形相关信息包含在相位分布中,其表面疵病细节信息包含在局部微观相位分布之中.对相位分布进行多项式拟合后相减得到疵病引起的微观相位分布,计算得到表面疵病的梯度分布,积分得其高度分布.实验验证了该方法的可行性.     

基于编码光栅的空间不连续三维物体表面的绝对相位获取方法

为快速获取空间不连续三维物体表面的绝对相位,提出了一种基于编码光栅的相位展开方法。该方法只需投射一幅带有编码信息的光栅条纹图像,即可获取相位展开所必需的条纹级数信息,从而得到整个被测表面的绝对相位信息。根据相位-深度关系,可获得整个被测表面的三维信息。与基于格雷码的相位展开方法相比,该方法不依赖被测物体的灰度信息,抗噪声性能更好。该方法只需额外投射一幅编码条纹图像,更适用于对实时性要求比较高的三维测量。通过实验证明了该方法的有效性和可行性。     

极紫外投影光刻掩模的多层膜与照明误差

讨论了极紫外投影光刻掩模的反射光谱随多层膜参量的变化,通过曲线拟合得到了峰值反射率、带宽和中心波长与多层膜粗糙度、材料比值以及周期厚度的9个函数关系.模拟了6镜极紫外投影光刻系统的反射光谱,并计算了晶圆片处的相对照明强度.分析了由掩模在晶圆片处引入的照明误差,给出了照明误差的合成公式.     

灰阶编码掩模制作微光学元件

提出一种基于改变灰阶编码掩模的单元形状和位置的掩模设计新方法,并根据成像过程中的非线性因素,用这种方法对掩模图形进行了预畸变校正,根据部分相干光成像理论和抗蚀剂曝光显影模型,模拟计算了这种灰阶编码掩模产生的空间光强分布和光刻胶上的浮雕结构,采用电子束曝光系统制作了这种掩模,并在光刻胶上获得具有连续面形的微透镜的阵列。     

基于相位环空间像主成分分析的投影物镜波像差检测方法

提出一种基于阶梯相位环空间像主成分分析的光刻投影物镜波像差检测方法。通过对相位环空间像进行主成分分析和多元线性回归分析,构建了空间像光强分布与波像差之间的线性模型,并基于该模型实现了波像差检测。与使用孤立空检测标记的传统方法相比,使用新检测标记能够消除不同种类波像差之间的串扰问题,提高像差检测精度。同时,分析了空间像的离焦误差对波像差检测精度的影响,并提出了一种迭代算法用于确定实测空间像的离焦误差,其测量精度优于1nm。光刻仿真软件Dr.LiTHO的仿真结果表明,该法有能力检测12项泽尼克系数(Z5~Z16),最大系统误差约为1×10-3λ,检测速度可提高一倍以上。     

基于GADF变换和多尺度CNN的哈密瓜表面农药残留可见-近红外光谱判别方法

针对哈密瓜表面农药残留化学检测方法成本高且具有破坏性等问题,探索了可见-近红外（Vis-NIR）光谱技术对农药残留定性判别的可行性。以哈密瓜为载体,百菌清和吡虫啉农药为研究对象,采集哈密瓜表面无残留、百菌清和吡虫啉残留的可见-近红外漫反射光谱,利用格拉姆角场（GAF）将一维光谱数据转换为二维彩色图像,构建GAF图像数据集。设计一种包含Inception结构的多尺度卷积神经网络模型用于哈密瓜表面农药残留种类判别,包括1层输入层、3层卷积层、1层融合层、1层平坦层、2层全连接层和1层输出层。模型测试混淆矩阵结果表明,格拉姆角差场（GADF）变换对哈密瓜表面农药残留的可见-近红外光谱表达能力较强。此外,构建AlexNet、VGG-16卷积神经网络（CNN）模型和支持向量机（SVM）、极限学习机（ELM）机器学习模型与提出的多尺度CNN模型进行性能对比。结果表明,3种CNN模型对哈密瓜表面有无农药残留的判别效果较好,综合判别准确率均高于SVM和ELM模型。对比3种CNN模型性能,多尺度CNN模型的性能最佳,训练耗时为14 s,综合判别准确率为98.33%。多尺度CNN模型结构利用多种小尺寸滤波器组合（1×1,3×3和5×5）和并行卷积模块,能够捕获不同层次和尺度的特征,通过级联融合模式进行深度特征融合,提高了模型的特征提取能力。与传统深度CNN模型相比,在保证计算复杂度不变的情况下,多尺度CNN模型的精度得到了有效提高。实验结果表明,GADF变换结合多尺度CNN模型可以有效进行光谱数据解析,利用可见-近红外光谱技术可以实现哈密瓜表面农药残留的定性判别。研究结果为大型瓜果表面农药残留的快速无损检测技术的研发提供了理论参考。     

基于自适应条纹投影的高反光物体三维面形测量

结构光投影方法在三维形貌测量中应用广泛,但是由于被测物体表面反射率变化范围较大,过度曝光会导致相位信息无法获取。而传统的高动态范围扫描技术步骤复杂,耗时较长。文中提出一种自适应条纹投影技术,向待测物体表面投射较高灰度级的条纹图,判断并标记过度曝光点。降低投射强度后通过非线性最小二乘法拟合来确定每个饱和像素点最适合的最大输入灰度,用重新生成的自适应条纹图来采集图像并进行相位计算和三维形貌恢复。通过实验验证,该方法可以对物体表面的高反光区域进行有效测量,避免过度饱和,仿真误差在0.02 mm范围内,实测误差约为0.14 mm,实际实验对过曝点的补偿率可达到99%。     

一种新的形貌检测系统标定技术

形貌检测中, 经相位解调和相位展开后,所求得的只是待测物体表面与参考面的相对相位分布, 而三维形貌检测要测的是高度分布. 在分析一般测试系统的基础上, 推导出了相位与高度分布的非线性函数映射关系. 设计了标定测试系统的实验方案. 通过平移实物参考面, 测得其上的相位分布, 由平移距离与相位增量之间的关系, 用最小二乘迭代法计算相位差与物体高度映射关系. 最后, 对一个实际测试系统进行了标定,并与Hung的标定方法进行了分析比较.理论和实验都表明, 新方法精度高, 操作方便, 降低了标定复杂度.