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。     

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...     

基于变量分离分解法的极紫外光刻三维掩模快速仿真方法

提出了一种基于分离变量法的极紫外光刻三维掩模衍射谱快速仿真方法,在保证一定仿真精度的前提下提高了仿真速度。该方法将三维掩模分解为2个相互垂直的二维掩模,对2个二维掩模采用严格电磁场方法进行衍射谱仿真并将结果相乘以重构成三维衍射谱。以6°主入射角、45°线偏振光照明及22nm三维方形接触孔掩模为例,在入射光方位角0°~90°变化范围内,相同仿真参数下,该方法的仿真结果与商用光刻仿真软件Dr.LiTHO的严格仿真结果相比,图形特征尺寸误差小于0.21nm,仿真速度提高约65倍。在上述参数下,该方法与Dr.LiTHO的域分解方法及基于掩模结构分解法等快速方法相比,仿真精度和速度均提高1倍以上。该模型无需参数标定,适用于矩形图形的三维掩模快速仿真。     

模拟光刻中双层衰减相移接触孔衍射的理论公式

为了仿真光刻中接触孔掩模的衍射,建立了严格的三维(3D)掩模模型。采用法向矢量法(NV)改善了接触孔掩模耦合波方程的收敛性。利用S矩阵求解线性方程组避免了数值不稳定问题。对于双吸收层衰减相移接触孔掩模,当有效的截断级次达到1225级以上时,(0,0)级次能得到更好的收敛结果。当有效的截断级次分别为1225级,1369级,1521级及1681级时,衍射效率分别为23.64%,23.67%,23.63%及23.66%。利用建立的模型,研究了偏振态随着掩模、入射光参数的变化关系。当线宽小于25nm时,掩模主要透过TM偏振光。     

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。     

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。     

激光干涉光刻法制作100 nm掩模

 介绍了一种利用激光干涉光刻技术得到特征图形,并通过离子束刻蚀将图形转移到铬层上,从而获得掩模的方法。针对掩模透光率以及对干涉图形对比度可能产生影响的两个参数分别进行了数值仿真,从而证明此方法的可行性和参数的优化选择。自搭干涉光刻实验系统,用257 nm的激光光源实现光刻,得到特征尺寸为100 nm的图形,再经过离子束刻蚀,最终得到周期200 nm、线宽100 nm的掩模。     

A linear Bragg–Fresnel optics fabricated for 1D focusing of 18 nm X-ray radiation

The theoretical and technique results of a 1D focusing linear Bragg–Fresnel optics working at 18 nm X-ray radiation are given in the present paper. A theoretical method describing its optical performances is introduced briefly, the parameters of the diffraction pattern are presented. The preparation of multilayer mirrors, the decision of X-ray absorber layer thickness and the fabrication process of the diffraction pattern are described. The studied results of thermal and chemical stabilities for Mo/Si multilayer structure are shown. Some measured results for the 1D focusing linear Bragg–Fresnel optics are given.     

Polarization effects induced by the bi-layer attenuated phase-shift mask and their impacts on near-field distribution

As ArF projection lithography is approaching 45 nm technology node and beyond, polarization effects induced by mask are remarkable. At this mask dimension, traditional Kirchhoff approximation is invalid. Rigorous mask model is needed for accurate evaluation of mask diffraction. In previous works, many researchers are focus on the single grating layer diffraction. In this paper, Lee's formulation based on rigorous coupled wave analysis is applied to simulate the bi-layer grating diffraction in lithography. Then, polarization states as function of mask and incident light properties are evaluated. At last, the impacts on near-field distribution with different polarization state are further investigated. The image quality becomes worse under TE polarization, when Ta thickness becomes 35 nm, where the phase effects are effectively reduced. There should be a tradeoff between them.     

Far-field spectral intensity characteristics of a time-dependent gaussian pulse from a circular mask with a linear circular apertures array

The spectral characteristics of a time-dependent Gaussian pulse from a circular mask with a circular apertures array in the far field are theoretically investigated and presented with numerical results. A rigorous treatment, with the Fresnel diffraction integral, to the spectral changes of a time-dependent Gaussian-shaped pulse passing through a circular mask with a linear circular apertures array is given and some properties of the spectral intensity under different situations are provided. Also an accurate and concrete criteria judging the condition for the red shift, blue shift of spectral intensity distributions is obtained as well.     

Far-field diffraction characteristics of a time dependent Gaussian-shaped pulsed beam from a rectangular mask with a circular aperture array

The diffraction characteristics of a broad-band light source from a rectangular mask with a circular aperture array in the far field are theoretically investigated with a rapid and precise mathematical derivation. We provide a rigorous treatment of a time dependent Gaussian-shaped pulsed beam passing through a rectangular mask with a circular aperture array and give more accurate and concrete criteria judging the timing for the spectral red shift, blue shift, and splitting of light distributions as well. In addition, the distortion of the space-time diffraction intensity distribution is also presented in detail. This study shows the mathematically analytic form for a pulsed beam incident on an array of small apertures, when the usage of lenses is not practical. Also, the energy distribution of the pulse in the frequency domain is presented to benefit the understanding of its applications in optics information systems.     

微分干涉差共焦显微膜层微结构缺陷探测系统

多层膜极紫外光刻掩模"白板"缺陷是制约下一代光刻技术发展的瓶颈之一,为提高对掩模"白板"上的膜层微结构缺陷的分辨能力,提出了一种微分干涉差共焦显微探测系统方案。基于标量衍射理论,计算了系统横向和轴向分辨率。利用MATLAB建模仿真,在数值孔径为0.65、工作波长为405 nm时,分析比较了微分干涉差共焦显微系统、传统显微系统和共焦显微系统的分辨率。结果表明微分干涉差共焦显微系统具有230 nm的横向分辨率和25 nm轴向台阶高度差的分辨能力(对应划痕等缺陷形式)。此外,仿真和分析了实际应用中探测器尺寸、样品轴向偏移等的影响,模拟分析了膜层微结构缺陷的探测,结果表明本系统可以探测200 nm宽、10 nm高的微结构缺陷,较另外两种系统有更好的探测能力。     

埋入式光栅双通道特性及其应用研究

利用严格耦合波理论分析了埋入式光栅在45°入射时,垂直和平行于光栅栅线的两个不同观察平面的零级共振反射衍射特性.在垂直于光栅栅线的平面内,TE、TM偏振下零级反射共振波长分别为432 am和420 am,在平行于光栅栅线的平面内,TE、TM偏振下零级反射共振主峰波长分别为623 nm和620 nm,在两个平面内,零级共振衍射光的共振波长差别较大,观察到的衍射光颜色差别明显,定义为双通道特性并用实验进行证明,制作了相应的光变色器件.     

Decay of multilayer holes on SrTiO3(0 0 1)

We have studied the decay kinetics of nanoscale multilayer holes on SrTiO₃(0 0 1) surfaces, using variable temperature scanning tunneling microscopy. We have performed real time observation of the decay of multilayer holes with diameters of 10 nm order at 750 °C. We have found that the hole decays, filling layer by layer from the bottom while expanding the periphery of the hole. We have performed numerical simulations of hole decay based on a step flow model. The observed decay kinetics is found to be diffusion limited with local mass conservation.     

基于三层光栅结构的超宽带太赫兹吸收体

基于等效介质膜理论及多层减反膜原理设计了用于超宽带太赫兹吸收体的三层微结构光栅,光栅基质采用重掺硼硅材料.用有限时域差分法分析了光栅周期、光栅宽度和深度对太赫兹吸收体反射系数的影响.数值分析结果表明,在低于3THz波段,吸收率高于98%的带宽为1.3THz,吸收率高于95%的带宽达2.1THz.用严格耦合波理论对该三层光栅的高吸收现象进行理论分析,分析结果表明,光栅多级衍射的相互作用减少了入射面的反射率,增大了该吸收体的吸收率.进一步优化三层光栅微结构的参量,在0.6~6THz范围内实现了大于95%的太赫兹吸收.基于光栅结构的吸收体结构简单,易于设计与分析,可以应用于太赫兹成像与探测应用领域.     

采用衍射掩模产生白光横向平顶光束

白光横向平顶光束在定向背光式自由立体显示器中有重要应用.本文提出一种采用带蝶形小孔阵列的衍射掩模片获得白光横向平顶光束的方法.根据广义惠更斯-菲涅耳衍射积分和多波长叠加原理,推导出光强分布计算式.设计一套实验装置,数值模拟并实验验证出射光束在不同距离的横向光强分布以及小孔蝶形凹度(蝶形中心高度与边长的比值)对横向光强分布的影响.结果表明:当选择小孔蝶形凹度为0.50—0.66时,可以得到平顶因子F 0.89的白光横向平顶光束,横向平顶光束的宽度随着传输距离的增大而增大,而平顶因子基本不变.实验还发现柱面透镜的折射色散和衍射色散可以互相抵消,使白光横向平顶光束基本无色散.