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。     

极紫外光刻离轴照明技术研究

离轴照明技术(OAI)是极紫外光刻技术中提高光刻分辨率的关键技术之一。为了实现考虑掩模阴影效应情况下离轴照明的优化选择,构造了一种新型实现OAI曝光的成像模型。将照射到掩模上的非相干光等效为一系列具有连续入射方向的等强度平行光,基于阿贝成像原理分别对掩模进行成像,最终在像面进行强度叠加实现OAI方式下空间成像的计算;并通过向投影系统函数添加离焦像差项实现不同离焦面上空间成像计算。该模型极大地简化了OAI条件下对掩模阴影效应的计算,提高了成像质量计算效率。结合光刻胶特性及投影曝光系统焦深设计要求,以显影后光刻胶轮廓的侧壁倾角为判据,获得了采用数值孔径为0.32的投影系统实现16 nm线宽黑白线条曝光的最优OAI参数。     

灰阶掩模实现光学邻近校正及计算模拟研究

从光学邻近效应产生机理出发,提出用带灰阶衬线的灰阶掩模实现光学邻近效应精细校正的新方法,并指出掩模图形振幅信息的优化,即合理分布掩模图形的空间频谱,可以改善空间像的光强分布并获得高质量的光刻图样。计算表明,校正后的成像图样与理想像的偏差小于０．９％。     

空间相干与入射光子能量对临床类同轴X射线相衬成像影响

在临床实际应用中,X射线源是一个具有有限尺寸的多色光源.基于Fresnel-Kirchhoff衍射理论,考虑空间相干的影响,新的类同轴X射线相衬成像公式被导出.分别代表吸收效应与相位效应的吸收衬度传递函数和相位衬度传递函数从新公式得到.吸收衬度传递函数和相位衬度传递函数的曲线由Matlab给出,不同源半径的最佳成像位置也被计算.理论分析结果如下:1）当光源半径足够大时空间相干效应须被考虑,减小源半径可以增强相位效应|2）源半径与最佳成像位置间有确定关系,并在本文中给出|3）源尺寸效应对相位效应影响不是无限的|4）减小入射X射线光子能量将会显著增强相位效应,但不会对最佳成像位置有影响,因此,上述结论可以被拓展到多色光情况.为了验证理论结果,本文给出了对一个表面破损的光学玻璃微聚焦相衬成像的实验结果.其中一些实验结果与理论分析符合很好,但也有一些实验未达到预期,相关的解释文中也已给出.     

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。     

基于光刻工艺的阶跃滤光片式微型分光器件研制

为了消除机械掩模的尺寸限制和阴影效应,采用基于光刻掩膜的组合刻蚀法来制备阶跃滤光片,并成功地实现了16×1通道阶跃滤光片式微型分光器件的制备,该分光器件中滤光片单元的宽度只有90 μm,总体尺寸不到2 mm.各滤光片通道分布在632.4 nm到739.6 nm之间,带宽均小于2.9 nm,透过率均高于70%.这样的阶跃滤光片最小单元尺寸可达微米量级,阴影效应可减小到微米甚至亚微米量级,与电荷耦合器件(CCD)完全匹配,可以作为微型分光器件来构建应用于空间等领域的微型光谱系统,从而促进相应光谱仪器的微型化.     

基于随机并行梯度速降算法的光刻机光源与掩模联合优化方法

随着集成电路特征尺寸进入2Xnm及以下节点,光源与掩模联合优化(SMO)成为了拓展193nm ArF浸没式光刻工艺窗口、减小工艺因子的重要分辨率增强技术(RET)之一。提出了一种基于随机并行梯度速降(SPGD)算法的SMO方法,通过随机扰动进行梯度估计,利用估计梯度来迭代更新光源与掩模,避免了求解梯度解析表达式的过程,降低了优化复杂度。对周期接触孔阵列及十字线、密集线三种掩模图形的仿真验证表明,三种掩模图形误差(PE)值分别降低了75%、80%与70%,该方法较大程度地提高了光刻成像质量。     

声光调制光谱相机的成像漂移

研究了基于声光可调滤波机理的光谱相机在成像时由声光晶体的色散而产生的图像漂移现象。利用色散补偿法和图像位移补偿法,理论计算并实验测量了声光可调滤波器（AOTF）在可见光（488～644 nm）波段内由晶体外衍射角所引起的图像漂移,并进行了优化实验。采用色散补偿法,调整入射光为准平行光,入射光波长为488～644 nm时,在晶体出射面添加0.6°的光楔,晶体外衍射角的变化量可由0.066 50°降低到0.004 2°,即图像漂移量由162.1μm降低到10.9μm;采用图像位移补偿法,不添加光楔,入射光波长为488～644 nm时,图像水平漂移量可从468μm降低到0.658μm,漂移量在一个像元内。实验表明：基于提出的两种方法可忽略成像漂移对图像的影响,有效提高了基于AOTF机理的光谱相机的成像分辨率。     

投影物镜偏振像差对光刻成像质量影响的解析分析方法

提出一种分析线性偏振照明条件下投影物镜偏振像差对交替相移掩模(Alt-PSM)空间像影响的解析方法。基于矢量光刻成像理论,从掩模空间像的光强分布推导出偏振像差引起的空间像图形位置偏移误差(IPE)和最佳焦面偏移(BFS)的解析表达式,实现了各个泡利-泽尼克偏振像差对空间像影响的解析分析。建立了IPE与奇像差项泡利-泽尼克系数和BFS与偶像差项泡利-泽尼克系数间的线性关系。通过光刻仿真软件模拟验证了解析分析结果的正确性,并用最小二乘法评估了线性关系的精确度。     

倾斜入射的波前编码系统的点扩散函数扩大效应分析

通过对坐标系统进行旋转,计算得到了三次型波前编码系统的倾斜入射的光瞳函数,并给出了近似表达式. 分析表明倾斜入射会产生三次相位扩大效应和离焦扩大效应,它们和入射角的正负无关,且随着入射角绝对值的增大而增大. 这表现在点扩散函数(point spread function, PSF)上会扩展PSF包络的两条直角边,表现在调制传递函数(modulation transfer function, MTF)上会降低MTF值. 子午面倾斜入射时,子午方向的三次相位扩大效应和离焦放大效应大于弧矢方向,从而导致子午方向 关键词： 倾斜入射 波前编码 三次相位扩大效应 离焦扩大效应     

倾斜入射的波前编码系统的点扩散函数扩大效应分析

通过对坐标系统进行旋转，计算得到了三次型波前编码系统的倾斜入射的光瞳函数，并给出了近似表达式. 分析表明倾斜入射会产生三次相位扩大效应和离焦扩大效应，它们和入射角的正负无关，且随着入射角绝对值的增大而增大. 这表现在点扩散函数(point spread function, PSF)上会扩展PSF包络的两条直角边，表现在调制传递函数(modulation transfer function, MTF)上会降低MTF值. 子午面倾斜入射时，子午方向的三次相位扩大效应和离焦放大效应大于弧矢方向，从而导致子午方向     

分辨力增强技术的频谱分析

离轴照明和衰减型相移掩模作为重要的分辨力增强技术,不仅可以提高光刻的分辨力,同时还可以改善成像焦深,扩大光刻工艺窗口,实现65~32 nm分辨成像。从频谱的角度分析了离轴照明和衰减型相移掩模对成像系统交叉传递函数和像场空间频率分布的影响,研究这两种技术的物理光学本质,由此进一步优化光学成像系统设计、分辨力增强技术和确定设备使用的参量。对分辨力增强技术的频谱分析研究表明,分辨力增强技术通过调整像场频谱分布,改善了光学光刻的图形质量。对于65 nm密集图形,离轴照明和相移掩模结合后可以使成像衬比度最高达到0.948,工艺窗口在5%曝光范围内焦深达到0.51μm。     

Optimum optics for die-to-wafer-like image mask inspection

The most annoying problem relating to the sensitivity of mask inspection systems is the encountering of false signals arising from nuisance defects. In order to overcome this problem, we have previously proposed a new algorithm for die-to-wafer-like image (D-to-WI) in real time. This paper describes the optimum mask inspection optics for the D-to-WI mask inspection. We examine the optimum mask inspection optics with numerical simulation for various numerical apertures (NAs) and partial coherence factors (σ) in these optics. The simulated result shows that the optimum mask inspection optics for the D-to-WI mask inspection has NA 0.9 and σ = 0.95 for an ArF-6%-phase shift mask (PSM) 260/260 nm line/space pattern on the mask plane, in which the 193 nm-ArF scanner has NA 0.93, σ = 0.92 − 0.92/0.3 annular illumination, reduction factor of ×4, and circular polarization incident light.     

Fractional Fourier transform for off-axis dark-hollow beams

Based on the definition of fractional Fourier transform (FRT) in the rectangular coordinate system, the FRT for off-axis circular and elliptical dark-hollow beams (DHB) is studied in detail, and analytical formulae are derived for the FRT for off-axis circular and elliptical DHB. The properties of off-axis DHB in the FRT plane are illustrated numerically by use of the derived formulae. The results show that the properties of the off-axis DHB in the FRT plane are closely related with the parameters of the beam and fractional order. The derived formula provides a convenient way for analyzing and calculating the FRT of off-axis DHBs.     

离轴照明下依赖于入射角度的矢量霍普金斯公式

应用矢量电磁场理论和波导模型推导出离轴照明下的矢量霍普金斯公式,与传统的标量霍普金斯公式不同之处在于引入了入射角及入射方位角. 通过仿真实际投影光刻工艺下三维掩模的成像效果,分析了最佳入射角范围,讨论了离轴照明时入射角对最终成像质量的影响. 关键词： 光学光刻 矢量霍普金斯公式 矢量电磁场理论 离轴照明     

The analysis of misalignment errors of optical masks for wavefront coded passive-ranging systems

A typical wavefront coding passive-ranging system and its alignment error coordinate is introduced. Based on this, we have analyzed off-axis error, tilt error of x–y plane and tilt error of y–z plane for the plane of mask. The results show the off-axis error of mask does not affect the magnitude transfer function (MTF) of optical–digital system and the light spots will has a plane shift. The tilt error of x–y plane makes us realize that the coordinate must be selected on the basis of the optical mask plane in wavefront coded passive-ranging system. The tilt angle in y–z plane brings errors to the final ranging result. Therefore, the passive ranging system requires higher assembly accuracy between modulating plane and optical system plane. We noted that it bring errors to the final ranging result with wide field of view condition on the passive ranging system.     

Hybrid approach for the design of mirror array to produce freeform illumination sources in immersion lithography

Source and mask optimization (SMO) has emerged as a key resolution enhancement technique (RET) for 45 nm technology node and below in lithography. The design method of freeform illumination sources predicted by SMO is significant for the scanner development. We present a hybrid approach combining simultaneous and sequential approaches to optimize the tilt angles of the mirrors to produce multi target freeform illumination sources accurately and quickly. The size of spot reflect by plane mirror can be easily controlled by changing different microlens arrays with appropriate focal length, which reduce the complexity of the system and makes it more flexible to produce the specific freeform sources compared to curving the mirrors used in previous work. The relationship between the tilt angles of plane mirrors and the positions of the spots in the pupil is obtained by chief ray tracing. Using the hybrid approach the freeform illumination sources required by SMO can be designed by merely adjusting the tilt angles of mirrors without changing other parameters of optical elements, which is most effective for both lithography tool manufacture and its applications. The real ray tracing results demonstrate that our design method is capable of creating multi freeform illumination sources with high transmittance, and confirm that the effectiveness of the hybrid approach for optimized design and control of mirror array in immersion lithography system.