基于机器学习校正的极紫外光刻含缺陷掩模仿真方法

提出了一种基于机器学习参数校正的极紫外光刻三维含缺陷掩模仿真方法。本方法采用随机森林、K近邻等机器学习方法,对基于结构分解法的含缺陷掩模衍射谱快速仿真模型的参数进行动态校正,提高了模型的精度及适应性。以严格仿真为标准值,对随机设定的50组接触孔掩模进行仿真验证,结果表明,经参数校正后,快速模型的空间像仿真精度平均提升了45%,且参数校正前、后的快速模型仿真精度皆优于所对比的改进型单平面近似法(平均仿真精度分别提升4.3倍和8.7倍)。此外,在对像面周期为44nm掩模的缺陷补偿仿真应用中,在仿真结果较一致(误差0.8nm)的情况下,校正后的快速模型的单次衍射谱仿真速度比严格仿真提升了约97倍。     

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%。     

极紫外光刻掩模相位型缺陷检测方法

提出了一种基于空间像的极紫外光刻掩模相位型缺陷检测方法,用于检测多层膜相位型缺陷的类型、位置和表面形貌。缺陷的类型、位置和表面形貌均会影响含缺陷掩模的空间像的分布。因此,采用深度学习模型构建含缺陷掩模的空间像与待测缺陷信息之间的映射,利用训练后的模型可从含缺陷掩模的空间像中获取待测缺陷信息。采用卷积神经网络（CNN）模型构建含缺陷空白掩模的空间像和缺陷类型与位置之间的关系,建立用于缺陷类型和位置检测的CNN模型。在获取缺陷的类型与位置后,基于测得的缺陷位置对空间像进行截取,利用截取后的空间像的频谱信息和多层感知机模型获取缺陷表面形貌参数。仿真结果表明,所提方法可对多层膜相位型缺陷的类型、位置和表面形貌参数进行准确检测。     

极紫外光刻物镜补偿器的选择及定位精度分析

极紫外(EUV)光刻物镜设计不仅要在系统优化阶段尽可能减小残余像差,还必须选择像质补偿器合理分配各项公差,从而在保证系统可制造性的前提下实现预期性能。针对一套数值孔径0.33的极紫外光刻物镜,进行了补偿器的优选和定位精度分析。根据结构参量对系统波像差的灵敏度并结合各结构参量之间的相关性选择了6个像质补偿器,并分析了非补偿器结构参量的公差。在此基础上,提出了基于蒙特卡罗法的补偿器定位精度分析方法。利用蒙特卡罗法模拟实际装调过程,通过分析补偿器定位精度对像质的影响,确定满足统计像质要求的补偿器定位精度。结果显示,当物镜系统最严间隔公差、偏心公差、倾斜公差分别在±2μm、±3μm、±5μrad范围内,间隔和偏心补偿器的定位精度为±0.1μm时,系统波像差均方根(RMS)值在97.7%的置信概率下小于1 nm。     

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。     

极紫外光刻物镜分组可视化界面设计优化

高数值孔径(NA)、大视场极紫外光刻物镜光学系统是实现22 nm及以下技术节点产业化光刻系统的关键部件。通过对光刻物镜系统结构的分析,利用可视化对其初始结构进行分组构造。并在此基础上采用一种渐近式NA方法获得了弦长为26 mm,宽2 mm的弧形视场内复合波像差优于均方根(RMS)为λ/50的物镜系统。借助Q型多项式,使物镜光学元件非球面度低于45μm,最大口径小于400 mm,全视场波像差优于0.027λRMS,畸变优于1.5 nm。     

激光等离子体13.5 nm极紫外光刻光源进展

半导体产业是高科技、信息化时代的支柱。光刻技术,作为半导体产业的核心技术之一,已成为世界各国科研人员的重点研究对象。本文综述了激光等离子体13.5 nm极紫外光刻的原理和国内外研究发展概况,重点介绍了其激光源、辐射靶材和多层膜反射镜等关键系统组成部分。同时,指出了在提高激光等离子体13.5 nm极紫外光源输出功率的研究进程中所存在的主要问题,包括提高转换效率和减少光源碎屑。特别分析了目前已实现百瓦级输出的日本Gigaphoton公司和荷兰的ASML公司的极紫外光源装置。最后对该项技术的发展前景进行了总结与展望。     

极紫外光刻动态气体锁抑制率的实验研究

开展了动态气体锁抑制率的实验研究,设计了一套极紫外真空动态气体锁实验验证系统;进行了真空抽气系统的详细设计,形成了具有实际可操作性的真空系统的最终布局;指出了该实验验证系统的验证方法;进行了动态气体锁实验,并对实验结果进行了分析,验证了动态气体锁理论模型和仿真结果的正确性。实验研究结果表明,当污染气体放气率恒定时,增加清洁气体总流量将使动态气体锁抑制率逐步增加;同等条件下动态气体锁抑制率不随污染气体放气率的改变而改变;当清洁气体总流量和污染气体放气率都恒定时,动态气体锁抑制率随清洁气体相对分子质量的增加而缓慢增加。该动态气体锁抑制率实验研究结果,能够为极紫外光刻机动态气体锁的研制提供实验依据。     

极紫外光刻系统物镜光学元件的支撑与分析

介绍了极紫外光刻系统物镜光学元件的支撑原理和支撑要求,分析了符合运动学支撑要求的物镜支撑结构和面形检测用支撑结构;针对支撑结构性能和支撑方案中关键问题进行了深入研究,并提出了相应的解决方案。最后建立了支撑结构的有限元模型,并在此基础上进行了重力场中的镜体变形分析和温度场作用下系统的热变形分析。分析结果表明,检测用支撑与实际用支撑两种结构在重力环境下支撑出的元件面形基本相同,面形相差0.0026nm(RMS);温控范围为0.05℃时,由机械结构热变形引起的镜体面形变化在0.001nm(RMS)量级。研究结果表明,运动学物镜元件支撑结构能够满足极紫外光刻系统对于物镜机械支撑结构的要求。     

极紫外光刻投影物镜中多层膜分析模型的建立及应用

极紫外光刻投影系统中高反膜厚度一般约300nm,远大于13.5nm的工作波长,光能并不能完全穿透膜层入射到基底,从而引入数倍于波长的额外光程差,降低系统成像质量。从能量调制的角度提出了一种基于能量守恒定律的多层膜等效工作界面模型,将光学薄膜中复杂的物理光学过程等效地转换为简单直观的几何光学过程,获取可被常用光学设计软件识别的数据,进而实现对有膜光学系统的分析。利用该模型对不同系统进行了分析优化,获得了一套可实现衍射受限成像的有膜系统方案,证明了基于能量守恒的等效工作界面的有效性,指导后续系统的装调,为多次反射系统的分析提供了一种方法。     

极紫外光刻机曝光系统光学设计研究与进展

极紫外光刻曝光光学系统是极紫外光刻机的核心部件,其设计直接影响极紫外光刻机的性能。极紫外光刻机曝光系统的设计难度大、研究周期长,国外极紫外光刻机产品已经用于高端芯片的制造,但国外对中国禁运相关产品。国内极紫外光刻机曝光系统的设计和研发始于2002年。国内相关领域的研究主要聚焦在极紫外光刻机曝光光学系统的光学设计、像差检测、公差分析、热变形分析等。结合国内外极紫外光刻机曝光光学系统设计研究的历史和现状,较为系统地综述了极紫外光刻投影物镜和照明系统的设计研究与进展,包括：极紫外光刻机投影物镜系统及其设计方法、极紫外光刻照明系统及其设计方法、极紫外光刻曝光光学系统的公差分析、热变形及其对成像性能的影响研究,这为我国从事极紫外光刻机研制、曝光系统光学设计与加工的学者、工程师等提供了极紫外光刻机曝光系统设计研究的历史、现状和未来趋势的相关信息,助力我国极紫外光刻机的设计和研制。     

基于Ptychography的极紫外光刻投影物镜波像差检测技术

Ptychography是一种基于扫描式相干衍射成像的相位恢复技术,实验装置简单,抗干扰能力强。将Ptychography技术用于投影物镜波像差的检测,并分析了检测不同数值孔径投影物镜波像差所采用的光场传播公式、离散化条件及实验架构。数值仿真与实验结果表明,Ptychography技术用于波像差检测时检测标记的通光率需要在45%~80%范围内;增加标记图案的复杂性并在计算过程中增加配准环节可提高收敛速度与检测精度;波像差检测精度在10~(-3)λ以内。将Ptychography技术应用于极紫外光刻投影物镜波像差检测是可行的。     

16nm极紫外光刻物镜热变形对成像性能影响的研究

16 nm极紫外光刻(EUVL)物镜热变形是影响其高分辨成像的主要因素之一。为了给EUVL系统热管理提供可靠的技术依据,对数值孔径为0.33且满足16 nm技术节点的典型EUVL物镜进行热变形仿真研究。采用有限元软件ANSYS仿真曝光过程中反射镜的瞬态温度和变形分布。以Zernike多项式为接口拟合变形面,分析热变形对成像性能的影响。结果表明:物镜的最高温升和最大变形分别为3.9℃和10.2 nm,高温态物镜的热变形引起的最大波像差均方根和畸变分别为0.1λ和56 nm,超出了合理范围。M3和M4反射镜热变形累加引起的波像差和畸变的占比分别为88%和99%,对成像性能的影响起主导作用,需要对其进行严格控温。     

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。     

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。     

极紫外光辐照下表面碳沉积污染的计算模型

极紫外光刻(EUVL)是最有可能实现22nm技术节点的下一代光刻技术。极紫外(EUV)光刻系统使用波长为13.5nm,在此波段下曝光设备只能采用全反射式系统。然而,在极紫外光辐照下的光学元件,薄膜表层的碳化和氧化是导致EUV反射膜反射率下降的两种主要机制。结合EUV光学器件的表面分子动力学理论,研究碳沉积层的作用机理,以便找到抑制污染沉积的有效方法。通过针对碳污染层模型的计算研究,验证了模型和假设的有效性,从侧面证明了Boller等的"二次电子诱导分解是主要沉积过程"理论。通过迭代法模拟了控制污染的几个关键参数对沉积层的影响,得到50~80nm的非工作波段产生的碳沉积最为严重的计算结果。