基于成像光強(qiáng)的光刻機(jī)像差原位檢測理論與方法研究.pdf

1、隨著光刻技術(shù)不斷發(fā)展，成像分辨率極限一再推進(jìn)，投影物鏡數(shù)值孔徑越來越大，光刻機(jī)像差直接影響成像分辨率和工藝窗口，是評(píng)價(jià)光刻機(jī)成像最重要的參數(shù)。光刻成像系統(tǒng)可以抽象為部分相干成像系統(tǒng)，投影物鏡像差需要在光刻機(jī)運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)原位、精確檢測?；诔上窆鈴?qiáng)的光刻機(jī)像差檢測技術(shù)具有成本低、易于實(shí)現(xiàn)、誤差來源少等優(yōu)勢，在原位檢測中有很好的適用性。然而在實(shí)際應(yīng)用中，該類技術(shù)仍然面臨眾多的技術(shù)難題：其一，現(xiàn)有技術(shù)缺乏嚴(yán)格的像差檢測模型，難以實(shí)現(xiàn)整個(gè)光瞳

2、面波像差的快速精確檢測；其二，該類技術(shù)通常需要設(shè)計(jì)一組幾十個(gè)掩模圖形，同時(shí)需要離焦掃描測量光強(qiáng)，時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本較高；其三，在光刻機(jī)實(shí)際使用中，物鏡熱效應(yīng)等因素會(huì)產(chǎn)生較大波像差，而目前的主流技術(shù)是基于建立線性的簡化模型，不適用于較大波像差存在的情況；其四，隨著數(shù)值孔徑增大，偏振像差對成像質(zhì)量造成空前的影響，現(xiàn)有的檢測技術(shù)還沒有實(shí)現(xiàn)完整的偏振像差檢測。鑒于此，本學(xué)位論文從這四方面開展基于成像光強(qiáng)的光刻機(jī)投影物鏡像差檢測理論與方法研究，從像差

3、與成像光強(qiáng)的內(nèi)在聯(lián)系機(jī)理出發(fā)，探索光刻機(jī)投影物鏡像差原位檢測新理論和新方法。本文具體內(nèi)容包括：
　　提出了基于光強(qiáng)傳輸方程的波像差原位檢測方法，將傳統(tǒng)光強(qiáng)傳輸方程擴(kuò)展到了部分相干光成像中，建立了解析的像差模型。利用光刻機(jī)成像系統(tǒng)的遠(yuǎn)場衍射成像特性，將像面的振幅相位信息與光瞳面相位信息建立關(guān)系，從而將光強(qiáng)傳輸方程應(yīng)用在了波像差檢測中。該方法通過采集較小離焦處的成像光強(qiáng)信號(hào)，利用傅里葉變換，進(jìn)行解析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)波像差原位檢測，在數(shù)值孔徑

4、小于0.6的光刻系統(tǒng)中，波像差檢測精度高達(dá)mλ量級(jí)，有良好的適用性。
　　提出了基于單幀光強(qiáng)提取的波像差原位檢測方法，構(gòu)建了波像差靈敏度矩陣解析模型，建立了波像差37級(jí)澤尼克系數(shù)快速重構(gòu)算法。通過深入的理論推導(dǎo)，建立了光刻機(jī)成像模型，解析推導(dǎo)了澤尼克系數(shù)與成像光強(qiáng)之間的線性關(guān)系，從而定義了靈敏度矩陣，提出了掩模優(yōu)化方法。配合采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的單個(gè)掩模圖形，只需要測量單幀離焦成像光強(qiáng)，即可獲得全部37級(jí)澤尼克系數(shù)，克服了離焦掃描的時(shí)間和

5、成本問題。該方法在較大數(shù)值孔徑(0.6　　提出了基于迭代求解的波像差原位檢測理論與方法，解決了大波像差情況下高精度、原位檢測難題。在解析線性模型的基礎(chǔ)上建立了二次像差畸變模型，分析了不同澤尼克項(xiàng)之間的二次耦合關(guān)系，定義了光強(qiáng)基函數(shù)，調(diào)用解析計(jì)算的光強(qiáng)基函數(shù)，采用迭代算法，對37級(jí)澤尼克系數(shù)進(jìn)行求解，從而實(shí)現(xiàn)較大波像差的原位檢測。該方法在波像差高達(dá)150mλ時(shí)，澤

6、尼克37級(jí)系數(shù)檢測誤差在0.1mλ量級(jí)，波像差檢測精度仍然高達(dá)mλ量級(jí)。
　　提出了基于解析靈敏度函數(shù)的偏振像差原位檢測理論與方法。通過深入分析光刻機(jī)成像過程中光的偏振特性，建立了包含偏振的矢量成像模型，研究了不同類型偏振像差對成像畸變的不同影響。采用泡利澤尼克多項(xiàng)式對偏振像差進(jìn)行表征，使用制作最為簡易的二元光柵作為掩模圖形，解析計(jì)算靈敏度函數(shù)，以成像光強(qiáng)的三維分布作為觀測量，結(jié)合靈敏度矩陣，實(shí)現(xiàn)偏振像差原位檢測。該方法對偏振像差