红外与激光工程
2022, 51(11): 20220136
1 北京理工大学光电学院，光电成像与系统教育部重点实验室，北京 100081
2 中国科学院微电子研究所先导工艺研发中心，北京 100029
3 中国科学院大学微电子学院，北京 100049
光刻是将集成电路器件的结构图形从掩模转移到硅片或其他半导体基片表面上的工艺过程，是实现高端芯片量产的关键技术。在摩尔定律的推动下，光刻技术跨越了90~7 nm及以下的多个工艺节点，逐步逼近其分辨率的物理极限。同时，光刻系统的衍射受限特性，以及各类系统像差、误差和工艺偏差，都会严重影响光刻成像精度。此时，必须采用计算光刻技术来提高光刻成像分辨率和图形保真度。计算光刻是涉及光学、半导体技术、计算科学、图像与信号处理、材料科学、信息学等多个专业的交叉研究领域。它以光学成像和工艺建模为基础，采用数学方法对光刻成像过程进行全链路的仿真与优化，实现成像误差的高精度补偿，能够有效提升工艺窗口和芯片制造良率，降低光刻工艺的研发周期与成本，目前已成为高端芯片制程的核心环节之一。本文首先简单介绍了计算光刻的前身，即传统的分辨率增强技术，在此基础上介绍了计算光刻的基本原理、模型和算法。之后对光学邻近效应校正、光源优化和光源掩模联合优化三种常用的计算光刻技术进行了综述，总结了相关的研究进展、成果和应用。最后，阐述了计算光刻当前所面临的需求与挑战，并讨论了最新技术进展和未来发展方向。
激光与光电子学进展
2022, 59(9): 0922008
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心，北京 100049
3 白俄罗斯共和国开放式股份公司“精密电子机械制造设计局-光学机械设备”，白俄罗斯 明斯克 220033
退偏器在深紫外光刻机照明系统中具有重要作用。尽管相关的设计、制造、性能评估已有一些报道，但是，相应的检测手段大多工作在可见光波段，目前仍缺乏直接对深紫外特定波长应用的退偏器进行性能检测的方法。本文提出了一种与激光光强波动无关的248 nm退偏器检测方法，使用248.372 nm波长的KrF准分子激光器作为光源，利用预起偏和偏振分光设计克服了激光光强波动造成的不利影响。误差分析表明，该方法适用于退偏器性能检测，绝对系统误差小于0.1226%，随机误差约0.2000%。验证实验和稳定性实验表明，测量偏振度均值与理论值高度一致，重复性水平与分析预期相当，再现性水平仅略差于重复性水平。这一方法为248 nm光刻机照明系统中使用的退偏器提供了一种稳定有效的离线性能检测手段。
测量 偏振检测 退偏器 深紫外 光刻 误差分析
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
全芯片多参数联合优化是光刻分辨率增强技术的重要发展方向。提出了一种基于粒子群优化(PSO)算法的光源掩模投影物镜联合优化(SMPO)方法。将由像素表征的光源、由离散余弦变换基表征的掩模及由泽尼克系数表征的投影物镜编码为粒子,以图形误差作为评价函数,通过不断迭代更新粒子,实现光源掩模投影物镜联合优化。在标称条件和工艺条件下,采用含有交叉门的复杂掩模图形对所提方法的仿真验证表明,图形误差分别降低了94.2%和93.8%,有效提高了光刻成像质量。与基于遗传算法的SMPO方法相比,该方法具有更快的收敛速度。此外,该方法具有优化自由度高和优化后掩模可制造性强的优点。
光学制造 光刻 分辨率增强技术 光源掩模投影物镜联合优化 粒子群优化 光学学报
2017, 37(10): 1022001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049成像系统
3 新疆师范大学物理与电子工程学院, 新疆, 乌鲁木齐 830000
4 中芯国际集成电路制造有限公司, 上海 201203
提出一种基于交替相移掩模空间像的光刻机投影物镜偏振像差检测方法。采用泡利-泽尼克系数表征偏振像差，结合X和Y两种线性偏振照明方式，用像传感器测量不同照明条件下掩模空间像的成像位置偏移与最佳焦面偏移，利用标定的偏振像差灵敏度矩阵计算获得泡利-泽尼克系数。采用光刻仿真软件对本文方法的有效性进行了验证，结果表明其检测精度优于3.07 mλ。
成像系统 光学制造 光刻 偏振像差 泡利-泽尼克系数 偏振像差测量
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室， 上海 201800
2 中国科学院大学， 北京 100049
提出了一种基于多染色体遗传算法(GA)的像素化光源掩模优化(SMO)方法。该方法使用多染色体遗传算法，实现了像素化光源和像素化掩模的联合优化。与采用矩形掩模优化的单染色体GASMO方法相比，多染色体GASMO方法具有更高的优化自由度，可以获得更优的光刻成像质量和更快的优化收敛速度。典型逻辑图形的仿真实验表明，多染色体方法得到的最优光源和最优掩模的适应度值比单染色体方法小7.6%，提高了光刻成像质量。仿真实验还表明，多染色体方法仅需132代进化即可得到适应度值为5200的最优解，比单染色体方法少127代，加快了优化收敛速度。
成像系统 光学制造 光刻 光源掩模优化 分辨率增强技术 遗传算法 多染色体
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出了一种基于动态适应度函数的光刻机光源掩模优化方法(SMO)。动态适应度函数方法在遗传算法优化过程中采用动态适应度函数模拟真实光刻工艺条件误差对光刻结果的影响，得到对光刻工艺条件误差不敏感的优化光源和优化掩模。该方法无需优化权重系数，即可获得与权重优化后的加权适应度函数方法相近的工艺宽容度。典型逻辑图形的仿真实验表明，曝光剂量误差为15%时，动态适应度函数方法得到的优化光源和优化掩模的可用焦深达到200 nm，与加权适应度函数方法的优化效果相当。动态适应度函数方法也可用于降低SMO 的优化光源和掩模对其他工艺条件误差如彗差的敏感度。
光学设计 光刻 光源掩模优化 分辨率增强技术 遗传算法 适应度函数
1 中国科学院光电技术研究所应用光学研究室, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
离轴照明(OAI)作为一种重要的分辨力增强技术(RET)，不仅可以提高光刻分辨力，而且对焦深(DOF)也有一定程度地改善。针对特定的掩模图形，采用何种离轴照明模式能最大程度地改善光刻成像性能是主要研究的内容。通过优化设计的方法来获得最佳照明模式，采用的优化算法为最速下降法，采用的评价函数为光刻工艺窗口。工艺窗口包含三个方面的信息：成像精确度、曝光度、焦深。通过空间像性能对这三个方面分别做了描述，并将这三个函数加权得到综合评价函数，这种描述方法避免了复杂的光刻胶模型，评价函数值能快速准确地被求解。求解不同权值下的最佳照明模式及该照明模式对应的实际工艺窗口大小，结果表明，空间像性能描述的评价函数能较好地反映实际工艺窗口的性能，合理选择权值，优化得到的照明模式对工艺窗口性能有较大改善作用。
成像系统 光学光刻 离轴照明 光源优化 激光与光电子学进展
2015, 52(10): 101101
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 新疆师范大学物理与电子工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830000
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。
成像系统 光刻 偏振像差 泡利系数 泡利-泽尼克系数
华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430223
光刻空间像仿真作为各种计算光刻技术的基础,受到越来越多的重视.提出一种基于互强度傅里叶分析的光刻机投影成像快速模拟方法,从光刻成像互强度传播过程入手,基于傅里叶光学原理对成像要素进行多次空域-频域变换,得到一种快捷的空间像模拟途径.通过与标准解析空间像对比,发现该方法的计算精度可达10-4(最大光强归一化).该方法避免了部分相干成像的Hopkins方程中繁琐的积分运算,操作性强、计算精度高.该方法适用于各种灵活多变的曝光成像条件,具备广阔的工程应用前景.
部分相干成像 光刻机 空间像 傅里叶光学 仿真计算 partially coherent imaging optical lithography aerial image Fourier optics simulation
