Author Affiliations
Abstract
1 School of Microelectronics, Shanghai University, Shanghai 200072, China
2 Department of Precision Optics Engineering, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
Overlay (OVL) for patterns placed at two different layers during microchip production is a key parameter that controls the manufacturing process. The tolerance of OVL metrology for the latest microchip needs to be at nanometer scale. This paper discusses the influence on the accuracy and sensitivity of diffraction-based overlay (DBO) after developing inspection and after etching inspection by the asymmetrical deformation of the OVL mark induced by chemical mechanical polishing or etching. We show that the accuracy and sensitivity of DBO metrology can be significantly improved by matching the measuring light wavelength to the thickness between layers and by collecting high-order diffraction signals, promising a solution for future OVL metrology equipment.
diffraction-based overlay overlay metrology accuracy lithography semiconductor microchip Chinese Optics Letters
2023, 21(7): 071204
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与光电研究中心，北京 100049
3 上海大学微电子学院，上海 200444
4 浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室，浙江 杭州 310027
基于空间像主成分分析的波像差检测技术是一种原位光刻机投影物镜波像差检测技术。本文对该技术的检测模型和工程技术进行了系统研究。分析了照明条件、检测标记、空间像扫描范围等影响因素对检测精度的影响。研究了空间像传感器模型，并通过仿真和实验验证了传感器模型的有效性。研究了空间像定心误差对检测精度的影响，对比了不同定心方法下波像差检测模型的性能表现。分析了不同降噪方法的空间像降噪效果，并基于空间像噪声模型，提出了一种新的空间像降噪方法。仿真与实验结果表明，在各种影响因素中，照明部分相干因子和F方向采样范围对像差检测精度影响较大。定心方面，在X方向上六项模型定心精度更高，F方向上三项模型与六项模型各有优劣。平均值降噪法可以有效滤除空间像噪声，提高像差求解精度。像差漂移量仿真测试结果表明，该技术可用于校正光刻机的短期像差漂移。本文对该技术还给出了工程应用建议。
仪器，测量与计量 光刻 波像差检测 空间像 传感器模型 定心 降噪 光学学报
2023, 43(13): 1312001
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与光电研究中心，北京 100049
模型性能表现和模型训练时间影响着基于迁移学习坏点检测方法的应用，而选用模型和迁移学习策略是模型性能表现和模型训练时间的重要影响因素。提出了一种基于预训练VGG11模型的坏点检测方法，通过微调基于ImageNet数据集预训练的VGG11模型获得坏点检测的待训练模型。采用保留预训练模型权重、冻结卷积层的策略进行模型训练，采用ICCAD 2012数据集进行模型训练和测试。与现有方法相比，所提方法的模型综合性能表现更好，所需的模型训练时间更少。所提方法有助于提高掩模版图的坏点检测效率，缩短集成电路生产的周期。
测量 光刻 坏点检测 机器学习 迁移学习
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与光电研究中心，北京 100049
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。
测量 光刻 极紫外光刻 掩模缺陷检测 空间像 深度学习
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与光电研究中心，北京 100049
面向光学系统及光学车间现场波像差检测、长焦成像系统波像差检测等复杂易受外部干扰的应用场景，本团队提出了一种基于偏振同步相移的双光纤点衍射干涉技术，用于光学成像系统波像差的实时动态检测。该技术采用短相干长度光源与单模保偏光纤产生两个点源，这两个点源可以输出正交线偏振光；在光路中加入四分之一波片，采用微偏振阵列相机实现了基于单幅干涉图的空间同步相移。通过衰减器调节两束光的光强比，可以实现干涉条纹对比度的调节。搭建了基于该技术的实验装置，并采用该装置对5X透射式微缩投影物镜波像差进行了测量，测得其波像差均方根(RMS)为10.49 nm。在低频振动噪声环境下进行了32次重复性测量，重复测量精度为0.17 nm，实现了待测投影物镜波像差的高精度实时动态检测。实验结果验证了所提检测技术的有效性。
测量 点衍射 偏振相移 波像差检测 干涉测量 中国激光
2022, 49(21): 2104001
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与光电研究中心，北京 100049
提出了一种快速的极紫外光刻像素化掩模优化方法。优化过程中采用改进的像素化快速厚掩模模型，根据掩模像素尺寸设置边界像素上点脉冲的大小。以双重边界演化方法为基础，在每轮优化时，根据当前光刻胶轮廓与目标图形轮廓的差异自适应地对优化变量进行初始化，利用先验信息生成初始个体和种群，从而提高优化效率。以一维线空图形和二维复杂图形为例进行了仿真验证，结果表明该方法有效提高了掩模成像仿真精度，两种二维掩模图形的优化效率得到明显提高。
光学学报
2022, 42(13): 1305002
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与光电研究中心，北京 100049
极紫外（EUV）光刻机是推动集成电路向先进技术节点发展的核心装备，已应用于7 nm及以下技术节点芯片的量产。高成像质量是EUV光刻机应用于芯片量产的基础。作为成像系统的重要组成部分，掩模是影响EUV光刻成像质量的重要因素。EUV掩模的制造过程中会产生以多层膜缺陷为代表的掩模缺陷，显著降低光刻成像质量。对EUV掩模缺陷的位置、尺寸和形貌等进行准确检测，并根据检测结果进行缺陷补偿是确保光刻成像质量的重要手段。为了有效补偿掩模缺陷对光刻成像质量的影响，需要建立快速准确的含缺陷掩模模型。本文结合本团队在掩模缺陷检测和补偿技术领域的研究工作，介绍了典型的含缺陷掩模仿真方法，总结了现有掩模缺陷检测技术，介绍了掩模缺陷补偿技术的研究进展。
激光与光电子学进展
2022, 59(9): 0922022
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与光电研究中心，北京 100049
极紫外（EUV）光刻是目前最先进的光刻技术，是芯片向更高集成度发展的重要保障。高成像质量是确保EUV光刻机性能指标的前提，而反射式三维掩模和特殊的光学成像系统给提高成像质量带来了更多挑战。研究三维掩模成像是提高EUV光刻成像质量的基础，三维掩模成像模型是重要的研究工具。本文结合本团队在EUV光刻三维掩模成像领域的研究，介绍了EUV光刻三维掩模成像的基本原理，总结了典型的三维掩模模型，介绍了提高EUV光刻三维掩模成像质量相关技术的研究进展，并展望了该领域的发展趋势。
激光与光电子学进展
2022, 59(9): 0922021
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与光电研究中心，北京 100049
光刻机是集成电路制造的核心装备，光刻分辨率是光刻机的重要性能指标。作为提高光刻机分辨率的重要手段，分辨率增强技术可以推动芯片向更高集成度发展。光源掩模联合优化（SMO）通过同时优化光源和掩模图形提高光刻分辨率，是28 nm及以下技术节点必不可少的分辨率增强技术之一。光源与掩模的准确表征是SMO技术的基础，高效的优化算法是对光源和掩模进行优化的核心手段。SMO技术应用于全芯片的前提是进行关键图形筛选。本文回顾了SMO技术的发展历史，并结合本团队对SMO技术的研究，介绍了关键图形筛选方法、光源与掩模表征方法和优化算法的基本原理和国内外的研究进展。
激光与光电子学进展
2022, 59(9): 0922010
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与光电研究中心，北京 100049
光刻机是极大规模集成电路制造的核心装备，深紫外光刻机是用于先进技术节点芯片制造的主流光刻设备。光刻机的成像质量直接影响光刻机性能指标，是光刻机正常工作的前提。作为提高光刻成像质量的重要手段，计算光刻技术在光刻机软硬件不变的条件下，采用数学模型和软件算法对照明光源、掩模图形和工艺参数等进行优化，使目标图形高保真度地成像到硅片上。光刻成像模型是计算光刻技术的基础，成像模型仿真精度和速度的不断提高支撑了计算光刻技术的发展。结合本团队的研究工作，介绍了光刻成像模型的发展，总结了光学邻近效应修正技术、光源掩模优化技术和逆向光刻技术这三种主要计算光刻技术的研究进展。
激光与光电子学进展
2022, 59(9): 0922007
