针对先进光刻调焦调平传感器系统的增益系数工艺相关性开展理论仿真与实验研究。建立了增益系数工艺相关性理论模型,仿真分析了调焦调平传感器增益系数与测量误差随不同光刻工艺材料膜层厚度的变化规律。在自研实验系统上对表面涂覆不同厚度SiO₂薄膜的硅片样品进行了实验验证,发现实验与理论仿真得到的增益系数与测量误差随膜层厚度的变化规律一致。仿真与实验研究结果表明,调焦调平传感器的工艺相关性测量误差在SiO₂膜层厚度为250 nm和690 nm附近时分别出现约55.9 nm和36.6 nm的误差峰值。采用表面覆盖特定膜层的硅片来标定光刻机调焦调平传感器,可以有效减小增益系数工艺相关性的影响和测量误差。本研究结果对于光刻精密对焦控制、光刻工艺优化具有重要的参考意义。

随着半导体制造步入1x nm技术节点时代，光刻机中的对焦控制精度需要达到几十纳米。在纳米精度范围内，硅片上的集成电路（IC）工艺显著影响调焦调平系统的测量精度。基于实际的调焦调平光学系统模型和三角法、叠栅条纹法测量原理，建立工艺相关性误差模型。研究表明，工艺相关性误差主要来源于测量光在光刻胶涂层内部的多次反射。选取3种光刻胶仿真分析发现，不同光刻胶的工艺相关性误差随光刻胶厚度的变化趋势相同，随测量光入射角（45°~85°）的增大而减小。在实验验证平台上分别测量7种工艺硅片，实验测量值与理论模型计算值差异统计平均值小于6 nm。结果表明，光刻机中调焦调平系统的测量光有必要采用大入射角度，同时提高光刻胶的涂胶均匀性，以减少工艺相关性误差。