基于空间像矢量分析的偏振像差在线检测与像质优化方法

Optical lithography is a key process in semiconductor device fabricating which is constantly driving the manufacturable critical dimension(CD) of integrated circuits(IC). Now IC manufacturing process is advancing down to CD of 22 nm or less. Polarization aberration of projection lens becomes a more important factor which has a notable impact on lithography imaging resolution. To ensure the high-fidelity of mask pattern transfering in optical lithography process, combining all kinds of resolution enhancement technique and development of in situ high precision metrology are required to improve the optical imaging contrast and monitor the process variations. In this application we will investigate the vectoring imaging effect of phase shift mask in high numerical aperture(NA) optical lithography system which will provide a theoretical model for the aerial imaging simulation and analysis. Based on aerial image sensing we will develop an in situ polarization aberration measurement method. Furthermore, we will propose a resolution enhancement technique with source and mask optimization to compensate for the polarization aberration of projection lens in high NA optical lithography system.

光刻是集成电路制造的核心工艺，光刻分辨率的不断提高推动着集成电路向着更小线宽尺寸发展。随着半导体制造向22nm及以下节点推进，偏振像差成为影响光刻分辨率的新的重要因素。为保证光刻图形的高保真转移，既需要组合运用多种分辨率增强技术，通过优化光刻工艺保证光刻系统成像性能达到最优；又需要发展高精度的光刻过程在线检测技术，精密监测各种光刻过程参数的变化并对其进行在线校正。本项目拟基于严格矢量光刻仿真模型，研究移相掩模的矢量成像效应，基于掩模空间像的矢量效应提出一种偏振像差的在线检测方法，在此基础上，通过深入分析超大数值孔径光刻成像条件下投影物镜偏振像差对照明和掩模等分辨率增强技术的影响机制，提出一种基于掩模、照明、投影物镜联合优化的光刻分辨率增强方法。

光刻机是集成电路制造的核心装备。投影物镜系统是光刻机最复杂、最昂贵的分系统之一。投影物镜的偏振像差会引起图形位置偏移、最佳焦面偏移和焦深减小，从而降低光刻成像质量，影响光刻机分辨率、套刻精度等重要性能指标。为保证光刻图形的高保真转移，既需要组合运用多种分辨率增强技术，又需要发展高精度偏振像差在线检测技术，精密监测光刻过程中偏振像差的变化并对其进行在线校正。本项目研究了偏振像差检测方法与分辨率增强技术，创新性地提出了基于交替相移掩模空间像矢量分析的偏振像差在线检测方法、以及基于随机并行梯度算法的光源掩模联合优化方法、基于遗传算法的光源掩模优化方法、基于二次规划算法的光源优化方法、基于粒子群算法的光源、掩模、投影物镜优化方法等分辨率增强新方法，实现了项目研究目标。. 本项目在光学/光刻领域国际一流学术期刊《Optics Express》《Applied Optics》《Journal of Micro/Nanolithography, MEMS, and MOEMS》等刊物与国内光学领域EI全刊收录学术期刊《光学学报》等刊物上发表学术论文24篇，其中SCI收录10篇、EI收录24篇；发表国际光学工程学会（SPIE）国际会议论文4篇 (4篇均被 EI、ISTP收录)、第十五届全国光学测试学术交流会议论文1篇、第十六届全国光学测试学术交流会议论文1篇；获第十五届全国光学测试学术交流会优秀论文奖1项、第十六届全国光学测试学术交流会优秀论文奖1项。项目负责人作国际会议大会口头学术报告1次、第二届全国偏振与椭偏测量研讨会大会邀请报告1次。本项目申请发明专利6项，其中已授权5项。项目共培养研究生9人，其中已毕业博士研究生5人、硕士研究生1人，在读博士研究生3人。