光刻物镜波像差检测平台针孔对准装置的研制

针对光刻物镜波像差检测平台上的针孔定位的需求,设计了一种并联式二维微定位机构,并对该装置的结构特点进行了讨论。该结构具有良好的自解耦功能和较低温度敏感度。并通过有限元方法对针孔定位装置在受力状态下的变形情况进行了模拟,并进行了模态分析,证实了该针孔定位装置具有的特性能够很好地满足光刻物镜波像差检测的针孔定位需求。

光刻物镜波像差检测平台移相装置的研制

针对基于剪切干涉原理的光刻投影物镜波像差检测设备中相移测量的需求,设计了一种移相装置.该装置采用了桥式放大机构,获得了较大放大比和相对紧凑的结构.从原理上对桥式放大机构进行了分析和讨论,得到了输入位移与其放大比之间的函数关系,并得到了其关系曲线.经过非线性有限元分析,对该装置的变形、受力和模态特性进行了验证.验证结果满足检测平台移相要求.

光刻物镜波像差绝对检测技术综述

光刻物镜是光刻机核心部件,其波像差大小决定着光刻机的分辨率和套刻精度。随着光刻机性能的逐步提升,光刻物镜波像差要求已经降低到0.5nm(RMS)以下,这对波像差的检测是一个极大的挑战。现行的光刻物镜波像差检测方法(如哈特曼法,剪切干涉法和点衍射法等)的检测精度往往受限于其系统误差,而绝对检测技术是一种能够将系统误差分离出来的技术,最终突破精度极限。本文回顾了光刻物镜系统波像差检测方法和波前绝对检测技术,详细梳理了绝对检测技术在不同波像差检测方法中的应用和研究进展,重点总结了绝对检测技术在不同波像差检测方法中的技术难点,同时结合这些难点,展望了光刻物镜波像差绝对检测技术的未来发展趋势。

光刻物镜波像差检测球面波发生装置的研制

根据用于光刻物镜波像差检测的剪切干涉原理,为了满足可见光原理样机对球面波的需求,设计了一种具有大行程、高精度、可自锁等优点的球面波发生装置。该球面波是通过针孔衍射的方法产生的。装置在结构上采用了二自由度串联柔性机构,并通过一种特殊的压电驱动器进行驱动。通过有限元方法对球面波发生装置在受力状态下的变形情况进行了仿真,分析结果确认了驱动器的驱动力满足要求,并对结构进行了模态分析。经实验测量,得出了该球面波发生装置的位移分辨率,且其输出位移也被证实具有较为良好的线性度。

高数值孔径投影光刻物镜波像差的自动平衡优化

考虑高数值孔径(NA)投影光刻物镜视场较大、波像差分布不均匀,本文提出了一种自动优化设计方法来降低设计过程中出现的全视场最大波像差。该方法通过将一个自动调节采样视场权重的循环程序附加在光刻物镜的局部优化程序之外来自动平衡全视场的波像差,进而降低全视场的最大波像差。设计实例证明,运用该方法后光刻物镜全视场波像差的均匀性显著提高,最大波像差降低为原来的63%。该方法在光学设计软件Code V中有良好的应用效果,应用该方法不但能节省光刻物镜设计者的时间,而且会降低设计对设计者设计经验的依赖性。同时,该方法也可推广应用在其他对成像质量要求较高的光学系统设计中。

基于空间像的光刻机投影物镜波像差在线检测技术新进展

本刊讯 波像差直接影响光刻机成像质量、光刻分辨率以及关键尺寸（CD）均匀性等光刻技术指标，是光刻机中最关键的检测指标之一，可以用Zernike多项式及其系数来表征。武汉光电国家实验室光电材料与微纳制造研究部刘世元教授领导的纳米光学测量研究小组为了克服目前各种波像差在线检测技术的不足，通过深入研究光刻机中的部分相干成像理论，提出一种基于二元光栅掩模标记的波像差在线检测新技术，

光刻机投影物镜波像差检测技术研究新进展

本刊讯光刻机投影物镜波像差是影响步进扫描投影光刻机性能的重要指标，直接影响光刻机成像质量、光刻分辨率以及关键尺寸均匀性等关键参数。随着分辨率增强技术的不断进步和发展，光刻机投影物镜的数值孔径（NA）正逐步逼近其制造极限，这就要求波像差检测精度达到2mλ，

投影光刻物镜波像差的公差分析方法

为保证投影光刻物镜的成像性能并降低制造成本,提出了一种更全面可靠的公差分析方法。该方法在以波像差均方根(RMS)值作为评价标准的传统分析方法基础上,添加波像差峰谷(P-V)值作为评价指标,并据此选择合理的补偿器组合。在系统波像差的RMS值和P-V值均满足要求的情况下,采用了较少的补偿器,从而有效地降低了系统的制造难度和成本。结合实验室设计的一套90nm投影光刻物镜进行了公差分析和补偿器优选。结果表明,利用该方法选择的7个补偿器,使得系统在97.7%置信区间内,全视场波像差的RMS值≤0.0412λ,P-V值≤0.2469λ,满足了90nm投影光刻物镜的像质要求。

深紫外光刻投影物镜的三维偏振像差

深紫外光刻投影物镜是光刻机的核心部件,然而无论是照明光场偏振态的空间分布,还是光刻投影物镜自身的偏振像差都将改变光束的紧聚焦特性,对成像质量造成不可忽略的影响。基于三维琼斯矩阵,把偏振像差函数推广到三维空间,建立了三维相干光场中偏振像差的评价方法,并分析了典型的偏振敏感光学系统——深紫外光刻投影物镜的三维偏振像差,详细阐述了其物理意义。研究发现:三维偏振像差函数的光瞳分布与视场、光学薄膜以及光学系统的自身结构密切相关。深入讨论了光学薄膜及偏振效应对光刻投影物镜成像质量的影响,进一步研究了照明光场的偏振态分布与光学系统波像差的关系,研究表明:光学薄膜引入的附加位相将导致光刻投影物镜的像质明显下降,而采用径向矢量光场照明可以改善成像质量。

大数值孔径物镜的波像差测量及其特殊问题

设计了基于振幅型棋盘光栅的二维剪切干涉仪,用于测量大数值孔径(NA)物镜的波像差。研究了棋盘光栅剪切干涉仪的基本原理,分析了大数值孔径物镜波像差测量时涉及的几个特殊问题。首先,根据棋盘光栅的远场衍射函数分析了棋盘光栅的衍射效率和衍射级分布,给出了剪切干涉图数据的处理方法。接着,根据球面光瞳坐标与平面探测器坐标的投影关系,分析了光瞳坐标畸变的影响;采用几何光线追迹方法,分析了光栅方程非线性对系统误差的影响。最后,推导了物镜光瞳边缘的相对照度与数值孔径的关系。试验结果表明:采用相同光瞳坐标,NA为0.6的显微物镜的波像差测量重复性(3σ)可达到3.7 mλ。对大数值孔径物镜测量过程中涉及的特殊问题进行了探讨,结果提示:测量大数值孔径物镜的波像差时,需要考虑光瞳坐标畸变、光栅方程引入的系统误差、光瞳边缘照度衰减的影响等。

基于振型差小波变换的结构损伤检测方法

小波变换具有在时域和频域内表征信号局部特性的能力,能够在不同尺度下对结构响应中的突变信号进行放大和识别。在位移模态振型的基础上,提出了一种基于小波变换的结构损伤检测方法。将损伤前后结构的位移模态振型差作为原始信号进行小尺度小波变换,通过损伤前后位移模态振型差小波变换系数的变化,可判定损伤存在,确定损伤位置。并通过悬臂梁和海洋平台的数值模拟对该方法进行了验证。

基于空间像主成分分析的光刻投影物镜波像差检测技术

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。

光刻投影物镜中的透镜X-Y柔性微动调整机构

针对光刻投影物镜中透镜X-Y调整机构调整量程小、调整精度高的特点,提出了一种基于柔性铰链的X-Y微动调整机构,并将其应用在光刻投影物镜模型中进行了实验验证。首先,基于机构自由度和机构瞬心等概念介绍了该机构的工作原理。然后,用柔性铰链代替传统铰链完成了该机构的结构设计,并对该机构的运动方向刚度、位移输入-输出比以及固有频率和阵型等进行了仿真分析。分析结果表明:该机构X,Y方向的刚度值为1.99μm/N和1.96μm/N,X,Y方向的位移输入-输出比值分别为-2.5和-2.56,机构X,Y方向运动的原理误差分别为实际量的8.22%和6.68%。最后,将研制的X-Y微动调整机构用于光刻投影物镜验证模型中,给出了X-Y调整机构补偿前后的系统波像差。结果显示:模型补偿前后的系统波像差RMS分别为50.864nm和25.933nm。由此表明,本文设计的柔性微动调整机构补偿效果明显,能够满足光刻投影物镜高精度X-Y调整补偿要求。

光刻投影物镜整体式XY微调整机构设计

针对光刻投影物镜XY补偿镜调整量程小、调整精度高的特点,设计了一种XY微位移并联调整机构。首先,分析圆弧形铰链切口厚度、切口半径和高度对柔度系数的影响,以指导铰链结构设计。接着,基于柔度矩阵法分析了机构各个支链的柔度和整体柔度。最后,计算了机构的输出耦合误差,并将柔度矩阵法得到的理论值和有限元法得到的结果对比。结果表明:机构在±50 N的驱动力范围内,可以实现运动行程±40.997μm,X向调整引入的Y向耦合误差小1%,机构完全解耦。由柔度矩阵法和有限元法得到的机构柔度分别为2.537μm/N和2.934μm/N,偏差为13.531%。50 N调整力作用后的镜片上表面面形未去除power前PV值为2.684 nm,RMS为0.524 nm;去除power后PV值为2.433 Nm,RMS值为0.476 nm,并且面形主要为像散。该机构满足设计指标,符合光刻投影物镜高精度XY补偿要求。

Ronchi剪切干涉光刻投影物镜波像差检测技术研究

Ronchi剪切干涉采用扩展光源调制光场空间相干性,具有干涉仪结构简单、共光路、零条纹检测等优点,适合用于光刻机投影物镜波像差原位检测。基于Ronchi剪切干涉的投影物镜波像差检测技术及系统,根据光栅衍射和空间相干性理论推导了Ronchi剪切干涉场的表达式。针对Ronchi剪切干涉仪多级衍射光寄生干涉对相位提取精度的影响,提出了一种十步相移算法,有效地消除±9级以内多级衍射的影响,理论上相位提取误差峰谷(PV)值为0.0046λ,均方根(RMS)值为0.0019λ,实验数据验证了理论推导的正确性和相位提取算法的有效性。

超大数值孔径光刻机投影物镜波像差检测方法

提出了一种基于空间像主成分分析的超大数值孔径光刻机投影物镜波像差检测方法。通过采用偏振光照明和矢量光刻成像模型并考虑投影物镜的偏振像差，准确表征了超大数值孔径光刻机的空间像，从而提高了像差检测模型的精度，实现了超大数值孔径光刻机投影物镜33项泽尼克像差（Z5-Z37）的高精度检测。相比于原基于空间像主成分分析的投影物镜成像差检测技术（AMAI-PCA）方法，所提方法适用于超大数值孔径光刻机投影物镜波像差检测。采用光刻仿真软件PROLITH对所提方法的检测精度进行了仿真验证，并分析了空间像采样间隔对波像差检测精度的影响。仿真结果表明，该方法对泽尼克像差（Z5-Z37）的检测精度优于0．85×10^-3λ。

基于Ptychography的极紫外光刻投影物镜波像差检测技术

Ptychography是一种基于扫描式相干衍射成像的相位恢复技术,实验装置简单,抗干扰能力强。将Ptychography技术用于投影物镜波像差的检测,并分析了检测不同数值孔径投影物镜波像差所采用的光场传播公式、离散化条件及实验架构。数值仿真与实验结果表明,Ptychography技术用于波像差检测时检测标记的通光率需要在45%~80%范围内;增加标记图案的复杂性并在计算过程中增加配准环节可提高收敛速度与检测精度;波像差检测精度在10^(-3)λ以内。将Ptychography技术应用于极紫外光刻投影物镜波像差检测是可行的。

光刻机投影物镜的像差原位检测新技术

提出了一种新的光刻机投影物镜像差原位检测(AMF)技术。详细分析了该技术利用特殊测试标记检测投影物镜球差、像散、彗差的基本原理,论述了该技术利用对准位置坐标计算像差引起的成像位置偏移量的方法。实验结果表明AMF技术可实现球差、彗差、像散等像差参量的精确测量。AMF技术考虑了光刻胶等工艺因素对像差引起的成像位置偏移量的影响,有效避免了目前基于硅片曝光方式的彗差原位检测技术对离焦量、像面倾斜等像质参量限制的依赖。

扫描型哈特曼检测装置研究

在传统哈特曼检验法基础上研制成功一种扫描型哈特曼检测新装置,可对最大口径为300 mm的聚焦镜在全口径范围内进行采样测量。该检测装置由大口径标准平行光管、扫描式哈特曼光阑、被检聚焦镜、CCD摄像机及计算机组成,在水平和垂直两个径向上开有等间距排列且相互错开半个间距的小孔,并且在步进电机的驱动下绕光轴旋转,可对被检聚焦镜进行全口径连续采样。对有效口径为154 mm的斐索平面干涉仪非球面准直物镜的球差及焦斑能量集中度进行了测量,进而由球差计算得到了波像差,并用干涉法对该准直物镜进行了测量。球差的理论值与测量值最大偏差为14.6%;由新装置测量并计算得到的波像差PV值与干涉法测量并计算得到的PV值偏差为11.5%;实测的80%的能量集中在34μm的范围内,而计算得到的80%的能量集中在28μm之内,最后对结果进行了分析并提出了进一步改进的意见。

基于空间像自适应降噪的投影物镜波像差检测方法

提出了一种基于空间像自适应降噪的投影物镜波像差检测方法。通过对空间像进行统计分析,获取空间像的噪声模型和噪声标准差模型。以噪声标准差为权重因子,利用加权最小二乘法对空间像进行主成分分解,可以实现对空间像的自适应、无损降噪,从而得到更为精确的主成分系数和泽尼克系数。使用光刻仿真软件PROLITH的仿真结果表明,在相同的噪声水平下,0.1λ像差幅值内,与基于空间像主成分分析的波像差检测技术相比,精度提高30%以上。在使用光刻实验平台测量Z8调整量的实验中,该方法的精度更高。