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光刻机是芯片制造的重要装备之一,其核心是一套高精度的投影成像系统,这套系统的波像差是影响光刻机成像质量、光刻分辨率和套刻精度的重要因素,是光刻机最主要的检测指标之一。为达到实际生产过程对投影物镜系统波像差提出的苛刻要求,需定期对光刻机投影物镜系统的波像差进行检测和校正,因此,各种原位和在线检测方法应运而生。移相掩模(Phase-Shift Mask,PSM)是一种通过在掩模基底上附加移相器,使掩模出射波面间产生相对相移的掩模标记。自其问世以来,就有人研究利用其实现系统波像差检测。目前,基于移相掩模的波像差检测技术正在成为光刻机投影物镜系统波像差检测技术的重要分支之一。本文对基于相位轮移相掩模标记的波像差检测方法进行了详细研究,主要完成了以下工作:(1)研究了基于相位轮移相掩模标记的光刻机投影物镜系统波像差检测原理,确定了光刻机投影物镜系统的波像差检测流程。(2)为了提高光刻仿真计算速度,利用二次响应面模型对光刻机投影物镜系统成像特性进行了拟合,得到了光刻机投影物镜系统成像特性的简化模型。在光刻机投影物镜系统成像特性的拟合过程中,应用D-优化设计理论对拟合方案进行了优化,利用Prolith软件建立了仿真图像库,通过最小二乘方法对仿真图像库的拟合,得出光刻机投影物镜系统成像特性的简化模型。与Prolith软件相比,该简化模型在保证所需仿真精度的同时,计算速度显著提高,可满足波像差优化求解的要求。(3)研究了光刻机投影物镜系统Zernike系数的求解方法,提出了遗传算法和序列二次规划法相结合的Zernike系数优化求解算法。该算法利用遗传算法求解的全局搜索特性,得到Zernike系数的粗略解,然后,利用序列二次规划法快速收敛性,求得Zernike系数的精确解,从而完成优化求解过程。实验证明该粗精结合的优化求解算法具有准确而高效的特性。(4)通过Prolith光刻仿真软件对文中提出的光刻机投影物镜波像差检测方法进行了仿真验证,证明了该方法的有效性和可行性。