光电工程Opto-ElectronicEngineering第38卷第12期2011年12月Vol.38,No.12Dec,2011文章编号：1003-501X(2011)12-0035-06大数值孔径下的偏振成像分析勇1,2，邢廷文1，杨雄1刘(1.中国科学院光电技术研究所，成都610209；2.中国科学院研究生院，北京100049)摘要：光刻设备的分辨率越来越高，以满足集成电路特征尺寸不断缩小的要求。根据瑞利判据，可以通过缩小曝光波长和工艺因子、增大数值孔径来提升光学投影光刻的分辨率。随着数值孔径的增加，光的偏振特性对成像的影响越来越大。通过分析偏振光的成像特性，控制照明的偏振方向，可以延伸光刻的分辨率。运用光的干涉原理分析了偏振光影响成像质量的原因，结合阿贝成像原理与偏振的矢量特性对偏振光的成像进行了仿真，比较了不同偏振照明下的成像对比度及焦深。结果表明，对图形选取相应的偏振照明，可以改善成像质量。关键词：偏振成像；大数值孔径；光刻中图分类号：O436.1;O436.3文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1003-501X.2011.12.007AnalysisonHighNumericalAperturePolarizedImagingLIUYong1,2，XINGTing-wen1，YANGXiong1(1.InstituteofOpticsandElectronics,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610209,China;Abstract:Theresolutionoflithographyhasbecomehigherandhighertosatisfythedemandofthecontinuousreductionofintegratedcircuitcriticaldimension(CD).AstotheRayleighcriterion,theresolutionofopticalprojectionlithographycanbeenhancedbyreducingthewavelength,loweringtheprocessfactorandenlargingthenumericalaperture(NA).AsNAbecomeslarger,thepolarizationoflightaffectstheimagingmoresignificantly.Byusingthepolarizedillumination,theresolutioncanbeimproved.Thereasonwhythepolarizationoflightaffectstheimagingisanalyzedbyinterferenceprinciple.TheimagingofdifferentpolarizedlightissimulatedwiththeAbbe’stheoryofimageformationandvector’sproperty.TheimagecontrastandDepthofFocus(DOF)underdifferentpolarizationarecompared.Theresultshowsthatimagingperformancecanbeimprovedbyoptimizingthepolarizationofillumination.Keywords:polarizedimaging;highNA;lithography0引言集成电路的特征线宽从最初的微米量级发展到了现在的20nm左右，不断缩小的线宽对光刻机提出了越来越苛刻的要求。由于衍射受限，所有的光学系统都存在着分辨极限，这一极限由瑞利判据来决定。光学投影光刻也不例外，其能分辨的最小特征线宽为[1]CD=k1λ/(1)其中：k1为工艺因子，在单次曝光下的理论极限为0.25，影响其大小主要有照明模式、掩模类型、曝光过程控制和光刻胶性能等因素。λ为曝光波长，从最初汞灯的436~365nm，发展到深紫外(DUV,DeepUltraviolet)收稿日期：2011-08-25；收到修改稿日期：2011-09-032009@qq.com。数值孔径，NA=nsinθ，n是像方折射率，θ是像方孔径角。浸没式光刻机在镜头和硅片之间填充液体，可将数值孔径延伸至大于1。曝光波长和工艺因子越来越小、数值孔径越来越大是光学投影光刻的发展方向。随着数值孔径的增加，光的偏振特性对成像对比度及焦深的影响越来越大，对偏振效应的分析与控制变得十分必要[3-4]。1偏振成像原理电磁波是横波，偏振是横波的特性之一。我们把电磁波中电矢量的振动方向称为偏振方向。按偏振方向与入射面的相对位置可分为s偏振和p偏振。s偏振的偏振方向垂直于入射面，又称为TE(TransverseElectric)波。p偏振的偏振方向平行于入射面，又称为TM(TransverseMagnetic)波。在傍轴近似情况下，运用标量衍射理论可对成像过程进行较为精确的模拟。当傍轴条件不成立时，如成像特征尺寸接近波长量级或大数值孔径成像，标量衍射理论会有较大误差，就有必要运用更为严格的矢量衍射理论。下面运用光的干涉原理对偏振成像进行简要分析。2α(a)spolarization(b)ppolarization图1不同偏振的干涉Fig.1Interferenceofdifferentpolarization假设两束相干光的复振幅分别为E1和E2，与成像面法线夹角分别为α和−α。成像面上的光强分布是两光束的相干叠加[5-7]。对于s偏振情况，如...