CN111610586B - 一种衍射光栅的设计方法及系统 - Google Patents

一种衍射光栅的设计方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111610586B
CN111610586B CN202010594125.7A CN202010594125A CN111610586B CN 111610586 B CN111610586 B CN 111610586B CN 202010594125 A CN202010594125 A CN 202010594125A CN 111610586 B CN111610586 B CN 111610586B
Authority
CN
China
Prior art keywords
diffraction
grating
order
condition
orders
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010594125.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111610586A (zh
Inventor
李璟
杨光华
卢增雄
张清洋
丁敏侠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Microelectronics of CAS
Original Assignee
Institute of Microelectronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Microelectronics of CAS filed Critical Institute of Microelectronics of CAS
Priority to CN202010594125.7A priority Critical patent/CN111610586B/zh
Publication of CN111610586A publication Critical patent/CN111610586A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111610586B publication Critical patent/CN111610586B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings

Abstract

本公开提供了一种衍射光栅的设计方法及系统，方法包括：S1，获得衍射光栅衍射光的零衍射级和高衍射级的衍射效率增强和缺级的条件；S2，根据零衍射级缺级的第一条件获得衍射光栅的槽深；S3，根据高衍射级增强的条件获得衍射光栅的栅脊宽度和栅脊之间的距离；S4，将步骤S3获得的结构复制并进行对称设置，以使高衍射级的偶衍射级缺级。该方法根据需要增强的衍射级次，选择相应的栅级和栅槽的宽度和位置，不需要将整个光栅结构均设置为优化条件进行优化，避免了大量计算。

Description

一种衍射光栅的设计方法及系统
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种衍射光栅的设计方法及系统。
背景技术
在半导体、集成电路以及镜面位移测量领域，经常采用基于相位光栅的位置测量传感器确定目标的位置信息。在测量过程中，低衍射级次用于捕获光栅，高衍射级次用于提高测量精度。由于光栅衍射特性限制，高衍射级次衍射效率较低，并且由于光栅加工误差以及工艺过程的影响，高衍射级次衍射效率进一步降低，当衍射效率低于某一阈值时，将导致测量重复精度急剧降低，甚至不能探测到高衍射级次测量信号，导致测量失败。因此在相位光栅设计过程中，需要保证增强高衍射级次的衍射效率。目前在设计高衍射级次增强的相位光栅标记时，通常采用细分的方式来增强所需衍射级次，然而该方法在增强所需衍射级次同时，破坏偶衍射级次缺级的条件，导致出现偶衍射级次衍射信号，尤其是较强的零级信号，降低测量信号的对比度。针对细分方法只考虑增强问题，人们提出在设计增强型相位光栅标记时，不仅需要考虑增强某衍射级次，同时还要将某些衍射级缺级作为限制条件，但是由于需要将各个衍射级次衍射效率作为限制条件，因此在设计对准标记过程中，需要采用大量计算仿真，通过扫描光栅标记结构参数来获得满足要求的相位光栅结构。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种衍射光栅的设计方法及系统，至少解决以上技术问题。
(二)技术方案
本公开提供了一种衍射光栅的设计方法，包括：S1，获得衍射光栅衍射光的零衍射级和高衍射级的衍射效率增强和缺级的条件，其中，零衍射级缺级的条件包括第一条件和第二条件；S2，根据零衍射级缺级的第一条件获得衍射光栅的槽深；S3，根据高衍射级增强的条件获得衍射光栅的栅脊宽度和栅脊之间的距离；S4，将步骤S3获得的结构复制并进行对称设置，以使高衍射级的偶衍射级缺级。
可选地，步骤S3还包括，根据零衍射级缺级的第二条件确定栅脊的宽度。
可选地，第二条件包括所有栅脊的宽度之和为光栅周期的一半。
可选地，零衍射级缺级的第一条件为：
当衍射光栅的占空比为50％时，槽深h满足
Figure GDA0003509669980000021
其中，λ为衍射光的波长；
零衍射级增强的条件为：
当衍射光栅的占空比为50％时，槽深h满足
Figure GDA0003509669980000022
可选地，高衍射级的衍射效率缺级的条件为：
当衍射光栅的占空比为50％时，槽深h满足
Figure GDA0003509669980000023
或者占空比和高衍射级的级次乘积满足
Figure GDA0003509669980000024
高衍射级的衍射效率增强的条件为：
当衍射光栅的占空比为50％时，槽深h满足
Figure GDA0003509669980000025
或者所述占空比和高衍射级的级次乘积满足mf＝K，K＝l，2...。
可选地，步骤S3中，栅脊的宽度di的计算公式为：
Figure GDA0003509669980000026
其中，m为高衍射级的级次，n＝1，2……，d衍射光栅的周期；
可选地，衍射效率的计算公式为：
Figure GDA0003509669980000027
Figure GDA0003509669980000028
其中，a0为零衍射级的衍射效率，am为高衍射级的衍射效率，f为占空比，m为衍射级次，h为槽深，n1为入射光在周围介质的折射率，n2为入射光在光栅材料的折射率。
另一方面，本公开还提供了一种衍射光栅的设计系统，包括：第一获得模块，用于获得衍射光栅衍射光的零衍射级和高衍射级的衍射效率增强和缺级的条件；第二获得模块，用于根据零衍射级缺级的第一条件获得衍射光栅的槽深；第三获得模块，用于根据高衍射级增强的条件获得衍射光栅的栅脊宽度和栅脊之间的距离；复制模块，用于将第三获得模块获得的结构复制并进行对称设置，以使高衍射级的偶衍射级缺级。
可选地，第三获得模块还包括根据零衍射级缺级的第二条件确定栅脊的宽度。
可选地，第二条件包括所有栅脊的宽度之和为光栅周期的一半。
(三)有益效果
本公开提供了一种衍射光栅的设计方法及系统，解决了扫描光栅标记过程中计算量大的问题，该方法首先根据各衍射级次增强和缺级的条件，然后根据相位光栅所需增强和缺级的衍射级次，选择满足要求的栅级宽度以及位置信息，获得满足要求的相位光栅结构，该方法根据需要增强的衍射级次，选择相应的栅级和栅槽的宽度和位置，不需要将整个光栅结构均设置为优化条件进行优化，避免了大量计算。
附图说明
图1示意性示出了根据本公开实施例的衍射光栅的设计方法的步骤图；
图2示意性示出了根据本公开实施例的衍射光栅的结构示意图；
图3示意性示出了根据本公开实施例的一具体实施例中的衍射光栅的结构示意图；
图4示意性示出了根据本公开实施例的现有的AH53的结构示意图。
具体实施方式
本公开提供了一种衍射光栅的设计方法及系统，解决了扫描光栅标记过程中计算量大的问题，该方法首先根据各衍射级次增强和缺级的条件，然后根据相位光栅所需增强和缺级的衍射级次，选择满足要求的栅级宽度以及位置信息，获得满足要求的相位光栅结构，该方法根据需要增强的衍射级次，选择相应的栅级和栅槽的宽度和位置，不需要将整个光栅结构均设置为优化条件进行优化，避免了大量计算。
本公开提供了一种衍射光栅的设计方法，如图1所示，包括：S1，获得衍射光栅衍射光的零衍射级和高衍射级的衍射效率增强和缺级的条件；S2，根据零衍射级缺级的第一条件获得衍射光栅的槽深；S3，根据高衍射级增强的条件获得衍射光栅的栅脊宽度和栅脊之间的距离；S4，将步骤S3获得的结构复制并进行对称设置，以使高衍射级的偶衍射级缺级。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
S1，获得衍射光栅衍射光的零衍射级和高衍射级的衍射效率增强和缺级的条件，其中，零衍射级缺级的条件包括第一条件和第二条件；
在基于衍射光栅标记的位置测量传感器中，通常只需要衍射光的奇衍射级次增强，偶衍射级次缺级，并且为了提高精度，需增强高衍射级次。因此确定增强高衍射级次，并且使零衍射级和高衍射级次中的偶衍射级缺级的条件。
在设计衍射光栅时，需要确定该衍射光栅的特征参数，如图2所示，如占空比f、槽深h、周期d、材料反射率R等。本公开实施例中以矩形衍射光栅的设计为例对本公开中的方法进行详细介绍。
通过分析计算可以得到衍射光栅各衍射级次的衍射效率为：
Figure GDA0003509669980000041
Figure GDA0003509669980000042
其中，n1为入射光在周围介质的折射率，n2为入射光在光栅材料的折射率，a0为零衍射级的衍射效率，am为第m衍射级的衍射效率。
根据计算分析，零衍射级的衍射效率增强和缺级的条件为：
当占空比为50％时，槽深满足
Figure GDA0003509669980000043
时，零衍射级的衍射效率为0，即零级光缺级。
当占空比为50％时，槽深满足
Figure GDA0003509669980000051
时，零衍射级的衍射效率增强，取得最大值
Figure GDA0003509669980000052
除零衍射级外的其他高衍射级衍射效率增强和缺级的条件为：
当槽深满足
Figure GDA0003509669980000053
时，所有高衍射级衍射效率均增强；
当槽深满足
Figure GDA0003509669980000054
时，所有高衍射级衍射效率均缺级。
当占空比和衍射级乘积满足mf＝K(K＝1，2...)时，该衍射级的衍射效率增强；
当占空比和衍射级乘积满足
Figure GDA0003509669980000055
时，该衍射级的衍射效率为零，也即该衍射级缺级。
在衍射光栅设计过程中，通常需要保证奇衍射级，尤其是其中的高衍射级衍射效率增强，偶衍射级缺级。通过调整光栅的占空比和槽深可以实现衍射级次的增强和缺级，但是槽深对各衍射级次增强和缺级是以零级光和高级光来区分，不能将偶衍射级和奇衍射级区分，而占空比不仅可以区分偶衍射级次和奇衍射级次，并且可以区分奇衍射级次中的大小。因此衍射光栅的设计可以首先确定槽深。
S2，根据零衍射级缺级的第一条件获得衍射光栅的槽深；
由上可知，在槽深为
Figure GDA0003509669980000056
时，零衍射级缺级，同时可以增强其他高衍射级，其中该高衍射级既包括奇衍射级又包括偶衍射级。
S3，根据高衍射级增强的条件获得衍射光栅的栅脊宽度和栅脊之间的距离；
具体的，根据需增强的衍射级次m，引入不同宽度di的栅脊，宽度满足
Figure GDA0003509669980000057
时，同时各栅脊之间的距离li满足
Figure GDA0003509669980000058
Figure GDA0003509669980000059
时，可以增强第m衍射级的衍射效率，其中，d为光栅的周期。
但为保证零衍射级缺级需满足零衍射级缺级的第二条件，即满足
Figure GDA0003509669980000061
S4，将步骤S3获得的结构复制并进行对称设置，以使高衍射级的偶衍射级缺级。
例如可以对步骤S3得到的结构整体180°旋转对称，且在半个周期内栅级和栅级之间的栅槽的位置同样满足180°旋转对称，使偶衍射级缺级。
另一方面，本公开还提供了一种衍射光栅的设计系统，包括：
第一获得模块例如可以执行如图1所示的步骤S1，用于获得衍射光栅衍射光的零衍射级和高衍射级的衍射效率增强和缺级的条件；
第二获得模块例如可以执行如图1所示的步骤S2，用于根据零衍射级缺级的第一条件获得所述衍射光栅的槽深；
第三获得模块例如可以执行如图1所示的步骤S3，用于根据高衍射级增强的条件获得所述衍射光栅的栅脊宽度和栅脊之间的距离；
复制模块例如可以执行如图1所示的步骤S4，用于将第三获得模块获得的结构复制并进行对称设置，以使高衍射级的偶衍射级缺级。
其中，第三获得模块还包括根据零衍射级缺级的第二条件确定栅脊的宽度。第二条件包括所有栅脊的宽度之和为光栅周期的一半。
基于上述设计，针对周期为16μm，第5衍射级的衍射效率增强的要求，根据上述步骤可以获得如图3所示的结构。可以通过严格耦合波电磁仿真的方法，对该结构的效果进行验证。
与现有的细分结构AH53(如图4所示)的衍射效率进行比较，该结构和AH53的衍射效率对比如下表1所示，从表1可以看出，该结构不仅第5衍射级衍射效率与原有的细分光栅结构AH53基本相等，同时所有的偶衍射级和零衍射级均缺级，并且第3、7衍射级次的衍射效率比AH53增强，具有较好的性能。
衍射级次 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
AH53衍射效率 6.2％ 3.3％ 0.4％ 0.4％ 2.0％ 5.0％ 0.9％ 0.1％ 0.0％ 0.1％
本申请结构衍射效率 0.0％ 5.4％ 0.0％ 4.1％ 0.0％ 5.0％ 0.0％ 0.7％ 0.0％ 0.1％
表1
综上所述，本公开的衍射光栅的设计方法和系统，通过对槽深、栅脊宽度和栅槽宽度进行合理设置，不需将整个光栅结构均设置为优化条件进行优化，避免了大量计算。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种衍射光栅的设计方法，包括以下步骤：
S1，获得所述衍射光栅衍射光的零衍射级和高衍射级的衍射效率增强和缺级的条件，其中，零衍射级缺级的条件包括第一条件和第二条件；
所述零衍射级缺级的第一条件为：
衍射光栅的占空比为50％，槽深h满足
Figure FDA0003528067350000011
其中，λ为衍射光的波长；
所述第二条件为所有栅脊的宽度之和为光栅周期的一半；
所述高衍射级的衍射效率缺级的条件为：
衍射光栅的占空比为50％，槽深h满足
Figure FDA0003528067350000012
或者所述占空比和所述高衍射级的级次乘积满足
Figure FDA0003528067350000013
所述高衍射级的衍射效率增强的条件为：
衍射光栅的占空比为50％，槽深h满足
Figure FDA0003528067350000014
或者所述占空比和所述高衍射级的级次乘积满足mf＝K，K＝1，2...；
S2，根据所述零衍射级缺级的第一条件获得所述衍射光栅的槽深；
S3，根据所述高衍射级的衍射效率增强的条件获得所述衍射光栅的栅脊宽度和栅脊之间的距离；
S4，将所述步骤S3获得的结构复制并进行对称设置，以使所述高衍射级的偶衍射级缺级。
2.根据权利要求1所述的设计方法，所述步骤S3还包括，根据所述零衍射级缺级的第二条件确定栅脊的宽度。
3.根据权利要求1所述的衍射光栅的设计方法，所述步骤S3中，所述栅脊的宽度di的计算公式为：
Figure FDA0003528067350000015
其中，m为所述高衍射级的级次，n＝1，2……，d衍射光栅的周期。
4.根据权利要求1所述的衍射光栅的设计方法，所述衍射效率的计算公式为：
Figure FDA0003528067350000021
Figure FDA0003528067350000022
其中，a0为零衍射级的衍射效率，am为高衍射级的衍射效率，f为占空比，m为衍射级次，h为槽深，n1为入射光在周围介质的折射率，n2为入射光在光栅材料的折射率。
5.一种采用权利要求1至4任一项的衍射光栅的设计方法的设计系统，包括：
第一获得模块，用于获得所述衍射光栅衍射光的零衍射级和高衍射级的衍射效率增强和缺级的条件；
第二获得模块，用于根据所述零衍射级的衍射效率缺级的条件获得所述衍射光栅的槽深；
第三获得模块，用于根据所述高衍射级的衍射效率增强的条件获得所述衍射光栅的栅脊宽度和栅脊之间的距离；
复制模块，用于将所述第三获得模块获得的结构复制并进行对称设置，以使所述高衍射级的偶衍射级缺级。
6.根据权利要求5所述的设计系统，所述第三获得模块还包括根据零衍射级缺级的第二条件确定栅脊的宽度；所述第二条件为所有栅脊的宽度之和为光栅周期的一半。
CN202010594125.7A 2020-06-24 2020-06-24 一种衍射光栅的设计方法及系统 Active CN111610586B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010594125.7A CN111610586B (zh) 2020-06-24 2020-06-24 一种衍射光栅的设计方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010594125.7A CN111610586B (zh) 2020-06-24 2020-06-24 一种衍射光栅的设计方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111610586A CN111610586A (zh) 2020-09-01
CN111610586B true CN111610586B (zh) 2022-04-29

Family

ID=72195553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010594125.7A Active CN111610586B (zh) 2020-06-24 2020-06-24 一种衍射光栅的设计方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111610586B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112833790B (zh) * 2021-01-21 2023-03-14 中国科学院微电子研究所 减小相位光栅非对称性对位置测量精度影响的方法
CN112902996B (zh) * 2021-01-21 2022-09-30 中国科学院微电子研究所 第9衍射级衍射效率增强的相位光栅结构

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100456142C (zh) * 2006-10-18 2009-01-28 上海微电子装备有限公司 一种对准标记及其制造方法
CN101504925B (zh) * 2009-03-06 2011-08-10 上海微电子装备有限公司 光学位置测量装置和方法
US8264773B2 (en) * 2009-05-01 2012-09-11 Toyota Motor Engineering And Manufacturing North America, Inc. Grating structure for splitting light
JP6789295B2 (ja) * 2015-12-08 2020-11-25 ケーエルエー コーポレイション 偏光ターゲットおよび偏光照明を用いた回折光の振幅および位相の制御
US10061124B2 (en) * 2016-04-29 2018-08-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Robust architecture for large field of view components
EP3339811B1 (de) * 2016-12-20 2019-03-20 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Optische positionsmesseinrichtung
KR20200027123A (ko) * 2018-09-03 2020-03-12 삼성전자주식회사 이미지 센서

Also Published As

Publication number Publication date
CN111610586A (zh) 2020-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111610586B (zh) 一种衍射光栅的设计方法及系统
US10685165B2 (en) Metrology using overlay and yield critical patterns
KR102269514B1 (ko) 랜드스케이프의 분석 및 활용
US8250497B2 (en) Method for designing two-dimensional array overlay target sets and method and system for measuring overlay errors using the same
US10274837B2 (en) Metrology target for combined imaging and scatterometry metrology
CN108701625B (zh) 光学计量的准确度提升
TWI684074B (zh) 自參考與自校準之干擾圖型套疊測量
CN102798342B (zh) 一种用于光学散射测量的基于拟合误差插值的库匹配方法
TWI598972B (zh) 減少散射量測疊對量測技術中演算法之不準確
GB2361309A (en) Pattern inspection method and device
US10234280B2 (en) Reflection symmetric scatterometry overlay targets and methods
KR20160130848A (ko) 패턴화된 구조물에서 측정을 위한 테스트 구조물을 사용하는 테스트 구조물 및 계측 기술
Menchtchikov et al. Reduction in overlay error from mark asymmetry using simulation, ORION, and alignment models
JP3828552B2 (ja) 寸法測定方法と寸法測定システム及び寸法測定プログラム
Menchtchikov et al. Computational scanner wafer mark alignment
US8321821B2 (en) Method for designing two-dimensional array overlay targets and method and system for measuring overlay errors using the same
CN110727178B (zh) 一种基于机器学习确定光刻系统焦面位置的方法
Leray et al. Improving scanner wafer alignment performance by target optimization
CN111580206B (zh) 一种衍射光栅结构及其制备方法
Ausschnitt et al. Pattern shift response metrology
CN112902996B (zh) 第9衍射级衍射效率增强的相位光栅结构
Attota et al. New method to enhance overlay tool performance
Shen et al. Automation of linear tolerance charts and extension to statistical tolerance analysis
Xu et al. A study on diffraction-based overlay measurement based on FDTD method
KR20130121842A (ko) 임계 치수 균일성 재구성을 위한 글로벌 랜드마크 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant