2026年3月31日，国内光学领域权威期刊《激光与光电子学进展》刊发了精密仪器研究中心团队在套刻误差测量领域的最新研究成果，并遴选为当期封底文章，题为“基于正交偏振散射图与ConvNeXt的套刻误差测量方法（特邀）”。硕士生陈侃为论文第一作者，江浩教授和刘世元教授为通讯作者，博士生王威、讲师刘佳敏以及博士生陈浩锋为共同作者。

随着集成电路工艺节点不断迈向3 nm及更小尺度，层间对准精度已成为制约芯片良率与性能的关键因素。套刻误差一旦超出工艺容差，极易引发短路、断路或器件性能退化。因此，如何实现快速、精准且稳定的套刻误差测量，已成为先进制程量产中不可回避的核心问题。论文指出，当前经验驱动型衍射套刻测量方法（eDBO）虽然具有较好的重复性和工艺鲁棒性，但通常需要依赖两个具有预置偏差的标记，并通过两次测量间接求解单一方向的套刻误差。这种“一值两测”的模式不仅占用宝贵的晶圆面积，也增加了测量流程的复杂度和对工艺波动的敏感性。

针对这一瓶颈，研究团队在现有角分辨散射测量系统基础上，引入正交偏振解调单元，获取交叉极化频域像。研究表明，当上下层周期性结构完全对准时，整体结构保持严格对称，其散射近场及后焦面频域分布均呈现镜像对称特性；而当存在套刻偏移时，结构对称性被破坏，交叉极化频域像中将出现可观测的反对称分布。通过对交叉极化频域像进行旋转差分处理，可以有效消除对称成分，仅保留由套刻误差引起的反对称信息，从而实现套刻误差的高灵敏表征。

图1 正交偏振散射测量原理示意图

在此基础上，研究团队进一步引入深度卷积神经网络ConvNeXt，构建了正交偏振散射图与套刻误差之间的端到端映射模型。该方法通过引入坐标注意力机制，并对网络结构与损失函数进行优化，使模型能够自动聚焦于频域像中的关键反对称区域，突破传统人工特征设计和线性模型假设的限制。与传统方法相比，该研究无需预置偏差标记，仅基于单个周期性结构、单次测量即可实现套刻误差预测，有望显著降低晶圆面积占用并提升测量效率。

图2 基于ConvNeXt的套刻误差角分辨偏振散射测量算法网络图

为验证所提方法的可行性，研究团队基于严格耦合波分析（RCWA）构建了正交偏振散射矢量成像模型，并围绕不同偏振配置、数值孔径和噪声条件开展了系统仿真研究。结果表明，Y-X正交偏振配置配合NA=0.95物镜具有更优的灵敏度表现；在10 dB、15 dB和20 dB不同信噪比条件下，所提方法仍保持稳定测量性能。实验结果显示，套刻误差提取的最大绝对偏差小于0.13 nm，重复性优于0.075 nm，残差平方和低于0.06，展现了较高的测量精度与鲁棒性。

图3 正交偏振散射频域像套刻误差提取结果

该研究突破了传统eDBO方法对多标记结构和预置偏差设计的依赖，实现了单标记、单次测量条件下的高精度套刻误差预测，为先进节点下在线套刻测量提供了新的技术路径。研究团队表示，后续将结合实测晶圆进一步开展实验验证，并持续推动该方法向先进半导体产线中的在线检测应用拓展。

论文信息：

陈侃,王威,刘佳敏,陈浩锋,江浩,刘世元,"基于正交偏振散射图与ConvNeXt的套刻误差测量方法（特邀）," 激光与光电子学进展 63,0512012 (2026).

K. Chen, W. Wang, J. Liu, H. Chen, H. Jiang, and S. Liu, "Overlay Metrology Based on Orthogonally Polarized Scattering Patterns and ConvNeXt (Invited)," Laser Optoelectron. Prog. 63, 0512012 (2026).

新闻报道：

https://mp.weixin.qq.com/s/W3rC8Pfw8j-cUERqlyzCmQ