极紫外投影光刻光学系统

极紫外光刻（EUVL）是半导体工业实现32～16nm技术节点的候选技术,而极紫外曝光光学系统是EUVL的核心部件,它主要由照明系统和微缩投影物镜组成。本文介绍了国内外现有的EUVL实验样机及其系统参数特性;总结了EUVL光学系统设计原则,分别综述了EUVL投影光学系统和照明光学系统的设计要求;描述了EUVL投影曝光系统及照明系统的设计方法;重点讨论了适用于22nm节点的EUVL非球面六镜投影光学系统,指出了改善EUVL照明均匀性的方法。     

大数值孔径产业化极紫外投影光刻物镜设计

极紫外光刻技术(EUVL)是半导体制造实现22 nm及以下节点的下一代光刻技术,高分辨投影物镜的设计是实现高分辨光刻的关键技术.为设计满足22 nm产业化光刻机需求的极紫外光刻投影物镜,采用6枚高次非球面反射镜,像方数值孔径达到0.3,像方视场宽度达到1.5 mm.整个曝光视场内的平均波像差均方根值(RMS)为0.02...     

22nm极紫外光刻物镜热和结构变形及其对成像性能影响

极紫外光刻技术(EUVL)是半导体制造实现22nm及其以下节点的下一代光刻技术。在曝光过程中,EUVL物镜的每一面反射镜吸收35%～40%的入射极紫外(EUV)能量,使反射镜发生热和结构变形,影响投影物镜系统的成像性能。基于数值孔径为0.3,满足22nm技术节点的产业化EUV投影物镜,采用有限元分析(FEA)的方法研究反射镜变形分布,再将变形导入光学设计软件CODE V中,研究反射镜变形其对成像特性的影响。研究结果表明:当达到硅片的EUV能量为321mW,产量为每小时100片时,反射镜最高升温9.77℃,通光孔径内的最大变形为5.89nm;若采用相干因子0.5的部分相干光照明,变形对22nm线宽产生6.956nm的畸变和3.414%的线宽误差。     

50 nm分辨力极端紫外光刻物镜光学性能研究

极端紫外光刻 (EUVL)作为实现 10 0～ 32nm特征尺寸微细加工的优选技术 ,其光刻物镜的光学性能是实现高分辨图形制作的关键。利用光学设计软件CODEV对 6枚非球面反射镜构成的光刻物镜设计和光学性能分析 ,其分辨力可以实现 5 0nm ,曝光面积为 2 6mm× 1mm。结果表明 ,光学性能对曝光场点的依赖关系。在全曝光场中进行了光学性能分析 ,其最大畸变为 3.77nm ,最大波面差为 0 .0 31λ(均方根值 ) ,该缩小投影物镜完全可以满足下一代极端紫外光刻机的性能要求     

高光能利用率极紫外光刻波纹板照明系统设计

针对极紫外光刻照明系统光能利用率低的问题,设计了一套高光能利用率极紫外光刻波纹板照明系统。该系统中波纹板面形采用柱面镜阵列,降低了加工难度;并且根据波纹板反射光线的特性,确定了由修正型复合抛物面聚光镜与二次曲面反射镜组作为中继镜组的结构。整个系统仅采用四片反射镜且其中两片反射镜为掠入射,与传统的极紫外光刻照明系统相比,有效地提高了系统的光能利用率。对一套数值孔径0.33的极紫外光刻投影物镜,给出了与之相匹配的波纹板照明系统设计实例。仿真结果表明,系统的光能利用率可达39.7%,掩模上弧形照明区域扫描方向的积分不均匀度小于2.7%,验证了该设计的可行性和有效性。     

极紫外光学器件辐照污染检测技术

总结并讨论了极紫外光刻技术中,有关极紫外光学器件受辐照污染的"在线"检测方法。简要介绍了极紫外光刻系统的原理、反射镜膜层结构以及表面污染产生的机理;指出光刻系统中"在线"检测的技术要求;分析了目前几种主要表面检测技术的特点;给出了每种方法在极紫外光学系统中的应用潜力;最后,指出光纤椭偏仪在极紫外光学系统的"在线"表面污染检测中具有良好的应用前景。     

极紫外光学器件辐照污染检测技术

总结并讨论了极紫外光刻技术中,有关极紫外光学器件受辐照污染的"在线"检测方法。简要介绍了极紫外光刻系统的原理、反射镜膜层结构以及表面污染产生的机理;指出光刻系统中"在线"检测的技术要求;分析了目前几种主要表面检测技术的特点;给出了每种方法在极紫外光学系统中的应用潜力;最后,指出光纤椭偏仪在极紫外光学系统的"在线"表面污染检测中具有良好的应用前景。     

提高极紫外光谱纯度的多层膜设计及制备

极紫外光刻是实现22nm技术节点的候选技术。极紫外光刻使用的是波长为13.5nm的极紫外光,但在160～240nm波段,极紫外光刻中的激光等离子体光源光谱强度、光刻胶敏感度以及多层膜的反射率均比较高,光刻胶在此波段的曝光会降低光刻系统的光刻质量。从理论和实验两方面验证了在传统Mo/Si多层膜上镀制SiC单层膜可对极紫外光刻中的带外波段进行有效抑制。通过使用X射线衍射仪、椭偏仪以及真空紫外(VUV)分光光度计来确定薄膜厚度、薄膜的光学常数以及多层膜的反射率,设计并制备了[Mo/Si]40SiC多层膜。结果表明,在极紫外波段的反射率减少5%的前提下,带外波段的反射率减少到原来的1/5。     

极紫外投影光刻原理装置的集成研究

论述了光刻技术发展的历程，趋势和极紫外投影光刻技术的特性，并介绍了极紫外投影光刻原理装置的研制工作，该装置由激光等离子体光源,掠入射椭球聚光镜，透射掩模，施瓦茨微缩投影物镜及相应的真空系统组成，其工作波长为13nm，在直径为0．1mm的像方视场内设计分辨率优于0．1um。     

i线投影光刻曝光系统的光学设计

叙述具有同轴对准特性的光学投影物镜双远心结构和均匀照明光学系统原理。为了满足ｉ线光刻所需的光学传递函数要求，讨论了光刻分辨率和数值孔径的关系。设计了一种新的双远心投影物镜，其数值孔径ＮＡ＝０．４２，放大倍率Ｍ＝－１／５，像场尺寸１５ｍｍ×１５ｍｍ（直径２１·２ｍｍ），共轭距Ｌ＝６０２ｍｍ。用光学设计程序ＺＥＭＡＸ－ＸＥ计算此ｉ线物镜的像质。设计结果说明，整个视场内波差＜λ／４，ＭＴＦ＞０．５５，当空间频率为７１５ｐａｉｒｌｉｎｅｓ／ｍｍ，使用波长为３６５士３ｎｍ时。可以实现０．７μｍ光刻分辨率；照明均匀器，由８１个小方型透镜组成一方列阵。用本文模拟计算软件ＯＰＥＮＧ计算被照像平面上的光能分布，说明实际系统的照明不均匀性为土２％。     

极紫外光刻系统物镜光学元件的支撑与分析

介绍了极紫外光刻系统物镜光学元件的支撑原理和支撑要求,分析了符合运动学支撑要求的物镜支撑结构和面形检测用支撑结构;针对支撑结构性能和支撑方案中关键问题进行了深入研究,并提出了相应的解决方案。最后建立了支撑结构的有限元模型,并在此基础上进行了重力场中的镜体变形分析和温度场作用下系统的热变形分析。分析结果表明,检测用支撑与实际用支撑两种结构在重力环境下支撑出的元件面形基本相同,面形相差0.0026nm(RMS);温控范围为0.05℃时,由机械结构热变形引起的镜体面形变化在0.001nm(RMS)量级。研究结果表明,运动学物镜元件支撑结构能够满足极紫外光刻系统对于物镜机械支撑结构的要求。     

激光等离子体极紫外光刻光源

研究并讨论了下一代光刻的核心技术之一—激光等离子体极紫外光刻光源。简要介绍了欧美和日本等国极紫外光刻技术的发展概况,分析了新兴的下一代13.5 nm极紫外光刻光源的现状,特别讨论了国内外激光等离子体极紫外光刻光源的现状,指出目前其存在的主要问题是如何提高光源的转化效率和减少光源的碎屑。文中同时概述了6.x nm（6.5～6.7 nm）极紫外光刻光源的最新研究工作。最后,介绍了作者所在研究小组近年来在极紫外光源和极紫外光刻掩模缺陷检测方面开展的研究工作。     

扫描式投影光刻机通过鉴定

中国科学院上海光学精密机械研究所研制的“扫描式投影光刻机”于一九八五年八月廿一日通过了由上海市科委和中科院上海分院联合组织的鉴定。上海光学精密机械研究所采用的是反射式1:1成像镜头,像区为一弧形狭带,通过掩模和硅片同步扫描;使整个硅片曝光。 经专家们鉴定,确认该机的主要技术指标为 最大硅片尺寸 φ75; 光刻分辨率 全片均匀光刻实用线宽为3μm(胶厚 1～1.8μm),目视分辨率为1.5μm; 套刻精度 <1μm; 狭缝照明均匀性 ±5％; 焦深 1.5μm。 扫描式投影光刻机的研制成功,为我国大规模集成电路专用设备填补了一项空白。待     

光刻物镜中主动透镜的变形和像差特性

高精度光刻投影物镜在工作过程中吸收激光能量产生热像差,在离轴照明模式(如偶极照明)下,热像散显著且随时间变化,传统的被动光学方法无法补偿此类像差。提出在折射式光刻投影物镜系统中使用主动光学的方法,通过力促动器作用在透镜上使镜片变形以补偿初阶热像散。采用有限元分析方法,分析了简化的折射平板在促动力作用下的变形特点和像差特性;用几何光学理论近似论证了该补偿方案的可行性,并且分析了促动器分布、促动力大小、促动器与平板接触区域尺寸以及支撑结构对平板变形的影响。结果表明,在优化的支撑结构下,主动平板可以较好地补偿系统初阶热像散和初阶四叶像差,为光刻系统热像差的补偿提供了一个思路。     

浸没式光刻投影物镜光学薄膜

深紫外光刻是目前集成电路制造的主流方法,为实现更小的元件特征尺寸,必须采用浸没式投影物镜以提高光学系统的分辨率,由此向其中的薄膜光学元件提出了众多苛刻的要求。本文介绍了适用于浸没式光刻系统的薄膜材料及膜系设计,以及高NA光学系统所需的大角度保偏膜系;对物镜中最关键的浸液薄膜的液体环境适应性、疏水及防污染等关键问题进行了讨论;对衡量浸没式光刻系统性能的重要因素镀膜元件激光辐照寿命,尤其是浸液环境下的元件辐照寿命进行了分析。     

极紫外光刻物镜分组可视化界面设计优化

高数值孔径(NA)、大视场极紫外光刻物镜光学系统是实现22 nm及以下技术节点产业化光刻系统的关键部件。通过对光刻物镜系统结构的分析,利用可视化对其初始结构进行分组构造。并在此基础上采用一种渐近式NA方法获得了弦长为26 mm,宽2 mm的弧形视场内复合波像差优于均方根(RMS)为λ/50的物镜系统。借助Q型多项式,使物镜光学元件非球面度低于45μm,最大口径小于400 mm,全视场波像差优于0.027λRMS,畸变优于1.5 nm。     

极紫外多层膜技术研究进展

在极紫外波段,任何材料都表现出极强的吸收特性,因此,采用多层膜实现高反射率是构建正入射式光学系统的唯一途径。本文总结了极紫外多层膜的发展进程,叙述了制备极紫外多层膜的关键技术(磁控溅射、电子束蒸发、离子束溅射)以及它们涉及的相关设备。由于多层膜反射式光学元件主要应用于极紫外光刻与极紫外天文观测,文中重点讨论了极紫外光刻系统对多层膜性能的要求,镀膜过程中的面形精度和热稳定性等问题;同时介绍了极紫外天文观测中使用的多层膜的特点,特别讨论了多层膜光栅的制备技术和亟待解决的问题。     

深紫外光刻光学薄膜

深紫外波段是目前常规光学技术的短波极限,随着波长的缩短,深紫外光学薄膜开发面临一系列特殊的问题;而对于深紫外光刻系统这样的典型超精密光学系统来说,对薄膜光学元件提出的要求则更加苛刻。本文主要介绍了适用于深紫外光刻系统的薄膜材料及膜系设计;对薄膜沉积工艺、元件面形保障、大口径曲面均匀性等超精密光学元件的指标保障关键问题进行了讨论;对环境污染与激光辐照特性等光刻系统中薄膜元件环境适应性的重要因素进行了深入分析。以上分析为突破高性能深紫外光刻光学薄膜开发瓶颈,更好地满足深紫外光刻等极高精度光学系统的应用需求指明了方向。     

极紫外光辐照下表面碳沉积污染的计算模型

极紫外光刻(EUVL)是最有可能实现22nm技术节点的下一代光刻技术。极紫外(EUV)光刻系统使用波长为13.5nm,在此波段下曝光设备只能采用全反射式系统。然而,在极紫外光辐照下的光学元件,薄膜表层的碳化和氧化是导致EUV反射膜反射率下降的两种主要机制。结合EUV光学器件的表面分子动力学理论,研究碳沉积层的作用机理,以便找到抑制污染沉积的有效方法。通过针对碳污染层模型的计算研究,验证了模型和假设的有效性,从侧面证明了Boller等的"二次电子诱导分解是主要沉积过程"理论。通过迭代法模拟了控制污染的几个关键参数对沉积层的影响,得到50~80nm的非工作波段产生的碳沉积最为严重的计算结果。     

亚微米(i线和g线)投影光刻物镜的光学装校

本文列出了ｉ线和ｇ线大数值孔径亚微米投影光刻物镜的技术指标要求，讨论了这类超高精度光刻物镜的光学装校技术特点，报告了计算机辅助高精度复杂光学系统偏心校正仪器和方法，最后给出了ｉ线和ｇ线光刻物镜装校检测结果。