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。     

KrF深紫外光刻投影物镜光机热集成分析与优化

提出了一种融合新型支撑方式与灵敏度分析的光机热集成分析与优化方法,用于设计超高精度深紫外光刻投影物镜系统。首先,采用轴向多点与周向三点胶接支撑相结合的新型支撑方式,实现了212.51 mm口径光学元件的超高精度定位要求。其次,通过对光学元件进行热力耦合分析,验证了光机系统的合理性。然后,在光机热集成分析条件下,分析了单个光学元件的灵敏度,以及全部光学元件表面变形对整体光学系统波像差均方根值和校准F-tan θ(F为焦距,θ为物方视场角)畸变的影响。最后,通过调整部分光学元件的灵敏度进行局部优化,并对整体光学系统的像质进行优化。结果表明：在热力耦合条件（参考温度为22.5℃、极限工作温度为±2.5℃、重力）下,光学元件的最大表面面型均方根（RMS）值为9.86 nm,能够满足超高精度定位要求。在光机热集成分析条件下（参考温度为22.5℃、极限工作温度为±2℃、重力）,优化后光学系统的波像差RMS值小于10.50 nm,校准F-tan θ畸变小于6.00 nm,相较于优化前,波像差RMS提升了46.98%,校准F-tan θ畸变提升了77.69%,达到了设计要求。     

极紫外光刻机曝光系统光学设计研究与进展

极紫外光刻曝光光学系统是极紫外光刻机的核心部件，其设计直接影响极紫外光刻机的性能。极紫外光刻机曝光系统的设计难度大、研究周期长，国外极紫外光刻机产品已经用于高端芯片的制造，但国外对中国禁运相关产品。国内极紫外光刻机曝光系统的设计和研发始于2002年。国内相关领域的研究主要聚焦在极紫外光刻机曝光光学系统的光学设计、像差检测、公差分析、热变形分析等。结合国内外极紫外光刻机曝光光学系统设计研究的历史和现状，较为系统地综述了极紫外光刻投影物镜和照明系统的设计研究与进展，包括：极紫外光刻机投影物镜系统及其设计方法、极紫外光刻照明系统及其设计方法、极紫外光刻曝光光学系统的公差分析、热变形及其对成像性能的影响研究，这为我国从事极紫外光刻机研制、曝光系统光学设计与加工的学者、工程师等提供了极紫外光刻机曝光系统设计研究的历史、现状和未来趋势的相关信息，助力我国极紫外光刻机的设计和研制。     

石英玻璃片的化学抛光工艺研究

石英玻璃是紫外光刻、激光核技术等精密光学系统的关键光学元件.石英玻璃在加工过程中易出现表面及亚表面损伤和蚀坑等缺陷问题,化学抛光能有效消除石英玻璃的亚表面损伤.介绍了石英玻璃片的化学抛光工艺原理和过程,利用正交实验法优化了石英玻璃化学抛光工艺参数,分析了化学抛光过程中抛光液成分、抛光液温度和抛光时间对石英玻璃片表面粗糙...     

衍射光学元件精密模压模具设计及预补偿

衍射光学元件较球面、非球面光学元件在校正色差方面具备较大优势,尤其是在红外光学领域,应用衍射光学元件可进一步增加光学系统的设计自由度。随着红外光学市场的进一步增大,常规的衍射光学金刚石车削技术难以满足大规模需求,精密模压技术成为解决上述问题的关键技术。模具设计是实现精密模压的重点,为了缩减模具设计周期,该文采用有限元仿真方法对模具进行预先设计及补偿,并试加工。采用单站式精密模压机对设计的模具进行了精密模压试验。模压试验结果表明:采用合理的工艺参数,能够实现衍射光学元件面形精度PV达到0.56 μm,位置误差<0.011 mm,环带高度误差<0.12 μm,验证了仿真预先补偿在衍射光学模具设计中的有效性。     

激光核聚变光学元件超精密加工技术的研究

论述了脆性材料延性加工机理。应用超精密加工技术解决了激光核聚变光学元件的大批量加工问题。研究了平面光学元件、KDP晶体和方形透镜超精密加工技术,给出了这三类光学元件超精密加工的工艺过程、机床设计准则和最佳工艺参数。     

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。     

多层衍射光学元件成像特性的研究

讨论了多层衍射光学元件的光学成像性质.给出了优化设计多层衍射光学元件最大光栅厚度的方法,分析了构成多层结构的每块单层衍射元件的衍射效率对整体衍射效率的贡献作用.在0.436～0.656 μm的可见光波段,多层衍射光学元件最低衍射效率可达到98%以上,克服了单层衍射元件偏离设计波长后衍射效率显著下降的缺点,改善了宽波段衍射效率.将多层衍射光学元件应用在折、衍射混合光学系统中能够明显提高系统的成像质量,同时使得光学系统体积减小,重量减轻,并且在某些系统中可以避免使用昂贵的特殊材料,从而可以降低光学系统的成本价格.     

折衍射混合复消色差望远物镜中的色球差

一个正透镜、一个负透镜及一个衍射光学元件以不同的组合可以构成两种折衍射混合光学系统.当这两种系统消球差、彗差及复消色差后会产生不同的色球差.通过赛德尔像差理论,分析了这两种结构产生不同色球差的原因.计算表明当衍射光学元件以负透镜的平面为基底时产生的色球差为以正透镜的平面为基底时产生的色球差的7倍.对衍射光学元件以负透镜的平面为基底的情形,提出了减小系统色球差的解决办法,使系统色球差减小到0.307 mm.另外设计了一个传统复消色差光学系统,并和折衍射混合光学系统进行了比较,分析表明,衍射光学元件可代替传统光学系统中的特殊光学材料并使系统达到相同的成像质量.最后讨论了衍射光学元件的衍射效率对系统成像质量的影响.     

车载光学平台双层隔振系统设计与试验研究

 分析了冲击、振动对车载精密光学系统的影响,指出了光学平台的变形和振动是影响车载精密光学系统精度和稳定性的主要因素,提出了车载光学平台双层隔振系统的设计方案。采用ANSYS有限元方法分析了光学平台隔振系统的振动模态和减振比,完成了车载状况下的光学平台振动测试。分析与测试结果表明,车载光学平台的双层隔振结构具有良好的稳定性,且对环境强振动有很好的衰减作用。该双层隔振技术方案及其分析测试方法,对于各种车载精密光学系统和设备具有重要的工程应用价值。     

Fabrication of broadband antireflection coatings using broadband optical monitoring mixed with time monitoring

Multi-layer optical coatings with complex spectrum requirements, such as multi-band pass filters, notch filters, and ultra-broadband antireflection coating, which usually contain very thin layers and sensitive layers, are difficult to be fabricated using a quartz crystal monitoring method or a single wavelength optical monitoring system(SWLOMS). In this paper, a broadband antireflection(AR) coating applied in the wavelength range from 800 nm to 1800 nm was designed and deposited by ion beam sputtering(IBS). Ta_2O_5 and Si O_2 were chosen as high and low refractive index coating materials,respectively. The optimized coating structure contains 9 non-quarter-wave(QW) layers totally with ultra-thin layers and sensitive layers in this coating stack. In order to obtain high transmittance, it is very important to realize the thickness accurate control on these thin layers and sensitive layers. A broadband optical monitoring mixed with time monitoring strategy was successfully used to control the layer thickness during the deposition process. At last, the measured transmittance of AR coating is quite close to the theoretical value. A 0.6% variation in short wavelength edge across the central 180 mm diameter is demonstrated. A spectrum shift of less than 0.5% for 2 continuous runs is also presented.     

硫化锌透镜中长波红外宽带增透膜的研制

硫化锌(ZnS)透镜由于其透光区域较宽,便于光学系统的装校而被经常应用于红外光学系统中,但是其作为基底,镀制中长波红外增透膜却具有相当大的难度,尤其是牢固度的问题。根据任务要求研制的增透膜是在3．5～3．9μm的中波红外波段及9～12μm的长波红外波段,平均透射率大于90％。由于长波红外区可选用的宽透射区材料较少,所以兼顾材料的选用、光谱特性及可靠性满足使用要求等几方面考虑,最终采用氟化钇(YF3)作为低折射率材料,经过多次实验,采用混蒸、离子辅助等工艺方法以及选取合适的基底温度,通过对其他工艺环节的不断改进,解决了在ZnS透镜上镀制宽带增透膜,由YF3膜层严重的应力作用而导致膜层龟裂的问题,最终研制成功符合使用要求,并且可靠性和光谱特性皆优的中长波红外增透膜。     

Optical fiber refractometers based on indium tin oxide coatings fabricated by sputtering

This Letter presents the fabrication of optical fiber refractometers based on indium tin oxide (ITO) coatings deposited by sputtering with response in the visible region. ITO thin films have been sputtered by means of a rotating mechanism that enables the fabrication of smooth and homogeneous coatings onto the optical fiber core. The ITO coating acts as a resonance supporting layer. This permits us to couple light from the waveguide to the ITO-coating/external medium region at specific wavelength ranges. The device is sensitive to external medium refractive index, which allows its utilization as a refractometer. The sensitivity is dependent on the coating thickness, ranging from 523.21 to 1221 nm/refractive index unit in the explored sensors. The sensor development process is time effective compared to other techniques such as dip coating or layer-by-layer self-assembly, which is interesting in terms of mass production.     

大口径反射镜高反射膜研究进展

大口径反射镜是大型反射式光学系统中关键的光学元件,在工作波段的反射率直接决定了光学系统的性能。随着地基、天基观测设备的发展,对大口径反射镜高反射膜提出了更宽的工作波段、更高的反射率、更好的环境适应性等要求。针对这些挑战,各种新的膜系结构、新的镀制方法、新的膜层材料纷纷出现,满足了大口径反射镜高反射膜的各种需求。本文对近些年国内外的大口径反射镜高反射膜研究进展予以综述,并预测大口径反射镜高反膜制备的技术趋势将由铝反射膜向银反射膜、由热蒸发向磁控溅射发展。     

红外自适应系统中双波段望远镜与红外物镜设计

大孔径红外光学系统往往易受自重和环境温度影响造成像质恶化,引入自适应光学技术的红外自适应系统能够很好地解决该问题,为此设计了一个用于Hartmann-Shack波前检测的红外自适应光学系统。重点设计了10×可见光与中波红外双波段望远镜,物镜为卡赛格林反射物镜组,无需消色差,在可见光与中波红外2个波段实现了消色差目镜设计;还设计了红外成像中继光学系统,可实现100%冷光阑效率,并补偿望远镜在中波红外波段的残余像差,使最终设计的光学系统MTF接近衍射极限,达到了0.5以上,满足设计指标要求。     

双波段激光防护多层反射膜的设计

利用TFCalc膜系设计软件,从理论上对激光防护多层反射膜的光学性能进行了分析。计算了各个膜系的理论投射率曲线。分析了各个因素(如膜系结构、膜层奇偶性、起膜材料)对膜层光学性质的影响。并设计了以ZrO2和SiO2为膜层材料,聚碳酸酯(PC)为基体材料,可以同时防护532nm和1064nm波长激光的1∶2型多层反射薄膜。在532nm和1064nm处的理论透过率都达到了0.01%(光学密度D=4)。并在PC镜片表面镀上23层1∶5型激光反射膜,对理论设计进行验证。对其在400nm~1200nm波长范围内的光学性能进行了测试,测试结果与理论计算值基本吻合。     

一些光谱方法在聚合物光学膜层研究中的应用

本文介绍了红外光谱、紫外 /可见光谱、光波导棱镜耦合等方法在有机硅氧烷耐磨透明涂层的制备、固化过程、涂层结构分析及性能测定等方面的应用。     

Quasi-optical analysis of a far-infrared spatio-spectral space interferometer concept

FISICA (Far-Infrared Space Interferometer Critical Assessment) was a three year study of a far-infrared spatio-spectral double-Fourier interferometer concept. One of the aims of the FISICA study was to set-out a baseline optical design for such a system, and to use a model of the system to simulate realistic telescope beams for use with an end-to-end instrument simulator. This paper describes a two-telescope (and hub) baseline optical design that fulfils the requirements of the FISICA science case, while minimising the optical mass of the system. A number of different modelling techniques were required for the analysis: fast approximate simulation tools such as ray tracing and Gaussian beam methods were employed for initial analysis, with GRASP physical optics used for higher accuracy in the final analysis. Results are shown for the predicted far-field patterns of the telescope primary mirrors under illumination by smooth walled rectangular feed horns. Far-field patterns for both on-axis and off-axis detectors are presented and discussed.     

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。     

High efficiency antireflection coating in MWIR region (3.6–4.9 μm) simultaneously effective for Germanium and Silicon optics

Antireflection coatings have critical importance in thermal imaging system working in MWIR region (3–5 μm) since optics of high refractive index materials are used. Germanium (Ge) and Silicon (Si) optics are used extensively in the MWIR thermal systems. In this paper a study has been carried out on the design and fabrication of multi-substrate antireflection coating effective for Germanium and Silicon optics in MWIR (3.6–4.9 μm) region. The wave band 3.6–4.9 μm is chosen for the reported work because detector system used in MWIR region has a band selection filter effective in the same wavelength region and atmospheric transmission window in MWIR region is effective in 3–5 μm spectral band. Comprehensive search method was used to design the multilayer stack on the substrate. The coating materials used in the design were Germanium (Ge), Hafnium oxide (HfO₂) and Y-Ba-Fluoride (IR-F625). The fabrication of coating was made in a coating plant fitted with Cryo pump system and residual gas analyzer (RGA). The evaporation was carried out at high vacuum (2–6 × 10^?6 mbar) with the help of electron beam gun system and layer thicknesses were measured with crystal monitor. The result achieved for the antireflection coating was 98.5% average transmission in 3.6–4.9 μm band for Germanium and Silicon optics. This work will be helpful in reducing the plant operation time, material and power consumption, as two different kinds of optics are simultaneously coated in a single coating cycle.