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。     

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...     

基于三片曲面反射镜的离轴投影成像系统

采用调制传递函数和波前像差分析方法,设计了基于偶次非球面反射镜和Zernike自由曲面反射镜构成的放大倍数为80,相对孔径为2.8的三个离轴投影成像系统.其中第一片反射镜M1表面为凹面用于减小第二片反射镜的尺寸及获得高的对比度,而第二片反射镜M2和第三片反射镜M3表面为凸面用于校正系统像差及获得更短的投影距离.经软件设计与分析,三系统中基于三片Zernike自由曲面反射镜的成像系统光学性能最好,调制传递函数实现60lp/mm时60%以上,畸变小于2.0%.与其它文献相比,基于三片Zernike自由曲面反射镜系统可以更好地消除像差,缩短系统厚度,增大系统的可视角与相对孔径.     

光刻机投影物镜热像差主动补偿方法研究

非均匀照明导致的热像差是光刻机投影物镜工作过程中成像性能劣化的主要因素,对其补偿是必要的。针对物镜热像差的补偿问题,提出了分区式加热补偿镜的方案,利用玻璃材料折射率随温度变化的特点,采用电薄膜加热器在镜片的周围加热,从而产生可控的波前变化以补偿物镜由照明引起的热像差。建立了补偿方案的理论模型,并以一片平板透镜为对象开展了实验验证,实验结果表明,补偿前后镜片的波前由12.52nm[均方根(RMS)]变化至2.95nm(RMS),表明该补偿方案是可行、有效的。     

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     

同轴两反式高NA投影光刻物镜热像差补偿方法研究

热像差是导致光刻物镜工作状态下像质劣化的主要原因之一。针对同轴两反式高数值孔径(NA)投影光刻物镜的结构特点,提出了将元件位移法和元件分区加热法相结合,共同补偿热像差的方案。元件位移法通过改变元件的间隔、偏心或倾斜量来调节像质;元件分区加热法利用光学材料折射率随温度变化的特点,通过控制元件的温度分布产生可控波前。采用上述补偿方案对偶极照明模式下的热像差进行补偿,波像差从129.78 nm减小至1.69 nm,畸变从12.24 nm减小至1.31 nm,将物镜像质补偿至接近设计水平。     

超大数值孔径光刻机投影物镜波像差检测方法

提出了一种基于空间像主成分分析的超大数值孔径光刻机投影物镜波像差检测方法。通过采用偏振光照明和矢量光刻成像模型并考虑投影物镜的偏振像差,准确表征了超大数值孔径光刻机的空间像,从而提高了像差检测模型的精度,实现了超大数值孔径光刻机投影物镜33项泽尼克像差(Z5~Z37)的高精度检测。相比于原基于空间像主成分分析的投影物镜成像差检测技术(AMAI-PCA)方法,所提方法适用于超大数值孔径光刻机投影物镜波像差检测。采用光刻仿真软件PROLITH对所提方法的检测精度进行了仿真验证,并分析了空间像采样间隔对波像差检测精度的影响。仿真结果表明,该方法对泽尼克像差(Z5~Z37)的检测精度优于0.85×10-3λ。     

投影光刻物镜波像差的公差分析方法

为保证投影光刻物镜的成像性能并降低制造成本,提出了一种更全面可靠的公差分析方法。该方法在以波像差均方根(RMS)值作为评价标准的传统分析方法基础上,添加波像差峰谷(P-V)值作为评价指标,并据此选择合理的补偿器组合。在系统波像差的RMS值和P-V值均满足要求的情况下,采用了较少的补偿器,从而有效地降低了系统的制造难度和成本。结合实验室设计的一套90nm投影光刻物镜进行了公差分析和补偿器优选。结果表明,利用该方法选择的7个补偿器,使得系统在97.7%置信区间内,全视场波像差的RMS值≤0.0412λ,P-V值≤0.2469λ,满足了90nm投影光刻物镜的像质要求。     

亚10 μm线宽的投影光刻物镜设计及其成像性能的实验测定

 采用Zemax软件设计出6镜片、数值孔径为0.06、2倍缩小、以405 nm半导体激光器为光源、分辨精度达5 μm、视场12 mm×12 mm 内波像差小于1/4波长、畸变小于0.005%的双远心投影光刻物镜的设计方法。将设计的物镜实物化,并对其光学传递函数(MTF)作精确的实验测定,利用所提出的MTF标准实验测量法,得到该投影物镜的成像性能达亚10 μm线宽。     

米级口径经纬仪保护窗口镜面变形分析

为了精确分析外载荷作用下米级口径经纬仪保护窗口镜面变形,本文基于接触有限元理论建立了米级口径经纬仪保护窗口带摩擦接触的有限元分析模型,对比了线性刚性连接和非线性摩擦接触方法的差异。采用齐次坐标变换法去除刚体位移,得到米级口径经纬仪保护窗口镜面畸变数据,使用Zernike多项式作为光机集成分析的接口工具,并将Zernike多项式系数导入ZEMAX中,以波前像差RMS值衡量镜面变形对成像质量的影响,并与干涉仪检测结果进行比较。考虑摩擦接触条件得到的保护窗口镜面波前像差RMS值为38.095 nm、PV为205.027 nm,使用干涉仪检测得到的保护窗口镜面波前像差RMS值为40.626 nm、PV值为235.654 nm。实验结果表明,考虑摩擦接触条件的仿真实验与干涉仪检测实验的镜面波前像差RMS值偏差为6.23%,能更准确地反映米级口径保护窗口镜面变形。     

利用面形精修技术去除投影物镜中的三叶像差

极小像差投影物镜中的高阶像差很难通过调节机构消除,是约束像质进一步补偿优化的瓶颈。离子束溅射(IBF)设备广泛应用于光学加工中,能够较好地去除低频和中频误差,实现高精度面形精修。对现有投影物镜小比例验证模型的系统波像差成分进行条纹泽尼克分析,发现存在很大的三叶像差。利用面形精修技术对物镜中的一个表面进行定量精修去除以补偿三叶像差。仿真与实验结果表明,三叶像差得到很好的控制,系统波像差由原来的29.6nm(RMS)减小到12.7 nm(RMS),成像质量得到进一步提升,验证了这种三叶像差补偿方法的正确性和可行性。     

投影光刻物镜的计算机辅助装调

针对投影光刻物镜苛刻的像质要求,将计算机辅助装调(CAA)技术引入投影光刻物镜的装调过程中,建立了相应的数学模型。选取33个视场Fringe Zernike多项式的4~37项,以及畸变作为校正对象,并选取19个结构参量作为补偿器。通过将CODE V的宏功能和Matlab结合,采集灵敏度矩阵和像质数据。提出用奇异值分解求加权最小二乘解的方法计算补偿量,通过权重因子实现对不同视场上不同Zernike项系数或畸变的改进。将补偿后光刻物镜的性能和理想光刻物镜对比,发现相比于设计镜头,装调后镜头的平均波前均方根(RMS)大约差0.004λ,平均畸变大约差1nm,该方法可以将系统波像差和畸变恢复到接近设计水平。     

航空光电成像系统像移补偿技术研究

航空光电成像系统由于像移的存在导致成像分辨率下降,严重影响航空光电系统的整机性能。采用像移补偿技术可以提高航空光电系统成像质量。分析了移动探测器像移补偿技术原理与运动光学元件像移补偿技术原理,重点研究了基于快调反射镜(FSM)的高精度像移补偿技术。通过工程简化分析,分别推导了快调反射镜位于平行光路和会聚光路的像移补偿随动角度规律,并针对会聚光路中快调反射镜带来的离焦量进行分析,讨论了离焦量对光学系统波像差的影响。仿真结果表明,随着离焦量的增加,波像差呈线性增大趋势。通过分析光学系统波像差对其光学调制传递函数（MTF）的影响,结果表明F数等于8,在奈奎斯特频率处,当离焦量在0.1 mm以内,光学调制传递函数MTF的下降量在26.6%以内。     

照明物镜像差对远场衍射波前质量影响的严格矢量分析

点衍射干涉仪(PDI)中衍射参考球面波的质量受照明物镜像差和小孔的质量、状态的影响。基于矢量衍射理论,分析计算了可见光经过带像差的照明物镜聚焦后经过有限厚度具有实际电导率小孔板的衍射。分析了照明物镜像差对远场衍射波前质量的影响,确定了PDI检测极紫外光刻(EUVL)元件和系统时的最佳直径大小。分析计算得出,当用PDI检测数值孔经(NA)为0.3的系统时,采用直径大小为800nm的小孔较为适宜,其衍射波前均方根(RMS)偏差为6.51×10-5λ,强度均匀性为0.812。当用PDI检测NA为0.3的元件时,采用直径大小为500nm的小孔较为适宜,其衍射波前的RMS非对称偏差为8.40×10-5λ,强度均匀性为0.664。     

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。     

组合倍率极紫外光刻物镜梯度膜设计EI北大核心CSCD

10nm以下光刻技术牵引极紫外(EUV)光刻物镜向超高数值孔径(NA)、组合倍率设计形式发展,物镜系统的入射角和入射角范围因此急剧增大,传统规整膜和横向梯度膜难以满足该类物镜系统反射率及像质要求。为此,提出了横纵梯度膜组合法,用横向梯度膜提高反射率,用纵向梯度膜提高反射率均匀性,并补偿横向梯度膜引入的像差。应用该方法对一套NA为0.50的组合倍率EUV光刻物镜进行膜层设计,设计结果表明,在保证系统成像性能不变的情况下,平均每面反射镜的反射率大于60%,各反射镜的反射峰谷值均小于3.5%,满足光刻要求,验证了横纵梯度膜组合法的可行性。     

膜系引入偏振像差对投影光刻物镜设计的影响与改进

为了实现高成像要求,投影光刻物镜在设计时需要考虑膜层偏振效应的影响,并进行相应的分析和评价。首先介绍了基于琼斯矩阵的偏振像差理论,然后以一个数值孔径(NA)为0.75的投影光刻物镜为例,设计了相应膜系,系统分析了膜层引入的偏振像差,并在设计时对膜层引入的离焦项和球差项进行了间隔优化补偿,补偿前后标量波像差和质心畸变分别从68.92 nm和3.76 nm改善为1.08 nm和0.38 nm,偶极照明模式下90 nm密集线条对比度从0.082提高为0.876,在此基础上,提出在设计时根据不同表面的入射角分布情况,采用组合膜系,同时控制P光和S光的振幅和相位分离,减小膜系引入的延迟和二次衰减等偏振像差,使得线条对比度提高了1.1%。     

组合倍率极紫外光刻物镜梯度膜设计

10nm以下光刻技术牵引极紫外(EUV)光刻物镜向超高数值孔径(NA)、组合倍率设计形式发展,物镜系统的入射角和入射角范围因此急剧增大,传统规整膜和横向梯度膜难以满足该类物镜系统反射率及像质要求。为此,提出了横纵梯度膜组合法,用横向梯度膜提高反射率,用纵向梯度膜提高反射率均匀性,并补偿横向梯度膜引入的像差。应用该方法对一套NA为0.50的组合倍率EUV光刻物镜进行膜层设计,设计结果表明,在保证系统成像性能不变的情况下,平均每面反射镜的反射率大于60%,各反射镜的反射峰谷值均小于3.5%,满足光刻要求,验证了横纵梯度膜组合法的可行性。     

基于三片曲面反射镜的离轴投影成像系统

采用调制传递函数和波前像差分析方法,设计了基于偶次非球面反射镜和Zernike自由曲面反射镜构成的放大倍数为80,相对孔径为2.8的三个离轴投影成像系统.其中第一片反射镜M₁表面为凹面用于减小第二片反射镜的尺寸及获得高的对比度,而第二片反射镜M₂和第三片反射镜M₃表面为凸面用于校正系统像差及获得更短的投影距离.经软件设计与分析,三系统中基于三片Zernike自由曲面反射镜的成像系统光学性能最好,调制传递函数实现60 lp/mm 时60%以上,畸变小于2.0%.与其它文献相比,基于三片Zernike自由曲面反射镜系统可以更好地消除像差,缩短系统厚度,增大系统的可视角与相对孔径.     

像质补偿在高分辨物镜精密装调中的应用

根据高分辨物镜各个光学元件的实测数据,应用轴向补偿和旋转补偿法,在仿真精密装调过程中得到了物镜轴向补偿器的最优值和各元件的最佳旋转角度。仿真结果表明,在97.7%的置信区间内,物镜各视场波像差RMS值从补偿前的0.087λ(λ=632.8nm)减小到了补偿后的0.040λ。依据获得的参数对物镜进行了装调实验,结果表明,激光干涉仪测得的物镜各视场波像差RMS值介于0.050~0.082λ之间,基本达到了衍射极限的分辨率要求,验证了像质补偿方法的有效性。