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...     

组合倍率极紫外光刻物镜系统梯度膜设计方法

随着极紫外(EUV)光刻物镜的设计朝着组合倍率物镜系统的方向发展,物镜系统需要同时具有大视场和高数值孔径(NA),因而产生了物镜的光线入射角及入射角范围急剧增大的问题,需要研究适用于组合倍率极紫外光刻物镜系统的膜层设计的新方法。提出了渐进优化膜层的设计方法,该方法提高了镀制膜层的物镜系统的反射率,保证了组合倍率物镜系统的成像质量。利用该方法对NA为0.6的组合倍率物镜系统进行了膜层设计,设计结果表明,含膜极紫外光刻物镜系统的平均反射率大于65%,各反射镜的反射率峰谷值均小于3.35%,反射率均匀性良好。     

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。     

0.7微米i线投影曝光系统光刻物镜的设计与试制

介绍了微电子专用关键设备０．７μｍｉ线投影曝光系统光刻物镜的主要技术指标，及设计试制中解决的关键单元技术和试制结果。结果表明，数值孔径ＮＡ＝０．４２，光刻工作分辨力０．６μｍ，像场尺寸１４．６ｍｍ×１４．６ｍｍ，畸变＜±０．１μｍ的５倍精缩投影光刻物镜已试制成功。物镜具有双远心和有温度气压控制补偿，在满足高精度成像的同时，又能同时满足暗场同轴对准的特点。     

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。     

极紫外投影光刻物镜设计

极紫外投影光刻用14 nm波长的电磁辐射,可以在实现高分辨率的同时保持相对较大的焦深,有希望成为制造超大规模集成电路的下一代光刻技术.极紫外投影光刻工作于步进扫描方式,采用全反射、无遮拦、缩小的环形视场投影系统.无遮拦投影系统的初始结构设计困难且重要.介绍了一种近轴搜索方法,该方法引入了像方远心、物方准远心、固定放大率、Petzval条件和物像共轭关系等约束,通过计算确定第一面反射镜、最后一面反射镜、光阑所在反射镜的曲率,以及物距和像距.编写了近轴搜索程序,搜索出仞始结构.从初始结构出发,优化得到两套物镜,一套由四反射镜组成的系统,数值孔径0.1,像方视场26 mm× 1 mm,畸变10 nm,分辨率优于6000 cycle/mm.一套系统由六反射镜组成,数值孔径0.25,像方视场26 mm×1 mm,畸变3 nm,分辨率优于18000 cycle/mm.     

极紫外投影光刻掩模阴影效应分析

极紫外（EUV）投影光刻掩模在斜入射光照明条件下,掩模成像图形位置和成像图形特征尺寸（CD）都将随入射光方向变化,即存在掩模阴影效应。基于一个EUV掩模衍射简化模型实现了掩模阴影效应的理论分析和补偿,得到了掩模（物方）最佳焦面位置和掩模图形尺寸校正量的计算公式。掩模（物方）焦面位置位于多层膜等效面上减小了图形位置偏移;基于理论公式对掩模图形尺寸进行校正,以目标CD为22 nm的线条图形为例,入射光方向变化时成像图形尺寸偏差小于0.3 nm,但当目标CD继续减小时理论公式误差增大,需进一步考虑掩模斜入射时整个成像光瞳内的能量损失和补偿。     

极紫外投影光刻掩模的多层膜与照明误差

讨论了极紫外投影光刻掩模的反射光谱随多层膜参量的变化,通过曲线拟合得到了峰值反射率、带宽和中心波长与多层膜粗糙度、材料比值以及周期厚度的9个函数关系.模拟了6镜极紫外投影光刻系统的反射光谱,并计算了晶圆片处的相对照明强度.分析了由掩模在晶圆片处引入的照明误差,给出了照明误差的合成公式.     

变焦距投影光学系统中的远心光路设计

介绍了含有棱镜系统的数字光处理器（DLP）投影仪连续变焦距远心镜头的设计。通过对DLP投影镜头与数字微反射镜器件之间的全反射棱镜系统进行分析，发现采用像方远心光路设计方法，可使投影系统产生的杂光大大减少。进一步研究变焦距系统远心光路的结构特征，得出了使系统在整个变焦过程中都处于远心位置的光阑轴向位移方程。借助给光阑固联一个透镜（与补偿组共同补偿变倍组）所产生的像面移动，得到了变焦曲线平缓、光焦度分配均匀且成像质量较好的投影镜头。     

投影光刻机光学系统的总体设计

本文从投影光刻机的图形传递要求出发,导出投影光刻机各主要光学系统的具体要求,并讨论这些参数确定的局限性。     

激光等离子体13.5 nm极紫外光刻光源进展

半导体产业是高科技、信息化时代的支柱。光刻技术,作为半导体产业的核心技术之一,已成为世界各国科研人员的重点研究对象。本文综述了激光等离子体13.5 nm极紫外光刻的原理和国内外研究发展概况,重点介绍了其激光源、辐射靶材和多层膜反射镜等关键系统组成部分。同时,指出了在提高激光等离子体13.5 nm极紫外光源输出功率的研究进程中所存在的主要问题,包括提高转换效率和减少光源碎屑。特别分析了目前已实现百瓦级输出的日本Gigaphoton公司和荷兰的ASML公司的极紫外光源装置。最后对该项技术的发展前景进行了总结与展望。     

Study on contamination of projection optics surface for extreme ultraviolet lithography

Ru-capped Mo/Si multilayer mirrors were irradiated by EUV in a vacuum atmosphere with ethanol or decane gas, and their reflectivity changes by contamination were investigated by changing the amount of introduced gas. The reflectivity hardly decreased by EUV irradiation in the ethanol-introduced atmosphere. On the other hand, the reflectivity decreased by about 5% in the decane-introduced atmosphere at a decane pressure of P_Decane = 1.3 × 10⁻⁴ Pa, an EUV power of about 200 mW/mm², and an EUV dose of 150 J/mm². EUV irradiation to the Ru-capped multilayer mirrors was also performed in the presence of water vapor and decane. The surface oxidation by EUV irradiation with a water vapor pressure of PH₂O=1.3×10⁻⁵ Pa was controlled by the introduction of decane at a pressure of P_Decane = 7.0 × 10⁻⁷ to 1.3 × 10⁻⁶ Pa.     

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。     

193nm光刻曝光系统的现状及发展

投影曝光工艺是集成电路制造过程中的关键环节,曝光系统的工艺水平已成为衡量微电子制造技术的重要标志。重点介绍了目前193 nm光刻设备曝光系统的发展现状和趋势,以及为提高曝光质量所采用的相关分辨率增强技术;通过分析曝光系统的构成和其中的关键技术,探讨了国内研制相关曝光设备所面临的挑战。     

Phase defect inspection of multilayer masks for 13.5 nm optical lithography using PEEM in a standing wave mode

We report on recent developments of an “at wavelength” full-field imaging technique for defect inspection of multilayer mask blanks for extreme ultraviolet lithography (EUVL). Our approach uses photoemission electron microscopy (PEEM) in a near normal incidence mode at 13.5 nm wavelength to image the photoemission induced by the EUV wave field on the multilayer blank surface. We analyze buried defects on Mo/Si multilayer samples down to a lateral size of 50 nm and report on first results obtained from a six inches mask blank prototype as prerequisite for industrial usage.     

基于自由曲面反射镜的低投射比超短焦投影物镜的光学设计

为了设计低投射比的超短焦投影物镜,本文采用自由曲面和折反式的光路结构设计了一种具有低投射比的超短焦投影物镜系统。该物镜由一个旋转对称的折射透镜组和一个自由曲面反射镜组成。采用11.938 mm的数字微镜器件(DMD)作为空间光调制器产生图像源。采用法线加权迭代优化的方法计算自由曲面。最后,分析了系统的性能。仿真结果表明:超短焦投影物镜可在580 mm的投影距离处实现3048 mm尺寸的大屏幕投影,系统的投射比低至0.19,系统的最大畸变小于0.72%。能够满足低投射比超短焦投影物镜的设计要求。该投影系统具有低投射比、低畸变、投影效果好等优点,可为超短焦投影系统的进一步发展提供有益参考。     

大视场光学系统像面照度均匀性优化

为提高大视场光学系统像面照度的均匀性,从理论上分析了光学系统像面照度的影响因素,提出使用中心遮拦产生的轴外斜光束截面积与轴上光束截面积之比对像面照度进行优化的思路。以理想系统建立数学模型,得到了中心圆形遮拦影响下不同视场角光束截面积比值的变化规律,并分析了遮拦对调制传递函数(MTF)的影响。进一步提出采用Zemax与Matlab软件动态数据交换(DDE)进行像面照度自动计算优化的方法。以某焦距56mm,相对孔径=1/5.6,视场角2ω=80°的航测镜头为例进行了优化,通过在光学系统第5表面上增加半径为4.384mm的中心遮拦,像面照度的不均匀性由优化前的22.3%降低至3.5%,均匀性明显改善。在优化实例中讨论了MTF曲线的变化,指出采用中心遮拦后的传函指标仍满足CCD探测器成像使用要求。     

临界照明光学系统设计新方法的研究及应用

在光电检测系统中,照明系统的优劣与成像质量息息相关,照明系统的设计方法直接影响到最终照明系统设计的成败。提出了一种综合设计分析和模拟仿真的交互式设计方法,不仅提高了照明系统设计的直观性、可靠性和快速性,而且保证了其设计制造的经济性。以运用该方法设计的两种照明系统为例阐明了该方法的特点。     

Mixed multi-region design of diffractive optical element for projection exposure system

The diffractive optical element (DOE) is widely used to generate various illumination modes in the projection lithography system. The working principle and design methods of the DOE are discussed in detail in this paper. A mixed multi-region design method is proposed to calculate the phase of DOE based on the poor spatial coherence of excimer laser, using the Gerchberg–Saxton (GS) algorithm. The DOEs generating circular, dipole and quadrupole illumination modes are designed and simulated by three different methods: single region design, repeated multi-region design and mixed multi-region design. The performance of these DOEs are compared and analyzed with these three design methods. The mixed multi-region design method is used to design the DOEs generating three illumination modes, the diffraction efficiencies are greater than 85%, and the non-uniformities of illumination are less than 3%. The analysis results indicate that the DOE designed by the mixed multi-region design can achieve higher diffraction efficiency and illumination uniformity of the far-field intensity distribution without modifying the GS algorithm.