亚微米投影光刻物镜光学制造技术

本文报告亚微米光刻５倍ｇ线与ｉ线投影光刻物镜的光学制造技术。讨论超高精度要求的球面曲率半径、透镜中心厚度、球面面形与透镜偏心差等各项指标的综合控制技术与检测方法。着重介绍了作者所发展的大口径高精度双胶合透镜的计算机辅助无变形胶合技术。给出了加工检测结果以及镜头的主要性能指标。     

亚微米i线光刻物镜的光学薄膜技术

ｉ线光刻物镜是对准光和光刻光的共孔径系统，要求对３６５．８ｎｍ和６３２．８ｎｍ双波长实现减反射。由于材料的限制，采用规则的１４膜堆的３层膜系很难保证３６５．８ｎｍ和６３２．８ｎｍ双波长的高效减反射特性，因此，只能采用非规则膜系结构。而对非规则膜系的镀制，一般可以采用石英晶振监控的方法。理论上，采用石英晶振监控可以得到很高的膜厚控制精度，但我们通过实验发现，结果并非如此。究其原因，我们认为这是由于石英晶振实际监测的是膜层的质量而并非膜层厚度，而在膜层质量相同时，膜层的厚度随蒸发速度，轰烤等工艺因素的不同而不同，这些工艺因素影响了石英晶振的实际控制精度。因此我们决定采用石英晶振结合光学极值监控的方法进行膜厚监控。在膜系设计中，采用两层非规则膜层加上一层规则的１４膜层的膜系结构。前面两层，采用石英晶振控制以充分利用石英晶振控制非规则膜厚精度较高的特点，而最后一层采用光学极值法，监控３６５．８ｎｍ处的反射信号，使其达到极小。在膜系的设计时，我们的设计使当３６５．８ｎｍ反射极小时，６３２．８ｎｍ处反射也位于极小值。为了增加膜层的牢固性以及抵抗环境变化的能力，膜层在镀制过程中要加热烘烤。我们用实验方法寻求到最佳的烘烤温?     

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。     

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％。     

超高数值孔径Schwarzschild投影光刻物镜的光学设计

针对45nm及以下节点光刻相关技术的研究需求,确定了实验型投影光刻物镜的结构型式及设计指标。依据像差理论在非同心小遮拦的Schwarzschild反射系统中添加折射补偿镜组来进一步减小系统的中心遮拦,扩大像方数值孔径。设计了一套小中心遮拦,数值孔径为1.20的Schwarzschild折反式投影光刻物镜。设计结果表明,该投影光刻物镜工作带宽为100pm,像方视场为50μm,线中心遮拦比为13%,光学分辨力为80nm时(6240lp/mm)的系统调制传递函数大于0.45,全视场最大畸变为6.5nm,满足了45nm深紫外(DUV)浸没光刻实验平台对投影光刻物镜的需求。     

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.     

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。     

投影光刻物镜倍率的公差分析与补偿

为满足严格的套刻需求,双远心结构的投影光刻物镜需要选择恰当的元件移动来进行倍率的补偿和调节。提出了一种简单而实用的方法来进行倍率的公差分析。该方法利用商业优化设计软件和有限差分算法计算了多项公差对物镜倍率的敏感程度,同时结合公差对系统波像差的敏感度选择最佳的倍率补偿元件。利用以上方法,对一台双远心、工作波长193nm以及数值孔径0.75的投影光刻物镜进行了倍率的公差分析和补偿器优选。结果显示,系统较好地实现了±50×10-6的倍率调节功能,而系统波像差劣化程度均方根值小于1.5nm。     

用于数字光刻的非对称式投影物镜设计

针对DMD数字光刻,利用ZEMAX光学设计软件,设计出了一套适用于型号 0.7XGA DMD的10片式光刻投影物镜。该物镜采用非对称性结构,前组为改进的三分离物镜,后组为匹兹伐物镜加平像场镜,分辨率为2 m,近轴放大倍率为-0.15,像方数值孔径NA为0.158,全视场波像差小于/20 ,畸变小于0.014%,焦深为20 m,通过各项评价可知系统已经达到了衍射极限。在对该镜头进行公差分析后,利用Monte Carlo方法,模拟组装加工了100组镜头,得到90%的镜头MTF＞0.46,50%的镜头MTF＞0.51,证明了这种非对称性结构加工和校装的可能性。     

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。     

大口径精密投影光刻制版镜头的光学装校

对于大口径精密投影光刻制版镜头来说 ,透镜的应力变形和中心误差对整个系统的成像质量有较大影响。详细介绍了一种减小应力变形的特殊结构和在一种光学装校过程中多镜组整体对接的方法 ,给出了对接前后的偏心测量数据以及镜头实际曝光的图形。     

Doping-induced giant rectification and negative differential conductance (NDC) behaviors in zigzag graphene nano-ribbon junction

By p-type and n-type doping on the electrode edges of V-notched zigzag graphene nano-ribbons (ZGNRs), four V-notched ZGNR-based PN-junctions are designed theoretically. The electronic transport properties of the doped and un-doped V-notched ZGNRs are studied applying non-equilibrium Green's function method combined with the density functional theory. The numerical results show that, the doped systems are less conductive than the un-doped system, because after doping the transition states become localized. To our surprise, the ZGNR-based PN-junctions do not show obvious rectification by purely doping the boron atoms and nitrogen atoms on the edges of two ZGNR electrodes respectively. However, after hydrogenated the doped boron atoms and nitrogen atoms, the ZGNR systems present giant rectifications with the maximum rectification ratios up to ${10}^6～{10}^7$, which attributed to the vanishing of overlap between left-electrode sub-band and right-electrode sub-band in the negative bias regime after the doped boron and nitrogen atoms being hydrogenated. Due to the same reason, the hydrogenated doping systems also show large negative differential conductance behaviors.     

CaF2:Co2+光谱和顺磁g因子的统一解释

基于半自洽场d轨道理论和完全对角化方法,从杂质局部结构统一解释了CaF₂:Co²⁺的光谱和顺磁 g 因子. 杂质局部结构存在塌缩效应,但仍保持八配位立方对称. 在此基础上,用微扰法和完全对角化方法讨论了g因子对晶场参量D_q的依赖关系. Macfarlane的 g 因子三阶微扰公式是好的近似公式,但随着D_q的减小,其有效性变差. 最后,文章讨论了基于完全对角化和自旋哈密顿理论的 g 因子公式的适用性,及其在轨道简并情况下的困难.     

聚芳香杂环甲烯的三阶非线性光学效应与时间分辨光克尔效应

合成了一系列聚芳香杂环甲烯,包括聚吡咯甲烯和聚噻吩甲烯.采用四波混频法研究材料的共振三阶非线性光学效应(λ＝532nm),其共振二阶超分子极化率γ三阶非线性光学系数分别达到10^-30esu和10^-8esu.选择具有良好溶解性、成膜性的聚吡咯对二甲氨基苯甲烯(PPDMAB),采用飞秒时间分辨光克尔效应方法研究材料的非共振三阶非线性光学效应(λ=790nm).实验表明,翠绿亚胺碱溶液的光克尔信号仅表现一超快响应的成分,归功于π电子云扭转产生的非共振激发.PPDMAB的非共振二阶超分子极化率γ三阶非线性光学系数分别达到γ=5.78×10^-32esu和χ⁽³⁾=1.26×10^-10esu.     

光学玻璃的色散特性测量及近似计算方法的讨论

报道了光学玻璃和光学晶体０．３６μｍ－２．５μｍ波长范围内的的射率测量结果，并对ｎλ＾２＝Ａ０＋Ａ１λ＾－＾２＋Ａ３λ＾－＾４＋Ａ４λ＾－＾６＋Ａ５λ＾－＾８色散公式的计算精度和适用范围进行了深入讨论。     

稀释磁性半导体Zn1—xFexSe薄膜的光学特性

用真空蒸镀法制备了稀释磁性半导体Zn_(1-x)Fe_xSe多晶薄膜,用X射线衍射和电子扫描电镜测定了薄膜结构和成份.其光吸收数据表明:光学能隙E_g随着Fe~(2+)成分x增加而线性减小,用线性回归法拟合得其关系.E_g=2.722-2.2x(eV).     

AgGa(Se1-xSx)2晶体组分和光学性能

制备了组分ｘ＝０．２,０．５,０．７５的ＡｇＧａ（Ｓｅ１－ｘＳｘ）２单晶体。报道了它的一些光学性能。计算表明,如采用１．０６μｍ光源泵浦Ａ（ｇＧａ（Ｓｅ１－ｘＳｘ）２晶体的Ⅰ型光能量振荡,当组分ｘ＝０．６５时便可获得１．４－１２μｍ连续调谐中红外光谱。     

Analysis of Off-Axial Optical Systems (2)

The extended 4×4 Gaussian bracket matrix Gij represents the lowest order quantity of “aberration coefficient tensor quantities” which are defined to as the peculiarity of off-axial optical systems and are independent of azimuths. We newly confirmed this extended 4×4 Gaussian bracket matrix of deflection (refraction or reflection), transmission and “twisting.” The result determined by use of a new representative method of asymmetrical surfaces and a method of paraxial expansion along the folded reference axis shows that the 4×4 Gaussian bracket matrix is the extended form of the 2x2 Gaussian bracket matrix which is used in co-axial rotational symmetric optical systems. Furthermore, we analyze and formalize the crossterm effects, which are the most serious problem in optical systems having multiple off-axial surfaces, using the concept of a chain of “optical systems divided into former and latter” and the vector-tensor analysis method. The result of this analysis reveals the structure of the cross-term effects and proves the usefulness of the vector-tensor analysis method in general image analysis.